Bài giảng vật liệu học

MSE2228 (2-0-1-4) - Vật liệu học om GV: Nguyễn Thị Vân Thanh Bộ môn: C5-301A email: thanh.nguyenthivan@hust.edu.vn c Bài giảng: share qua gmail du on g th an co ng Khối lượng: 30 (lý thuyết) + 15 (6 thí nghiệm) Đánh giá kết quả: (đề cương môn học) Điểm trình (0.4) = Thi kỳ + KT+ điểm chuyên cần Điểm cuối kỳ (0.6) Điều kiện thi cuối kỳ: hồn thành tất thí nghiệm Nội dung: sv xem đề cương môn học u Tài liệu môn học: cu 1 Nghiêm Hùng Vật liệu học sở, NXB Khoa họa kỹ thuật, Hà nội 2002 2 Lê Công Dưỡng (chủ biên) Vật liệu học, NXB Khoa họa kỹ thuật, Hà nội 2000; 3 Bài giảng : Phùng Thị Tố Hằng, Nguyễn Văn Đức; Vật liệu kim loại, 2011 Sách tham khảo: 4 William D Callister, Jr., Materials Science and Engineering; , John Wiley & Sons, Inc USA, 2007 5 Armazov Vật liệu học NXB Giáo dục 2000; CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Mở đầu cu u du on g th an co ng c Vật liệu gì? om Vật rắn, sử dụng để chế tạo dụng cụ, máy móc, thiết bị, xây dựng cơng trình…… CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Mở đầu GIỚI THIỆU VỀ VẬT LIỆU nhóm vật liệu chính: Dẫn điện, nhiệt tốt Nặng, Bền học Kém bền hóa học c - Vật liệu kim loại om Fe, Al, Cu, Zn, Ti …và Hợp kim - Ceramic ng Kim loại an th - Composite Dẫn điện, nhiệt Dẻo, nhẹ Kém bền nhiệt Bền hóa học @RT co - Polymer Composite du on g Dẫn điện, nhiệt Nặng, Cứng, giịn Bền nhiệt Bền hóa học 2- VL siêu dẫn cu 1- VL bán dẫn Polymer Ceramic u nhóm vật liệu trung gian 3- VL silicone 4- VL polymer dẫn điện CuuDuongThanCong.com VL hữu cơ, TPHH C, H, kim, có cấu trúc cao phân tử VL vô cơ, h/c KL, silic với kim: ôxit, nitrit, cacbit (đất, đá, ximăng, thủy tinh…) https://fb.com/tailieudientucntt Mở đầu om Tính sử - Độ bền/khối lượng riêng? - Tạo hình? - Tính an tồn? dụng - Giá cả? c Kỹ thuật vật liệu Gia công, chế tạo vật liệu có tính chất vật liệu theo u cầu sử dụng Gia cơng/ chế tạo du Tính chất u Thép, Hk Al? Ntố hợp kim, lượng? Độ hạt? Pha? Kth pha? cu - on g th an co ng Tổ chức /cấu trúc Khoa học vật liệu Nghiên cứu mối quan hệ cấu trúc tính chất vật liệu - Độ bền? Độ dẻo? Độ dai? Độ cứng? - Tạo loại thép có độ dai va đập cao, có tính tạo hình tốt cách nào? - Tạo hình khí động học cho xe nào? CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Mở đầu Ví dụ: Sự phụ thuộc tính chất vào tổ chức vật liệu Cứng, giịn, khó biến dạng, dễ bị ăn mịn c om Dẻo, dễ biến dạng, dễ bị ăn mòn ng Thép C thông thường cu Giảm %C, thêm %Cr %Ni Thép không gỉ u du on g th an co Gang xám Dẻo, dễ biến dạng, khả bền ăn mòn tốt CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Nội dung môn học Vật liệu học – sv khí Chế tạo, xử lý ↔ Tổ chức, cấu trúc ↔ Tính chất ↔ Sử dụng om Tính chất: - Cơ tính - Cơng nghệ tính sử dụng Chế tạo, xử lý: Các phương pháp xử lý để đạt tính mong muốn cu u du on Chương 4: Nhiệt luyện thép g th an co ng Chương 2: Cơ tính vật liệu kim loại Chương 3: Hợp kim giản đồ pha Tổ chức, - Cấu trúc tinh thể Cấu trúc - Tổ chức tế vi c Chương 1: Cấu trúc tinh thể vật liệu kim loại Chương 5: Vật liệu kỹ thuật Hợp kim sở sắt (thép, gang) Kim loại hợp kim phi sắt (nhôm, đồng) Vật