Đang tải... (xem toàn văn)
(NB) Giáo trình Vật liệu cơ khí cung cấp một số kiến thức như: Cấu trúc và cơ tính của vật liệu Kim loại; Hợp kim và biến đổi tổ chức; Nhiệt luyện; Vật liệu kim loại; Hợp kim màu và phi kim. Mời các bạn cùng tham khảo nội dung giáo trình phần 2.
Chương 4: Vật liệu kim loại Giới thiệu chương Hiện kim loại sắt hợp kim sắt là(gang , thép) dùng rộng rãi ngành kinh tế đóng vai trị quan trọng tiến hóa xã hội lồi người Thép gang vật liệu chủ yếu cơng nghiệp khí phương tiện giao thông vận tải, khối lượng thép lớn sử dụng xây dựng Sở dĩ thép gang sử dụng rộng rãi để chế tạo máy công cụ chúng có nhiều tính tốt đảm bảo u cầu đề Để sử dụng thép gang cơng nghiệp khí cách hợp lý nhất, người làm cơng tác khí cần phải có kiến thức định thép gang Chương vật liệu kim loại giới thiệu đến độc giả thành phần hóa học, tính chất , ký hiệu, cơng dụng thép cacbon, thép hợp kim gang Mục tiêu - Mơ tả phương pháp dùng kính hiển vi quang học điện tử có độ phóng đại lớn để quan sát cấu trúc tế vi gang thép - Trình bày khái niệm gang, cách phân loại gang yếu tố ảnh hưởng đến tính chất gang, thép - Giải thích thành phần, công dụng ký hiệu loại gang thường dùng, loại thép cac bon thường dùng - Phân biệt gang thép qua màu sắc, tỷ trọng, độ nhám mịn, âm gõ, bẻ, đập búa, xem tia lửa mài -Rèn luyện tính kỷ luật, kiên trì, cẩn thận, nghiêm túc, chủ động tích cực sáng tạo học tập Nội dung 4.1 Thép cacbon 4.1.1 Khái niệm thép cacbon 4.1.1.1 Thành phần hoá học ảnh hưởng nguyên tố a.Thành phần hóa học Thép cacbon hợp kim Fe - C, Trong C < 2,14% ngồi cịn có số tạp chất khác như: Mn, Si, P, S b Ảnh hưởng nguyên tố tới tính chất thép * Cacbon: C < 2,14% 78 Cacbon nguyên tố quan trọng ảnh hưởng lớn tới tổ chức cơ, lý, hóa tính thép - Tổ chức Khi lượng cacbon thép tăng lên lượng xêmentit tăng lên dẫn đến tổ chức thép thay đổi - Cơ tính Khi lượng cacbon thay đổi tính thép thay đổi nhiều Quy luật chung là, thành phần cacbon tăng lên độ bền, độ cứng tăng lên, độ dẻo, độ dai giảm Tuy nhiên độ bền tăng lên theo cacbon đến giới hạn (0,8 – )% vượt giới hạn độ bền thép lại giảm Hình 4.1 trình bày ảnh hưởng cacbon đến tính thép Có thể giải thích quy luật sau: tăng lượng cacbon, số lượng pha xêmentit cứng, dòn tăng tương ứng, thép có độ cứng tăng lên, độ dẻo dai giảm Riêng ảnh hưởng lượng pha xêmetit đến độ bền có nét khác Thoạt tiên tăng số lượng pha xêmentit với độ cứng cao có tác dụng cản trở trượt ferit làm tăng giới hạn bền thép, xêmentit nhiều (khi cacbon > 0,8%) tạo nên xêmetit II dạng lưới (liên tục) lại giảm độ bền, lưới xêmentit làm dễ dàng cho tạo thành cho phát triển vết nứt phá hủy - Lí, hóa tính Khi tăng lượng cacbon điện trở lực khử từ tăng, tính chống ăn mịn độ từ thẩm thép giảm * Mangan: Mn < 0,8% - Mangan hòa tan vào ferit làm tăng độ bền làm giảm độ giãn dài thép - Một phần mangan kết hợp với cacbon tạo thành hợp chất Mn 3C có tính chất giống Fe3C làm tăng độ cứng, tăng tính chống mài mòn - Mangan đưa vào thép dạng fero- mangan để khử ơxy lưu huỳnh có hại * Silic: Si < 0,5% - Silic hòa tan vào ferit làm tăng độ bền, độ cứng pha này, làm tăng độ bền, độ cứng giảm độ giãn dài cho thép - Silic có tác dụng khử ôxy mạnh so với mangan: Si + 2FeO → SiO2 + 2Fe 79 - Silic có khả làm tăng tính thấm từ * Phốtpho: P < 0,05% - Phốt làm cho thép giòn nhiệt độ thường (giòn nguội) Phốt hòa tan vào ferit làm xô lệch mạng tinh thể pha - Phốt tăng cải thiện tính cắt gọt * Lưu huỳnh: S < 0,05% Lưu huỳnh làm cho thép giịn nhiệt độ cao (giịn nóng) dẫn đến công nghệ rèn, cán, kéo, ép, hàn … gặp nhiều khó khăn Trong thép chứa nhiều lưu huỳnh tạo thành FeS, nóng chảy nhiệt độ (985 C) Khi rèn, cán thường phải nung thép tới nhiệt độ (1200)0C chảy làm yếu liên kết hạt kim loại nên thép dễ bị đứt Ngoài thép cịn có ơxy, nitơ, hiđrơ số tạp chất khác làm giảm độ dẻo, tăng độ giòn 3.1.2 Các phương pháp phân loại thép 3.1.2.1 Theo phương pháp luyện Dựa vào lò chế tạo thép - Thép lị chuyển: thép luyện từ lị chuyển có chất lượng thường - Thép mactanh: thép luyện từ lò mactanh chất lượng tốt thép lò chuyển - Thép lò điện: thép luyện từ lò điện (chủ yếu lò điện hồ quang) chất lượng cao 3.1.2.2 Theo mức độ khử ôxy - Thép sôi loại thép không khử ôxy triệt để khử fero- mangan loại chất khử không mạnh Do cịn FeO thép lỏng nên FeO tác dụng với cacbon (của thép lỏng) để thành khí CO: FeO + C → Fe + CO Khí CO bay lên làm cho mặt thép lỏng chuyển động gây ấn tượng giống sơi, có tên gọi thép sôi Do khử ôxy fero- mangan nên tính chất thép dẻo dai dùng để sản xuất thép cacbon thấp, cán thành mỏng để dập nguội - Thép lắng loại thép khử ơxy triệt để, tức ngồi fero-mangan cịn dùng chất khử mạnh fero- silic bột nhơm, thép lỏng chứa FeO, mặt thép lỏng phẳng lặng nên gọi thép lắng 80 Do khử ôxy cách triệt để nên chất lượng thép lắng cao hơn, loại thép tốt dùng để làm phần lớn chi tiết máy - Thép nửa lắng thép có vị trí trung gian thép sôi thép lắng, khử ôxy fero - mangan bột nhôm 3.1.2.3 Theo tổ chức thép trạng thái ủ - Thép trước tích: C < 0,8%, tổ chức F + P - Thép tích: C = 0,8%, tổ chức P - Thép sau tích: C > 0,8%, tổ chức P + XêII 3.1.2.4 Theo thành phần cacbon - Thép cacbon thấp: C < 0,3% - Thép cacbon trung bình: C = ( 0,3 ÷ 0,7 )% - Thép cacbon cao: C > 0,7% 3.1.2.5 Theo chất lượng Căn vào lượng photpho lưu huỳnh chia thép thành loại: - Thép chất lượng thường: S = ( 0,05 ÷ 0,07 )% ; P = ( 0,05 ÷ 0,09 )% - Thép chất lượng tốt: S = P = ( 0,04 ÷ 0,045 )% - Thép chất lượng cao: S = P ≤ 0,03% - Thép chất lượng đặc biệt cao: S < 0,015% ; P < 0,025% 3.1.2.6 Theo công dụng - Thép cacbon thông dụng (thép xây dựng): thường dùng nhiều để làm kết cấu xây dựng ( nhà xưởng, khung tháp, cầu đường …), đóng tàu - Thép cacbon kết cấu: chủ yếu dùng chế tạo chi tiết máy - Thép cacbon dụng cụ: chuyên dùng để chế tạo dụng cụ cắt gọt, dụng cụ đo, khuôn dập 3.1.3 Các loại thép cacbon 3.1.3.1 Thép cacbon thường(thép xây dựng) a Thành phần C < 0,5%, chứa nhiều photpho lưu huỳnh: S = ( 0,05 ÷ 0,07 )% ; P = ( 0,05 ÷ 0,09 )% b Tính chất 81 Cứng, giịn, tính Khơng thể nhiệt luyện để nâng cao tính c Ký hiệu * Tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN 1765 – 75 ) CT kèm theo số (31 ; 33 ; 34 ; 38 ; 42 ; 51 ; 61) giới hạn bền nhỏ kéo tính theo (kG/mm2) Thép chia thành phân nhóm: - Nhóm A: chất lượng qui định theo tính CT31; CT33 ; CT34 ; CT38 ; CT42 ; CT51 ; CT61 - Nhóm B: Chất lượng qui định theo thành phần hóa học BCT31; BCT33 ; BCT34 ; BCT38 ; BCT42 ; BCT51 ; BCT61 - Nhóm C: Chất lượng qui định theo tính thành phần hóa học CCT31; CCT33 ; CCT34 ; CCT38 ; CCT42 ; CCT51 ; CCT61 Nếu sau ký hiệu có chữ: s loại thép sôi, n loại thép nửa lắng, khơng có chữ thép lắng Ví dụ: CCT34s - thép cacbon thường nhóm C, thuộc thép sôi, giới hạn bền kéo бBK= 34 kG/mm.2 d Cơng dụng - Nhóm A: Dùng nhiều ngành xây dựng khơng cần nhiệt luyện - Nhóm B: Dùng để chế tạo chi tiết không quan trọng vòng đệm; khớp nối; chốt; trục; …; làm kết cấu hàn - Nhóm C: Chế tạo loại thép định hình V ; L ; U ; I ; T ;… dùng nhiều ngành đóng tàu, cầu đường, làm kết cấu hàn chịu lực 3.1.3.2 Thép cacbon kết cấu a Thành phần C = ( 0,05 ÷ 0,85 )%; S = P = ( 0,04 ÷ 0,045 )% b Tính chất - Cơ tính cao thép cacbon thường : + Giới hạn bền kéo бBK= ( 33 ÷ 115 ) kG/mm.2 + Độ giãn dài tương đối = ( 33 ÷ )% - Có thể nhiệt luyện nâng cao tính c Ký hiệu(Bảng 4.1) 82 * Tiêu chuẩn Việt Nam ( TCVN 1766 – 75 ) Bắt đầu ký hiệu chữ C kèm theo chữ số (5; 8; 10; 15; ; 85 ) phần vạn cacbon ( o ooo C ) Nếu sau ký hiệu có chữ: s loại thép sơi, n loại thép nửa lắng, khơng có chữ thép lắng Ví dụ: C8s -thép cacbon kết cấu loại thép sôi C = o ooo → 0,08% Bảng 4.1 Bảng đối chiếu thép kết cấu