Giáo trình Kim loại thiết bị nhiệt

Đại học đμ nẵng - 
Tr−ờng Đại học kỹ thuật 
TS. Đinh Minh Diệm 
Kim loại thiết bị nhiệt 
Đμ nẵng, 2003 
Giáo trình 
Đại học đμ nẵng - 
Tr−ờng Đại học kỹ thuật 
TS. Đinh Minh Diệm 
Tóm tắt bμi giảng 
Phần 2 
Đúc kim loại 
 Đμ nẵng, 2003 
Đại học đμ nẵng - 
Tr−ờng Đại học kỹ thuật 
TS. Đinh Minh Diệm 
Tóm tắt bμi giảng 
Ch−ơng 4 
Gia công cắt gọt kim loại 
 Đμ nẵng, 2003 
 Đại học đμ nẵng - 
Tr−ờng Đại học kỹ thuật 
TS. Đinh Minh Diệm 
Tóm tắt bμi giảng 
Kỹ thuật cơ khí 
Đμ nẵng, 2003 
 1
Ch−ơng 1: vật liệu kim loại 
1.1. Tính chất của kim loại 
1.1.1 Tính chất hoá học 
• Kim loại là các nguyên tố hoá học ở phía trái bảng tuần hoàn Menđeleép. 
• Kim loại tham gia các phản ứng với á kim; 
• Cấu tạo nguyên tử: lớp điện tử ngoài cùng dễ tách khỏi hạt nhân trở thành điện 
tử tự do và nguyên tử trở thành ion d−ơng. 
• Ngoài ra trong thực tế chế tạo các chi tiết máy ta cần kể đến tính chịu ăn mòn, 
tính chịu nhiệt , tính chịu a xít, . . . của kim loại và hợp kim của chúng. 
1.1. 2 Tính chất vật lý 
• Kim loại là vật liệu có ánh kim; 
• Hệ số giãn nở nhiệt khác nhau; 
• Có tính dẫn điện, dẫn nhiệt tốt; 
• Khối l−ợng riêng (γ) và nhiệt độ nóng chảy ( Tonc ) khác nhau; 
• Kim loại có cấu trúc mạng tinh thể ; 
1.1. 3 Tính công nghệ 
 Kim loại có độ bền, độ dẻo cao, có khả năng gia công nóng hoặc gia công 
nguội,... Đặc tr−ng cho tính công nghệ của vật liệu là : tính đúc, tính rèn, tính hàn 
và tính gia công cắt gọt và nhiệt luyện (gia công xử lý nhiệt). 
a. Tính đúc 
• Tính chảy loãng cao (nên khả năng điền đầy lòng khuôn tốt); 
• Có tính co ngót khi kết tinh (đông đặc). 
• Tính thiên tích: Sự không đồng nhất về thành phần hoá học của kim loại 
trong vật đúc. 
• Tính hoà tan khí 
b. Tính rèn 
Khả năng biến dạng vĩnh cửu của kim loại khi chịu tác dụng của ngoại lực 
để tạo nên hình dáng nhất định mà không bị phá huỷ. 
c. Tính hàn 
Khả năng tạo nên mối liên kết không thể tháo rời đ−ợc gọi là mối hàn. 
d. Tính cắt gọt 
Khả năng cho phép gia công trên các máy cắt gọt nh−: tiện, phay, bào, 
khoan, mài ... Tính cắt gọt phụ thuộc vào nhiều yếu tố . 
Ví dụ : Thép ít các bon dễ cắt gọt hơn thép các bon cao; 
 Gang xám dễ gia công cắt gọt hơn gang trắng). 
e. Tính Nhiệt luyện : Khả năng cho phép thay đổi cơ tính và một số tính chất của 
vật liệu nhờ quá trình xử lý nhiệt. 
1. 2 Phân loại vật liệu kim loại (đơn chất) 
Theo màu sắc 
 Kim loại đen : Fe; theo [12] còn có Co, Ni, Mn,... ( màu đen xám) 
 Kim loại màu : Al, Cu, Pt, Au, .... 
 2
Theo nhiệt độ nóng chảy 
 Nhiệt độ Khối l−ợng riêng 
 nóng chảy oC g/cm3 
 Cu : 1083 8,93 
 Ni : 1450 8,90 
 Kim loại khó chảy T nc Fe : 1539 7,87 
 Ti : 1668 4,51 
 Pt : 1769 21,45 
 Zr : 1855 6,51 
 Cr : 1875 7,19 
 V : 1950 6,02 
 Nb : 2468 8,57 
 Mo : 2620 10,2 
 Ta : 2996 16,65 
 W : 3395 19,35 
 Kim loại dễ chảy Zn : 419 7,11 
 Sn : 232 7,29 
 Bi : 271,3 9,80 
 Pb : 327 11,34 
 Kim loại nhẹ Be : 1284 1,85 
 Mg : 650 1,74 
 Al : 660 2,72 
 Kim loại quý Au : 1063 19,32 
 Ag : 960 10,5 
 Pt : 1769 21,45 
 Kim loại phóng xạ U : 1133 19,0 
 Ra (radi), Th (thôry) Pu (plutoni), Co,... 
 Kim loại hiếm La, Cs (Xêzi), Nd (Nêôdim), Pr (Prascôđim) ... 
1.3 kim loại mμu : 
 Kim loại màu và hợp kim màu là kim loại mà hầu nh− không có chứa sắt. Kim 
loại màu th−ờng có các tính chất đặc biệt và −u việt hơn kim loại đen : tính dẻo cao, cơ 
tính khá cao, có khả năng chống ăn mòn, chống mài mòn, có tính dẫn điện, dẫn nhiệt 
tốt. Các kim loại màu thông dụng là nhôm, đồng, titan, manhê, thiếc, vàng bạc và các 
hợp kim của chúng. 
