Tài liệu Kỹ thuật vật liệu CLC pdf

Kỹ thuật vật liệu CLC MỞ ĐẦU Trong lịch sử phát triển của xã hội loài người chúng ta đã sử dụng rất nhiều loại vật liệu khác nhau, với tính năng sử dụng của chúng càng ngày càng cao hơn. Đầu tiên là thời kỳ đồ đá, sau đó tiến đến thời đại đồ đồng, đồ sắt.v .v. Cho đến ngày nay là một loạt các loại vật liệu mới như : composit, ceramit, pôlyme. v.v. Các loại vật liệu này (đặc biệt là kim loại & hợp kim, cùng với các loại vật liệu mới) đã góp phần thúc đẩy sự phát triển của xã hộ loài người một cách nhanh chóng. Ngày nay trong các lĩnh vực công nghiệp, quốc phòng, đời sống đòi hỏi vật liệu sử dụng cần phải có rất nhiều tính chất khác nhau. Ví dụ : khi thì cần có tính dẫn điện rẩt cao để dùng trong nghành điện lực, lúc lại yêu cầu có độ cứng lớn để làm các loại dụng cụ cắt gọt kim loại, khi lại cần có độ bền lớn để làm các cấu kiện xây dựng, hoặc phải có tính dẻo cao để cán, dập, kéo nguội, hay cần độ bền cao nhưng khối lượng riêng nhỏ để dùng trong công nghiệp hàng không Tất cả các yêu cầu này đều có thể được đáp ứng bởi vật liệu kim loại cũng như các loại vật liệu mới. Môn vật liệu kỹ thuật sẽ trang bị cho sinh viên những kiến thức cơ bản của các loại vật liệu chính : tinh thể, các hợp kim, bán dẫn và ion cộng hóa trị Mục đích của môn học này giúp cho sinh viên hiểu rõ các loại vật liệu khác nhau dựa trên mối quan hệ giữa cấu trúc (liên kết hóa học, kiểu mạng tinh thể) và cơ lý tính, thực hành được các thí nghiệm cơ bản để xác định cơ tính của vật liệu và biết lựa chọn vật liệu phù hợp nhất đáp ứng nhu cầu sử dụng sau này. Khi nghiên cứu một vật liệu bất kỳ chúng ta đều dựa vào bốn cực cơ bản sau đây : Kết cấu của cấu trúc, các tính chất, sự tổng hợp các phương pháp gia công và hiệu quả sử dụng của nó. Một sản phẩm có thể gồm hàng chục loại vật liệu khác nhau tạo nên. Ví dụ ô tô RENAULT CLIO 1,2 RN của Pháp gồm mười một loại vật liệu sau đây tạo nên : 1- Thép tấm 40,9% 2-Thép hình 10,9% 3-Gang 11,3% 4-Hợp kim nhôm 4,2% 5-Các kim loại màu khác 3,9% 6-Chất dẻo 10,2% 7-Chất dẻo đàn hồi 3,4% 8-Vật liệu hữu cơ khác 3,4% 9-Thủy tinh 4,2% 10-Sơn 1,7% 11-Chất lỏng 5,9% Yêu cầu của người kỹ sư ngành sản xuất tự động và xây dựng công trình biển ngoài khả hiểu biết về chuyên môn sâu của ngành học, còn phải nắm được những tính chất cơ bản của các loại vật liệu để từ đó có thể sử dụng một cách hợp lý nhất nhằm nâng cao tuổi thọ của máy móc, công trình, hạ giá thành sản phẩm Môn học này kế thừa kiến thức của khá nhiều các lĩnh vực khác nhau : tinh thể học, cơ lượng tử, tia rơn ghen, ăn mòn và bảo vệ kim loại do đó khối lượng kiến thức khá lớn và có nhiều mặt. Vì vậy đòi hỏi người học phải nắm vững các kiến thức cơ bản về vật liệu và thực hành nghiêm túc các thí nghiệm. Khi nghiên cứu môn học này phải nắm chắc mối quan hệ giữa thành phần hóa học, cấu trúc và tính chất của vật liệu. Bất kỳ sự thay đổi nào của thành phần hóa học và cấu trúc sẽ dẫn tới sự biến đổi của tính chất vật liệu. Tài liệu tham khảo : 1-Lê Công Dưỡng - Vật liệu học - Nhà xuất bản KHKT Hà Nội 1997 1 Kỹ thuật vật liệu CLC 2-Nghiêm Hùng - Vật liệu học và nhiệt luyện - Trường đại học Bách khoa Hà Nội - 2000 3-Jean - Bernard GUILLOT - Génie des matériaux - Réservé uniquemen aux Enseignants, Elèves et Anciens Elèves de l'Ecole Centranle Paris - 2000-2001. 