Đang tải... (xem toàn văn)
UỶ BAN NHÂN DÂN TỈNH HÀ NAM TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ HÀ NAM o0o GIÁO TRÌNH MÔN HỌCMÔ ĐUN VẬT LIỆU CƠ KHÍ NGHÀNH NGHỀ HÀN TRÌNH ĐỘ TRUNG CẤP NGHỀ Ban hành kèm theo Quyết định số QĐ ngày tháng năm của Hà.giáo trình học tập, tài liệu cao đẳng đại học, luận văn tiến sỹ, thạc sỹ
UỶ BAN NHÂN DÂN TỈNH HÀ NAM TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ HÀ NAM -o0o - GIÁO TRÌNH MƠN HỌC/MƠ ĐUN: VẬT LIỆU CƠ KHÍ NGHÀNH/ NGHỀ: HÀN TRÌNH ĐỘ: TRUNG CẤP NGHỀ Ban hành kèm theo Quyết định số: /QĐ……….ngày……tháng……năm……… …………… ………………… Hà Nam, năm 2020 TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN Tài liệu thuộc loại sách giáo trình nên nguồn thơng tin phép dùng ngun trích dùng cho mục đích đào tạo tham khảo Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh bị nghiêm cấm Dựa theo giáo trình này, sử dụng để giảng dạy cho trình độ nghề ngành/ nghề khác nhà trường Cần giảng dạy bổ sung môn học, mô đun bắt buộc số môn học, mô đun tự chọn mà chương trình đào tạo trình độ cao đẳng chưa giảng dạy; LỜI GIỚI THIỆU Giáo trình “Vật liệu khí” biên soạn dựa theo chương trình khung Bộ Giáo dục Đào tạo tác giả cụ thể hố chương trình chi tiết Để đáp ứng nhu cầu tài liệu học tập cho sinh viên tạo điều kiện thuận lợi cho giáo viên giảng dạy môn học “Vật liệu khí” Tổ mơn vật liệu thuộc khoa kỹ thuật sở trường cao đẳng nghề giao thông vận tải trung ương biên soạn giáo trình “Vật liệu khí” Giáo trình biên soạn theo chương trình khung Quốc gia nghề Hàn, trình độ Cao đẳng nghề Nội dung giáo trình nhằm trang bị kiến thức vật liệu ngành Cơ khí cho học sinh hệ công nhân lành nghề kỹ thuật viên trung cấp Đồng thời, tài liệu phục vụ cho việc bổ túc nâng bậc cho công nhân nhà máy, xí nghiệp Nội dung gồm hai phần Phần thứ nhất: Vật liệu kim loại nhiệt luyện gồm: tính chất chung kim loại, gang, thép, kim loại màu hợp kim màu, biến đổi tính chất kim loại nhiệt luyện phương pháp nhiệt luyện Phần thứ hai: Vật liệu phi kim loại gồm tính chất cơng dụng vật liệu phi kim loại thường dùng ngành chế tạo khí như, chất dẻo, gỗ, vật liệu compozit Trong q trình biên soạn, tổ mơn tham khảo nhiều tài liệu vật liệu khí trường dạy nghề, giáo trình trường đại học Bách khoa Hà Nội nhiều tài liệu khác Mặc dù có nhiều cố gắng, song khơng tránh khỏi thiếu sót Rất mong đồng nghiệp bạn đọc góp ý kiến để tập tài liệu ngày hoàn chỉnh Xin chân thành cảm ơn! MỤC LỤC Trang LỜI GIỚI THIỆU .2 MỤC LỤC Tên môn học : Vật Liệu Cơ Khí Mã số môn học: MH 10 Vị trí, tính chất, vai trị ý nghĩa mơn học Mục tiêu môn học Nội dung môn học Chương Lý thuyết hợp kim Mã chương: MH 10.01 Khái niệm hợp kim 1.1 Định nghĩa hợp kim 1.2 Đặc tính hợp kim 1.3 Ưu nhược điểm hợp kim Cấu trúc tinh thể hợp kim 2.1 Các dạng cấu tạo hợp kim 2.2 Giản đồ pha hợp kim 2.3 Dung dịch rắn 10 Chương 2: GANG 12 Mã chương: MH 10.02 .12 Khái