Chương 1_Giới thiệu chung về khoa học và công nghệ vật liệu

PowerPoint Presentation 8312021 1 VẬT LIỆU KỸ THUẬT Giảng viên TS Nguyễn Thị Hằng Nga Email nthngatlu edu vn TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI Khoa Cơ khí – Bộ môn Công nghệ cơ khí GIỚI THIỆU MÔN HỌC Số tín chỉ 3 (2 1 0) Số tiết 45 tiết; LT 33 tiết; BT 6 tiết; TN 6 tiết Đánh giá Điểm quá trình 40 % + Chuyên cần 20% + Kiểm tra giữa kỳ 30% + Báo cáo Thí nghiệm 30% + Thuyết trình 20% Điểm thi học phần 60 % Hình thức thi Viết Thời gian thi 90 phút TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI Khoa Cơ khí – Bộ môn Công nghệ.

8/31/2021 TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI Khoa Cơ khí – Bộ mơn Cơng nghệ khí TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI Khoa Cơ khí – Bộ mơn Cơng nghệ khí GIỚI THIỆU MƠN HỌC VẬT LIỆU KỸ THUẬT - Số tín chỉ: (2-1-0) - Số tiết: 45 tiết; LT: 33 tiết; BT: tiết; TN: tiết - Đánh giá: * Điểm trình: 40 % Giảng viên: TS Nguyễn Thị Hằng Nga + Chuyên cần: 20% + Kiểm tra kỳ: 30% + Báo cáo Thí nghiệm: 30% + Thuyết trình: 20% Email: nthnga@tlu.edu.vn * Điểm thi học phần: 60 % - Hình thức thi: Viết - Thời gian thi: 90 phút TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI Khoa Cơ khí – Bộ mơn Cơng nghệ khí TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI Khoa Cơ khí – Bộ mơn Cơng nghệ khí MỤC ĐÍCH MƠN HỌC Sau hồn thành mơn học sinh viên: - Có khả phân tích cấu trúc, tính chất học, loại vật liệu thường dùng kỹ thuật; - Vận dụng kiến thức môn học tính tốn thiết kế chi tiết máy; - Lựa chọn vật liệu phù hợp để thiết kế quy trình gia công, chọn dụng cụ, chọn máy phù hợp với ngun cơng sản xuất; - Có khả làm việc nhóm, giải vấn đề, viết báo cáo trình bày báo cáo TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI Khoa Cơ khí – Bộ mơn Cơng nghệ khí NỘI DUNG MÔN HỌC Chương Nội dung Khái niệm chung gang thép Một số loại thép thường dùng kỹ thuật ứng dụng Vật liệu phi kim loại vật liệu composite NỘI DUNG MÔN HỌC Chương Nội dung Giới thiệu chung khoa học công nghệ vật liệu GIỚItrúc THIỆU VỀnguyên KHOA HỌC Cấu vàCHUNG liên kết tửVÀ chất rắn CƠNG NGHỆ VẬT LIỆUkim loại Tính chất học vật liệu Giản đồ pha hệ kim loại Công nghệ nhiệt luyện thép TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI Khoa Cơ khí – Bộ mơn Cơng nghệ khí TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Vật liệu học sở, Nghiêm Hùng, NXB KH&KT, 2002 [2] Khoa học kỹ thuật vật liệu, sách dịch, Tác giả: William D Callister, Đại học Thủy Lợi Hà Nội (Giáo trình) [3] Vật liệu học, Lê Công Dưỡng, NXB KH&KT, 2000 [4] Engineering Materials and An Introduction Butterworth Heinemann; 2005 8/31/2021 TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI Khoa Cơ khí – Bộ mơn Cơng nghệ khí U CẦU ĐỐI