thường dùng nước Nga Trug Quốc Phương án 05F 08 08F 10 10F 15 20 20F 25 30 35 40 45 50 Mỹ 05K 08 08K 10 10K 15 20 20K 25 30 35 40 45 50 Việt nam TCVN 176675 C5s C5 C8s C10 C10s C15 C20 C20s C25 C30 C35 C40 C45 C50 55 C55 55 =1055 60 65 70 75 80 85 15 20 25 30 35 40 45 50 65 C60 C65 C70 C75 C80 C85 C15Mn C20Mn C25Mn C30Mn C35Mn C40Mn C45Mn C50Mn C65Mn 60 65 70 75 80 85 15Mn 20Mn 25Mn 30Mn 35Mn 40Mn 45Mn 50Mn 65Mn 1060 1064 1070 1074 1078 1085 1016 1022 1026 1033 1037 1039 1046 1050 1065 OCT Pháp Đức Tiệp Nhật Anh SAE AISI AFNOR DIN CSN JIS BS 1006 1008 1006 1010 1010 1015 1020 1020 1025 1030 1035 1040 1045 1050 C1006 C1008 C1006 C1010 C1010 C1015 C1020 C1020 C1025 C1030 C1035 C1040 C1045 C1050 =C105 C1060 C1064 C1070 C1074 C1078 C1085 C1016 C1022 C1026 C1033 C1037 C1039 C1046 C1050 C1065 XC10 XC12 XC18 XC32 XC35 XC42 XC45 XC48 C10, CK10 C15, CK15 C20,C22 C25 C35, CK35 C45,CK45 C50,CK53 12013 12010 11360 12010F 11416 12030 12031 12040 12041 12050 12051 S9CK SPCH1 S10C SPH2 S15C S20C SPH3 S25C S30C S35C S40C S45C S50C 10 En2A/1 En2A/1 En2A/1 En2A En2E En3A En2C En3 En1 En8A En6 En8D En43J XC55 CF56 12060 S55C En9K XC65 XC70 XC80 - C60,DK60 CK67 CK70 C75 40Mn4 - 12061 12062 12072 12081 12090 12120 - - En43D En42B En42E En42C 10 En42T En42D En42D En3C En3B En5 En8 En43B En43 En49A d.Cơng dụng - Số hiệu C5; C8 có độ dẻo cao dùng chế tạo chi tiết dập nguội - Số hiệu C10 ; ; C25 dùng làm bu lơng, đai ốc, vịng đệm, khớp nối, làm thép hàn, chi tiết chịu tải trọng nhỏ cần qua thấm cacbon - Số hiệu C30 ; ; C45 dùng làm trục truyền chuyển động, bánh cần qua ram 83 - Số hiệu C50 ; ; C85 dùng làm lò xo, nhíp thường 4.1.3.3 Thép cacbon dụng cụ a Thành phần C = ( 0,7 ÷ 1,3 )% ; S = P ≤ 0,03% b Tính chất - Độ bền, độ cứng cao thép kết cấu, chịu mài mòn, chịu va đập - Chịu nhiệt độ 10% 4.2.2.4 Theo công dụng Đây cách phân loại chủ yếu, thép chia thành nhóm sau: - Thép hợp kim kết cấu nhóm thép dùng để chế tạo chi tiết máy kết cấu kim loại - Thép hợp kim dụng cụ nhóm thép dùng chế tạo loại dụng cụ bao gồm dao cắt, khuôn dập, dụng cụ đo - Thép hợp kim đặc biệt nhóm thép có tính chất vật lý hóa học đặc biệt 86 Ví dụ: tính chống ăn mịn cao (khơng gỉ), làm việc nhiệt độ cao, tính giãn nở nhiệt đặc biệt 4.2.3 Ký hiệu thép hợp kim 4.2.3.1 Tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN1659 – 75) - Nguyên tắc chung: Tiêu chuẩn Việt Nam giống tiêu chuẩn ISO + Tên nguyên tố lấy theo kí hiệu hóa học, số đứng sau biểu thị % NTHK + Tất số đứng đầu ký hiệu phần vạn cacbon ( o ooo C ) Ví dụ: 40Cr12 Thép hợp kim: C = 40 o ooo , Cr = 12% - Điểm khác tiêu chuẩn ISO: Thép ổ bi ký hiệu OL, số đứng sau L phần trăm Crơm (% Cr ) Ví dụ: 0L1,5 SiMn - Thép ổ bi C ≥ 1% , Cr = 1,5% , Si = Mn = 1%, lại % Fe Thép gió: sau số đứng đầu nguyên tố vonfram có hàm lượng từ (9 ÷ 18)% Ví dụ: 140W9V2 Thép gió: C = 140 o ooo → 1,4% ; W = 9% ; V = 2%, lại % Fe 4.2.3.2 Tiêu chuẩn Nga(OCT ) Thép hợp kim ký hiệu hệ thống chữ số: Ví dụ: 15X ; 9XC ; XB5 ; 00X23ю4 ; 0X18H9T a Quy ước ký hiệu - Các chữ Dùng để ký hiệu nguyên tố hợp kim có thép, thường lấy từ chữ tên gọi nguyên tố hóa học tiếng Nga, trường hợp trùng số nguyên tố phải ký hiệu chữ khác Các ký hiệu sau: X - crôm - mangan A - nitơ H - niken K - coban Б - niôbi B - vonfram ю - nhôm 87 - zêcôni Bảng 5.3 Thành phần hợp kim Niken Thành phần % Tên hợp kim Mn Cu Cr Ni + Co Constantan 1,5 Còn lại - - Cromen 1HX9 – - Còn lại ÷ 10 43 Cromen 2HX - - 8,5 ÷ 9,5 Cịn lại Các hợp kim niken có nhiều công dụng khác nhau: - Hợp kim niken dùng kỹ thuật điện: chế tạo cặp nhiệt, dây bù, điện trở, dây nung - Hợp kim niken dùng làm vật liệu từ: chế tạo nam châm điện, lõi biến - Hợp kim niken có hệ số giãn nở đặc biệt dùng làm dụng cụ đo,thuộc nhóm gồm vật liệu: Inva, Elnivar, kovar, đặc điểm chúng có hệ số giản nở nhiệt gần khơng - Hợp kim bền