 Kim loại màu có thể phân loại theo một số đặc điểm sau : 
1.3.1 Kim loại nặng (có khối l−ợng riêng γ >= 5 g/ cm3) 
Ví dụ : γ W = 19,35 g/ cm3 
 γ cu = 8,94 g/ cm3 
 γ Ni = 8,92 g/ cm3 
 γ Sn = 7,30 g/ cm3 
 γ Zn = 7,14 g/ cm3 
1.3.2 Nhóm kim loại nhẹ γ <= 5 g/ cm3) 
 Ví dụ : γ Ti = 4,51 g/ cm3 
 3
 γ Al = 2,70 g/ cm3 
 γ Be = 1,85 g/ cm3 γ Mg = 1,74 g/ cm3 
1.3.3 Nhóm kim loại quý : Au, Ag, Pt và kim loại thuộc nhóm platin 
1.3.4 Kim loại hiếm : Titan (Ti), Ga, W, Li, Mo, 
1.3.5 Kim loại bán dẫn : Se len (Se), As, Si, Ge , ... 
1.3.6 Nhôm vμ hợp kim nhôm 
 Nhôm thuộc nhóm kim loại nhẹ (kim loại bay) có khối l−ợng riêng nhỏ (2,7 
g/cm3), có tính dẫn điện dẫn nhiệt tốt, có khả năng chống ăn mòn cao và có tỷ bền cao 
và tính dẻo cao. 
Nhôm nguyên chất : TCVN 1859-75 ký hiệu : 
 TCVN TC Liên xô 
 Al 99,60 (99,60%Al) A999 (99,999%Al) 
 . . . 
 Al 99,00 (99%Al) A0 (99,00%Al) 
Hợp kim của nhôm : 
 Al - Mg 
 Al - Cu, Al - Cu - Mg (Đua - ra dùng làm vành xe đạp,...) 
 Al - Cu - Li; Al - Mg - Li (Rất nhẹ dùng trong ngành hàng không) 
Hợp kim nhôm có 2 loại : nhôm biến dạng và nhôm đúc. 
1.3.7 Đồng vμ hợp kim của đồng 
Đồng nguyên chất : TCVN 1659-75 ký hiệu : 
VN Liên xô 
 Cu99,99 ( 99,99%Cu) M00 (99,99%Cu) 
 Cu99,90 (99,90%Cu) M1 (99,90%Cu) 
Hợp kim của đồng có : 
Brông (đồng thanh là hợp kim của Cu với Sn hoặc các nguyên tố khác trừ kẽm (Zn) : 
TCVN TCLX 
BCuSn5P0,5 БpA5 5%Al 
Latông (đồng thau là hợp kim của Cu + Zn) 
 LCuZn30 (Zn=30%) л70 70%Cu còn lại là Zn 
 Trên đây là bảng phân loại có tính t−ơng đối. Ví dụ Li có thể là kim loại nhẹ 
nh−ng cũng có thể là kim loại bán dẫn. Nói chung các kim loại bán dẫn là kim loại 
hiếm. 
 Giá cả so sánh t−ơng đối : Fe = 1 W = 75 lần 
 Au = 11.000 lần Ni = 17 lần 
 Pt = 27.000 lần Ag = 290 lần 
 Rh = 45.000 lần ( Rô đi) 
1 . 4 Cơ tính của kim loại 
1. 4.1 Độ bền 
 4
Là khả năng của vật liệu chịu tác dụng của ngoại lực mà không bị phá huỷ. 
Đó là tập hợp các đặc tr−ng cơ học phản ánh sức chịu đựng tải trọng cơ học tĩnh 
của vật liệu. Chúng đ−ợc xác định bằng ứng suất của tải trọng gây ra. 
ứng suất đ−ợc ký hiệu là σ; Giới hạn bền là ứng suất cao nhất mà mẫu chịu 
đựng đ−ợc tr−ớc khi phá huỷ và đ−ợc ký hiệu σB . Tuỳ theo dạng lực tác dụng mà ta 
có 
Có các khái niệm : độ bền kéo (σk) ; độ bền uốn (σu) ; độ bền nén (σn) ... 
Giới hạn bền kéo đ−ợc tính theo công thức : 
 σB = Pmax/ Fo; 
T−ơng tự ta có thể tính giới hạn bền uốn, giới hạn bền nén. 
Đơn vị tính là : N/mm2; KN/m2; MN/m2. 
 1 KG/mm2 = 9,8 . 106 Pa 
Biến dạng đàn hồi là biến dạng mà khi khử bỏ lực tác dụng nó vẫn trở về 
trạng thái ban đầu với hình dạng, kích th−ớc không bị thay đổi (tức là ch−a xảy ra 
biến dạng dẻo hay l−ợng biến dạng không đáng kể khoảng 0,001 - 0,005 % ). 
Giới hạn chảy quy −ớc là σ0,2 - là ứng suất tại thời điểm mà mẫu bị biến dạng 
d− là 0,2 % so với chiều dài ban đầu. 
1. 4. 2 Đặc tr−ng cho tính dẻo của vật liệu : 
• Độ giản dài t−ơng đối δ = [(l1 - lo) / lo] . 100 % 
• Độ co thắt mẩu ψk = [(Fo - F1) / Fo] . 100 % 
Trong đó : 
lo, l1 - độ dài của mẫu thử tr−ớc và sau khi kéo (mm) 
 Fo, F1 - Diện tích tiết diện của mẫu tr−ớc và sau khi kéo (mm2) 
1. 4. 3 Độ dai va đập 
 Là công tiêu phí để phá huỷ một đơn vị diện tích tiết diện ngang khi có lực 
tác dụng đột ngột với gia tốc lớn. 
 ak = A / F ; KG.m/cm
2 hay KJ/m2. 
 F - Diện tích tiết diện ngang tại vị trí cắt rãnh; 
 A - Công sinh ra để phá huỷ mẩu thử; ( KG.m) 
Sơ đồ thử mẩu va đập nh− hình 1-1 
Hình 1-1 Sơ đồ xác định độ dai va đập 
 A1 = m ho A2 = m h1 
 Ak = A1 - A2 = m (ho - h1) ho = lo - l1 l1 = lo.Cosβ 
 m - Khối l−ợng con lắc kg 
1. 4. 4 Độ cứng : 
L1
ho Lo
h1
 5
 Là khả năng chống lại biến dạng dẻo cục bộ của kim loại và hợp kim d−ới 
tác dụng của tải trọng ngoài. Độ cứng đặc tr−ng cho tính chịu mài mòn, khả năng 
gia công cắt, khả năng mài bóng của vật liệu. 
a. Độ cứng Brinen ( HB) 
 Đầu đo là một viên bi thép đã nhiệt luyện. Diện tích vết lõm của bề mặt viên 
bi tác dụng lên bề mặt vật liệu đặc tr−ng cho độ cứng của vật liệu. Diện tích này 
càng nhỏ thì vật liệu càng cứng và ng−ợc lại. 
