Phần B:
CHỌN THÉP ĐỂ CHẾ TẠO LÍP XE ĐẠP
Giới thiệu sản phẩm.

I.

Đĩa và líp xe đạp là một chi tiết trong kết cấu của chiếc xe đạp
mà chúng ta thường hay sử dụng để di chuyển hằng ngày

Đĩa xe đạp
a.

Líp xe đạp

Đặc điểm của chi tiết

1


Hai chi tiết này chịu tốc độ quay trung bình và tải trọng nhẹ ,
nhưng lại chịu sự mài mòn lớn do ma sát sinh ra khi chi tiết ăn khớp
với xích , bên cạnh đó chi tiết còn chịu sự tác động từ môi trường …

Do vậy để chọn được loại thép thích hợp cho việc nhiệt luyện
và chế tạo chi tiết mà vẫn phù hợp với yêu cầu về tốc độ , nhiệt độ ,
mài mòn và ăn mòn là điều hết sức quan trọng . Việc chọn mác thép
còn đòi hỏi phải dễ dàng gia công và giá thành phải hợp lý nhất để
tối ưu hóa .

2

b.

Chọn mác thép cho nhiệt luyện
Dựa vào những yêu cầu trên thì chúng mình lựa chon mác

thép phù hợp nhất trong trường hợp này dạng thép các bọn trung
bình và điển hình cho loại thép này là mác thép C45 (0.45%C) để
kiểm chứng cho chọn lựa này mình xin đưa ra một vài đặc điểm về
thành phần , tính chất , dạng độ bền để chứng mình cho quan điểm :
Loại thép
Số
Phân loại

C45
1.0503
Thép không chứa hợp kim
EN 10.277-2: 2008 Sản phẩm thép Bright. Tiêu chuẩn kỹ
thuật : Thép dùng cho mục đích kỹ thuật chung

Các tiêu

EN 10.083-2: 2006 Thép dùng cho nguội và ủ. Tiêu

chuẩn

chuẩn kỹ thuật thép không hợp kim
EN 10.250-2: 2000 thép dùng rèn cứng các chi tiết cho
mục đích kỹ thuật nói chung. Chất lượng là thành phần
không chứa hợp kim và thép đặc biệt




Thành phần hóa học của thép C45 (1,0503): EN 10277-22008

Cr + Mo + Ni = max 0,63
C
0,43-

Si
max

Mn
0,5-

Ni
max

P
max

S
max

Cr
max

0,5

0.4


0,8

0.4

0,045 0,045 0.4

Mo
max
0.1

3




Tính chất cơ học của thép C45 (1,0503)

Độ dày giả thiết (mm):
Rm – sức căng bề mặt (MPa)
(+ N)

đến 16 16-100 100-250 250-500 500 - 1000

620

580

560


540

530

Độ dày giả thiết (mm):

5-10

10-16

16-40

40-63

63-100

Rm – sức căng bề mặt (MPa)

750-

710-

650-

630-

580-

(+ C)


1050

1030

1000

900

850

to 100

100 - 250

250 - 500

500 - 1000

305

275

240

230

5 - 10

10 - 16


16 - 40

40 - 63

63 - 100

565

500

410

360

310

Độ dày giả thiết (mm):
Re - Độ dẻo phía trên (MPa)
(+N)
Độ dày giả thiết (mm):
Rp0.2 0,2% sức chống chịu
(MPa) (+C)

4


Độ dày giả thiết (mm):
A – Độ giản dài Tối Thiểu lúc
đứt gãy (%) (+C)


Độ dày giả thiết (mm):
A -độ giãn dài tối thiểu với Lo
= 5,65 √ So (%) (+N)

Độ cứng Brinell (HBW):
(+S)
Độ cứng Brinell (HBW):
(+A)
Độ cứng Brinell (HBW):
(+SH)



5 - 10

10 - 16

16 - 40

40 - 63

63 - 100

5

6

7

8


8

to 16

16 - 100

100 - 250

14

16

16

255
207
172 - 242

Các tính chất của thép C45 (1,0503)

5


Khả năng hàn: Do hàm lượng carbon trung bình, nó có thể được
hàn kết hợp với các phương pháp bảo vệ bề mặt
Độ thấm tôi : nó có thể thấm tôi trong nước hoặc dầu; để phù hợp
với việc làm cứng bề mặt cho phép mác thép này có một cao độ
cứng ở vỏ cao hơn .