niệm gang 12 1.1 Khái niệm chung 12 1.2 Tổ chức tế vi 12 1.3 Cơ tính công nghệ 12 Công dụng 13 Các loại gang thường dùng: 13 3.1 Gang xám .13 3.2 Gang biến tính 14 3.3 Gang trắng .15 3.4 Gang dẻo 15 3.5 Gang cầu 16 3.6 Gang hợp kim .17 Chương Thép 18 Mã chương: MH 10.03 .18 Thép bon 18 1.1 Khái niệm chung 18 1.2 Thành phần thép bon 18 1.3 Ký hiệu 18 1.4 Công dụng .19 1.5 Ảnh hướng nguyên tố đến tính chất thép .19 Thép hợp kim 21 2.1 Khái niệm 21 2.2 Đặc tính thép hợp kim 21 2.3 Tác dụng nguyên tố hợp kim đến tính chất thép 22 2.4 Ảnh hưởng nguyên tố hợp kim đến trình luyện nhiệt 22 2.5 Các dạng hỏng thép hợp kim 24 Chương Kim loại hợp kim màu 26 Mã chương MH 10.04 26 Nhôm hợp kim nhôm 26 1.1 Khái niệm nhôm nguyên chất 26 1.2 Phân loại hợp kim nhôm 26 1.3 Hợp kim nhôm biến dạng 27 1.4 Hợp kim nhôm đúc 27 Đồng hợp kim đồng 27 2.1 Đồng nguyên chất .27 2.2 Phân loại hợp kim đồng 28 Hợp kim làm ổ trượt 29 3.1 Yêu cầu hợp kim làm ổ Trượt .29 3.2 Hợp kim làm ổ trượt có độ nóng chảy thấp 30 3.3 Hợp kim làm ổ trượt có độ nóng chảy cao 30 Chương 5: Nhiệt luyện hoá nhiệt luyện 31 Mã chương: MH 10.05 .31 Nhiệt Luyện 31 1.1 Khái niệm nhiệt luyện 31 1.2 Phân loại nhiệt luyện 32 1.3 Tác dụng nhiệt luyện ngành khí 39 1.4 Các tổ chức đạt nung nóng làm nguội thép 39 1.5 Các dạng hỏng xảy nhiệt luyện thép 42 Hóa nhiệt luyện 42 2.1 Định nghĩa 42 2.2 Mục đích .43 2.3 Phân loại .43 2.4 Thấm Các bon 43 2.5 Thấm Các bon-nitơ (thấm xianua) .44 2.6 Các phương pháp hóa nhiệt luyện khác(Thấm nito) .45 Chương Vật liệu phi kim loại 46 Mã chương: MH 10.06 .46 Polyme, Cao su, Chất dẻo 46 1.1 Polyme 46 1.2 Chất dẻo 47 1.3 Cao su 48 Dầu mỡ bôi trơn .49 2.1 Dầu bôi trơn 49 2.2 Mỡ bôi trơn 51 TÀI LIỆU THAM KHẢO 54 CHƯƠNG TRÌNH MƠN HỌC Tên mơn học : Vật Liệu Cơ Khí Mã số mơn học: MH 10 Vị trí, tính chất, vai trị ý nghĩa mơn học Vật liệu khí mơn học kỹ thuật sở chương trình đào tạo trung cấp nghề cao đẳng nghề ngành khí, Mơn học bố trí sau học sinh học xong mơn học chung, trước môn học/ mô đun đào tạo chuyên môn nghề Môn học cung cấp cho học sinh kiến thức loại vật liệu thường dùng ngành khí Tạo điều kiện cho học sinh tiếp thu tốt môn kỹ thuật chuyên ngành thực tập nghề, đồng thời giúp cho người cơng nhân kỹ thuật sử dụng vật liệu có hiệu thực tiễn sản xuất sau Mục tiêu mơn học - Về kiến thức: + Trình bày đầy đủ ký hiệu thành phần hoá học loại vật liệu: Thép bon, thép hợp kim, gang, kim loại hợp kim màu + Giải thích ký hiệu vật liệu ghi vẽ chi tiết + Lựa chọn phương pháp khoảng nhiệt độ nhiệt luyện cho loại vật liệu khác - Về kỹ năng: + Lựa chọn sử dụng thiết bị để đo tính vật liệu + Chọn vật liệu cho kết cấu biết yêu cầu sử dụng chúng thực tế - Năng lực tự chủ trách nhiệm: + Làm việc độc lập làm việc theo nhóm, giải công việc phức tạpviệc liên quan đến vật liệu khí điều kiện làm việc thay đổi + Hướng dẫn, giám sát người khác giải thích