 HB ∼ P/S;(KG/mm2) 
 S - Diện tích bề mặt chỏm cầu (mm2) có đ−ờng kính d (mm); 
Hình 1-2 Hình dáng mũi đâm khi đo độ cứng Brinel 
P - Lực tác dụng lên viên bi KG; 
 D - Đ−ờng kính viên bi (mm) ; d đ−ờng kính vết lõm (mm) 
Đ−ờng kính viên bi có thể là: D = 10mm; 5mm; 2,5 mm; 2 mm và 1 mm 
Độ cứng Brinel đ−ợc tính theo công thức : HB = P/F 
F - diện tích mặt chỏm cầu của vết lõm viên bi khi đo (mm2) 
 22
2
22
dDDDF −−= ππ 
Độ bền của vật liệu có thể tính gần đúng theo công thức [12] 
σB = a . HB 
Đối với thép : a = 0,33 - 0,36;( HB ≈ 3σB ) 
đồng : a = 0,48 - 0,53; 
đua ra : a = 0,37; 
).(
2
22 dDDD
P
S
PHB
−−
== π 
Đối với thép và gang thì th−ờng dùng : P = 3000 KG, D = 10mm 
Đơn vị tính : KG/mm2. 
b . Độ cứng Rokwell (Rốc ven) ( HRA, HRB, HRC) 
Hình 1-3 Hình dáng mũi đâm khi đo độ cứng Roocwell 
Mũi đâm đ−ợc làm bằng kim c−ơng có dạng hình nón, góc ở đỉnh là 120o, 
Khi đo HRA, HRC bán kính r = 0,2 mm, 
Khi đo HRB bán kính r ≈ 1,588 mm. 
Độ cứng tỷ lệ với chiều sâu lún của mũi đâm ( 1/h ); 
Tuỳ thuộc vào lực tác dụng P ta có 3 thang đo độ cứng ứng với các tải trọng P nh− 
sau : 
P
d
D
Hình nón
 6
HRA: khi P = 60 KG 
HRB: khi P = 100 KG 
HRC: khi P = 150 KG 
c . Độ cứng Víc - Ker (HV) 
Mũi đo bằng kim c−ơng dạng hình tháp có góc ở giữa 2 mặt đối xứng là 
136o, đáy vuông, độ cứng đ−ợc ký hiệu là 
HV = P/F = (2 P.Sin α/2)/d2 ≈ 1,8544 (P/d2) 
Trong đó P - Lực tác dụng lên mũi đo (KG) ; 
 d - Chiều dài đ−ờng chéo vết lõm (mm) 
 Hình 1-4 Hình dáng mũi đâm khi 
đo độ cứng Viker 
Ghi chú: Độ cứng HRC - Th−ờng dùng để đo vật cứng 
 HB và HRB - Th−ờng dùng để đo vật mềm 
 HV - Th−ờng dùng để đo vật mỏng 
d. Độ cứng KNOOP (đo vật liệu dòn nh− gốm sứ) [2] T606) 
HK
P
F
P
L
= = 14 2 2, . 
 Hình 1-4 Hình dáng mũi đâm khi đo độ cứng Knoop 
1 . 5 gang vμ các ứng dụng của nó 
Hình tháp
L 
B
 7
 Sản phẩm chủ yếu của luyện kim đen là gang và thép . Thép chiếm khoảng 
90% và gang khoảng 10%. Trong các loại thép có khoảng 90 % thép các bon và 10 
% thép hợp kim . 
 Gang Là hợp kim của sắt với các bon và 1 số nguyên tố khác trong đó thành phần 
các bon : 2,14% < C < 6,67 %. Thực tế trong gang th−ờng có các nguyên tố khác 
nh− : Si, Mn, ... P, S là các tạp chất . 
1.5.1 Đặc điểm chung của gang 
• Gang có tính đúc tốt ( tính chảy loãng cao, khả năng điền đầy khuôn 
tốt); 
• Gang có khả năng giảm chấn tốt, chịu xung nhiệt tốt, chịu mài mòn 
trong điều kiện không bôi trơn đầy đủ. 
• Giá thành rẻ hơn thép; vì thế gang đ−ợc sử dụng nhiều trong việc chế tạo 
máy và trong công nghiệp nói chung. 
• Gang có tính dòn nên hầu nh− không có khả năng biến dạng, tính bền 
thấp . 
1.5.2 Phân loại gang 
Dựa vào trạng thái các bon ở trong gang ng−ời ta chia ra: 
a- Gang trắng 
 Các bon ở trạng thái liên kết ở dạng Fe3C, mặt gãy có màu sáng trắng là mầu 
của Fe3C. Gang trắng th−ờng chứa ít Si. 
Gang trắng có độ cứng lớn (450 - 650 HB). Để tăng tính chịu mài mòn có va 
đập, tính chịu nhiệt, gang trắng đ−ợc cho thêm các nguyên tố hợp kim : Cr, Mo, Ni 
 Vì gang trắng khó gia công cắt gọt nên nó ít đ−ợc sử dụng để chế tạo các chi 
tiết máy, mà phần lớn dùng để luyện thép, hoặc dùng nó để ủ ra gang dẽo dùng 
trong đúc các chi tiết chịu mài mòn nh− bi nghiền xi măng, ... 
b- Gang xám 
 Phần lớn hoặc toàn bộ cácbon ở trạng thái tự do (grafit dạng tấm); mặt gẫy 
có màu xám (màu của grafit). Gang xám có độ bền thấp, tính dẻo kém, nh−ng có 
độ bền nén tốt, có khả năng tự bôi trơn khi làm việc trong điều kiện chịu mài mòn 
khô, có tính chịu xung nhiệt và tính giảm chấn tốt, giá thành rẻ nên đ−ợc sử dụng 
rất rộng rãi trong việc chế tạo thân máy, bệ máy, các chi tiết chịu lực không lớn, 
các chi tiết có tính nghệ thuật,... 