ổn định nóng, dùng cơng nghiệp hóa chất kỹ thuật qn 5.1.4 Kẽm hợp kim kẽm 5.1.4.1 Kẽm nguyên chất Kẽm kim loại có màu trắng xanh với tỷ trọng 7,133g/cm3 200C Nhiệt độ nóng chảy kẽm 419,450C Nhiệt độ sôi 760mmHg 9060C Tỷ trọng kẽm nhiệt độ nóng chảy 6,6g/cm3 Khi kết tinh tạo mạng tinh thể lục giác xếp chặt Kẽm nhiệt độ thường giòn dẻo nhiệt độ (100 ÷ 150)0C Trên 1500C kẽm trở lên giòn 2000C dễ tạo thành bột Giới hạn bền kẽm (бb = 20 ÷ 25) KG/ mm2, δ = ( 40 ÷ 50)%, độ cứng đạt (30 ÷60)HB Sắt cho vào làm tăng độ cứng kẽm, làm giảm độ dai va đập kẽm ngun tố có tính ổn định chống ăn mịn tốt khí quyển, phủ bảo vệ Bằng thực nghiệm người ta thấy, tốc độ ăn mũn ca km thay i (1 ữ 1,6) àm/nm Km dùng nhiều dạng nguyên chất lẫn hợp kim Ở dạng nguyên chất kẽm dùng nguyên liệu công nghệ mạ kẽm, hàn kẽm nguyên tố hợp kim công nghệ sản xuất hợp kim nhôm, đồng, ma giê 5.1.4.2Hợp kim kẽm Hợp kim kẽm chia thành hai loại: hợp kim kẽm đúc hợp kim kẽm biến dạng 128 a Hợp kim kẽm đúc: thường dùng nguyên tố hợp kim chủ yếu: Cu, Ai, Mg,công dụng chủ yếu loại hợp kim để tạo chi tiết chịu ma sát ổ trục Các mác vật liệu thường dùng AM 10 – 5( gồm 10% Al, 5% Cu, lại kẽm) b Hợp kim kẽm biến dạng: sử dụng hợp kim kẽm đúc 5.2 Gỗ 5.2.1 Khái niệm gỗ 5.2.1.1 Thành phần Gỗ loại sản phẩm hữu tự nhiên, có cấu trúc phức tạp Thành phần bao gồm: xenlulo lignin Những phân tử tinh thể xenlulo tạo nên 45 ÷ 50% vật chất rắn gỗ Xenlulo có gỗ loại pơlime mạch thẳng có chứa đơn vị gluco với độ trùng hợp 5.000 đến 10.000 5.2.1.2 Phân loại gỗ Trên sở thức vật học, người ta phân gỗ thành hai loại: - Cây kim loại có hạt trần loại hạt có vỏ bọc cho gỗ mềm Loại gỗ mềm thường xanh quanh năm - Cây rộng rụng theo mùa, cho gỗ cứng Loại đa dạng phong phú, ví dụ: loại sồi trứng, lim xanh, lim xẹt, đinh 5.2.2 Tính chất lý gỗ 5.2.2.1 Cơ tính Cơ tính gỗ khác theo hướng khác nhau, tính dị hướng Theo thớ ngang (R T) độ bền theo thớ dọc(L) Cơ tính phụ thuộc nhiều vào trọng lượng riêng gỗ, gỗ nặng bền Cũng kim loại người ta kiểm tra độ bền, kéo, nén, uốn, xoắn gỗ để sử dụng điều kiện chịu tải thích hợp Ngồi độ bền cịn quan tâm đến độ cứng, tính chống mài mịn gỗ Theo độ cứng gỗ chia làm ba loại: gỗ cứng, gỗ cứng gỗ mềm.Giữa độ cứng tỷ trọng gỗ có mối quan hệ: tỷ trọng tăng, độ cứng tăng 5.2.2.2 Tính hút ẩm Gỗ có tính hút ẩm mạnh, trừ trường gỗ sấy khô, hàm lượng nước thấp, nói chung lượng nước chứa gỗ cao Để tính lượng nước gỗ người ta sử dụng mối quan hệ: Hàm lượng nước gỗ (H20)% = H20 mẫu / H20 gỗ khô x100%.Hàm lượng nước trung bình lớp nhựa gỗ tươi khoảng 129 150%.Tùy theo lượng nước trung bình gỗ mà phân loại chúng theo độ khô sau: Gỗ tươi – gỗ có độ ẩm phụ thuộc khí hậu đạt tới 200% Gỗ ướt – gỗ ngâm nước thời gian dài, có độ ẩm cao gỗ tươi Gỗ phơi khô – gỗ hong phơi khơng khí đến lúc nước khơng bốc ngồi Độ ẩm đạt mức trung bình 15% Gỗ sấy khô gỗ sấy buồng sấy để độ ẩm 12% 5.2.2.3 Độ co ngót Gỗ tươi nước biến dạng gây co ngót mạnh Mức độ co theo hướng R T lớn 10 ÷ 15% Theo hướng dọc L tỷ lệ co khoảng 0,1% Khi gỗ sấy khô, mật độ gỗ tăng lên Gỗ chưa qua chế biến tồn nhược điểm lớn: Cấu tạo tính chất lí khơng đồng nhất, thường thay đổi theo loại gỗ, phần thân cây; Dễ hút nhả nước làm sản phẩm bị biến đổi thể tích, cong vênh, nứt tách; Dễ bị sâu nấm, mục mối phá hoại, dễ cháy; Có nhiều khuyết tật làm giảm khả chịu lực gia cơng chế biến khó khăn H 5.2.3 Các biện pháp bảo quản gỗ Ngày với kĩ thuật gia cơng chế biến đại, người ta khắc phục nhược điểm gỗ, sử dụng gỗ cách có hiệu 5.2.3.1 Phịng chống nấm trùng Phịng chống nấm trùng nhằm mục đích kéo dài tuổi thọ gỗ,có thể đạt cách bảo vệ chúng khỏi bị ẩm nhờ biện pháp sau: sơn quét, ngâm chiết kiềm ngâm tẩm chất hóa học Người ta dùng loại mỡ, sơn dầu trùng hợp để sơn quét gỗ khô Ngâm chiết kiềm biện pháp tách nhựa cách ngâm gỗ nước lạnh, nước nóng