CÁC VÍ DỤ ÁP DỤNG EUROCODE KẾT CẤU - Phần 5

CÁC VÍ DỤ ÁP DỤNG EUROCODE KẾT CẤU - Phần 4

CÁC VÍ DỤ ÁP DỤNG EUROCODE KẾT CẤU - Phần 3

CÁC VÍ DỤ ÁP DỤNG EUROCODE KẾT CẤU - Phần 2

CÁC VÍ DỤ ÁP DỤNG EUROCODE KẾT CẤU - Phần 1

EUROCODE kết cấu

Lý thuyết dầm chịu tải (phần 3)

Lý thuyết dầm chịu tải (phần 2)

Lý thuyết dầm chịu tải (phần 1)

Sự tập trung ứng suất

Các thông số hàn MAG/MIG

Các nguyên tắc của xử lý nhiệt của các thép

Thép thường được định nghĩa là một hợp kim của sắt và carbon với hàm lượng carbon giữa một vài trăm phần trăm lên đến khoảng 2% khối lượng. Các nguyên tố hợp kim khác có thể tổng số lượng khoảng 5% khối lượng trong các thép hợp kim thấp và cao hơn trong các thép hợp kim cao như thép công cụ, thép không gỉ (> 10,5%) và thép bền nhiệt CrNi (> 18%). Các thép có thể thể hiện một loạt các thuộc tính phụ thuộc vào thành phần hóa học cũng như các phase và cấu trúc micro có mặt, do đó sẽ phụ thuộc vào xử lý nhiệt.

Biểu đồ Phase Fe-C

Cơ sở cho sự hiểu biết về xử lý nhiệt của các thép là giản đồ phase Fe-C (Hình 1). Hình 1 thực sự cho thấy hai biểu đồ; biểu đồ sắt-graphite ổn định (đường đứt nét) và biểu đồ Fe-Fe3C chưa ổn định (gỉa bền). Điều kiện ổn định thường mất một thời gian rất dài để phát triển ổn định, đặc biệt là trong phạm vi nhiệt độ thấp và các-bon thấp, và do đó các biểu đồchưa ổn định được quan tâm hơn. Biểu đồ Fe-C cho thấy các phase được dự đoán ở trạng thái cân bằng (hoặc cân bằng chưa ổn định) cho các sự kết hợp khác nhau của nồng độ cacbon và nhiệt độ.

Chúng ta phân biệt tại ferrite các-bon thấp cuối (α-sắt), trong đó có thể hòa tan nhiều nhất tại 0,028% C, ở 727 °C (1341 °F) và austenite, có thể hòa tan 2.11% khối lượng C tại 1148 °C (2098 °F). Ở phía giàu carbon chúng ta thấy cementite (Fe3C). Ít được quan tâm hơn, ngoại trừ đối với thép hợp kim cao, là δ-ferrite xuất hiện ở nhiệt độ cao nhất.

Giữa các khu vực phase đơn tìm thấy khu vực có hỗn hợp của hai phase, chẳng hạn như ferrite + cementite, austenite + cementite, và ferit + austenite. Ở nhiệt độ cao nhất, khu vực phase lỏng có thể được tìm thấy và bên dưới là hai khu vực phase lỏng + austenite, lỏng + cementite, và lỏng + δ-ferit.

Trong xử lý nhiệt các thép, phase lỏng luôn luôn phải được ngăn ngừa. Một số các ranh giới quan trọng tại các khu vực một phase được đặt tên đặc biệt như sau :

•         A₁, được gọi là nhiệt độ cùng tích, đó là nhiệt độ tối thiểu cho austenite

•         A₃, ranh giới nhiệt độ thấp hơn của khu vực austenite ở các hàm lượng carbon thấp, đó là, g / g + α (ranh giới)

•         A_cm, ranh giới đối chiếu cho các hàm lượng carbon cao, có nghĩa là, g / g + Fe₃C (ranh giới)

Hàm lượng carbon tại nhiệt độ austenite tối thiểu đạt được được gọi là hàm lượng carbon cùng tích (0,77% khối lượng C). Phase Ferrite-cementite hỗn hợp của các thành phần này được hình thành trong quá trình làm nguội có một sự xuất hiện đặc trưng và được gọi là pearlite và có thể được coi là một cấu trúc micro. Nó là một tổng hợp của xen kẽ lá mỏng ferrite và cementite biến tính thành các hạt cementite phân tán với một mạng ferrite sau khi được mở rộng đóng lại tới A1.