Gang xám đ−ợc ký hiệu là GX xx - yy 
với 2 chỉ số gồm : xx Giá trị tối thiểu của độ bền kéo 
yy độ bền uốn tối thiểu của gang ( KG / mm2 ). 
 Ví dụ : GX 12-28, GX15-32, GX 18-36, GX 21-40, GX 24-44, 
GX 28-48, GX 32-52, GX 36-56,... ) 
Trong thực tế ta hay dùng các ký hiệu theo tiêu chuẩn của Liên xô (ΓOCT : Cч) và 
theo TCVN đ−ợc ký hiệu là : GX 
 Trong thực tế do các điều kiện nấu luyện khác nhau có thể có dạng gang 
xám biến trắng. Loại gang này có tổ chức thay đổi từ ngoài vào trong: lớp ngoài 
cùng là gang trắng, lớp trung gian là gang hoa râm ( chứa ledeburít và grafít tự do) 
và lớp trong cùng là gang xám. 
Gang xám biến trắng th−ờng đ−ợc dùng để đúc trục cán, bánh xe gòng, các 
chi tiết cam, má nghiền, đầu phun cát, đầu phun bi, ... 
 8
 σ kéo σ uốn δ HB [12] trang 217 
 Theo TCVN KG/mm2 KG/mm2 % 
 GX 12 - 28 12 (120 Mpa)28 143 - 229 
 GX 15 - 32 15 32 163 - 229 
GX 18 - 36 18 36 170 - 229 
 GX 21 - 40 21 40 170 - 241 
 GX 24 - 44 24 44 170 - 241 
 GX 28 - 48 28 48 170 - 241 
 GX 32 - 52 32 52 187 - 255 
 GX 35 - 56 35 56 197 - 269 
 GX 38 - 60 38 60 207 - 269 
c . Gang bền cao (hay còn gọi là gang cầu) 
 Phần lớn hoặc toàn bộ các - bon ở trạng thái tự do grafit có dạng hình cầu; 
hợp kim làm biến tính gang là Mg hoặc Ce (xezy) và các nguyên tố đất hiếm. 
Ký hiệu theo Liên xô : Bч 
Ký hiệu theo Việt nam :GC và 2 chỉ số giới hạn bền kéo và độ dãn dài t−ơng 
đối của gang δ5 (%) . 
 Ví dụ GC 40-10 : có σK ≥ 400 MPa , δ5 ≥ 10 % 
 σ K σ Ch δ HB 
 KG/mm2 KG/mm2 % 
 GC 45 - 0 45 36 187 - 225 
 GC 50 - 1,5 50 38 1,5 187 - 255 
 GC 60 - 2 60 42 2,0 197 - 269 
 GC 45 - 5 45 33 5,0 170 - 207 
 GC 40 -10 40 30 10,0 156 - 197 
d. Gang dẻo (còn gọi là gang rèn) 
 Đ−ợc chế tạo từ gang trắng ( bằng cách đem ủ gang trắng, lúc đó cácbon 
trong gang trắng sẽ chuyễn sang dạng bông ) có độ bền cao và có tính chịu mài 
mòn tốt, có tính dẻo t−ơng đối tốt nên có thể gia công bằng áp lực. 
Ký hiệu theo Liên xô : Kч 
Ký hiệu Việt nam: GZ + chỉ số giới hạn bền tối thiểu + độ dãn dài t−ơng đối ( %) 
Do giá thành đắt nên gang dẽo th−ờng đ−ợc dùng để chế tạo các chi tiết 
 nhỏ, thành mỏng, chịu va đập trong công nghiệp ( guốc hãm xe lửa, ôtô, máy kéo, 
máy dệt, máy nông nghiệp, ... 
Thành phần gang rèn : 
C 2,4 - 2,8 Mn ≤ 1 % S ≤ 0,2 % Si 0,8 - 1,4 P ≤ 0,2% 
Cơ tính của gang rèn : 
 σ kéo KG/mm2 δ % HB 
 GZ 30 - 6 30 6.0 163 
 GZ 38 - 8 38 8.0 149 
 GZ 35 - 10 35 10.0 
 GZ 37 - 12 37 12.0 
 GZ 45 - 6 45 6 241 
 9
 GZ 50 - 4 50 4 241 
 GZ 60 - 3 60 3 269 
 GZ 60 - 2 60 2 
e. Gang biến tính 
 Đ−ợc chế tạo từ gang xám bằng cách cho các chất biến tính vào nh−: Si, Al, 
Ca, Fe-Si, Ca-Si,... 
ứng dụng gang biến tính: đúc các chi tiết có thành mỏng và phức tạp. 
f. Gang giun 
Là gang có grafít dạng giun,. Đây là dạng trung gian giữa grafít dạng tấm và 
dạng cầu. Loại gang này đ−ợc chế tạo bằng cách biến tính gang lỏng bằng phối hợp 
các nguyên tố cầu hoá grafít nh− Mg, Ce và các nguyên tố đất hiếm với các nguyên 
tố khử cầu nh− Ti, Al. Để chống khuynh h−ớng tạo xêmentít tự do khi kết tinh, 
gang lỏng đ−ợc biến tính lần 2 bằng các chất grafít hoá nh− FeSi, CaSi, ... 
Tính chất của gang giun nằm giữa gang xám và gang cầu, nh−ng cơ tính gần 
giống gang cầu, còn lý tính và tính đúc thì gần giống gang xám. 
g . Các loại gang đặc biệt khác 
Gang chịu ăn mòn 
Là một loại gang hợp kim cao. Các nguyên tố hợp kim có thể là : Si, Cr, Ni . 
Chúng có các loại gang sau : 
Gang silic cao 
( Si = 12 - 17 % có thể chịu đ−ợc môi tr−ờng HNO3, H2SO4, H3PO4 . 
Khi cho thêm Si ≈ 17 %, Mo ≈ 3,5 - 4 % thì gang có thể làm việc đ−ợc 
trong HCl với mọi nồng độ. 