4-Jean P.Mercier, Gérald Zambelli, Wilfried Kurz - Introduction à la science des matériaux - Presses polytechniques et universitaires romans 1999 5-Jean-Marie DORLOT, Jean-Paul BALON, Jacques MASOUNAVE - Des Matériaux - Éditions de l'école polytechnique de Montréal 1986. Chương 1 : CÁC LOẠI VẬT LIỆU KỸ THUẬT 1.1.VẬT LIỆU KIM LOẠI : 1.1.1.Định nghĩa và phân loại : 1-Định nghĩa : Kim loại là vật thể sáng, dẻo có thể rèn được, có tính dẫn điện và dẫn nhiệt cao. Hầu hết các kim loại khi bề mặt chưa bị ô xy hóa đều có vẻ lấp lánh sáng (ánh kim). Đa số kim loại đều dẻo có thể rèn, cán, kéo, ép Phần lớn kim loại đều dẫn điện dẫn nhiệt tốt. Các nguyên tố kim loại chiếm hơn 3/4 số nguyên tố trong bảng hệ thống tuần hoàn Menđêlêep, trong đó Fe là kim loại đen, còn lại là kim loại màu. Tuy nhiên cũng có kim loại khá dòn, ví dụ stibi (Sb còn gọi là ăng ti moan) không thể rèn được, nếu đập sẽ bị vỡ ngay. Hoặc prađêôđim (Pr) dẫn điện rất kém. 2 Kỹ thuật vật liệu CLC Vì vậy để phân biệt kim loại với các nguyên tố phi kim loại ta dùng tiêu chuẩn hệ số nhiệt độ điện trở. Kim loại có hệ số nhiệt độ điện trở dương (khi nhiệt độ tăng thì điện trở tăng), nguyên tố phi kim loại (á kim) có hệ số nhiệt độ điện trở âm (khi nhiệt độ tăng thì điện trở giảm). Tiêu chuẩn này đúng với tất cả các kim loại. Giữa nguyên tố kim loại và phi kim loại còn có một số nguyên tố có tính chất trung gian, trong một số điều kiện nào đó thì chúng dẫn điện và ngược lại. Đó là các nguyên tố bán dẫn, ví dụ si lic (Si) và ghecmani (Ge) 2-Phân loại kim loại : Có nhiều phương pháp phân loại kim loại khác nhau, ở đây ta sử dụng phương pháp được nhiều người áp dụng nhất. a-Phân loại theo khối lượng riêng : theo phương pháp này có hai loại : -Kim loại nặng : là các kim loại có khối lượng riêng lớn hơn 5 gam/cm 3 Ví dụ : Fe (7,8), Cu (8,94), Au (19,5) -Kim loại nhẹ : là các kim loại có khối lượng riêng nhỏ hơn 5 gam/cm 3 . Ví dụ : Al (2,7), Mn (1,73), Ti (4,5) b-Phân loại theo nhiệt độ nóng chảy : theo cách này được chia ra làm hai nhóm -Kim loại có nhiệt độ nóng chảy cao : là các kim loại có nhiệt độ nóng chảy cao hơn 750 o C. Ví dụ : Fe (1539 o C), W (3410 o C), Cu (1085 o C). -Kim loại có nhiệt độ nóng chảy thấp : là các kim loại có nhiệt độ nóng chảy thấp hơn 750 o C. Ví dụ Al (657 o C), Sn (270 o C), Pb (327 o C). c-Phân loại theo tính chất hoạt động : theo phương pháp này có -Nhóm kim loại kiềm : Li, Na, K, Ru -Nhóm kim loại kiềm thổ : Be, Mg, Ca, Sr -Nhóm kim loại chuyển tiếp : Fe, Cr, Mn, Mo -Nhóm kim loại phóng xạ : U, Ra, Co, Pu d-Phân loại theo màu sắc bên ngoai: -Kim loại đen : Fe -Kim loại màu : Au, Ag, Cu, Pb, Pt, Ni, Co 1.1.2.Các dạng liên kết nguyên tử trong chất rắn : 1-Các dạng liên kết nguyên tử : Trong chất rắn ta thường gặp các dạng liên kết sau đây : (Hinh 1.1) -Liên kết ion : các nguyên tử cho bớt điện tử lớp ngoài cùng và trở thành ion dương và các nguyên tử khác nhận thêm điện tử để điền đầy lớp ngoài cùng và trở thành ion âm. Giữa các nguyên tử này hình thành mối liên kết trên cơ sở lực hút tĩnh điện của hai loại ion trên. Đây là mối liên kết mạnh, thường tạo thành giữa các nguyên tố có nhiều điện tử hóa trị và các nguyên tố có ít điện tử hóa trị. Mối liên kết này càng mạnh nếu các nguyên tố càng chứa ít điện tử, tức là các điện tử cho hoặc nhận càng nằm gần hạt nhân. Liên kết này không có tính định hướng. -Liên kết cộng hóa trị : liên kết này tạo ra khí hai hoặc nhiều nguyên tử góp chung nhau một số điện tử để có đủ tám điện tử lớp ngoài cùng. Liên kết đồng hóa trị trong vật rắn được thực hiện nhờ sự tập thể hóa điện tử giữa một nhóm các nguyên tử lân cận. Đặc điểm của liên kết đồng hóa trị : *Liên kết có tính định hướng : xác suất tồn tại các điện tử tham gia liên kết lớn nhất theo phương nối tâm giữa các nguyên tử. *Cường độ liên kết phụ thuộc rất mạnh vào đặc tính liên kết giữa các điện tử hóa trị với hạt nhân, điện tử liên kết càng gần hạt nhân thì liên kết càng mạnh. Ví dụ : Các bon ở dạng kim cương có liên kết đồng hóa trị rất mạnh vì bốn điện tử hóa trị (trong sáu điện 3 Kỹ thuật vật liệu CLC tử) liên kết gần như trực tiếp với hạt nhân, nên kim cương có nhiệt độ nóng chảy đến 3550 o C. Trong khi đó thiếc cũng có liên kết đồng hóa trị nhưng mối liên kết rất yếu vì bốn điện tử hóa trị (trong 50 điện tử) nằm xa hạt nhân, vì vậy có nhiệt độ nóng chảy 270 o C. *Liên kết cộng hóa trị có thể xảy ra giữa các nguyên tử cùng loại gọi là liên kết cộng hóa trị đồng cực. Ví dụ : phân tử Cl 2 , tinh thể kim cương, silic, ghecmani Liên kết cộng hóa trị giữa các nguyên tử khác loại gọi là liên kết cộng hóa trị dị cực. Ví dụ GaAs, GaP -Liên kết kim loại : Trong kim loại phần lớn các nguyên tử đều nhường bớt điện tử hóa trị (số này thường rất ít 1-2 điện tử) để trở thành ion dương, các điện tử đó trở thành điện tử tự do. Các ion dương tạo thành một mạng xác định, đặt trong không gian điện tử tự do chung và chúng tạo thành mối liên kết kim loại . Năng lượng liên kết là tổng hợp lực đẩy và hút tĩnh điện giữa các ion dương và mây điện tử. Liên kết kim loại thường được tạo nên giữa các nguyên tố có ít điện tử hóa trị. Cấu trúc tinh thể của các chất với liên kết kim loại có tính đối xứng rất cao. - Liên kết yếu (Van der Waals) : Trong nhiều phân tử có liên kết đồng hóa trị, do sự khác nhau về tính âm điện (khả năng hạt nhân hút các điện tử hóa trị) của các nguyên