ký hiệu, chọn phương pháp nhiệt luyên, tính vật liệu, chọn vật liêu cho kết cấu; chịu trách nhiệm cá nhân trách nhiệm nhóm + Đánh giá giải thích ký hiệu, chọn phương pháp nhiệt luyên, tính vật liệu, chọn vật liêu cho kết cấu thành viên nhóm Nội dung mơn học Chương Lý thuyết hợp kim Mã chương: MH 10.01 Giới thiệu Trong thực tế, đặc biệt khí xây dựng, người ta khơng dùng kim loại nguyên chất, nguyên tố hóa học hợp chất hóa học mà thường tổ hợp chất Tính chất vật rắn (vật liệu) phụ thuộc chủ yếu vào cách xếp phần tử cấu thành lực liên kết chúng Trong chương khái niệm đề cập lại: cấu tạo nguyên tử, dạng liên kết cấu trúc tinh thể, không tinh thể (vơ định hình) vật rắn Mục tiêu - Giải thích khái niệm hợp kim - Trình bày cấu trúc mạng tinh thể loại hợp kim khác - Rèn luyện tính tự giác, ý thức tham gia học tập Nội dung Khái niệm hợp kim 1.1 Định nghĩa hợp kim Hợp kim vật thể nhiều nguyên tố mang tính kim loại(đãn điện, dẫn nhiệt cao, dẻo, dễ biến dạng, có ánh kim…) Nguyên tố chủ yếu hợp kim nguyên tố kim loại, hợp kim có thẻ tạo nên nguyên tố kim loại với nhau, hay giữ nguyên tố kim loại với phi kim loại Ví dụ: Thép bon hợp kim nguyên tố kim loại phi kim loại (Fe +C) La tông hợp kim hai nguyên tố kim loại (Cu+Zn) Thành phần nguyên tố hợp kim biểu thị theo % khối lượng nguyên tố Tổng thành phần hợp kim luon 100% Đơi người ta cịn dùng tỉ lệ % nguyên tử Dù hợp kim hình thành sở hai nhiều nguyên tố nguyên tố kim loại Nếu có hai ngun tố với ta có hợp kim đơn giản Nếu có nhiều nguyên tố ta có hợp kim phức tạp 1.2 Đặc tính hợp kim Các kim loại nguyên chất thể lên ưu việt rõ dẫn điện, dẫn nhiệt chúng có tiêu cao (vì dây dẫn điện làm đồng, nhôm nguyên chất) Tuy chế tạo khí, thiết bị đồ dùng… vật liệu đem dùng thường hợp kim có đặc tính phù hợp sử dụng, gia công kinh tế Các đặc tính là: - Có độ bền độ dẻo cao: Đây đặc tính quan trọng hợp kim để chịu tải trọng cao làm việc, đồng thời hợp kim khơng giịn dẫn đến bị phá huỷ - Các kim loại nguyên chất nói chung dẻo (dễ rát mỏng, kéo sợi…) song độ bền, tính chống mài mịn, độ cứng xa hợp kim từ vài ba đến hàng chục lần - Tính cơng nghệ đa dạng thích hợp: Để tạo thành bán thành phẩm sản phẩm, vật liệu phải có khả chế biến thích hợp gọi tính cơng nghệ Kim loại ngun chất dễ biến dạng dẻo khó cắt gọt, đúc, khơng hố bền nhiệt luyện Hợp kim trái lại có tính công nghệ đa dạng như: Dễ cắt gọt, đúc, nhiệt luyện… Phù hợp với nhiều điều kiện công nghệ khác - Tính kinh tế cao: Trong nhiều trường hợp luyện hợp kim đơn giản rẻ so với luyện kim loại nguyên chất chi phí để khử nhiều nguyên tố lẫn vào Ví dụ như: Luyện hợp kim Fe – C (thép gang) đơn giản so với luyện sắt nguyên chất Pha Zn vào kim loại chủ Cu ta đồng Latông vừa bền lại vừa rẻ (do Zn rẻ Cu nhiều) 1.3 Ưu nhược điểm hợp kim Hợp kim sử dụng rộng dãi chế tạo khí có đặc tính ưu việt hẳn kim loại nguyên chất giá thành hạ Hợp kim