Hàn các thép carbon trung bình và các thép carbon cao và các thép đặc biệt

1. Giới thiệu chung

 Thép chứa Si, Mn, P, và S ngoài C. Năm nguyên tố hóa học này được gọi là 5 nguyên tố hóa học của thép. Thép có chứa hàm lượng carbon khoảng 0.3% hoặc ít hơn được gọi là thép carbon thấp hoặc thép mềm. Thép với hàm lượng C khoảng 0,6% hoặc nhiều hơn được gọi là thép carbon cao. Ví dụ, thép carbon dụng cụ là trong cấp độ này. Thép với hàm lượng carbon 0.3 ～ 0.6% được gọi là thép carbon trung bình. Thép kết cấu máy móc là trong cấp độ này. Thép đặc biệt là cấp độ mà có chứa, ngoài 5 nguyên tố kể trên còn có hàm lượng Mn cao hơn khi được so sánh với thép carbon, hoặc chẳng hạn như các nguyên tố hợp kim như Ni, Cr, và Mo cũng được thêm vào cho mục đích sử dụng của nó.

Bảng 1 đưa ra sự phân loại của các vật liệu sắt và thép theo các tiêu chuẩn JIS/ ASTM/AISI/SAE, trong đó thép được phân chia thành thép bình thường, thép đặc biệt và  thép đúc. Thêm nữa thép đặc biệt được phân chia thành thép độ bền cao, thép dụng cụ, và thép sử dụng đặc biệt. Các cấp độ thép tiêu chuẩn của thép carbon trung bình và thép đặc biệt như thể hiện trong các bảng 2～3. Các bảng này bao gồm các cấp độ thép AISI/SAE và các đặc điểm kỹ thuật ASTM tương tự với các cấp độ thép JIS.

Ăn mòn giữa các hạt khi hàn

Ăn mòn giữa các hạt khi hàn

Ăn mòn giữa các hạt (IGC - Intergranular corrosion), cũng được hiểu như thâm nhập giữa các hạt (IGA - Intergranular attack), là dạng ăn mòn ở đây các ranh giới của các hạt tinh thể của vật liệu dễ bị ăn mòn hơn bên trong của chúng.

Hình 1 : Hình ảnh kính hiển vi của một mặt cắt ngang được đánh bóng của một vật liệu bị tấn công bởi sự ăn mòn giữa các hạt.

Tình trạng này có thể xảy ra trong các hợp kim chống ăn mòn khác, khi các ranh giới hạt bị cạn kiệt, hiểu như là làm cạn kiệt biên giới hạt, của các nguyên tố ức chế ăn mòn như chrom bởi một số cơ chế. Trong các hàm lượng nickel và các thép không gỉ austenit, khi chrom được thêm vào để chống ăn mòn, cơ chế liên quan đến kết tủa của chrom carbide tại các ranh giới hạt, dẫn đến sự hình thành các khu vực chrom bị cạn kiệt tiếp giáp với ranh giới hạt (quá trình này được gọi là nhạy cảm hóa). Khoảng 12% chrom là yêu cầu tối thiểu để đảm bảo sự thụ động hóa, một cơ chế mà theo đó một màng mỏng không thể nhìn thấy hình thành trên bề mặt của các thép không gỉ. Lớp màng mỏng thụ động này bảo vệ kim loại khỏi các môi trường ăn mòn. Đặc tính tự phục hồi lớp màng mỏng thụ động làm cho thép không gỉ. Sự thẩm thấu chọn lọc thường liên quan đến các cơ chế cạn kiệt biên hạt.

