Bé lao ®éng th¬ng binh vµ x• héi 1 TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN TÀI LIỆU NÀY THUỘC LOẠI SÁCH GIÁO TRÌNH NÊN CÁC NGUỒN THÔNG TIN CÓ THỂ ĐƯỢC PHÉP DÙNG NGUYÊN BẢN HOẶC TRÍCH DÙNG CHO CÁC MỤC ĐÍCH VỀ ĐÀO TẠO VÀ T[.]
TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN TÀI LIỆU NÀY THUỘC LOẠI SÁCH GIÁO TRÌNH NÊN CÁC NGUỒN THƠNG TIN CĨ THỂ ĐƯỢC PHÉP DÙNG NGUYÊN BẢN HOẶC TRÍCH DÙNG CHO CÁC MỤC ĐÍCH VỀ ĐÀO TẠO VÀ THAM KHẢO MỌI MỤC ĐÍCH KHÁC CÓ Ý ĐỒ LỆCH LẠC HOẶC SỬ DỤNG VỚI MỤC ĐÍCH KINH DOANH THIẾU LÀNH MẠNH SẼ BỊ NGHIÊM CẤM MÃ TÀI LIỆU: MH 11 LỜI NÓI ĐẦU Chúng ta chứng kiến phát triển vũ bão cách mạng khoa học- công nghệ Song nói cách mạng máy gắn liền với thành tựu ngành khoa học vật liệu Trong năm cuối kỷ 20 thành tựu rực rỡ lĩnh vực tin học làm thay đổi mặt giới Song thành tựu gắn liền với khám phá ngành Khoa học vật liệu Các thành tựu lĩnh vực chinh phục vũ trụ gắn liền với thành tựu Khoa học vật liệu Ví dụ, nhiệt độ buồng đốt động Hyđro- oxy dùng tên lửa đẩy phóng vệ tinh lên tớib3000-35000C để tránh cho vật liệu làm vách buồng đốt khơng bị nóng chảy người ta phải dùng Hyđro lỏng (- 1500C) làm lạnh Sự chênh lệch nhiệt độ lớn làm cho vật liệu chịu tác dụng ứng suất nhiệt lớn Do người ta phải dùng vật liệu có chức thay đổi Vật liệu khí phần thuộc ngành vật liệu có phát triển vượt bậc năm gần Từ vật liệu truyền thống Sắt, thép, gang, kim lọai màu, ngày chi tiết máy vật liệu Composite, Polymer… với tính ưu việt lĩnh vực khí ngày nhiều Cuốn giáo trình vật liệu khí nhằm mục đích trang bị cho học sinh kiến thức chất, tính chất vật liệu khí truyền thống, quy trình cơng nghệ nhằm biến đổi tính chất vật liệu theo chiều hướng mong muốn Bên cạnh giáo trình đề cập đến vật liệu Composite, Polymer… Trong q trình biên soạn kinh nghiệm cịn hạn chế chắn không tránh khỏi khiếm khuyết tác giả mong nhận ý kiến đóng góp nhà chun mơn,các bạn đồng nghiệp đông đảo bạn đọc CÁC TÁC GIẢ MỤC LỤC Chương Khái niệm bản, tính chất chung kim loại hợp kim Trang Chương Gang………… ………………………………………… Chương Thép…………………… ……………………………… 26 Chương Kim loại màu hợp kim màu… ………………….… 48 Chương Ăn mòn kim loại… …………………………………… 58 Chương Vật liệu phi kim loại……………… ………………… 63 Chương Nhiên liệu 69 Chương Dầu mỡ .99 GIỚI THIỆU VỀ MƠN HỌC I VỊ TRÍ , TÍNH CHẤT CỦA MƠN HỌC - Vị trí mơn học nằm chương trình hệ Cao đẳng nghề sửa chữa máy thi cơng xây dựng, bố trí học học kỳ với môn kỹ thuật sở khác mơn chung - Tính chất Là sở để học sinh tiếp thu kiến thức phục vụ môn học/Môdun sửa chữa ,bảo dưỡng máy thi công Nội dung mơn học có tính tư trìu tượng thơng qua kiến thức học môn học này, phát huy kiến thức sở để học tập kiến thức chun mơn mà người học vận dụng vào thực tế sản xuất sau II MỤC TIÊU CỦA MÔN HỌC Sau học xong mơn học người học có khả năng: - Trình bày khái niệm, đặc điểm, tính chất, ký hiệu phạm vi ứng dụng số vật liệu thường dùng: gang, thép bon, thép hợp kim, kim loại màu vật liệu phi kim loại - Nhận biết vật liệu giác quan, màu sắc, tỷ trọng, độ nhám mịn… - Lựa chọn vật liệu phù hợp cho công việc sửa chữa III NỘI DUNG CỦA MÔN HỌC + Nội dung tổng quát Thời gian STT Nội dung môn học Chương 1: Khái niệm bản, tính chất chung kim loại hợp kim Chương 2: Gang Chương 3: Thép Chương 4: Kim loại màu hợp kim màu Chương 5: Nhiệt luyện Chương 6: Ăn mòn kim loại Phần 2: Vật liệu phi kim loại Chương 7: Vật liệu phi kim loại Cộng Tống số Lý thuyết Thực hành Kiểm 8 10 10 10 1 10 60 56 tra CHƯƠNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN, TÍNH CHẤT CHUNG CỦA KIM LOẠI VÀ HỢP KIM KHÁI NIỆM VỀ KIM LOẠI VÀ HỢP KIM Người ta phân chia vật liệu làm năm nhóm sau đây: - Kim loại - Tinh thể ion hay dị cực - Tinh thể đồng hóa trị - Tinh thể phân tử - Bán dẫn Trong đời sống ngành kỹ thuật ,đặc biệt kỹ thuật khí kỹ thuật xây dựng cơng trình kim loại sử dụng nhiều có vai trị quan trọng hàng đầu Đó kim loại có nhiều ưu việt cơ,lý,hóa tính khả khai thác gia công chúng thành sản phảm đa dạng Những ngun tố hóa học bảng tuần hồn Men-đê-lê-ép phần lớn kim loại Tuy nhiên khơng có mệnh đề định nghĩa cho kim loại, dựa phương diện khác người ta nêu đặc tính để nhận biết kim loại Trong hóa học,kim loại nguyên tố tham gia phản ứng hóa học nhường đI điện tử hóa trị Trong kỹ thuật, kim loại vật thể có ánh kim, dẫn điện,dẫn nhiệt tốt gia cơng áp lực, có hệ số nhiệt độ điện trở dương Tuy nhiên có số trường hợp ngoại lệ: - Nhơm AL Là ngun tố lưỡng tính - Ăng-ti-moan Sb Không rèn - Xe-ri Ce Dẫn điện - Si-líc (Si) giéc-ma-ni (Ge) có hệ số nhiệt độ điện trở âm Tính chất nguyên tố thay đổi phụ thuộc điều kiện tồn chúng nhiệt độ áp suất Chính người ta có xu hướng nói đến “trạng thái kim loại ” định nghĩa kim loại So sánh với nguyên tố kim nguyên tố kim loại có cấu tạo đặc điểm sau: - Vịng điện tử ngồi sát ngồi có số điện tử ít, chúng gọi điện tử hóa trị - Các điện tử hóa trị liên kết với hạt nhân yếu, chúng thường dễ bứt khỏi hạt nhân thành điện tử tự để lại phần nguyên tử mang điện tích dương gọi ion dương Điện tử tự tồn kim loại đặc trưng bật định nhiều tính chất kim loại Các điện tử tự kim loại không thuộc ion dương mà di chuyển tự khối vật thể Người ta quan niệm kim loại cấu trúc ion dương phân bố có quy luật khơng gian chứa đầy điện tử hóa trị Sự hút ion dương điện tử tự liên kết nguyên tử kim loại thành vật thể Người ta gọi kiểu liên kết dựa sở liên kết kim loại Nhờ liên kết kim loại mà vật thể kim loại hợp kim có tính dẻo cao gia công thành sản phẩm áp lực CẤU TẠO CỦA KIM LOẠI VÀ HỢP KIM 2.1 Một số khái niệm cấu tạo tinh thể Mọi kim loại từ trạng thái lỏng đông đặc lại thành vật thể rắn có cấu