Bài Tập Lớn Vật Liệu Học
I. Nội dung.
Cho chi tiết có yêu cầu cơ bản :
Trục cam động cơ ô tô. Đường kính Ø40mm, hình dạng phức tạp,chịu ứng
suất uốn và ứng suất tiếp xúc và mài mòn bề mặt.
Trục cam động cơ ô tô.
Câu 1: Điều kiện làm việc của chi tiết.
Trục cam làm việc trong động cơ ô tô, trong cơ cấu điều phối xupap nạp và
xupap xả. Trong quá trình làm việc, bề mặt cam luôn luôn tiếp xúc với các
xupap trong quá trình pittong làm việc.Vì động cơ hoạt động nhiều, khi chạy
với tốc độ cao thì pittong phải hoạt động liên tục với tộc độ rất lớn.Điều đó
cũng đồng nghĩa các cơ cấu cung cấp cho nó cũng phải hoạt động với tốc độ
lớn. Trục cam động cơ được chế tạo và làm việc phải luôn tiếp xúc với
xupap. Từ điều kiện làm việc ta có thể thấy ngay được chi tiết:
+ Làm việc ở tốc độ cao.
+Chịu tải trọng va đập
+Chịu mài mòn bề mặt
+ Ứng suất bề mặt tiếp xúc lớn
Vậy yêu cầu cơ tính của trục cam là :
+ Độ bền cao: để đảm bảo chi tiết làm việc lâu dài và chính xác vì đây là
một chi tiết quan trọng.
+ Độ dai va đập: đảm bảo độ tin cậy trong quá trình làm việc,chịu va đập.
+ Độ cứng bề mặt cao : để đảm bảo cho bề mặt cam chống được mài mòn
trong quá trình tiếp xúc liên tục với các xupap.
Ngoài ra, trục cam có hình dạng phức tạp nên yêu cầu tính công nghệ cao.Để
đảm bảo sản xuất hàng loạt thì yêu cầu phải chọn vật liệu phù hợp,giá thành
chi phí rẻ.
Câu 2
a) Dựa vào yêu cầu về cơ tính, hình dáng phức tạp, đường kính của chi tiết
trục cam Ø40, ta chọn vật liệu chế tạo trục cam là thép hoá tốt có mác:
40XHM theo tiêu chuẩn ГOCT của Nga

0,75-
1,00
0,4-
0,6
0,4-
0,7
0,15-
0,25
0,035 0,04
0,15-
0,30 Si
JIS SNCM43
9
0,39 0,8 1,00 2,00 0,25 0,03 0,03 -
TCVN
Câu 3:
Thép hợp kim là loại thép mà người ta cố ý đưa thêm vào trong thép các
nguyên tố hợp kim một lượng đủ lớn để làm thay đổi tổ chức và cải thiện
tính chất( cơ, lý, hóa).
Lượng hợp kim đưa vào phải có hàm lượng lớn hơn các giới hạn cho
từng nguyên tố hợp kim( không có giá trị chung cho mọi nguyên tố) như
sau:
Mn ≥ 0,80-1,00% Si ≥ 0,50-0,80% Cr ≥ 0,50-0,80%,
Ni ≥ 0,50-0,80% W ≥ 0,10-0,50% Mo ≥ 0,05-0,20%,
Ti ≥ 0,10% Cu ≥ 0,30% B ≥0,0005%.
Nhỏ hơn giới hạn trên các nguyên tố hợp kim được coi là tạp chất. Tuy
nhiên các giới hạn trên cũng chỉ là quy ước và không cứng nhắc một cách
quá chặt chẽ.
Lượng hợp kim đưa vào ảnh hưởng mạnh đến thép làm cho thép hợp kim
có các đặc tính vượt trội so với thép cacbon có cùng thành phần cacbon.

với V, tượng đối mạnh với W, Mo. Riêng thép có Mn lại có khuynh
hướng làm to hạt austenit. Các nguyên tố hợp kim còn lại Cr, Ni, Si, Al
được coi là trung tính. Chính vì vậy thép hợp kim thường giữ được hạt
nhỏ hơn thép cácbon khi cả hai cùng bị nung nóng ở cùng nhiệt độ.
- Sự phân hoá đẳng nhiệt của austenit quá nguội: Khi toà tan vào
austenit, tất vả các nguyên tố hợp kim( trừ Co) với các mức độ khác
nhau đểu là chậm tốc độ phân hoá đẳng nhiệt của austenit quá nguội
tức là làm đường cong chữ “C” dịch sang phải do đó làm giảm tốc
độ tôi tới hạn V
th
.
- Độ thẩm tôi: Do làm giảm V
th
, các nguyên tố hợp kim( trừ Co) khi
hoà tan vào austenit để làm tăng độ thắm tôi.
Như thấy rõ từ hình vẽ, do đường cong chữ “C” trong thép hợp kim dịnh
sang phải nên có V
th2
< V
th1
của thép cácbon, tương ứng ta luôn có độ
thấm tôi của thép hợp kim luôn cao hơn thép cácbon.
Nhờ hiệu quả này trong thép hợp kim có thể xảy ra các trường hợp sau
mà ta không thể gặp ở thép cacbon:
+ V
th
bé đến mức nhỏ hơn cả V
nguôi
của lõi, do đó sau khi tôi lõi cũng có
tổ chức mactenxit, đây là trường hợp tôi thấu.