USA
-

Germany
DIN,WN
r

Japan

Các mác thép tượng tự ở các nước

France England China

Austria

Russia

JIS

AFNOR

BS

GB

ONORM

GOST


1042

C4

S45

AF65C

070M

C45

120

C45S

1045
Gr.10

5

C

45
C45

46
50HS


k

50

W

43



ReH
Rm
A
J

Các đại lượng của tính chất cơ học
Độ biến dạng tối thiểu
Sức căng bề mặt
Độ giản dài tối thiểu
Tác động lực theo jun

6




Điều kiện nhiệt luyện và các thuật ngữ sử dụng

A : ủ mềm , AC : Ủ để đạt tạo hạt tròn của cacbua , AR : Cán , AT :
dung dịch ủ , C : Nguội nhanh / cứng , CR : cán nguội , FP : Xử lý

để có cấu trúc ferrite-pearlite trong phạm vi độ cứng I : ủ đẳng
nhiệt , LC : Nguội nhanh / mềm , M : Cán nhiệt cơ khí , N :
Thường hóa ,NT : Thường hóa và cường lực ,P : Chất kết tủa
cứng ,PE : bào ,QA : Nguội bằng không khí và cường lực ,QL :
Làm nguội lỏng và cường lực ,QT : Dập nguội và cường lực ,S : xử
lý để cải thiện ổn định trượt ,SH : Cán và tiện , SR : Nguội và giảm
biến tính ,T : cường lực ,TH : Xử lý trọng phạm vi độ cứng ,WW :
làm nóng , U : chưa qua xử lý .
Do vậy ta thấy rằng để chế tạo các chi tiết trên thì dùng mác
thép C45 là hợp lí vì thỏa mãn các điều kiện về nhiệt luyện , cơ tính
thành phần hóa học , tính chất và giá cả …
c.

Quy trình nhiệt luyện để chế tạo chi tiết

7




Ta có giản đồ trạng thái Fe-C giữa 2 đường là thành phần Carbon
nằm trong khoảng từ 0.25%C tới 0.55% đây là thành phần Carbon
trong thép carbon trung bình.

8




Phương án nhiệt luyện có thể sử dụng trong trường hợp này để chế

tạo đĩa líp xe đạp là bằng quy trình austenite hóa , tôi và ram để cải
thiện các tính chất cơ học .Thép carbon trung bình có độ thấm tôi
thấp , có thể nhiệt luyện các chi tiết có tiết diện mỏng với tốc độ làm
nguội cao . Hợp kim hóa bằng Cr , Ni , Mo … sẽ cải thiện khả năng
nhiệt luyện của các thép này , cho phép đạt được các tổ hợp tính



chất bền – dẻo cao
Để Autenite hóa thì hỗn hợp Fe nóng chảy sẽ được nung nóng tới
30000C trong lò hồ quang điện
khiến cho hỗn hợp ở dạng lỏng tại
thời điểm này chúng ta có thể thêm
các chất phụ gia vào lò nung như :
hoạt chất nhôm , cờ rôm , carbon ,
mangan . với múc đích là tạo ra
thép Carbon trung bình nên hàm
lượng Carbon được cho vào phải nằm trong khoảng từ 0.25%C tới



0.55%C và giữa nhiệt sau một khoảng thời gian .
Tiếp đến ta làm nguội hỗn hợp xuống dưới đường AC như trên đồ
thị để hỗn

hợp ở trạng

thái

austenite :


9


Liquid Austentite + Liquid , một phần Liquid khi được làm
nguội sẽ chuyển biến thành Austentite vì vậy ta có tổ chức tế vi của
hợp kim như trên giản đồ .