tạo tinh thể Đặc điểm cấu tạo tinh thể nguyên tử hay ion xếp có quy luật khơng gian Điều khác hẳn chất vơ định hình Để mơ tả cấu tạo tinh thể người ta đưa khái niệm mạng khơng gian Đó tập hợp điểm không gian chúng phân bố thỏa mãn quy luật, xung quanh điểm tập hợp có số lượng điểm lân cận gần cách Mỗi điểm mạng không gian gọi nút mạng Số lượng điểm lân cận bao quanh nút mạng gần cách gọi số xếp Để khảo sát mạng không gian người ta tách phần nhỏ mạng mà đặc trưng cho quy luật mạng, phần tách gọi ô mạng sở (còn gọi ô bản) Nếu tưởng tượng hình khối kích thước hình học đặc trưng gọi thông số mạng Đơn vị thông số mạng thường dùng Ăng-trôn (A0) 1A0 = 0,00000001cm (1.10-8 cm) kilôich (KX) 1KX = 1,00202 A0 Các kim loại tồn nhiều kiểu mạng tinh thể Những kim loại khác có kiểu mạng thơng số mạng có giá trị kích thước khác Hình 1-1 a Mạng tinh thể lập phương đơn giản b Ô 2.1.1 Lập phương thể tâm Trong kiểu mạng có nguyên tử nằm nút (đỉnh) hình lập phương hình lập phương có nguyên tử Khoảng cách a tâm nguyên tử kề ô mạng tinh thể gọi thơng số mạng Các kim loại có kiểu mạng Sắt, Crơm, Vonfram, Mơlipđen, Vanađi Hình 1-2 Kiểu lập phương thể tâm Hình 1-3 Kiểu lập phương diện tâm 2.1.2 Lập phương diện tâm Mạng lập phương diện tâm sở hình lập phương Các nguyên tử phân bố nút đỉnh hình hộp tâm mặt hình hộp Các kim loại có mạng kiểu ; Sắt, Niken, Cơban, Chì, Bạc, Vàng 2.1.3 Lục phương dày đặc Trong kiểu mạng này, nguyên tử nằm nút (đỉnh) hình lục lăng , hai nguyên tử nằm trung tâm hai mặt đáy ba nguyên tử nằm trung tâm ba khối lăng trụ tam giác cách Các kim loại có kiểu mạng là: Kẽm, Cơban, Magiê, Cađimi Ngồi loại mạng tinh thể thường gặp trên, ta gặp kiểu mạng phương thể tâm, khác lập phương thể tâm chỗ có cạnh khơng cạnh Hình 1-4 Kiểu lục phương dày đặc a, Ô b, Hình chiếu Hình 1-5 Ơ phương thể tâm 2.1.4 Tính thù hình kim loại Tổ chức mạng tinh thể kim loại không phảI nhau, mà thay đổi theo nhiệt độ kim loại Khả kim loại thay đổi hình dạng mạng tinh thể gọi tính thù hình kim loại 2.2 Hợp kim 2.2.1 Định nghĩa Hợp kim sản phẩm nấu chảy hai hay nhiều nguyên tố mà nguyên tố chủ yếu kim loại hợp kim có tính chất kim loại Trong thành phần hợp kim có lượng nhỏ nguyên tố kim 2.2.2 Dung dịch đặc Hợp kim có cấu tạo dung dịch đặc nguyên tử nguyên tố thành phần có kích thước gần giống Khi kết tinh hợp kim tạo thành mạng tinh thể có nguyên tử nguyên tố thành phần Người ta phân biệt hai loại dung dịch đặc: Dung dịch đặc thay dung dịch đặc xen kẽ Trong dung dịch đặc thay đồng niken nguyên tử niken đẩy số nguyên tử đồng khỏi nút mạng tinh thể thay vào vị trí Trong dung dịch đặc xen kẽ, nguyên tử nguywn tố hòa tan nằm xen kẽ vào lỗ hổng nút mạng tinh thể nguyên tố kim loại Hình 1-6 Mạng tinh thể a, Của sắt nguyên chất b, Của dung dịch đặc thay c, Của dung dịch