Các cấp độ thép SAE (SAE steel grades) - Thép hợp kim thấp độ bền cao (HSLA)

3. Thép hợp kim thấp độ bền cao (HSLA - High-strength low-alloy steel)

Thép hợp kim thấp độ bền cao (HSLA) là loại thép hợp kim cung cấp các tính chất cơ học tốt hơn hoặc chống ăn mòn lớn hơn so với thép carbon. Các thép HSLA khác so với các thép khác ở chỗ chúng không được chế tạo để đáp ứng một thành phần hóa học cụ thể mà là để đáp ứng tính chất cơ học cụ thể. Chúng có hàm lượng carbon giữa 0.05–0.25% để duy trì khả năng tạo hình và khả năng hàn. Các nguyên tố hợp kim khác bao gồm đến 2.0% mangan và số lượng nhỏ của đồng, nickel, Niob, nitơ, vanadi, chrom, molybden, titan, calci, các nguyên tố đất hiếm, hoặc zircon. Đồng, titan, vanadi, và Niob được bổ sung vào cho mục đích tăng bền. Những nguyên tố này được dự định để làm thay đổi cấu trúc micro của các thép carbon, mà thường là kết tụ ferrit-pearlit, để tao ra một sự phân tán rất mịn của các carbide hợp kim trong mạng ferrit gần như tinh khiết. Điều này giúp loại bỏ sự ảnh hưởng giảm độ dẻo dai của phần thể tích pearlit còn duy trì và làm tăng độ bền của vật liệu bằng làm mịn hạt, trong trường hợp của ferrit làm tăng giới hạn chảy bằng 50% cho mỗi lần giảm một nửa đường kính hạt trung bình. Kết tủa tăng bền đóng một vai trò nhỏ. Giới hạn chảy của chúng có thể bất kỳ giữa 250–590 Mpa (36,000–86,000 psi). Vì lý do độ bền và độ dẻo dai cao hơn của chúng, các thép HSLA thường yêu cầu công suất cao hơn 25-30% để tạo hình khi so với các thép carbon.

Đồng, Silic, nickel, chrom, và Phosphor được bổ sung để tăng khả năng chống ăn mòn. Zircon, calci, và các nguyên tố đất hiểm được bổ sung để kiểm soát bọc tạp chất sulfide làm tăng khả năng tạo hình. Điều này là cần thiết vì hầu hết các thép HSLA có tính chất nhạy cảm theo hướng thớ (hướng cán). Khả năng tạo hình và độ bền va đập có thể thay đổi đáng kể khi thử nghiệm theo hướng dọc và hướng ngang với hướng thớ. Uốn song song theo hướng dọc với hướng thớ có nhiều khả năng nứt xung quanh cạnh mép ngoài vì nó chịu tải kéo. Đặc tính theo hướng này được giảm đáng kể trong các thép HSLA đó là vì đã xử lý để kiểm soát hình dạng sulfide.

Chúng thường được sử dụng trong xe hơi, xe tải, cần trục, cầu, các lớp phủ ngoài trục cán và các kết cấu khác được thiết kế để giải quyết độ lớn ứng suất lớn hoặc cần tỷ lệ độ bền/khối lượng tốt. Các mặt cắt ngang và các kết cấu bằng thép HSLA thường nhẹ hơn khoảng 20 tới 30% so với thép carbon với độ bền như nhau.

Các thép HSLA cũng có khả năng chống gỉ nhiều hơn so với hầu hết các loại thép carbon bởi vì sự nghèo pearlit - các lớp mịn của ferrit (gần như sắt sạch) và cementit trong pearlit. Các thép HSLA thường có mật độ (khối lượng riêng) khoảng 7800 kg/m³.