Làm nguội sau một khoảng thời gian ta sẽ đạt được tổ chức tế vi là
Austentite sau đó sẽ đem đổ vào khuôn tạo hình khối trước khi gia



công .
Sau khi đã Austenite hóa ta được một phôi thép có hàm lượng
carbon thấp và do vậy nó có độ
dẻo và dai nhất định do hàm
lượng Fe cao trong thép. Lúc này
chúng ta sẽ đem chi tiết đi gọt để
tạo hình dạng cho chi tiết , để gia
công được hình dạng của đĩa líp
xe đạp ta sẽ dùng phương pháp gia công phay lăn răng phôi thép



phương pháp lăn răng được thể hiện như trên hình ảnh .
Sau khi đã gia công thành hình chi tiết đĩa líp xe đạp , để nâng cao
độ cứng , độ bền , sức chịu tải và tính chống mài mòn của đĩa và líp
xe đạp ta sẽ dùng nguyên công tôi trước hết ta sẽ nung nóng phôi

lên cao quá nhiệt độ giới hạn Ac1 để làm xuất hiện auxtenit . Giữ
nhiệt rồi làm nguội nhanh thích hợp để biến nó thành mactenxit hay
tổ chức không ổn định khác với độ cứng cao . Để thực hiện nguyên

10


công tôi chúng ta nung phôi tới nhiệt độ khoảng Ac3 + (30÷50)0C để
xác định khoảng nhiệt độ này chúng ta có thể tính toán dựa vào hình
vẽ bên dưới

Để xác định nhiệt độ tôi chúng ta xác định các giao điểm của
đường 0.25 và 0.55 với đường GS bằng cách sau. Giả sử GS là 1
đường thẳng ta có giữa đường 0.55 và đường 7270C sẽ tạo ra một
giao điểm , để tính khoảng nhiệt độ này ta có thể dùng định lý
pytago và sự đồng dạng của tam giác và sau đó ta sẽ có kết quả là :
Giao với 0.55%C = 727 + ( (912-727)*(0.8-0.55))/0.8 = 7840C
11


Giao với 0.25%C = 727 + ( (912-727)*(0.8-0.25))/0.8 = 8540C


Vậy khi thực hiện nguyên công tôi ta sẽ thực hiện ở nhiệt độ là Ac3
+ (30÷50)0C đó là đường nối giữa điểm X với Y như hình vẽ phía
trên (784+30 ÷ 854 + 30)0C cỡ vào khoảng (820÷880)0C .Tổ chức
sau khi tôi và làm nguội là mactenxit + auxtenit dư ,chúng ta sẽ nói
sơ qua về 2 tổ chức mactenxit và auxtenit để thấy chúng có đặc

o


điểm gì nổi bật có thể cải thiện tính chất của kim loại
Mactenxit có thành phần cấu trúc tinh thể nhận được sau khi chuyển
biến Martensite trong các
hợp kim sắt - cacbon (Fe - C)
và hợp kim màu cấu trúc tinh
thể là mạng chính phương
thể tâm tên gọi của nó được
đặt theo tên nhà kim loại học
người Đức Macten (A.
Martens). Trong Hệ Fe - C, Martensite là dung dịch rắn quá bão hoà
của cacbon trong sắt anpha (Fe - α) tạo thành từ auxtenit khi làm
nguội nhanh (tôi) ở trạng thái đó nguyên tử carbon không có đủ thời
gian để khuếch tán ra khỏi các cấu trúc tinh thể với số lượng đủ lớn
để tạo thành cementite (Fe3C). Martensite có cấu tạo dạng kim, độ
dẻo thấp, độ cứng rất cao (trên 500 HB). Tuỳ thuộc vào hàm lượng
cacbon trong thép mà sau khi tôi có thể nhận được Martensite hình
kim, Martensite có 2 dạng là song tinh và biến dạng. Martensite là
pha có độ cứng cao nhất trong các hợp kim sắt - cacbon (Fe - C).
12