tử, trọng tâm điện tích dương và điện tích âm không trùng nhau, ngẫu cực điện sẽ tạo thành và phân tử bị phân cực. Liên kết Van der Waals là liên kêt do hiệu ứng hút nhau giữa các nguyên tử hoặc phân tử bị phân cực ở trạng thái rắn. Đây là loại liên kết yếu, rất 4 Kỹ thuật vật liệu CLC Hinh 1.1 dễ bị phá vỡ do ba động nhiệt (sự tăng nhiệt độ), vì vậy những chất rắn trên cơ sở liên kết Van der Waals có nhiệt độ nóng chảy thấp. Liên kết này có trong cá vật rắn tạo thành từ những phân tử trung hòa như : nước đá, polyme Ngoài bốn loại liên kết cơ bản trên, trong thực tế vật liệu còn có kiểu liên kết hỗn hợp giữa các loại đó : liên kết kim loại - đồng hóa trị, liên kết kim loại - ion, liên kết đồng hóa trị - ion 2-Quan hệ giữa cấu trúc và tính chất : Yếu tố quyết định tính chất của vật liệu là dạng liên kết và cấu trúc của nó. Tính dẻo và giòn của vật liệu có thể giải thích dễ dàng thông qua dạng liên kết tương ứng. Với vật liệu có liên kết đồng hóa trị, có góc nghiêng cố định giữa các nguyên tử (phân tử), khả năng biến dạng dẻo rất kém : dưới tác dụng của ngoại lực,vật liệu bị phá hủy (tách đứt) khi ứng suất đạt trị số phá vỡ liên kết. Vật liệu có liên kết ion tính chất cũng tương tự như vậy. 5 Kỹ thuật vật liệu CLC Các vật liệu gốm trên cơ sở các ôxyt kim loại như : MgO.Al 2 O 3 .SiO 2 có nhiệt độ nóng chảy rất cao và độ trơ hóa học lớn được giải thích bằng năng lượng liên kết đồng hóa trị (hay ion) rất cao của chúng so với vật liệu kim loại. Trong vật liệu kim loại (liên kết kim loại) cấu trúc mạng của các ion dương trong không gian điện tử tự do chung cho phép các ion xê dịch dưới tác dụng của ngoại lực do vậy vật liệu kim loại có tính dẻo cao. Ngoài ra, các điện tử tự do trong mạng tinh thể kim loại với tính linh động cao, dễ dàng chuyển động theo hướng tác dụng của điện trường bên ngoài và gradien nhiệt độ. Do vậy kim loại kim loại có độ dẫn điện và dân nhiệt cao hơn so với các vật liệu khác. Trong thực tế phần lớn các vật liệu có dạng liên kết hỗn hợp nên tính chất của vật liệu sẽ là tổng hợp của các tính chất đặc trưng cho các dạng liên kết nêu trên. Cần lưu ý rằng tính chất của vật liệu còn phụ thuộc rất nhiều vào cấu trúc của chúng. Các kiếu cấu trúc của vật liệu sẽ tạo ra các tính chất rất khác nhau. 1.1.3.Cấu trúc tinh thể của kim loại : 1-Khái niệm về mạng tinh thể : Trong vật rắn tinh thể, mỗi nguyên tử có vị trí hoàn toàn xác định không chỉ với nguyên tử gần nhất mà cả với những nguyên tử khác bất kỳ xa hơn. Không gian xung quanh các nguyên tử có cấu tạo hoàn toàn đồng nhất. Noi khác đi là các nguyên tử luôn sắp xếp một cách trật tự trong không gian của vật rắn, tạo thành mạng không gian tinh thể gọi tắt là mạng tinh thể. Mạng tinh thể có bảy hệ với mười bốn kiểu mạng khác nhau. Mạng tinh thể của vật rắn có kích thước rất lớn, do đó để nghiên cứu nó ta đưa ra các khái niệm cơ sở sau đây. a-Ô cơ sở (ô cơ bản, khối