thả trơi bè mảng sơng suối Các hóa chất dùng để ngâm tẩm chất gây độc cho nấm côn trùng, bền vững, không hút ẩm không bị nước rửa trôi Nhưng chúng phải không độc với người gia súc, khơng ăn mịn gỗ kim loại, dễ ngấm vào gỗ, có mùi dễ chịu 130 Chất chống mục, mọt, có loại tan nước (thuốc mối), có loại không tan nước (thuốc dầu) loại bột nhão * Các loại chất tan nước hay dùng NaF, Na2SiF6, CuSO4 * Các loại chất không tan nước hay dùng : Creozot than đá than bùn, dầu antraxen, dầu phiến thạch * Bột nhão chủ yếu loại bitum 5.2.3.2 Phòng chống hà Để phòng chống hà, người ta thường dùng biện pháp sau: dùng gỗ cứng (thiết mộc), gỗ dẻo quánh (tếch), gỗ có nhựa (bạch đàn) v.v…Những gỗ cứng, dẻo quánh hà khó đục, nhựa ngăn cản hà khơng bám vào; - Để nguyên lớp vỏ làm lớp vỏ bảo quản; - Bọc gỗ lớp vỏ kim loại; - Bọc kết cấu gỗ ống ximăng, ống sành - Dùng crêcczot, CuSO4 v.v… Ở nước ta dùng phương pháp cổ truyền thui cho gỗ cháy xém lớp mỏng bên ngoài, phương pháp sau năm phải thui lại 5.2.4 Một số loại gỗ thông dụng rừng Việt Nam Bảng 5.4 Một số gỗ thơng dụng Việt Nam TT Tên Tính chất Bạch đàn Gỗ mịn, nặng, cứng, nứt, dễ vênh, dễ mục, khó bị mối ăn Chị Gỗ nặng, dễ nứt, bền Đinh Gỗ nặng vừa, co nứt, bền Gụ Gỗ nặng vừa, tương đối mềm Lát hoa Gỗ nặng vừa, co dãn, nứt nẻ Lim xanh Gỗ nặng, cứng, bền, chắc, giòn Tếch Gỗ nặng trung bình, bền, chắc, dẻo Mỡ Gỗ tương đối nhẹ, mềm, co dãn nứt nẻ Mun Gỗ cứng, bền 10 Thông Thớ thẳng khô, biến dạng 11 Xoan đào Gỗ nặng vừa, tương đối dễ nứt, hay cong vênh 12 Mít mật Gỗ nặng vừa, co nứt, bền, giịn 131 5.3 Chất dẻo 5.3.1 Khái niệm chung Chất dẻo sản phẩm quan trọng có ứng dụng rộng rãi vật liệu polyme Nhiều tài liệu khoa học đưa khái niệm cách tổng quát: chất dẻo vật liệu biến dạng mà khơng bị phá hủy định hình với áp lực thấp đúc Tuy nhiên hiểu cách đơn giản: chất dẻo sản phẩm thu dược cách trộn polyme với chất phụ gia (chất độn), chất hóa dẻo, chất tạo màu… *Chất độn, cho vào chủ yếu nhằm giảm giá thành sản phẩm chúng thường rẻ Các chất độn hay dùng mùn cưa, đất sét, bột nhẹ… *Chất hóa dẻo chất cho thêm vào, nhằm làm tăng tính dẻo, làm giảm độ cứng polyme Các chất hóa dẻo thường trạng thái lỏng, ví dụ hóa dẻo hay dùng cho polime nhiệt độ thường độ PVC, nhựa epocxy, loại este, phtalat… *Chất nhuộm màu, tạo cho chất dẻo có màu sắc định Đó thường loại thuốc nhuộm bột màu Chất nhuộm thường hòa tan trở thành thành phần cấu trúc polyme Chất bột màu thường dạng bột không tan, nằm xen kẽ cấu trúc polyme, ví dụ bột TiO 2, ZnO – màu trắng, CdS – màu vàng… 5.3.2Tính chất cơ-lý- nhiệt chất dẻo Các tính chất chủ yếu gồm: - Cơ tính(бb, E, δ ), chất dẻo nói chung có loại đạt gần tương đương kim loại -Tính cách điện: chất dẻo vật liệu cách điện tuyệt vời Có tới khoảng 75% tổng số vật liệu cách điện toàn giới chế tạo từ vật liệu dẻo - Tính cách nhiệt: chất dẻo dạng bọt, mút…dùng làm chất cách nhiệt tốt - Tính chất quang, số chất dẻo có tính quang học quý báu, sử dụng nhiều lĩnh vực cơng nghiệp -Tính chất hóa học, có loại vật liệu dẻo không bị tác dụng môi trường axit, kiềm…được sử dụng nhiều công nghiệp mạ điện, hóa học… Tương tự polyme, chất dẻo gồm loại : chất dẻo nhiệt dẻo chất dẻo nhiệt rắn 132 5.3.3 Các phương pháp chế biến sản phẩm từ chất dẻo 5.3.3.1 Phương pháp đúc phun - bơm Đây phương pháp gia công dùng rộng rãi cho polyme nhiệt dẻo Sơ đồ đơn giản máy phun bơm mơ tả hình 5.1 Lượng nguyên liệu cung cấp từ phễu nhập liệu vào máy (hình 5.1a), vít me đẩy vật liệu vào buồng nung đến trạng thái nhớt (hình 5.1b) Sau chất dẻo nóng chảy đẩy qua khe vào khn (hình 5.1c), áp lực trì sản phẩm rắn lại Cuối cùng, mở khn, lấy sản phẩm (hình 5.1d), đóng khn lại tồn chu kì lại bắt đầu a ) b ) c ) d ) Hình 5.1 Phương pháp phun bơm *Ưu điểm phương pháp: Năng suất chất lượng sản phẩm cao; Điều kiện lao động nhẹ nhàng; Có thể tự