Gang Crôm cao 
(1,0 - 2,2 % C; 0,5 - 2,5 % Si, 0,3 - 1,0 % Mn, 20 - 26 % Cr ) 
Có cơ tính khá cao, độ cứng cao nên khó gia công cơ; làm việc tốt trong 
HNO3, H3PO4, tro ...  axetylen hoặc 
bình chế khí axetylen hoặc các bình chứa khí cháy khác (bình chứa khí metan, ...). 
Van giảm áp bình ôxy, van giảm áp bình axetylen, khoá bảo hiểm cho bình chế khí 
axetylen, mỏ hàn, mỏ cắt, ống dẫn khí và một số dụng cụ kèm theo. 
 123
4.4.1 Bình chứa khí 
 Bình chứa khí đ−ợc chế tạo từ thép các bon hay từ thép hợp kim bằng ph−ơng 
pháp dập (dùng cho các loại bình áp suất cao) hoặc hàn dùng cho bình có áp suất 
thấp (bình chứa khí C2H2, NH3. Bình chứa khí th−ờng có dung tích 40 lít. Bình chứa 
khí ôxy có áp suất 100, 150 và 200 át . Các loại khí cháy nh− hydro, mêtan, nitơ, 
không khí nén có thể cho vào bình áp suất cao (100, 150, 200 át) riêng bình chứa 
khí axetylen, amôniác NH3 phải cho vào bình có áp suất thấp. Bình chứa khí C2H2 
th−ờng có dung tích 40 lít và áp suất tối đa là 19 át, bên trong có chứa bọt xốp và 
than hoạt tính có tẩm axetol nhằm chống nổ bình (một bình chứa khoảng 290 - 320 
gam than, 225 - 230 gam axeton cho 1 lít bình chứa). Sơ đồ cấu tạo một số bình 
chứa khí và bình chế khí đ−ợc thể hiện trên hình . 
4.4.2 Bình chế khí : Là loại thiết bị dùng để điều chế khí axetylen. Bình chế khí có 
dạng nh− hình 4-8 Bình chế khí A XÊTYLEN (N−ớc SX : Balan) 
Các bộ phận chính của bình chế khí C2H2: 
1. Van một chiều không cho không khí đi ng−ợc vào buồng phản ứng. 
2. Van bảo hiểm (P < 1,5 at) 
3. Vít vặn 
4. Thanh ngang giữ nắp bình 
5. Van xả khí 
6. Nắp đạy 
7. Đồng hồ đo áp suất trông bình 
8. Miệng ống đỗ n−ớc vào bình 
9. Buồng chứa khí axetylen 
10. Khoá đóng mở khí Axetylen 
11. Van giảm áp 
12. Nắp đạy và màng bảo hiểm 
13. Khoá bảo hiểm 
14. Van mở khí đi ra mỏ hàn 
15. Van kiểm tra mức n−ớc an toàn cho khoá bảo hiểm làm việc bình th−ờng 
16. Van tháo n−ớc 
17. ống dẫn; 
18. Mức n−ớc trong buồng phản ứng; 
19. Vách ngăn giữa 2 buồng; 
20. Khí kế áp n−ớc 
21. Van kiểm tra mực n−ớc trong khí áp kế n−ớc; 
22. Nắp tháo n−ớc vôi; 
23. Móc treo giỏ các bua khi không làm việc 
24. Thanh ngang của giỏ các bua can xi CaC2; 
25. Cử d−ới (mức d−ới) của đòn bảy khi hạ xuống; 
26. Cơ cấu nâng hạ giỏ đựng các bua can xi 
27. Đòn bảy; 
28. Miệng ống thải n−ớc; 
29. Van kiểm tra mực n−ớc trong bình chứa khí; 
30. Giỏ chứa các bua can xi (đất đèn); 
31. Quai cầm của giỏ chứa cacbua can xi CaC2; 
32. Buồng phản ứng; 
33. ẩng dẫn khí từ buồng phản ứng ra buồng chứa; 
 124
Đặc tính kỹ thuật của bình chứa : 
1. Khối l−ợng các bua can xi trong mỗi lần nạp : 3 kg 
2. Kích th−ớc hạt các bua can xi (CaC2) : d = 50 - 80 mm 
3. áp lực khí : P = 1,5 at 
4. Năng suất khi sản xuất liên tục : Q = 2000 lít/giờ 
5. Năng suất lớn nhất : Q = 2000 lít / giờ 
4.4.3 Khoá bảo hiểm 
a. Hiện t−ợng va đập ng−ợc hay hiện th−ợng cháy quặt lại của ngọn lữa. 
Ngọn lữa hàn cháy ổn định sẽ đảm bảo sự nung nóng và làm nóng chảy đều 
kim loại, quá trình vận hành sẽ an toàn. Sự cháy ổn định của ngọn lữa phụ thuộc vào 
tốc độ đi ra của hổn hợp với tốc độ cháy. Nếu tốc độ chảy lớn hơn tốc độ đi ra của 
hổn hợp (khi áp suất trong bình chế nhỏ hơn bên ngoài) thì ngọn lữa có thể cháy 
quặt lại vào phía trong mỏ hàn đến ống dẫn khí và vào đến bình chế khí; lúc đó có 
kảh năng gây nổ bình đe doạ trực tiếp tính mạng ng−ời sử dụng. Hiện t−ợng đó gọi 
là hiện t−ợng cháy quặt lại của ngọn lữa hay hiện t−ợng va đập ng−ợc. nguyên nhân 
có thể là khi sử dụng bình chế khí có thể có hiện t−ợng áp suất trong bình chế khí 
giảm và có thể xảy ra tr−ờng hợp nhỏ hơn áp suất bên ngoài mỏ hàn, hoặc do đầu 
mỏ hàn bị nung nóng và cháy mòn rộng ra, ... kết quả là áp suất giảm , tốc độ ra nhỏ 
hơn tốc độ cháy. Khi sử dụng bình chứa khí thì áp suất trong bình luôn lớn hơn áp 
suất bên ngoài nên ngọn lữa hàn luôn nằm ngoài mỏ hàn nên không cần sử dụng 
khoá bảo hiểm. 