cơ sở) : là phần nhỏ nhất đặc trưng cho một kiểu mạng tinh thể. Ta có thể tạo ra toàn bộ mạng tinh thể bằng cách tịnh tiến khối cơ sở theo ba chiều trong không gian. Ví dụ ô lập phương đơn giản. Tâm các nguyên tử (ion hoặc phân tử ) ở ô cơ sở gọi là nút mạng. Đặc điểm liên kết và tính chất của một số vật liệu Dạng liên kết Chất và năng lượng liên kết (eV/ng.tử) Mô hình liên kết Nhiệt độ nóng chảy T o Mô đun Young E Hệ số giãn dài α Điện trở suất ρ Tính dẻo Đồng hóa trị Ion Kim loại Kim cương (7.0) NaCl (3,3) Na (1,1) Cu (3,5) Ti (4,8) -Cho (hoặc nhận) điện tử hóa trị -Lực hút đẩy tĩnh điện Mạng cúa các ion trong không gian điện tử tự do Cao Cao Trung bình - cao Cao Cao Trung bình - cao Thấp Thấp Trung bình - cao Cao Cao Trung bình - thấp Thấp Thấp Cao 6 Kỹ thuật vật liệu CLC Van der Waals H 2 (0,01) CH 4 (0,1) Cl 2 (0,3) chung Lực hút ngẫu cực Thấp Thấp Cao Cao Trung bình - thấp b-Hằng số mạng (chu kỳ tuần hoàn) : là khoảng cách giữa hai nguyên tử trên một cạnh của ô cơ sở, thường ký hiệu là a, đơn vị đo là kx. 1kx = 1,00202 ăngstrong. Giá trị tuyệt đối của ba véc tơ a, b, c là kích thước ô cơ sở. Từ hằng số mạng ta có thể tính được khoảng cách giữ các mặt tinh thể, đường kính nguyên tử c-Phương và mặt tinh thể : (Hinh 1.2) -Phương tinh thể là đường thẳng đi qua các nút mạng tinh thể, cách nhau những khoảng cách theo quy định và ký hiệu bằng ba số nguyên u, v, w ứng với tọa độ của nút mạng gần gốc tọa độ nhất . Các phương song song có tính chất giống nhau tạo thành hệ phương, ký hiệu [uvw]. Những phương không song song nhau nhưng có tính chất giống nhau tạo thành họ phương, ký hiệu <uvw>. Các phương trong một họ có giá trị tuyệt đối u, v, w giống nhau nhưng thứ tự khác nhau. Ví dụ họ phương <100> gồm sáu phương : [010], [001], [100], [0 1 − 0], [00 1 ], [ 1 00]. -Mặt tinh thể : Mặt tinh thể là mặt phẳng trong không gian mạng tinh thể được tạo nên bởi những nút mạng, sắp xếp theo một trật tự xác định. Mặt tinh thể được ký hiệu bằng bao số nguyên h, k, l. Các mặt tinh thể song song có tính chất giống nhau tạo thành hệ mặt tinh thể (hkl). Những mặt tinh thể không song song nhau nhưng có tính chất giống nhau tạo thành họ mặt tinh thể, ký hiệu hkl. Các mặt trong một họ có giá trị tuyệt đối h, k, l giống nhau nhưng thứ tự khác nhau. Ví dụ họ 100 của mạng có ô cơ sở là hình lập phương gồm (100), (010), (001), ( 1 00), (0 1 0), (00 1 ). Ký hiệu mặt tinh thể có hai loại : chỉ số Miler sử dụng trong mạng lập phương và chỉ số Miler - Bravais sử dụng trong mạng sáu phương xếp chặt. d-Mật độ xếp : mật độ sắp xếp theo một phương, trên một mặt hoặc trong một mạng tinh thể đặc trưng cho khả năng chiếm chỗ trong không gian mạng. Theo những phương và mặt khác nhau mật độ xếp hoàn toàn khác nhau. Có ba loại mật độ xếp : -Mật độ xếp theo phương : 7 a) Hình 1.2- Hệ toạ độ và cách xác định mặt và phương tinh thể a) Hệ toạ độ trong khối cơ sở. b) Ký hiệu phương trong khối cơ sở. c) Ký hiệu mặt trong khối cơ sở b) c) Kỹ thuật vật liệu CLC M l = L l l - chiều dài nguyên tử theo phương đang xét L - tổng chiều dài của phương -Mật độ xếp trên một mặt : M s = S s s - diện tích nguyên tử chiếm chỗ S - Diện tích mặt đang xét. -Mật độ xếp thể tích : M v = V v v - thể tích nguyên tử chiếm chỗ V - thể tích đang xet trong tinh thể. 2-Các kiểu mạng thường gặp của kim loại : trong thực tế các kim loại thông dụng thường gặp ba kiểu mạng tinh thể sau : lập phương tâm diện, lập phương tâm khối và sáu phương xếp chặt. a-Lập phương tâm diện -A1- lptm (cubique à faces centrées - c.f.c- Hinh 1.3a) : Trong ô cơ sở mạng lập phương tâm mặt có tám nguyên tử nằm ở tám đỉnh và sáu nguyên tử nằm ở tâm các mặt bên. Các nguyên tử nằm trên đường chéo của mặt bên tiếp xúc nhau, các nguyên tử còn lại không tiếp xúc nhau. Mạng A1 có một thông số mạng là a. Số lượng nguyên tử trong một ô cơ sở là : n = 8 1 x 8 + 2 1 x 6 = 4 Số sắp xếp của mạng A1 là K = 12 vì mỗi nguyên tử có 12 nguyên tử lân cận bao quanh với khoảng cách là 2 2a . Bán kính nguyên tử r = 4 2a . Các kim loại có kiểu mạng A1 là : Fe γ , Cu, Ag, Au, Ni, Al b-Lập phương tâm khối - A2 - lptk (cubique centrée - c.c-Hinh 1.3b) : trong ô cơ sở mạng lập phương tâm khối có tám nguyên tử nằm ở tám đỉnh và một nguyên tử nằm ở trung tâm. Các nguyên tử nằm trên đường chéo của hình lập phương tiếp xúc với nhau, còn lại không tiếp xúc nhau. Mạng A2 có một thông số mạng là a. Số lượng nguyên tử trong ô cơ sở là : n = 8 1 x 8 + 1 = 2 Mỗi nguyên tử trong mạng A2 được bao quanh bởi tám nguyên tử lân cận với khoảng cách 2 3a và sáu nguyên tử khác xa hơn với khoảng cách là a. Do vậy số sắp xếp của nó là K = 8 (hay K = 8+6). Bán kính nguyên tử là r = 4 3a . Các kim loại Fe α , Cr, V, Mo có kiểu mạng này. c-Sáu phương xếp chặt - A3 - spxc (hexagonal compacte - h.c- Hinh 1.3c) : ô cơ sở của mạng sáu phương xếp chặt là khối lăng trụ lục giác đều. Có 12 nguyên tử nằm ở 8 Kỹ thuật vật liệu CLC đỉnh của lục giác, hai nguyên tử nằm ở tâm hai mặt đáy và ba nguyên tử nằm ở tâm của ba khối lăng trụ tam giác đều cách nhau. Số lượng nguyên tử trong một ô cơ sở là : n = 6 1 .12 + 2 1 .2 + 3 = 6 Bán kinh nguyên tử r = 2 a . Mạng A3 có hai thông số mạng là a và c. Tỷ số a c gọi là hệ số xếp chặt, trong trường hợp lý tưởng thì a c ≈ 1,633 và số sắp xếp là K = 12 (có 12 nguyên tử bao quanh lân cận). Nếu tỷ số a c ≠ 1,633 thì K ≠ 12. Trong thực tế thì tỷ số a c = 1,57 ÷ 1,64 được coi là xếp chặt. Các kim loại : Zn, Mg, Cd, Ru có kiểu mạng A3. 