động hóa trình dễ dàng; Có thể sản xuất dược dạng sản phẩm phức tạp * Nhược điểm phương pháp: Giá thiết bị cao.Cần thường xuyên kiểm tra để đảm bảo chất lượng sản phẩm cao 133 5.3.3.2 Đúc đùn Hình 5.2 Phương pháp đúc đùn Sơ đồ đúc đùn mơ tả hình 5.2 Trục vít đẩy vật liệu bột làm cho nén lại, sau nóng chảy liên tục tạo nên chất lỏng nhớt Chất đùn qua lỗ khuôn Phương pháp dùng chủ yếu để sản xuất sản phẩm ống, thanh, nhiều loại hình dạng khác Máy đúc đùn dùng để chế tạo chất dẻo tổng hợp (compound) tái sinh nguyên liệu nhiệt dẻo dạng viên Q trình hóa rắn sản phẩm đùn thực cách làm lạnh với luồng khơng khí nước cho kích thước thu ổn định 5.3.3.3 Đúc thổi Là phương pháp chế tạo polyme nhiệt dẻo thành sản phẩm dạng bình chứa (tựa chai lọ) Sơ đồ ngun lí trình bày hình 5.3 Đầu tiên ống polyme đùn ra, dạng nửa nóng chảy (hình 5.3 a), đoạn ống đưa vào khuôn gồm hai phần Hơi nước không khí áp lực định thổi vào đoạn ống làm cho thành có hình dạng khn (hình 5.3b) Đương nhiên, nhiệt độ, độ nhớt đoạn ống phải điều chỉnh xác Sau ống tháo (hình 5.3 c) Hình 5.3 Phương pháp đúc thổi 134 5.3.3.4Ép đúc(compression molding) Nhiều loại polyme nhiệt rắn Phenol fomadehyt, ure – fomadehyt … hình thành sản phẩm rắn cách ép đúc Trong phương pháp ép đúc nhựa nhiệt rắn, phụ gia pha trộn theo tỷ lệ nạp vào lịng khn hình 5.4 Cả hai nửa khn nung nóng, nhiên nửa khn di động Đóng khn, nung nóng ép, vật liệu nóng chảy điền kín lịng khn Trước đúc, ngun liệu trộn ép nguội thành đĩa gọi ép sơ Nung nóng trước đĩa ép sơ giảm thời gian gia công, giảm áp suất đúc làm sản phẩm đồng Phương pháp dùng cho nhựa nhiệt dẻo nhiệt rắn Tuy nhiên nhiệt dẻo, thời gian gia cơng dài đắt Hình 5.4 Phương pháp đúc ép * Ưu điểm phương pháp: - Khn đơn giản nên giá thành thấp; - Ít làm mịn khn, thời gian chảy vật liệu khn ngắn; - Có khả chế tạo sản phẩm lớn * Nhược điểm phương pháp: không chế tạo chế sản phẩm có hình dạng phức tạp 5.3.3.4Đúc trao đổi Hình 5.5 Phương pháp đúc trao đổi 135 Đúc trao đổi phương án đúc ép, dùng để gia công vật liệu nhiệt rắn phenolurea, melamine loại nhựa nhiệt rắn khác Sự khác phương án đúc trao đổi đúc ép cách đưa vật liệu vào lịng khn Trong đúc trao đổi, vật liệu không cấp trực tiếp vào lịng khn, trước tiên làm nóng chảy buồng trao đổi nhiệt (hình5.5 a) sau phun vào lịng khn áp suất phân bố tồn bề mặt khn (hình 5.5 b) Sản phẩm giữ đủ thời gian đông cứng để tạo nên cấu trúc mạng không gian, lấy khỏi khuôn (hình 5.5c) Phương pháp dùng cho nhựa nhiệt rắn cho sản phẩm có hình dạng phức tạp 5.3.4 Phạm vi ứng dụng số loại chất dẻo Chất dẻo dạng sản phẩm vật liệu polymer sử dụng lớn số lượng lẫn sản lượng thực tế Bảng 5.5 giới thiệu tính chất, ứng dụng số chất dẻo thơng dụng thị trường Tính chất chất dẻo đa dạng, ví dụ: polystyren, polymetymetacrilat có độ suốt cao, phù hợp với dụng cụ quang học Các chất dẻo flocacbon chịu nhiệt tốt, có số ma sát thấp bền môi trường hóa học, nên dùng nhiều cơng nghiệp điện tử, thực phẩm Bảng 5.5 Tính chất, ứng dụng số chất dẻo Loại vật liệu Tên thương mại Tính chất Ứng dụng điển hình Chất dẻo nhiệt dẻo Polystyrene (tinh trong) Styron, thể Replay, ladene Plyetylen (PE) Polyprolen (PP) Bền hóa chất cách điện mềm dẻo có hệ số ma sát Petrothene thấp, độ bền học không Hi -fax cao chịu thời tiết yếu Chai lọ mềm dẻo, đồ chơi, vỏ bình ăcquy, khay đựng đá, màng bao gói Bền với thay đổi nhiệt độ Tính chất cách điện bền mỏi tuyệt vời Bền hóa chất Tương đối rẻ Chịu tia tử ngoại Chai lọ trùng được, màng bao gói, vỏ tivi, valy, túi du lịch Polyamit (PA) Alathon Pro - fax Tenite Moplen Nilon Polyamit Chai chứa nắp Trong suốt, ổn định nhiệt, đậy, dụng cụ, bình tính cách nhiệt tơt chứa y tế Zyten PlafKon Độ bền học tốt, bền ma Ổ trượt, bánh răng, sát Hệ số ma sát nhỏ Hút bàn chải, tay cầm, vỏ nước số chất lỏng bọc dây cáp, dây điện khác 136 