Yêu cầu đối với khoá bảo hiểm : Đảm bảo ngăn cản và dập tắt hiện t−ợng 
cháy quặt lại của ngọn lữa, có độ bền cao để chịu áp suất cao do quá trình cháy, dể 
quan sát, dể vận hành bảo quản và sửa chữa, tiêu hao ít n−ớc,... Khoá bảo hiểm có 
nhiều loại hở, kín, khô, ... 
 Sơ đồ nguyên lý khoá bảo hiểm kiểu kín (xem hình 4-9, 4-10 ) 
Khi làm việc bình th−ờng, khí cháy (C2H2) đi từ bình chế khí qua van 5 ra mỏ hàn. 
Khi có hiện t−ợng va đập ng−ợc áp suất trong khoá bảo hiểm tăng lên làm đóng van 
5 lại, khí cháy không đi vào đ−ợc; khi áp lực do khí cháy trong khoá bảo hiểm cao 
6.5 Hàn điện tiếp xúc 
6.5.1. Cấu tạo bề mặt kim loại 
 Để hai hay nhiều chi tiết liến kế lại với nhau thì cần áp lực lớn để ép cho 
khoảng cách giữa cac kim loại bằng một thông số mạng, có nghĩa là đủ để tạo nên 
mối liên kết giữa các nguyển tử của kim loại này liên kết với nguyên tử của kim loại 
kia nhờ lực hút và lực đảy giữa chúng. Song trong thực tế điều này thực hiện rất khó 
vì cấu tạo bề mặt kim loại rất phức tạp, gồ ghề, không phẳng, thêm vào đó có nhiều 
chất bẩn 
 125
Hình 5-1 Sơ đồ cấu trúc bề mặt kim loại 
 1. Bề mặt thô; 2. Bề mặt tế vi (micro); 3. Bề mặt siêu nhỏ (Ultramicro) 
 Hình 5-2 Cấu tạo lớp bề mặt kim loại 
Quá trình hình thành mối liên kế hàn khi hàn tiếp xúc 
Hàn tiếp xúc là một trong các ph−ơng pháp hàn áp lực. Thực chất quá trình 
hàn tiếp xúc là một quá trình dịch chuyển các phần tử kim loại này tiến sát vào kim 
lkoại kia cho đến khi khoảng cách giữa chúng bằng một thông số mạng a = (3 - 5) x 
10 -8 cm. Chúng ta đã biết cấu trúc của kim loại là cấu trúc mạng tinh thể. Khí 
khoảng cách giữa chúng bằng một thông số mạng thì giữa 2 kim loại đó sẽ xuất hiến 
lực tác dụng ty−ởng hổ giữa chúng tạo nênb mối liến kết kim loaị bền chắc. Sự hình 
thành mối liên kết này có thể mô tả theo 3 giai đoạn sau: 
Giai đoạn 1 : Chi tiết 1 và chi tiết 2 không hoàn toàn tiếp xúc với nhau trên toàn bộ 
bề mặt mà chỉ xảy ra tyại một số điểm nào đó. 
Giai đoạn 2 : Khi có nguồn nhiệt nung nóng thì các chất bẩn bị phá huỷ, đồng thời 
với lực ép tăng lên sẽ làm tăng tiết diện tiếp xúc; xuất hiện những hạt tinh thể chung 
, hay nói cách khác bắt đầu đã có những mối liên kết kim loại. 
Giai đoạn 3 : Khi lực ép tăng đạt giá trị nhất định thì diẹn tích tiếp xúc tăng lên gần 
bằng 100 %, khi đó kim loại đạt mối liên kết bền chắc. 
1 
2 
3 
Lớp kim loại tinh khiết 
(Vùng kim loại cơ bản) 
Lớp nguyên tử ở dạng tự do ch-a cân 
b ng
Lớp hơi n-ớc bị kim loại hút vào 
Lớp không khí bị kim loại hấp 
Lớp oxyd kim loại 
Lớp bị kim loại bị biến dạng 
1 2
PP
 126
Hình 5-3 Sơ đồ sự hình thành mối liên kết khi hàn tiếp xúc 
 a - Giai đoạn 1; b. giai đoạn 2; c. Giai đoạn 3 P2 >P1 
5.3 Đặc điểm của hàn điện tiếp xúc 
1. Hai kim loại luôn tiếp xúc nhau nên bảo vệ không cho không khí bên 
ngoài xâm nhạp vào vùng mối hanf, vì vậy chất l−ợng mối hàn cao. 
2. Điện trở tiếp xúc giữa kim loại - kim loại, kim loại - điện cực nhỏ (khoảng 
0,005 - 0,1 ôm). 
3. Thời gian hàn yêu cầu phải nhỏ (cở vài giây) 
4. Nguồn nhiệt cung cấp cho vùng hàn đ−ợc tính theo công thức : 
 Q I Rt= 0 24 2, (cal) 
I - c−ờng độ dòng điện tính bằng A 
R - điện trở vùng tiếp xúc (ôm) 
t - thời gian hàn tính bằng giây 
5. Điện áp hàn nhỏ Uh = 1 - 5 vôn 
6. Công suất của máy hàn lớn (đến 1000 KVA 
7. Dòng điện hàn lớn có thể đến 50.000 đến 100.000 ampe 
8. Có thể cơ khí hoá và tự động hoá quá trình hàn nên năng suất cao 
9. Nh−ợc điểm là máy hàn phức tạp và giá thành cao 
5.4 Phân loại hàn tiếp xúc 
Theo dạng mối hàn : Hàn tiếp xúc điểm 
 Hàn tiếp xúc đ−ờng 
 Hàn tiếp xúc giáp mối 
Theo nguồn điện Máy hàn dòng xoay chiều 
 Máy hàn dòng 1 chiều 
 Máy hàn dòng điện xung 
 Máy hàn dòng tần số cao 
 Máy hàn dòng tần số thấp 
Theo điện cực Máy hàn 2 điện cựu 
 Máy hàn nhiều điện cực 
 Máy hàn điệnc cực giả 
Hàn tiếp xúc giáp mối 
Lực ép khi hàn 
 127
 Hình 5-4 Sơ đồ nguyên lý máy hàn tiếp xúc giáp mối 
5.7 Hàn tiếp xúc điểm 
Khái niệm : Hàn tiếp xúc điểm là ph−ơng pháp hàn áp lực mà các chi tiết đ−ợc hàn 
nối với nhau theo từng điểm riêng biệt. 