có tính tổng hợp tốt kim loại ngun chất: có độ bền cao nhiều so với kim loại nguyên chất, độ dẻo thấp tính chung đảm bảo thoat mãn đầy đủ u cầu chế tạo khí Hợp kim có tính cong nghệ đa dạng phù hợp: Đảm bảo gia cơng cắt gọt, biến dạng dẻo, có độ thấm tơi lớn… số hợp kim đặc biệt có tính chất rát q khơng bị hoen rỉ, có điện trở lớn, giãn nở đặc biệt, chống mài mòn lớn, chịu nhiệt độ cao… mà kim loại nguyên chất có Hợp kim dễ chế tạo, đơn giản, rẻ tiền: luyện thép có nhiệt độ chảy thấp luyện sắt, la tông bền rẻ đồng… Độ bền cao hơn, cho phép chế tạo chi tiết chịu tải nặng Tính cơng nghệ đa dạng: cắt gọt, gia công áp lực, đúc, nhiệt luyện… Trong nhiều trường hợp, nấu hợp kim dễ nấu kim loại nguyên chất Cấu trúc tinh thể hợp kim 2.1 Các dạng cấu tạo hợp kim Hợp kim có cấu tạo pha dung dịch rắn Hợp kim có cấu tạo pha hợp chất hóa học(hay pha trung gian) Hợp kim có cấu tạo hai hay nhiều pha 2.2 Giản đồ pha hợp kim 2.2.1 Định nghĩa: Giản đồ pha giản đồ biểu thị biến đổi tổ chức pha theo nhiệt độ thành phần hệ trạng thái cân 2.2.2 Quy tắc pha công dụng Trạng thái cân hệ xác định yếu tố bên trong(thành phần hóa học) yếu tố bên (nhiệt độ áp suất) Tuy nhiên yếu tố phụ thuộc lẫn Bậc tự số lượng yếu tố độc lập thay đổi phạm vi định mà không thay đổi số pha (ký hiệu F – freedom) Quy tắc pha xác định mối quan hệ số pha P (phase), bậc tự F số cấu tủ C (component) ta có: F=C-P+2 Nhưng việc nghiên cứu vật liệu tiến hành khí quyển, có áp suất khơng đổi nên số yếu tố bên ngồi cịn nhiệt độ Vì cơng thức là: F = C – P +1 Cần ý bậc tự số nguyên không âm số pha cực đại hệ lớn số cấu tủ đơn vị (Pmax = C +1), giúp cho việc xác định số pha hệ hợp kim dễ dàng Ví dụ - Khi F = tức có yếu tố thay đổi ( nhiệt độ hay thành phần), lúc số pha số cấu tủ - Khi F =2 có hai yếu tố thay đổi lúc, số pha số cấu tủ trừ 2.2.3 Cấu tạo giản đồ pha công dụng 2.2.3.1 Cấu tạo giản đồ pha Giản đồ pha hệ hợp kim (còn gọi giản đồ trạng thái, cân bằng) biểu thị mối quan hệ nhiệt độ, thành phần số lượng pha trạng thái cân Các hệ hợp kim khác có giản đồ pha khác Giản đồ pha xây dựng thực nghiệm a Giản đồ pha cấu tử Hệ cấu tử khơng có biến đổi thành phần hóa học nên có trục, người ta ghi nhiệt độ nóng chảy, hiệt độ chuyển biến pha b Giản đồ pha hai cấu tử giản đồ pha hệ hai cấu tử gồm hai trục, trục tung biểu diễn nhiệt độ, trục hồnh biểu diễn thành phần hóa học ( thường theo % khối lượng) hệ trục người ta vẽ đường phân chia giản đồ thành khu vực có tổ chức pha giống Các điểm đường nằm ngang biểu thị cho hợp kim có thành phần khác nhiệt độ Đi từ trái qua phải tỷ lệ cấu tử B tăng dần lên, cấu tử A giảm ngược lại Các điểm nằm đường thẳng đứng biểu thị cho hợp kim có thành phần xác định nhiệt độ khác Hình 5.7 Sơ đồ chuyển biến tổ chức thép trước tích Với thép sau tích(c>0,8%): nhiệt độ cao ac1, ngồi ơstenit cịn xêii tiếp tục nung nóng lên ac1 thép có chuyển