liệu phi kim (polymer) CuuDuongThanCong.com Ứng dụng vật liệu điển hình https://fb.com/tailieudientucntt ng c om Chương Cấu trúc tinh thể vật liệu kim loại co 1.1 Cấu tạo nguyên tử Liên kết kim loại th an 1.2 Cấu trúc tinh thể vật liệu kim loại g 1.3 Khuyết tật cấu trúc cu u du on 1.4 Sự hình thành tổ chức vật liệu kim loại CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt on g th an co ng c om 1.1 Cấu tạo nguyên tử Cấu tạo nguyên tử: Nguyên tử = Hạt nhân (p+n) + điện tử (Ze-) du Số lượng tử chính: n = 1,2, 3…(K, L, M,…) K L M N 2 6 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s2 u Số lượng tử phương vị: l =0, 1, 2, 3, , n-1 (s, p, d, f, …) cu Số lượng tử từ: ml = 0, ±1, ±2, … ±l Số lượng tử spin: ms = ± 1/2 Điện tử hóa trị: Những electron ngồi chưa ghép đơi, tham gia vào tính chất hóa, lý ngun tố Ngun tử: cấu hình ổn định, cấu hình có số điện tử hóa trị (cho nhận thêm e-) CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Liên kết kim loại • Liên kết lực tĩnh điện mạng tinh thể ion dương e tự bao quanh c om VD: Cu (Z=29) co ng • Liên kết vật liệu KL + Ánh kim + Dẫn điện, dẫn nhiệt + Tính dẻo cao cu u du on g th an • Tính kim loại : CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Sự xếp nguyên tử vật rắn tinh thể an co ng c om Chất khí: nguyên tử, phân tử chuyển động hỗn loạn th Chất rắn tinh thể: ngun tử có vị trí hồn tồn xác định (có trật du cu u • Trật tự gần: TT trì khoảng cách vài nguyên tử on g tự gần trật tự xa) • Trật tự xa: TT trì khoảng cách lớn CuuDuongThanCong.com 10 https://fb.com/tailieudientucntt cu u du on g th an co ng c om Hợp kim Al - Si - Mg(Cu) - Ngồi Si ~ ( – 20%), cịn có Mg < 1% tạo pha hóa bền Mg2Si, Cu ~ (35%) cải thiện thêm tính tính đúc; - Có thể hóa bền nhiệt luyện; 11 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 5.7.2 Hợp kim đồng a Đồng nguyên chất phân loại HK đồng ng c om Các đặc tính đồng đỏ: - Dẫn điện dẫn nhiệt tốt, dẻo, dễ dát mỏng, kéo sợi, tính hàn tốt, chống ăn mịn tốt; - Khối lượng riêng lớn, tính gia cơng cắt tính đúc kém; on g th an co Phân loại hợp kim đồng: - Phân loại theo nguyên tắc giống hợp kim nhôm: biến dạng đúc - Phân loại theo truyền thống: Latông (Cu – Zn) Brơng (Cu - ngun tố hợp kim khác), ví dụ Cu-Sn; cu u du Hệ thống ký hiệu hợp kim đồng: Tiêu chuẩn Hoa Kỳ - CDA: 1xx - đồng đỏ hợp kim Cu – Be; 2xx - latông đơn giản, 4xx - latông phức tạp; 5xx - brông Sn, 6xx - brông Al, Si; 7xx - brông Ni, Ag, 8xx 9xx - HK đồng đúc; 12 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt cu u du on g th an co ng c om b Latông Latông đơn giản: thường dùng < 45% Zn, tổ chức pha α ( 12%, BCuSn5Zn5Pb5, BCuSn10Sn2, chống ăn mịn tốt, tính đúc cao; 16 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt cu u du on g th an co ng c om Brông nhôm: (Cu - Al), thêm Ni (5%), Fe (4%) - ↑ bền, chịu ăn mòn mài mòn, Si ( 9,4% Al, tổ chức gồm α + β (Cu3Al, mạng A2), sau tơi ram cao (5000C) có tính cao; - Loại đúc: có > 10% Al, thành phần giống loại biến dạng hai pha; BCuAl7Si2 BCuAl11Fe4Ni4 CuuDuongThanCong.com BCuAl10Ni5Fe3 https://fb.com/tailieudientucntt 17 cu u du on g th an co ng c om Brông Berili: Be (0,25 - 2%) không tạo tia lửa va đập, chịu ăn mòn nhiệt độ cao, cường độ dòng điện lớn, độc hại gia công cắt hàn; - Hợp kim có tính dẫn điện cao: (0,25 – 0,7% Be), thêm Ni & Co tăng độ bền, tính dẫn điện cao Al, Cu nguyên chất; - Hợp kim độ bền cao: (1,6-2% Be), thêm 0,3% Co - sau nhiệt luyện tơi + hóa già có độ bền cao hợp kim đồng thương mại tính đàn hồi cao, độ dẫn điện khoảng Fe Al; 18 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 5.7.3 Hợp kim bột Thiêu kết a Khái niệm chung c om Công nghệ bột on g th an co ng Tạo hình cu u du Tạo bột -Về kinh tế: sử dụng triệt để nguyên liệu -Về chất lượng: đồng Mài tinh -Về tổ chức tế vi: lỗ hổng ( 2-50%) CuuDuongThanCong.com 19 https://fb.com/tailieudientucntt cu u du on g th an co ng c om Phương pháp tạo bột 20 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt b Vật liệu dụng cụ cắt Dụng cụ cắt hợp kim cứng om • Tính cứng nóng cao: 800-10000C cu u du on g th an co • Thành phần: loại + Loại cácbít: bột WC+ bột Co ( dính kết) →cắt gang,sứ (phoi vụn) + Loại cácbít: bột WC+TiC+ bột Co→gia cơng tinh thép + Loại cácbít: WC+ TiC+ TaC+ bột Co→ gia công thô thỏi đúc, rèn, cán ng • Độ cứng : 70-75HRC c • Tốc độ cắt đến hàng trăm m/ph 21 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Dụng cụ cắt vật liệu siêu cứng an co ng • Thành phần - Vật liệu siêu cứng - Chất kết dính: B, Be, Si, bột kim loại c om • Vật liệu bột siêu cứng (HV 8000 - 10000) - Bột kim cương - BN (bo nitrit) g th • Tính cứng nóng cao: 800-14000C cu u du on • Tốc độ cắt đến 1800-2000 m/ph 22 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt c Vật liệu kết cấu Hợp kim Al bột: om Hợp kim Fe bột: ng c Hợp kim Cu bột: cu u du on g th an co Hợp kim Ti bột: 23 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt d Vật liệu xốp ng c om Bạc tự bôi trơn + Cu - 10%Sn: độ xốp 25%, tẩm dầu chân không 750C + Hợp kim Al, hợp kim Fe, hợp kim Ni-Cr cu u du on g th an co Màng lọc: - Bột đồng đều, đẳng trục: bột brông, bột thép không gỉ, bột Ni,… - Độ xốp cao > 30 - 35%; 24 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt e Vật liệu ma sát cu u du on g th an co ng c om o Thành phần chính: • Bột đồng: má phanh/cơn cho máy, xe cơng suất trung bình lớn (ma sát khơ/ướt) • Bột sắt: cơng suất trung bình lớn (ma sát khơ) • Bột ơxit kim loại: Al2O3, SiO2, MgO, TiO2 (công suất lớn) o Chất kết dính: kim loại o Chất giảm ma sát, giảm rung động: Graphit 25 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt ... c Vật liệu gì? om Vật rắn, sử dụng để chế tạo dụng cụ, máy móc, thiết bị, xây dựng cơng trình…… CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Mở đầu GIỚI THIỆU VỀ VẬT LIỆU nhóm vật liệu. .. bền/khối lượng riêng? - Tạo hình? - Tính an tồn? dụng - Giá cả? c Kỹ thuật vật liệu Gia cơng, chế tạo vật liệu có tính chất vật liệu theo yêu cầu sử dụng Gia công/ chế tạo du Tính chất u Thép, Hk Al?... Khoa học vật liệu Nghiên cứu mối quan hệ cấu trúc tính chất vật liệu - Độ bền? Độ dẻo? Độ dai? Độ cứng? - Tạo loại thép có độ dai va đập cao, có tính tạo hình tốt cách nào? - Tạo hình khí động học