Phân loại : Hàn điểm có thể có các ph−ơng pháp 
Phân loại : Hàn tiép xúc diểm 1 phía; hàn tiếp xúc điểm 2 phía và hàn tiếp xúc điểm 
bằng điện cực giả. 
Sơ đồ nguyên lý hàn tiếp xúc điểm 
a. 
b. c. 
Hình 5-8 Sơ đồ nguyên lý các ph−ơng pháp hàn điểm 
P P
Lực kẹp 
chặt P2 
Lực kẹp 
chặt P2 
 128
a - Sơ đồ hàn điểm 2 phía b - Sơ đồ hàn điểm 1 phía 
 c - Sơ đồ hàn điểm bằng điện cực giả; 
5.8 Hàn đ−ờng : 
5.8.1 Khái niệm : Là một ph−ơng pháp hàn tiếp xúc t−ơng tự hàn điểm nh−ng các 
điểm hàn đ−ợc nối liền nhau tạo thành đ−ờng hàn nên gọi là hàn đ−ờng. Khi hàn 
đ−ờng , điện cực hàn đuợc thay thế bằng bánh xe điện cực và lăn theo đ−ờng hàn. 
5.8.2 Phạm vi ứng dụng hàn các chi tiết mỏng, các kết cấu trong công nghệ chế tạo 
ôtô, thùng dầu, ... từ các loại vật liệu khác nhau nh− thép, đồng nhôm, manhê, ... 
5.8.3 Sơ đồ nguyên lý máy hàn đ−ờng 
 Hình 5-12 Sơ đồ nguyên lý máy hàn đ−ờng 
1 - Nguồn điện hàn 2 - Hệ thống điều khiển chu kỳ hàn 
3 - Công tắc tơ; 4 - Các phích cắm để thay đổi điện áp cuộng sơ cấp; 
5 - Máy biến áp hàn 
6 - Khung ngoài của máy hàn đ−ờng bao gồm : cuộn thứ cấp, dây dẫn điện đề vật 
hàn, cơ cấu kẹp chi tiết, bánh điện cực hàn. 
2
1 3
 129
 Hình 4-7 Sơ đồ cấu tạo một số bình chứa khí 
a. Bình chứa khí ôxy; b. Bình chứa khí axetylen (C2H2); 
b. Bình chứa khí prôpan (C3H8) 
 130
 Hình 4-8 Sơ đồ nguyên lý bình chế khí axtylen 
thì màng 8 sẽ bị thủng tạo điều kiện cho khí cháy thoát ra ngoài (xem hình 4-7, 4-
9). 
Ngọn lửa 
cháy quặt lại 
C2H2 
C2H2 
 131
 Hình 4-9 Sơ đồ nguyên lý các loại khoá bảo hiểm kiểu −ớt. 
 Hình 4-10 Sơ đồ nguyên lý các loại khoá bảo hiểm kiểu khô 
4.4.3 Van giảm áp 
• Công dụng của van giảm áp 
 Van giảm áp có công dụng giảm áp suất từ bình chứa xuống áp suất khi làm 
việc và làm ổn định áp suất đó trong suốt thời gian làm việc. 
• Phân loại van giảm áp : van giảm áp ôxy, van giảm áp axetylen, ... 
• Theo nguyên lý tác dung : có van giam áp tác dụng nghịch và tác dụng thuận; 
• Theo số buồng có loại 1 buồng, 2 buồng và nhiều buồng,... 
Sơ đồ nguyên lý van giảm áp kiểu nghịch 
C2H2 
C2H
Khí ra mỏ 
h
1
Khí ra từ 
bình 
2
4
3
5
6
 132
 Hình 4-11 Sơ đồ nguyên lý van giảm áp kiểu nghịch 
1 - đồng hồ đo áp suất trong bình chứa 2 - đồng hồ đo áp suất ra mỏ hàn, 
3 - lò xo giữ nắp van 4 - Màng đàn hồi 
5 - lò xo điều chỉnh màng đàn hồi 6 - Vít điều chỉnh vị trí màng đàng hồi 
Sơ đồ nguyên lý van giảm áp kiểu thuận (chiều ra của khí cùng chièu với chiều mở van) 
 Hình 4-12 Sơ đồ nguyên lý van giảm áp kiểu thuận 
Bình chế khí : 
Là loại thiết bị dùng để điều chế khí axetylen. Bình chế khí có dạng nh− hình 4-8 Bình chế 
khí A XÊTYLEN (N−ớc SX : Balan) 
Các bộ phận chính của bình chế khí C2H2: 
1. Van một chiều không cho không khí đi ng−ợc vào buồng phản ứng. 
2. Van bảo hiểm (P < 1,5 at) 
3. Vít vặn 
4. Thanh ngang giữ nắp bình 
5. Van xả khí 
6. Nắp đạy 
7. Đồng hồ đo áp suất trông bình 
8. Miệng ống đỗ n−ớc vào bình 
9. Buồng chứa khí axetylen 
10. Khoá đóng mở khí Axetylen 
11. Van giảm áp 
12. Nắp đạy và màng bảo hiểm 
13. Khoá bảo hiểm 
14. Van mở khí đi ra mỏ hàn 
15. Van kiểm tra mức n−ớc an toàn cho khoá bảo hiểm làm việc bình th−ờng 
16. Van tháo n−ớc 
17. ống dẫn; 
18. Mức n−ớc trong buồng phản ứng; 
19. Vách ngăn giữa 2 buồng; 
20. Khí kế áp n−ớc 
21. Van kiểm tra mực n−ớc trong khí áp kế n−ớc; 
Khí ra mỏ hàn 
Khí ra từ 
bình chứa
 133
22. Nắp tháo n−ớc vôi; 
23. Móc treo giỏ các bua khi không làm việc 
24. Thanh ngang của giỏ các bua can xi CaC2; 
25. Cử d−ới (mức d−ới) của đòn bảy khi hạ xuống; 
26. Cơ cấu nâng hạ giỏ đựng các bua can xi 
27. Đòn bảy; 
28. Miệng ống thải n−ớc; 
29. Van kiểm tra mực n−ớc trong bình chứa khí; 
30. Giỏ chứa các bua can xi (đất đèn); 
31. Quai cầm của giỏ chứa cacbua can xi CaC2; 
32. Buồng phản ứng; 
33. ẩng dẫn khí từ buồng phản ứng ra buồng chứa; 
Đặc tính kỹ thuật của bình chứa : 
6. Khối l−ợng các bua can xi trong mỗi lần nạp : 3 kg 
7. Kích th−ớc hạt các bua can xi (CaC2) : d = 50 - 80 mm 
8. áp lực khí : P = 1,5 at 
9. Năng suất khi sản xuất liên tục : Q = 2000 lít/giờ 
10. Năng suất lớn nhất : Q = 2000 lít / giờ 
IV Tμi liệu tham khảo : 
1. Nguyễn Bỏ An, Sổ tay thợ hàn, NXB xõy dựng, HfnộI, 1986 
2. Đinh Minh Diệm, Conga nghệ kim loạI tập 3 (Phần Hàn và cắt kim loạI) ĐHĐN, 2001 