VỚI SINH VIÊN - Đến lớp đầy đủ theo thời khoá biểu Nhà TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI Khoa Cơ khí – Bộ mơn Cơng nghệ khí CHƯƠNG GIỚI THIỆU CHUNG VỀ KHOA HỌC VÀ KỸ THUẬT VẬT LIỆU Trường - Tìm hiểu trước nội dung liên quan đến buổi học NỘI DUNG - Tham gia trao đổi, thảo luận trả lời câu hỏi 1.1 1.2 1.3 1.4 - Không sử dụng điện thoại lớp học 1.1 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN Lịch sử phát triển Đối tượng nghiên cứu môn học Phân loại Vật liệu Xu hướng phát triển: Vật liệu 1.1 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN 10 1.1.1 Thời kỳ sử dụng vật liệu sẵn có tự nhiên - Vật liệu hữu cơ: gỗ, da, sợi thực vật 1.1.2 Thời kỳ chế tạo sử dụng vật liệu theo kinh nghiệm - 8000-3000 năm TCN: + luyện đồng (Thổ Nhĩ Kỳ), chế tạo vũ khí dụng cụ đồng - Vật liệu vô cơ: Đất sét, đá + trống đồng VN có niên đại từ 3000-4000 - Kim loại: Đồng, Sắt, Vàng, Bạc (ở dạng thô) - 3000 năm TCN: luyện thép (Trung Quốc, Ai cập) Năng suất lao động thấp - Thế kỷ 15 TCN: + thép (thanh kiếm Đamascus tiếng) + sử dụng xi măng (Ai Cập, Babylon) - Thế kỷ 19: + sử dụng xi măng portland (Anh, Mỹ), bê tông cốt thép + công nghệ chế tạo thép phát triển, (tháp Eiffel 320 m, năm 1889) 1.1 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN 11 1.1 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN 12 Cầu Long Biên (1899 -1902) Daydé & Pillé Thép Damascus (Thép Wootz) Tháp Eiffel (1887-1889) Alexandre Gustave Eiffel 8/31/2021 1.1 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN 13 1.1 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN 14 Độ bền/tỷ trọng (Mpa.kg-1.m3 ) 1.1.3 Thời kỳ chế tạo sử dụng VL theo kiến thức khoa học Cách mạng KHKT bùng nổ thúc đẩy ngành Vật liệu phát triển - 1920: Sử dụng tia Rơnghen để nghiên cứu cấu trúc vật liệu - 1930: Hợp kim nhôm Duara - 1935: Thép không rỉ - 1940: Trùng hợp Polyme - 1955: Chất bán dẫn - 1965: Vật liệu Composite - 1975: Hợp kim nhớ hình… => Sự thay đổi rõ rệt tính chất vật liệu Sợi aramid, sợi cacbon Composite Gỗ,đá Đồng thau Thép Gang Năm Sự gia tăng đáng kể tỷ lệ độ bền so với tỷ trọng vật liệu  Sự đa dạng sản phẩm 1.2 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU CỦA MÔN HỌC 15 1.2 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU CỦA MÔN HỌC 16 - Khoa học Vật liệu nghiên cứu mối quan hệ cấu trúc bên Thép Thép tính chất Vật liệu, sở cho việc sáng tạo vật liệu mới: + Giải thích rõ chất tính chất vật liệu + Giải thích thay đổi tính chất cấu trúc bên + Mối quan hệ cấu trúc & tính chất  Vật liệu - Kỹ thuật Vật liệu nghiên cứu tính ứng dụng kỹ thuật xử lý loại vật liệu cụ thể để tạo loại sản phẩm có chất lượng tốt + Xử lý nhiệt + Gia công 1.2 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU CỦA MÔN HỌC 