1.1.4.Hợp kim trên cơ sở sắt : Trong kỹ thuật hầu như không sử dụng kim lọai nguyên chất mà chủ yếu là hợp kim. Trong phần này ta nghiên cứu hợp kim của sắt đó là các loại gang và thép. 9 Hình 1.3- Mô hình và cách sắp xếp nguyên tử trong khối cơ sở. a) Lập phương tâm mặt b) Lập phương tâm khối c) Sáu phương xếp chặt Kỹ thuật vật liệu CLC 1-Khái niệm về hợp kim : Hợp kim là vật thể gồm nhiều nguyên tố mang tính chất kim loại. Thành phần chủ yếu của hợp kim là nguyên tố kim loại. Tỷ lệ các nguyên tố trong hợp kim thường dùng là % khối lượng. Hợp kim có nhiều ưu điểm hơn hẳn kim loại nguyên chất : có cơ tính cao hơn (chủ yếu là độ bền), chế tạo dễ dàng hơn, giá thành thấp, một số hợp kim có các tính chất đặc biệt mà kim loại nguyên chất không hề có : điện trở lớn, giãn nở nhiệt rất nhỏ, không rỉ, chịu mài mòn cao Hinh 1. 4 2-Giản đồ pha Fe - C (Fe - Fe 3 C) : (Hinh 1.6) Cơ sở để tạo ra thép và gang là giản đồ pha Fe -C. Trên giản đồ này có các tổ chức sau đây : a-Các tổ chức một pha : -Ferit (α, Fe α , F) : là dung dịch rắn xen kẽ của các bon trong sắt an pha với mạng lập phương tâm khối Do độ hòa tan C ở nhiệt độ thường rất nhỏ nên có thể coi là Fe α nguyên chất. Tại nhiệt độ nhỏ hơn 768 o C có tính sắt từ, cao hơn nhiệt độ này mất từ tính. Fe rit rất dẻo và dai, khá mềm và có độ bền thấp. Trong thực tế fe rit có thể hòa tan thêm Si, Mn, Cr, Ni nên độ bền độ cứng tăng lên, độ dẻo độ dai giảm đi. Fe rit tồn tại ở nhiệt độ thường, chiếm tỷ lệ lớn nhất (thường > 90%) trong các hợp kim sắt các bon. Tổ chức tế vi là các hạt đa cạnh, sáng (Hinh 1.7a). 10 [...]... hiển vi : 33 Kỹ thuật vật liệu CLC Dùng để quan sát và chụp ảnh cấu trúc của vật liệu Từ đó có thể phát hiện được: -Các vết nứt tế vi, các rỗ khí, bọt khí -Xác định được kích thước hạt kim loại -Phát hiện các lớp bão hòa của các nguyên tố khác vào vật liệu kim loại -Thấy được các cấu trúc tế vi của nhiều loại vật liệu khác nhau Hình 2.2 Sơ đồ kính hiển vi điện tử 2.2.NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC VẬT LIỆU BẰNG... nhỏ của cấu trúc vật liệu -Nghiên cứu và chụp ảnh các sai lệch mạng trong vật liệu -Vẽ biểu đồ chính xác thành phần hóa học của vật liệu -Nghiên cứu các tổ chức sau khi tôi, các loại céramic -Với độ phóng đại 1 000 000 lần có khả năng nhìn thấy từng nguyên tử riêng biệt 35 Kỹ thuật vật liệu CLC 2.3.PHÂN TÍCH THÀNH PHẦN HÓA HỌC : Thành phần hóa học ảnh hưởng rất lớn đến tính chất của vật liệu bởi vì khi... tàu thủy, vật liệu cách nhiệt của động cơ, đĩa ma sát -Composit sợi hữu cơ : Cốt là các sợi polime, nền là polime Công dụng : vật liệu cách nhiệt, cách điện, các kết cấu ô tô, máy bay 1.3.VẬT LIỆU CÉRAMIC (GỐM) : 1.3.1.Khái niệm : là vật liệu vô cơ được chế tạo bằng cách dùng nguyên liệu ở dạng hạt (bột) ép thành hình và thiêu kết để tạo thành sản phẩm (luyện kim bột) Sau khi thiêu kết vật liệu céramic... loại ống, đệm 30 Kỹ thuật vật liệu CLC -Polysiloxan : tên thương mại silicon Công dụng : cách điện ở nhiệt độ cao, thấp dùng trong y tế, chất trám đường ống trong công nghiệp thực phẩm Chương 2 : CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VẬT LIỆU 2.1.NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC VẬT LIỆU BẰNG KÍNH HIỂN VI QUANG HỌC : 2.1.1.Lý thuyết về kính hiển vi : Kính hiển vi là công cụ chính trong việc nghiên cứu vật liệu Kính hiển vi... 2.2.1.Lý thuyết về kỹ thuật hiển vi điện tử : Để quan sát các phần tử nhỏ trong cấu trúc tế vi cuả vật liệu thường phải sử dụng độ phóng đại 1000 lần (giới hạn của phương pháp hiển vi quang học) và sử dụng kỹ thuật hiển vi điện tử Khi nghiên cứu cấu trúc các hạt (lưới) của polyme ( tương tác của chúng trong phạm vi micron) bắt buộc phải dùng kỹ thuật hiển vi điện tử Các cấu trúc của vật liệu kim loại sau... tích Kỹ thuật vật liệu CLC a-Định nghĩa : Gang là hợp kim của sắt và các bon với hàm lượng các bon lớn hơn 2,14%C (ngoài ra có thể chứa một số các nguyên tố khác) Hình 1.6 -Giản đồ pha Fe-C (Fe-Fe3C) Gang có nhiệt độ nóng chảy thấp hơn so với thép, tính giòn cao không thể biến dạng dẻo được, có tính đúc tốt hơn thép Hinh 1.7 -Tổ chức tế vi của ferit (a) và ds((((austenit (b(b) 12 Kỹ thuật vật liệu CLC. .. 99, 99; Cu 99,97; Cu 99,95; Cu 99,90 Công dụng : chủ yếu dùng trong kỹ thuật điện và kỹ thuật nhiệt b-Hợp kim đồng : chia ra hai loại la tông và brông -La tông (Hinh 16): là hợp kim của đồng với nguyên tố chủ yếu là kẽm Được ký như sau : đầu tiên là chữ L (chỉ latông), tiếp sau là Cu và Zn Số đứng sau Zn chỉ lượng 23 Kỹ thuật vật liệu CLC chứa của nó Lượng chứa của đồng bằng 100% trừ đi lượng kẽm Gồm... : công tắc điện, lò xo, đĩa ly hợp, hệ thống ống dẫn, đúc tượng, phù điêu nghệ thuật, hệ thống trao đổi nhiệt, đồ dùng cho hải quân, bộ ngưng hơi, màng đàn hồi, búa chèn hầm lò 1.2.VẬT LIỆU KẾT HỢP (COMPOSIT) : 1.2.1.Khái niệm và phân loại : a-Khái niệm : Vật liệu com po zit là loại vật liệu gồm hai hay nhiều loại vật liệu khác nhau kết hợp lại, trong đó các ưu điểm của mỗi loại được kết hợp với nhau... HIỂN VI : 1.Hệ thống vật kính và thị kính : a .Vật kính : là ống kính ở sát phía vật quan sát Vật kính quyết định độ phóng đại hữu ích và chất lượng ảnh quan sát Theo khả năng phân ly vật kính được chia ra ba loại : -Vật kính có khẩu số thấp : < 0,30 có tiêu cự 2-4 mm -Vật kính có khẩu số trung bình : < 0,80 có tiêu cự 9-18 mm -Vật kính có khẩu số lớn > 0,95 có tiêu cự 60-95 mm Trên vật kính thường ghi... cho thêm 1-3% graphit để giảm ma sát -Vật liệu xốp kim loại -chất dẻo : Bằng cách tẩm các chất dẻo : flo, teflon, fluoran lên bề mặt các ổ trượt bằng la tông, thép không rỉ Công dụng : làm ổ trượt không cần bôi trơn trong môi trường không khí, nước, xăng dầu, một số loại a xit d -Vật liệu céramic đặc : Loại vật liệu này có mật độ cao và độ bền cao gần xấp xỉ vật liệu rèn, đúc Ưu điểm nổi bật của nó là . ứng bởi vật liệu kim loại cũng như các loại vật liệu mới. Môn vật liệu kỹ thuật sẽ trang bị cho sinh viên những kiến thức cơ bản của các loại vật liệu chính. tham khảo : 1-Lê Công Dưỡng - Vật liệu học - Nhà xuất bản KHKT Hà Nội 1997 1 Kỹ thuật vật liệu CLC 2-Nghiêm Hùng - Vật liệu học và nhiệt luyện - Trường