3. Lờ Conga Dưỡng, Vật liẹu học, NXB KH&KT, Hà NộI, 2000. 
4. Nghiờm Hựng, Sỏch tra cứu thộp gang thụng dụng,Trường ĐHBK Hà NộI, 1997 
5. Lờ Nhương, Kỹ thuật dạp nguộI, NXB CNKT, Hà NộI, 1981 
6. Lờ Nhương, Rốn và dạp núng, NXB CNKT, Hà NộI, 1978. 
7. Trần Hữu Tường, Đinh Cụng Mễ, Trần TạI, Nguyễn Văn Siờm, Lờ Viết Ngưu, Vũ Conga Luận, 
 Conga Nghệ kim loạI tập 2, NXB ĐH&THCN, 1972 
8. Tụn Yờn, Conga Nghệ dập nguộI, NXB KHKT, Hà NộI, 1974. 
9. Акулов А.А. Справочник по сварке Том 4 - Изд. Машиюстрение - Москва. 1971 
10. А мигуд Д. З . Справочник молодого газосварщика газорезчика Изд. Высшая школа - 
 Москва. 1974 
11. Волченко Контроль качества сварки - Изд. Машиюстрение - Москва. 1975 
12. Гуревич С.М. Справочник по сварке цветныx металлов - Наукова думка - Киев - 1981 
13. Патон Ь.Е Теxнология электрческой сварки металлов и сплавов плавлением - Изд. 
 Машиюстрение - Москва. 1974. 
14. ШеЬеко Л.П. Оьорудование и Теxнология автоматической сварки - Изд. Высшая школа 
 Москва. 1975 
15. Фролов В.В. Теоретические основы сварки - Изд. Высшая школа - Москва. 1977 
 138
 Mục lục 
Ch−ơng Nội dung Trang
Ch−ơng 1 Vật liệu kim loại 
1.1 Tính chất của kim loại 
1.2 Phân loại vật liệu kim loại đơn chất 
1.3 Kim loại màu 
1.4 Cơ tính của kim loại 
1.5 Gang và các ứng dụng của nó 
1.6 Thép và các ứng dụng của nó 
1.7 Thép hợp kim 
1.8 Hợp kim cứng 
1.9 Các loại thép khác 
1 
1 
1 
2 
3 
6 
10 
13 
15 
17 
Ch−ơng 2 Thép bền nhiệt vμ chịu nhiệt 
2.1 Khái niệm chung về thép chịu nhiệt bền nhiệt 
2.2 Yêu cầu đối với chi tiết khi làm việc ở nhiệt độ 
cao 
2.3 Quá trình ôxy hoá thép 
2.4 Sự phá huỷ ở nhiệt độ cao 
2.5 Các ph−ơng pháp hoá bền ở nhiệt độ cao 
2.6 Thép chịu nhiệt bền nhiệt 
20 
19 
19 
19 
21 
25 
26 
Ch−ơng 3 Các ph−ơng pháp nhiệt luyện 
3.1Khái niệm chung về nhiệt luyện 
3.2 Điều kiện nhiệt luyện 
3.3 Giản đồ trạng thái sắt các bon (Fe-C) 
3.4 Các ph−ơng pháp nhiệt luyện 
3.5 Sơ đồ tổng hợp quá trình nhiệt luyện 
3.6 Hoá nhiệt luyện. 
35 
35 
36 
36 
37 
40 
40 
Ch−ơng 4 Đúc kim loại 
4.1 Thực chất đặc điểm và công dụng đúc kim loại 
4.2 Các bộ phận chính của một khuôn đúc 
4.3 Hỗn hợp làm khuôn lõi 
4.4 Chế tạo bộ mẫu và hộp lõi 
4.5 Tính đúc của hợp kim 
4.6 Đúc gang xám 
4.7 Các ph−ơng pháp đúc đặc biệt 
45 
45 
47 
52 
53 
56 
58 
62 
 139
Ch−ơng 5 Gia công kim loại bằng áp lực 
5.1 Khái niệm chung về gia công áp lực 
5.2 Khái niệm về biến dạng deo kim loại 
5.3 Các hiện t−ợng xảy ra khi biến dạng dẻo 
5.4 Một số định luật áp dụng trong gia công áp lực 
5.5 Nung nóng kim loại khi gia công áp lực 
5.6 Cán kim loại 
5.7 K éo kim loại 
5.8 ép kim loại 
5.9 Rèn tự do 
5.10 Dập thể tích 
5.11 Dập tấm 
68 
68 
69 
70 
71 
73 
78 
82 
84 
85 
90 
92 
Ch−ơng 6 Hμn vμ cắt kim loại 
6.1 Khái niệm chung 
6.2 Tổ chức kim loại mối hàn và vùng cận nó 
6.3 Hàn hồ quang 
6.4 Hàn và cắt kim loại bằng khí 
6.5 Hàn tiếp xúc 
98 
98 
99 
101 
119 
133 
 Tài liệu tham khảo 137 
 Mục lục 138