đặc xen kẽ 2.2.3 Hợp chất hóa học Hợp kim có cấu tạo hợp chấ hóa học, nguyên tử nguyên tố khác tác dụng hóa học với theo tỷ lệ xác nguyên tử có kiểu mạng xác định có thành phần hóa học xác định biểu diễn cơng thức hóa học Thí dụ; Hợp chất hóa học Sắt Các bon có cơng thức hóa học Fe3C (là bít Sắt hay Xêmentít) Đặc điểm chung hợp chất hóa học có độ cứng, độ giòn cao 2.2.4 Hỗn hợp học Hợp kim có cấu tạo hỗn hợp học nguyên tử nguyên tố thành phần khác nhiều kích thước mạng tinh thể Các nguyên tử nguyên tố tụ tập lại thành hạt riêng rẽ, phân biệt rõ rệt tổ chức tế vi, cịn dung dịch đặc khơng phân biệt TÍNH CHẤT CHUNG CỦA KIM LOẠI VÀ HỢP KIM 3.1 Tính chất vật lý Tính chất vật lý kim loại là; Vẻ sáng mặt ngồi, tính nóng chảy, tính dẫn nhiệt, tính giãn nở nhiệt, tính dẫn điện, nhiệt dung, độ thấm từ 3.1.1 Vẻ sáng mặt Theo vẻ sáng mặt kim loại chia thành kim loại đen kim loại màu Kim loại đen gồm sắt hợp kim sắt, kim loại màu tất kim loại hợp kim lại Kim loại không suốt, kể kim loại cán, dát mỏng không ánh sáng xuyên qua Tuy nhiên kim loại lại có độ phản chiếu ánh sáng mặt ngoài, kim loại phản chiếu ánh sáng theo màu sắc riêng mà ta quen gọi màu kim loại 3.1.2 Tính nóng chảy Kim loại có tính nóng chảy, kim loại bị chảy lỗng đót nóng đơng đặc lại làm nguội Nhiệt độ ứng với lúc kim loại chuyển từ thể đặc sang thể lỏng hoàn toàn gọi điểm nóng chảy (hoặc ngược lại) Điểm nóng chảy có ý nghĩa rrất quan trọng cơng nghệ đúc Điểm nóng chảy hợp kim lại khác điểm nóng chảy kim loại tạo nên hợp kim Bằng cách pha trộn nhiều kim loại khác ta tạo hợp kim có điểm nóng chảy thấp nhiều so với điểm nóng chảy kim loại riêng rẽ Trong thực tế ta pha chế hợp kim có điểm nóng chảy thấp khoảng 60÷700C điểm nóng chảy kim loại thành phần lại lớn 2000C Ngược lại pha chế hợp kim có điểm nóng chảy cao điểm nóng chảy kim loại thành phần 3.1.3 Tính dẫn nhiệt Tính dẫn nhiệt tính truyền nhiệt kim loại bị đốt nóng hay làm lạnh Kim loại có tính dẫn nhiệt tốt dễ bị đốt nóng nhanh đồng dễ nguội nhanh Các vật có tính dẫn nhiệt muốn đốt nóng phải cần nhiều thời gian,nếu bị làm nguội nhanh dễ gây nứt vỡ Đơn vị đo tính dẫn nhiệt biểu thị Kcalo/m độ Trong thực tế người ta thường so sánh tính dẫn nhiệt kim loại với kim loại khác lấy làm tiêu chuẩn Tính dẫn nhiệt kim loại giảm xuống nhiệt độ tăng (hoặc ngược lại) 3.1.4 Tính giãn nở nhiệt Khi đốt nóng kim loại giãn nở nguội lạnh co lại Sự giãn nở cần đặc biệt ý nhiều trường hợp cụ thể Sự giãn nở kim loại không giống Để đánh giá giãn nở nhiệt vật liệu đó, người ta đo xác độ giãn dài 1mm vật liệu nhiệt độ thay đổi độ Độ giãn dài đo gọi hệ số giãn nở nhiệt theo chiều dài Hệ số giãn nở nhiệt thường nhỏ, với vật có kích thước lớn, có thay đổi nhiệt độ đáng kể, giãn nở rrất lớn Sự giãn nở theo thể tích tính lần giãn nở theo chiều dài 10