Flocacbon (PTFE TFE) hay Chất bịt bọc chống ăn Trơ hầu hết mơi mịn, van, đường ống, trường Hệ số ma sát nhỏ đệm chịu hóa chất, Có thể dùng đến nhiệt độ màng chống dính, chi 260C, có tính chảy tiết điện từ làm việc nhiệt độ cao Telon TFE Halon TFE Acrylic (polymetylm Truyền ánh sáng tuyệt vời, Kính cửa máy bay, Lucite et bền với thời tiết, tính chất dụng cụ đo đạc, thiết Plexiglass trung bình kế Acrilat, PMMA) PVC Vinyl (PVC) Vật liệu có ứng dụng rộng Thảm trải sàn, đường rãi Cứng nên thường dùng ống, bọc dây điện, với hóa chất dẻo băng ghi âm Pliovic Saran Tygon Chất dẻo nhiệt rắn Epon Epoxy Epi - rez Araldite Resinox Ổn định kích thước tốt đến Bọc mơtơ, vỏ 1500C Có thể chọn với nhiều telephon, dụng cụ loại nhựa chất độn Giá thành điện rẻ Nhựa DC Tính chất điện tốt, bền hóa học, Chất dẻo lớp, cách chịu nhiệt điện nhiệt độ cao Bakelite Phenonlic Durez Silion Có phối hợp tuyệt vời độ bền học tính chống ăn Vật liệu đúc, keo rán, mịn Kích thước ổn điịnh Bám Vật liệu compozit, dính tốt, giá thành rẻ Tính chất sơn bảo vệ điện tốt 5.4 Vật liệu compozit 5.4.1 Khái niệm tính chất chung 5.4.1.1 Khái niệm Vật liệu compozit vật liệu nhiều pha, tạo thành từ phân tử khác tính chất, khơng hịa tan hịa tan vào nhau, có phân giới rõ rệt 137 Trong thực tế, tồn phổ biến compozit hai pha Pha liên tục toàn khối vật liệu gọi pha Pha phân bố gián đoạn bao bọc gọi pha cốt Ví dụ: bê tơng loại compozit, thành phần gồm hạt đá, sỏi (cốt) liên kết chất dính kết xi măng (nền) 5.4.1.2 Cấu tạo Cấu tạo compozit gồm hai thành phần chính: nền, cốt - Nền kim loại hợp kim (vật liệu compozit kim loại), polyme, sợi cacbon gốm (vật liệu compozit polyme) - Cốt: kim loại (thép không gỉ, vofram, molipden…), chất vô (cacbon, thủy tinh, gốm…) chất hữu polyamit thơm 5.4.1.3 Đặc điểm tính chất Vật liệu compozit nói chung có độ bền nhiệt độ thường nhiệt độ cao, độ cứng vững, khả chống phá hủy mỏi tính chất khác cao hợp kim kết cấu phổ biến Ngày người ta dự kiến trước tính chất để chế tạo compozit theo ý muốn Một đặc điểm đáng ý compozit kết hợp thành phần tuân theo quy luật cho thể bật ưu điểm cấu tử thành phần, nhược điểm bị loại bỏ Ngồi vật liệu compozit có tính chất mà thành phần riêng lẻ khơng thể có 5.4.2 Phân loại vật liệu compozit Có nhiều cách phân loại Dưới hai cách phân loại thông dụng 5.4.2.1 Phân theo hình dạng cốt * Vật liệu compozit cốt sợi Đó vật liệu compozit có cốt loại sợi Sợi sử dụng dạng liên tục, gián đoạn Ta điều khiển phân bố phương sợi để để tạo tính chất có hướng thích hợp compozit Vật liệu compozit cốt sợi có vai trị quan trọng cơng nghiệp Các loại sợi thường dùng như: sợi thủy tinh, sợi cacbon, sợi aramit, sợi gốm, sợi tổng hợp tính cao *Vật liệu compozit cốt hạt Đó vật liệu compozit có cốt dạng hạt Cốt hạt khác cốt sợi chỗ khơng có kích thước ưu tiên Hạt thường dùng ôxit, nitrit, borit, cácbit … để cải thiện số tính chất nền, kết hợp làm giảm giá thành, ví dụ: Hợp kim ổ trượt đồng chì loại compozit cốt hạt, hạt chì phân 138 tán đồng, có tác dụng tăng tính cắt gọt cho hợp kim gia cơng, tăng tính chống mài mịn sử dụng Hình 5.6 Compozit cấu trúc lớp *Vật liệu compozit cấu trúc (hình 5.6) Thực chất khái niệm tên bán thành phẩm loại vật liệu cấu hình từ compozit khác Compozit cấu trúc thông dụng dạng lớp dạng ba lớp 5.4.2.2 Phân theo chất vật liệu thành phần Tùy thuộc chất vật liệu thành phần nền, compozit phân làm ba loại chính: compozit hữu cơ, compozit kim loại, compozit gốm 5.4.3 Một số vật liệu compozit thông dụng 5.4.3.1 Sợi thủy tinh Hiện sợi thủy tinh loại sợi quan trọng làm vật liệu cốt cho compozit Sợi thủy tinh có đặc điểm sau: độ bền riêng cao (б/p) cao, ổn định kích thước, chịu nhiệt, chịu lạnh, chịu ẩm tốt, tính chống ăn mịn cao, tính cách điện cao, dễ sản xuất, giá thành hạ Mỹ nước sản xuất sợi thủy tinh mạnh giới Hiện có hai loại sợi thủy