o

Austentite đó là dung dịch rắn xen kẽ của C trong Feɣ không có tính
sắt từ chỉ có tính thuận từ tính chất
của hợp kim là của Feɣ (Austentite)
kiểu mạng của Feɣ đó là kiểu mạng
lập phương diện tâm FCC , hàm
lượng carbon tối đa là 2.14%C ở

nhiệt độ 7270C. Thép Austenit lại
có tính dẻo tốt với độ giãn dài lên đến 50% trong quá trình thử độ



bền kéo do hàm lượng cacbon thấp .
Kêt quả của việc tôi hỗn hợp này là để nâng cao độ cứng và tính
chống mài mòn nhờ đó kéo dài tuổi thọ của đĩa líp xe đạp nhờ các
đặc điểm tốt của Austentite và độ cứng của thép tăng lên gấp bội do
Martensite độ cứng đạt được sau khi tôi là > 50HRC bên cạnh đó nó



sẽ nâng cao độ bền và sức chịu tải của đĩa líp xe đạp .
Sau khi đã đạt được tổ chức Martensite có độ cứng cao nhất , tuy
nhiên chúng ta không thể đem đĩa líp xe đạp ra sử dụng được vì lúc
đó nó rất giòn , kém dẻo , dai với ứng suất bên trong lớn , nếu đem
dùng rất chóng gẫy do phá hủy dòn và trong sử dụng chúng ta



không yêu cầu độ cứng cao như vậy .
Do vậy sau khi tôi chúng ta phải tiến hành nung nóng lại để giảm
hay khử bỏ ứng suất bên trong , tăng độ dẻo , đô dai giảm độ cứng
đến mức yêu cầu phù hợp với điều kiện làm việc bằng cách ram .
Đó là phương pháp nhiệt luyện nung nóng thép đã tôi thành tổ chức
mactenxit lên đến các nhiệt độ thấp hơn Ac1 để mactenxit và
13



auxtenit dư phản hóa thành các tổ chức có cơ tính phù hợp với điều


kiện làm việc quy định .
Yếu tố quyết định nhất tổ chức
và cơ tính khi ram là nhiệt độ ,
theo đó khi nhiệt độ tăng lên ,
ram thép có tác dụng và múc
đích là : làm giảm hoặc khử bỏ
ứng suất bên trong , biến đổi tổ
chức khi tôi cứng , giòn thành
các tổ chức có độ cứng thích hợp
xong nó lại dẻo dai hơn phù hợp



với điều kiện làm việc
Có 3 loại Ram được sử dụng trong nhiệt luyện đó là : Ram thấp
(150-250)0C ,Ram trung bình (300450)0C ,Ram cao ( 500-650)0C
Đối với chi tiết đĩa líp xe đạp sẽ
dùng phương pháp Ram thấp đó là
phương pháp nung nóng thép đã tôi
trong khoảng 150-2500C , tổ chức đạt
được là Mactexit ram



So với thép tôi , sau khi ram thấp nói chung độ cứng không giảm đi
hoặc chỉ giảm đi rất ít ( 1 – 2 )HRC , cá biết có trường hợp lại tăng
lên ( do auxtenit dư -> mactexit ) , còn ứng suất bên trong giảm đi


14


do có tính dẻo , dai tốt hơn , khó phá hủy giòn hơn .Vì độ cứng cần


đạt của đĩa líp xe đạp khoảng 50-60 HRC.
Sau khi Ram xong chúng ta sẽ gia công tinh lại một lần nữa với
dung dịch thấm nguội là dầu hoặc nhớt để cho chi tiết có tính bôi



trơi cao hơn trước khi đem vào sử dụng .
Toàn bộ quá trình kể trên là toàn bộ quá
trình gia công đĩa líp xe đạp.

-------------------------------Hết-------------------------------

15