biến: xêII hồ tan vào ơstenit q trình hồ tan kết thúc nhiệt độ đạt đến Accm Kết luận Khi nung nóng thép lên qua đường gse, thép có tổ chức giống ơstenit nhiệt độ nung cao hật phát triển thơ, to( hạt lớn) Hình 5.8 Sơ đồ chuyển biến tổ chức thép sau tích 1.4.2 Chuyển biến làm nguội 1.4.2.1 Khi làm nguội đẳng nhiệt: a Các khái niệm Làm nguội chậm đẳng nhiệt( hình vẽ): làm nguội nhanh đến nhiệt độ định giữ nhiệt thời gian dài Chuyển biến đẳng nhiệt: chuyển biến tổ chức ô thời gian giữ đẳng nhiệt Giản đồ đường cong: giản đồ biểu thị trình chuyển biến đẳng nhiệt hình dạng giản đồ giống chữ c nên gọi giản đồ đường cong C Hình 5.9 Sơ đồ chuyển biến làm nguội đẳng nhiệt 40 b Dạng giản đồ Đường cong a: bắt đầu chuyển biến ô Đường cong b: kết thúc chuyển biến ô Md: bắt đầu chuyển biến M Mk: kết thúc chuyển biến M c Các khu vực giản đồ: Khu vực I( A1): ô ổn định Khu vực II ( Â1 Md): chuyển biến đẳng nhiệt ô Khu vựcIII( Md Mk): chuyển biếnM: M = ô dư 1.4.2.2 tổ chức thu sau chuyển biến đẳng nhiệt: ô chuyển biến to = ( 727700)oc: peclit(P) có hạt thơ, to ô chuyển biến to = ( 700600)oc: xoocbit(X) có hạt nhỏ chuyển biến to = ( 600500)oc: trostit(T) có hạt nhỏ mịn chuyển biến to = (500250)oc: bainit(B) có hạt nhỏ mịn Chú ý: tổ chức P,X,T,B hỗn hợp học F xêII nhiệt độ giữ đẳng nhiệt khác có tính khác có tên gọi khác Hình 5.10 sơ đồ thị kết tổ chức thu sau chuyển biến đẳng nhiệt 1.4.2.3 Chuyển biến làm nguội chậm liên tục Khái niệm: làm nguội chậm liên tục nghĩa nhiệt độ giảm theo thời gian Chuyển biến tổ chức: phân hố thành hỗn hợp F xê, gọi peclit ô → [ F + xê] = p 1.4.3 Chuyển biến làm nguội nhanh – chuyển biến mactenxit Khi làm nguội nhanh khơng kịp phân hố thành hỗn hợp F xê, mà chuyển biến thành mactenxit 41 Mactenxit(M): dung dịch rắn xen kẽ bão hoà cacbon Fe với nồng độ cacbon ơstenit, có kiểu mạng phương thể tâm có độ cứng cao (6065HRC) 1.5 Các dạng hỏng xảy nhiệt luyện thép 1.5.1 Biến dạng nứt - Nguyên nhân: Do ứng suất sinh nung nóng làm nguội nhanh - Ngăn ngừa: Đảm bảo tốc độ nung nóng làm nguội quyđịnh - Khắcphục:Tiến hành uốn nắn(trước phải ủ thường hóa) 1.5.2 Ơxy hóa, Cacbon a Ngun nhân - Nhiệt độ nung nóng cao so với quyđịnh - Xác định nhầm mác nên tính tốn sai t0 nung - Mơi trường nung chứa nhiều khí ơxy b Ngăn ngừa - Xác định nhiệt độ nung với mác thép - Khử bớt ôxy môi trường nung - Bảo vệ bề mặt chi tiết khinung c Khắcphục Tiến hành thường hóa, thấm cacbon tơi lại 1.5.3 Độ cứng không đạt yêucầu a Nguyên nhân - Tốc độ làm nguội khôngđúng - Xác định nhầm mác nên tính tốn sai t0 nung - Nhiệt độ nung nóng thấp so với quy định b Ngăn ngừa - Xác định nhiệt độ nung với mácthép - Đảm bảo tốc độ làm nguội theo quyđịnh c Khắc phục Tiến hành lại trước phải ủ thường hóa 1.5.4 Thép giịn - Ngun nhân: Nhiệt độ nung cao làm cho hạt γ thôto - Ngăn ngừa: Nung nóng đến nhiệt độ quyđịnh Khắc phục: Ủ làm cho thép nhỏ mịn