17 Trục cán 1.2 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU CỦA MÔN HỌC 18 Trục khuỷu Dụng cụ cắt gọt khí Bánh Trục vít me Dụng cụ đo 8/31/2021 1.2 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU CỦA MÔN HỌC 19 1.2 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU CỦA MÔN HỌC 20 Máy CNC mini Máy CNC cỡ trung bình Vật liệu làm khn 1.2 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU CỦA MÔN HỌC 21 1.2 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU CỦA MƠN HỌC 22 Quy trình thiết kế - chế tạo máy Tại người kỹ sư khí cần có kiến thức vật liệu? 1.2 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU CỦA MÔN HỌC 23 1.2 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU CỦA MÔN HỌC 24 Lựa chọn vật liệu chế tạo: - Đảm bảo an toàn cho chi tiết máy - Độ bền lâu - Lựa chọn vật liệu bước Khơng thể thiếu q trình chế tạo chi tiết máy - Phù hợp với thiết kế, phương pháp gia cơng - Địi hỏi người kỹ sư phải có hiểu biết vật liệu: - Thỏa mãn tính thẩm mỹ tiện nghi - Cấu trúc đặc điểm tính - Tính kinh tế - Các yếu tố ảnh hưởng đến tính chất vật liệu Lựa chọn vật liệu thay thế: - Điều kiện làm việc loại vật liệu - Sau thời gian sử dung chi tiết bị mài mòn, nứt, gãy,… - Lựa chọn vật liệu phương pháp xử lý thích hợp - Sử dụng vật liệu thay đồng 8/31/2021 1.3 PHÂN LOẠI VẬT LIỆU 1.3 PHÂN LOẠI VẬT LIỆU 25 26 1.3.1 Khái niệm chung - Vật liệu vật thể rắn dùng để chế tạo máy móc thiết bị, xây dựng cơng trình, phận thể, sản phẩm nghệ thuật… - Phân loại vật liệu: nhóm Kim loại Polyme dẫn điện Polyme Kim loại Ceramic Polyme Composite Bán dẫn Composite Silicone Ceramic 1.3 PHÂN LOẠI VẬT LIỆU 27 1.3 PHÂN LOẠI VẬT LIỆU 28 1.3.2 Vật liệu kim loại Là nhóm vật liệu nguyên tố chủ yếu KL (hợp kim) - Đặc điểm: + Dẫn điện, dẫn nhiệt tốt, có ánh kim + Dẻo, có khả biến dạng + Độ bền học cao, độ bền hoá học + Nhiệt độ nóng chảy (thấp  cao) đảm bảo yêu cầu kỹ thuật 1.3.3 Vật liệu vô – ceramic Là nhóm vật liệu có nguồn gốc vơ cơ, thường hợp chất KL silic với kim: đất sét, gạch ngói, xi măng, thuỷ tinh - Đặc điểm: + Dẫn điện, nhiệt + Cứng, giịn, bền nhiệt + Bền hố học tốt 1.3.4 Vật liệu Polyme (vật liệu hữu cơ) Là nhóm vật liệu có nguồn gốc hữu cơ, có cấu trúc cao phân tử, thành phần chủ yếu C, N, H, O - Đặc điểm: + Dẫn điện, nhiệt kém, nhẹ, độ bền thấp + Dẻo, bền hoá học nhiệt độ thường + Nóng chảy phân huỷ nhiệt độ khơng cao 1.3.5 Vật liệu composite: Là nhóm vật liệu kết hợp từ 2-3 nhóm vật liệu trên, tổ hợp tính chất tốt nhóm  nhóm vật liệu tiềm + Kim loại + Ceramic = Bê tông cốt thép + Polyme + Ceramic = Vỏ máy bay, tàu thuyền 1.3 PHÂN LOẠI VẬT LIỆU 29 So sánh khối lượng riêng vật liệu nhiệt độ phịng 1.3 PHÂN LOẠI VẬT LIỆU 30 So sánh mơ đun đàn hồi vật liệu nhiệt độ phòng 8/31/2021 1.3 PHÂN LOẠI