a) Xác định các nhiệt độ quan trọng của thép 40XHM:
- Nhiệt độ chảy hoàn toàn:
- Nhiệt độ ủ:
- Nhiệt độ thường hoá:
- Nhiệt độ tôi:
b) Dùng giản đô Fe-C, xác định thép cacbon có cùng thành phần cacbon:
Giản đồ Fe-C
c) Đối với thép cacbon vừa xác định được ta xác định nhiệt độ ủ, nhiệt
độ thường hoá, nhiệu độ tội:
- Thép có 0,40% cacbon là thép trước cùng tích nên chọn phương pháp ủ
hoàn toàn có nhiệt độ ủ là:
T
ủ
=Ac
3
+(20÷30°C)= 770+(20÷30°C)=790÷800°C.
Với việc ủ hoàn toàn ở nhiệt độ trên thi sẽ đảm bảo cơ tính cho chi tiết.
- Nhiệt độ tôi: T
T
=A
c3
+ (20÷30°C)
-> T
T
=800÷820°C
Với quá trình tôi ở nhiệt độ như vậy sẽ làm xuất hiện austenit, sau đó làm
nguội nhanh để đạt được tổ chức mactenxit hay các tổ chức không ổn định
khác với độ cứng cao. Sau đó là nguyên công ram với nhiệt độ khoảng
500÷600°cacbon để giảm giòn thép, giảm ứng suất bên trong đạt tổ chức
mactenxit ram. Tuy độ cứng bị giảm đi song lại đạt được sự kết hợp tốt nhất

40,0
40,0
40,0
40,08,0
==
−
=
P
F
%50%%
==→
FP
Ta lại có:
1
675,15
40,0
27,6
40,0
40,067,6
==
−
=
Xe
F
→
%94100*
675.16
675.15
% ==F
→

γ
+ ở nhiệt độ 775 đến 1430°C thì tất cả pha chuyển thành γ.
+ ở nhiệt độ trên 1430°C hơn hợp thu được gồm γ+L:
xét tại nhiệt độ t=1450°C
Từ giảm đồ pha ta có: đường t=1450°C cắt đường L ở điểm có %C=1,0
và cắt đường γ ở điểm có %C=0,3
1
7
10,0
70,0
30,040,0
40,01,1
==
−
−
=
L
γ
→
%5,87100*
8
7
% ==
γ
→
%5,12100*
8
1
% ==L
xét tại nhiệt độ t=1460°C

b) Để già công được trục cam bằng vật liệu 40XHM ta tiến hành các
bước nhứ sau:
- Từ phội thép ban đầu ta tiến hành cắt, ren dập nóng để tạo ra phôi.
- ủ hoàn toàn với mục đính:
+ làm nhỏ hạt.
+ làm giảm độ cứng và tăng độ dẻo để dễ cắt gọt.
Khi nung nóng để ủ hoàn toàn ta được austenit đồng nhất nên khi làm
nguội sẽ phân hoá ra tổ chức ferit –peclit, trong đó peclit ở dạng tắm.
Nguyên công này là nguyên công chuẩn bị để tiến hành gia công cắt tạo
hình cho chi tiết.
- Sử dụng máy phay tiến hành gia công cắt thô gần đạt kích thước trục
cam Ø40.
- Tôi trục để đạt được các mục đính:
+ năng cao độ cứng và tính chống mài mòn.
+ năng cao độ bền và sức chịu tải của chi tiết cam.
Khi tôi, austenit chuyển biến thành mactenxit đây là dung dịch răng xen
kẽ quá bão hoà cacbon trong Fe
α
với nồng độ cacbon như của austenit, có
kiểu mạng chính phương tâm khối và có độ cúng cao. Mactenxti có độ cứng
cao( do cacbon hoà tan xen kẽ làm xô lệch mạng tinh thể của săt) dẫn đến
năng cao tính chống mài mòn, song mactenxit lại có tính giòn cao. Để đảm
bảo cơ tính tổng hợp ta tiến hành ram cao.
- Ram cao:
Nhiệt độ khi ram cao là 5004650, tổ chức đạt được là xoocbit ram.
- Gia công tinh trục cam đạt kích thước yêu cầu.
- Tôi bề mặt băng phương pháp tôi cao tần:
Độ quá nhiệt cao nên tốc độ chuyển biến pha khi nung rất nhanh, thời
gian chuyển biến ngắn, hạt austenit rất nhỏ mịn nê khi tôi được kim
mactenxit rất nhỏ.