sau tiến hành tơi lại Hóa nhiệt luyện 2.1 Định nghĩa Hố nhiệt luyện phương pháp nhiệt làm bão hoà (khuếch tán) vào bề mặt thép hay nhiều nguyên tố để làm thay đổi thành phần hóa học, làm thay đổi tổ chức tính chất lớp bề mặt theo mục đích định 42 2.2 Mục đích Tăng độ cứng, tính chống mài mịn độ bền mỏi chi tiết mục đích giống tơi bề mặt hiệu đạt cao phương pháp thấm C, N2, B - Nâng cao tính chống ăn mịn điện hố hố học, chịu axit lớp bề mặt chi tiết thép phương pháp thấm cr, Al, si 2.3 Phân loại Thấm Các bon Thấm Ni tơ Thấm bon – Ni tơ 2.4 Thấm Các bon 2.4.1 Định nghĩa Là phương pháp làm bão hoà cacbon vào bề mặt thép c thấp( c< 0,25%) để làm tăng hàm lượng c lớp bề mặt, lõi giữ lượng C ban đầu 2.4.2 Mục đích Sau tơi ram thấp làm bề mặt có độ cứng cao( > 60HRC), có tính chống mài mịn, cịn lõi giữ tính dẻo dai thép ban đầu 2.4.2 Phương pháp thấm cacbon a Thấm cacbon thể rắn: - Chất thấm: thể rắn gồm 80% than hoa, 15% Na2CO3(hoặc BaCO3, K2CO3) 5% dầu nặng để tăng khả bám dính vào bề mặt chi tiết - Tiến hành: hỗn hợp trộn chất vào hộp thấm với chi tiết đóng bịt kín hộp( chi tiết cách cách thành hộp khoảng cách 25 40 mm) đưa hộp vào lò nung - Nhiệt độ thấm: 920 9500C - Tốc độ thấm: 0,1 0,15 mm/h - Quá trình thấm: + Phân tích:2c + o2→ 2co 2Co → Co2 + [C] + Hấp thụ: Fe( c< 0,25%> 1[C]Fe(c 1%) + Khuếch tán: [c] sâu vào tạo nên chiều dầy lớp thấm - Ưu điểm: đơn giản, dễ thực - Nhược điểm: + Thời gian thấm lâu ảnh hưởng tới suất chất lượng + Hộp thấm chóng hỏng + Điều kiện làm việc độc hại - Áp dụng: dùng sản xuất đơn chiếc, loại nhỏ b Thấm cacbon thể lỏng: 43 - Chất thấm: dạng lỏng dung dịch muối nóng chảy gồm: (75 80)% Na2CO3 + (10 15)% Na Cl + (6 10)% SiC - Nhiệt độ thấm: 840 8600C - Tiến hành: nhúng chi tiết vào dung dịch muối nóng chảy - Tốc độ thấm: 0,3 0,4 mm/h - Ưu điểm: thời gian thấm ngắn, lớp thấm đồng - Nhược điểm: + Không điều chỉnh nồng độ c lớp bề mặt + Khó thao tác lị( sic sệt, khó chảy lỏng) + Khó khí hố, tự động hố, suất thấp + Không thấm chi tiết lớn c Thấm cacbon thể khí: Chất thấm: dạng khí CO CH4 ngồi cịn có lượng định CO2, N2, O2 để điều chỉnh( pha loãng) nồng độ thấm nhằm khống chế lượng C bề mặt Tiến hành: cho chi tiết vào lị kín cho luồng khí chất thấm có nhiệt dộ cao với chất lỏng(dầu mỏ, benzen) dạng sương bụi Nhiệt độ thấm: 900 9300C Tốc độ thấm: gấp lần thấm c thể rắn Ưu điểm: + Thao tác đơn giản, thời gian thấm rút ngắn + Khống chế nồng độ lớp thấm xác + Có thể tơi ngay, có thao tác phụ + Điều kiện lao động tốt Hạn chế: + Dễ tạo muội than phủ lên chi tiết, ngăn cản trình thấm → cần khống chế chặt chẽ thành phần khí lị thấm + Thiết bị thấm đắt tiền 2.5 Thấm Các bon-nitơ (thấm xianua) 2.5.1 Định nghĩa mục đích Là phương pháp làm bão hồ đồng thời C N2 vào bề mặt thép để nâng có độ cứng tính chống mài mịn chất thấm muối xianua( NaCN, KCN ) 2.5.2 Phương pháp thấm xianua: a Dựa vào