tinh quan trọng dùng cho vật liệu compozit; Sợi thủy tinh E(electrical) loại S (high- strength) Sợi thủy tinh loại E sợi thủy tinh có nhiều cơng dụng Thành phần chủ yếu gồm: (52 ÷56)% SiO2; (12 ÷ 16)% Al2O3;(16 ÷25)% CaO; (8 ÷ 13)% B2O3; độ bền kéo sợi E khoảng 3.440Gpa mô đun đàn hồi đạt tới 4.480Mpa Sợi thủy tinh loại S sợi thủy tinh có độ bền giá thành cao sợi loại E, loại vật liệu sử dụng rộng rãi công nghiệp hàng khơng vũ trụ mục đích qn khác Thành phần hóa học gồm: 65% SiO2, 25% Al2O3, 139 10% MgO Độ bền kéo đạt tới 4.480 Mpa, mô đun đàn hồi đạt tới 85.4Gpa Người ta sản xuất sợi thủy tinh cách kéo sợi thủy tinh riêng rẽ từ thủy tinh lỏng, sau ghép chúng lại thành sợi 5.4.3.2 Sợi cacbon Đây vật liệu kỷ 20 Sợi cacbon chế tạo từ Graphit tinh khiết Như biết, cấu trúc tinh thể dạng A3, Graphit thể tính dị hướng mạnh Trong sợi cacbon, mức độ dị hướng phụ thuộc vào công nghệ chế tạo Nếu cách làm cho graphit kết tinh hồn tồn (khơng cịn thành phần vơ định hình) tinh thể Graphit có định hướng chủ yếu song song với trục cốt sợi đạt tiêu tính cao Trong thực tế người ta sản xuất loại sợi cacbon có độ bền kéo tới 4000 MPa, mô đun đàn hồi khoảng 650.000 MPa Ưu điểm bật sợi cacbon sợi thủy tinh có độ bền riêng cao Đáng tiếc giá thành sợi cacbon cao phạm vi sử dụng chúng hạn chế 5.4.3.3 Sợi hữu Aramit Sợi aramit có nguồn gốc từ sợi polyamit thơm Sợi aramit công ty thương mại Dupont giới thiệu thị trường vào năm 1972 với tên thương mại Kevlar, có loại Kevlar 29 Kevlar 49 - Kevlar 29 có mật độ thấp, độ bền cao, sử dụng làm vỏ bảo vệ , ống nối, cáp … - Kevlar 49 có mật độ, độ bền cao, sử dụng làm cốt sợi cho vật liệu compozit, dùng chế tạo hàng không, tàu thủy, ô tô nhiều ngành công nghiệp khác Sợi Kevlar chế tạo phương pháp tổng hợp -100C, sau kéo thành sợi dung dịch Tiếp theo sợi xử lý nhiệt để tăng mô đun đàn hồi Giá thành sợi Kevlar thấp sợi cacbon từ đến lần, song việc sử dụng chúng để chế tạo vật liệu compozit bị hạn chế độ bền nén uốn dọc thấp, nhạy với biến dạng cắt lớp Nhược điểm gây liên kết sợi – nhựa không 140 Câu hỏi ôn tập Trình bày tính chất, ký hiệu, cơng dụng loại hợp kim nhơm? Trình bày tính chất, ký hiệu, công dụng loại hợp kim đồng? Nêu thành phần gỗ? Trình bày tính chất gỗ cách bảo quản gỗ? 4.Nêu tính chất chất dẻo? Trình bày phương pháp chế tạo sản phẩm từ chất dẻo? Trình bày thành phần, tính chất số vật liệu compozit thơng dụng Nêu tính chất chung gỗ? Trình bày biện pháp bảo quản gỗ 141 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Hồng Tùng, Giáo trình Vật Liệu Cơ Khí Và Cơng Nghệ Cơ Khí, NXB Giáo Dục, 2006 [2] Nguyễn Thị n, Giáo trình Vật Liệu Cơ Khí, NXB Hà Nội, 2005 [3] Nguyễn Tác Ánh, Giáo trình Cơng Nghệ Kim Loại, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật HCM, 2004 [4] Nguyễn Văn Dán, Vật liệu kỹ thuật, Trường Đại học Bách Khoa HCM, 2006 [5] Nghiêm Hùng, Kim Loại Học Và Nhiệt Luyện, NXB Đại học Trung học chuyên nghiệp, 1973 [6] Nguyễn Văn Tư, Vật Liệu Học, NXB Khoa Học Kỹ Thuật, 1996 [7] Mikell P Groover, Fundamentals Of Morden Manufacturing – Materials, Processes and Systems, Lehigh University [8] Cho Sangchul, Metalworking based practice, Human Resources Development Service of Korea, 2009 142 ... 56 -1 2 Kч 56 -1 2 KT 56 -1 2 GZ3 0- 10 Kч 3 0- 10 KT 3 0- 10 GC 38 – 17 Bч 38 - 17 QT 38 - 17 GC 42 – 12 Bч 42 - 12 QT 42 - 12 GC 5 9- 12 Bч 5 9- 12 QT 5 9- 12 GC 120 – 10 Bч 120 - 10 QT 120 - 10 GC 120 ... nước Loại vật liệu Gang trắng Gang xám Gang biến tính Gang dẻo Gang cầu Việt Nam Nga (OCT) - πBTK5 - MД6 Trung Quốc - GX 12 - 28 Cч 12 - 28 HT 12 - 28 GX 15 - 32 Cч 15 – 32 HT15 - 32 GX 21 - 40... X10Cr13 - SUS 42 SEH1 SEH2 - En5 - 40Cr10Si2Mo 4Cr10Si2Mo - - Z45CSD10 6X40CrSi13 SEH3 - 100Cr13SiAℓ Cr13SiAℓ - - - X10CrAℓ13 SUS38 - 100Cr13Aℓ4 Cr13Aℓ4 - - - - - - Trung Quốc Mỹ OCT Việt Nam TCVN