VẬT LIỆU 1.3 PHÂN LOẠI VẬT LIỆU 32 So sánh độ bền vật liệu nhiệt độ phòng So sánh độ dai phá huỷ vật liệu nhiệt độ phòng 1.3 PHÂN LOẠI VẬT LIỆU 33 1.3 PHÂN LOẠI VẬT LIỆU 34 1.3.6 Vật liệu bán dẫn nhóm phụ Bán dẫn Là loại vật liệu có tính dẫn điện nằm trung gian kim loại chất cách điện - Chất bán dẫn Si, Ge, C…và bán dẫn hợp chất GaAs, GaP… - Đặc điểm: + Rất nhạy cảm với diện nồng độ tạp chất + Bền nhiệt Silicone => Đã hồn tồn cách mạng hóa ngành cơng nghiệp điện tử máy tính ba thập kỷ qua Polyme dẫn điện 1.3 PHÂN LOẠI VẬT LIỆU 35 1.3 PHÂN LOẠI VẬT LIỆU 36 1.3.7 Vật liệu silicone Là vật liệu đàn hồi chứa polymer polydimethyl siloxane mạch thẳng kết mạng mạng lưới chiều - Đặc điểm: + Chịu nhiệt + Đàn hồi cao su 1.3.8 Vật liệu polyme dẫn điện Là vật liệu với hệ kéo dài cacbon liên hợp C=C, tổng hợp phản ứng khử oxi hóa (doping), cho vật liệu có độ dẫn điện lên đến 105 S/cm - Đặc điểm: + Dẫn điện + Nhẹ, dễ gia công + Không chịu nhiệt độ cao So sánh độ dẫn điện vật liệu nhiệt độ phòng 8/31/2021 1.4 XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN - VẬT LIỆU MỚI 1.4 XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN - VẬT LIỆU MỚI 38 37 Phân loại vật liệu nano Vật liệu Nano - Cấu trúc nano với tổ chức tế vi có phạm vi kích thước nằm 100 nanometer - Tính chất ưu việt học, điện, từ, quang học hay tính chất khác  ngày đươc sử dụng rộng rãi sản suất linh kiện điện tử, chi tiết yêu cầu độ xác cao  Vật liệu tương lai Vật liệu thông minh - Nhận biết, phát thay đổi môi trường (sensor) - Thay đổi hình dạng, vị trí, tính chất học, … để đáp ứng thay đổi nhiệt độ 1.4 XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN - VẬT LIỆU MỚI 1.4 XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN - VẬT LIỆU MỚI 39 40 Vật liệu thân thiện với môi trường Vật liệu sinh học - Các chất tự phân hủy môi trường - Được sử dụng phận cấy ghép vào thể người - Suy giảm quang học hay tính chất khác để giảm thiểu độc hại thải môi trường - Thay phận thể bệnh hoạn hư hỏng - Các chất độc hại từ vật liệu phải phù hợp với mô thể (không gây Phản ứng sinh học bất lợi) - Vật liệu sinh học làm từ kim loại, gốm sứ, polyme, composite chất bán dẫn ... LOẠI VẬT LIỆU 29 So sánh khối lượng riêng vật liệu nhiệt độ phòng 1.3 PHÂN LOẠI VẬT LIỆU 30 So sánh mô đun đàn hồi vật liệu nhiệt độ phòng 8/31/2021 1.3 PHÂN LOẠI VẬT LIỆU 1.3 PHÂN LOẠI VẬT LIỆU... sánh độ bền vật liệu nhiệt độ phòng So sánh độ dai phá huỷ vật liệu nhiệt độ phòng 1.3 PHÂN LOẠI VẬT LIỆU 33 1.3 PHÂN LOẠI VẬT LIỆU 34 1.3.6 Vật liệu bán dẫn nhóm phụ Bán dẫn Là loại vật liệu có... Vật liệu, sở cho việc sáng tạo vật liệu mới: + Giải thích rõ chất tính chất vật liệu + Giải thích thay đổi tính chất cấu trúc bên + Mối quan hệ cấu trúc & tính chất  Vật liệu - Kỹ thuật Vật liệu