nhiệt độ thấm: - Thấm xianua nhiệt độ cao: to = 820 8700C - Thấm xianua nhiệt độ thấp: to = 500 6500C dùng phổ biến cho loại thép hợp kim dụng cụ( thép gió, thép crơm) trước thấm, dụng cụ phải tơi ram, mài xác sau thấm cần đánh bóng bề mặt 44 b Đựa vào chất thấm: tương tự thấm cacbon - Thấm xianua thể rắn: chất thấm gồm (2040)% K4Fe(CN)6 K3Fe(CN)6, 10% Na2CO3, lại than gỗ - Thấm xianua thể lỏng: tiến hành bể muối mà thành phần gồm muối NaCN, KCN, K4Fe(CN)6, Na2CO3, NaCl, BaCO3,KCL Chú ý: Muối xianua độc, cần ý an toàn lao động - Thấm xianua thể khí: chất thấm gồm khí CH4, co, NH3 cơng nghệ hóa nhiệt luyện tiên tiến suất cao, chất lượng tốt độc hại 2.6 Các phương pháp hóa nhiệt luyện khác(Thấm nito) 2.6.1 Định nghĩa mục đích Thấm nitơ phương pháp làm bão hoà nitơ vào bề mặt thép, nhằm nâng cao độ cứng tính chống mài mịn ngồi ra, để chống ăn mịn khí tăng tính thẩm mỹ chi tiết máy 2.6.2 Phương pháp thấm: Chất thấm: khí nh3 Nhiệt độ thấm: 500 6500C Thép để thấm: thường dùng thép hợp kim, nitơ sau phân nhánh tác dụng với kim loại thép tạo thành lớp nitơ kim loại có độ bền cao như:, CrN, MoN, Quá trình thấm: + Phân tích: 2NH3 → 2[N] + 3H2 + Hấp thụ: [N] + Cr( Fe, Al, Mo ) → CrN( Fe) Ngồi cịn sử dụng phương pháp thấm bo, crom, nhơm, silic…để nâng cao độ cứng, tính chống oxi hóa cho vật liệu, cơng dụng khn rèn, tua bin phản lực, gàu rót gang thép… 45 Chương Vật liệu phi kim loại Mã chương: MH 10.06 Giới thiệu Ngoài sắt hợp kim sắt (thép, gang), chế tạo khí ngành chế tạo khác phải sử dụng đến phi kim, chúng có tính chất đặc biệt phù hợp với số ngành công nghiệp công nghiệp điện, mà vật liệu thay Để sử dụng vật liệu phi kim có hiệu người sử dụng chúng phải có kiến thức chúng Nội dung chương giới thiệu cho người học số vật liệu phi kim như: chất dẻo, gỗ, dầu mỡ bôi trơn, dung dịch trơn nguội, vật liệu com pozit Mục tiêu Phân biệt vật liệu phi kim loại Trình bày phạm vi ứng dụng vệt liệu phi kim loại Rèn luyện tính tự giác, ý thức tham gia học tập Nội dung Polyme, Cao su, Chất dẻo 1.1 Polyme 1.1.1 Định nghĩa: Polyme hợp chất cao phân tử cấu tạo từ nhiều nhóm có cấu tạo hoá học giống lặp lặp lại chúng nối với liên kết đồng hoá trị 1.2 Phân loại: a Phân loại theo phương pháp tổng hợp + Polyme tự nhiên + Polyme trùng hợp + Polyme trùng ngưng b Phân loại theo cấu tạo hoá học + Polyme mạch cacbon + Polyme dị mạch: mạch ngồi ngun tố cacbon cịn có nguyên tố khác O, N, S … c Phân loại theo lĩnh vực ứng dụng: Chất dẻo, lớp phủ bảo vệ, sơn, sợi, cao su, keo dán, polyme compozit 1.1.3 Cách gọi tên polyme Cách gọi đơn giản tên polyme = poly + tên monome tạo thành polyme – tham gia phản ứng trùng hợp Monome: Là phân tử hữu đơn giản có chứa liên kết kép (đơi ba) có hai nhóm chức hoạt động có khả phản ứng với Ví dụ: etylen = polyetylen 46 Vinylclorua = polyvinylclorua 1.1.4 Đặc điểm tính chất vật lý polyme -Polyme đồng thời có tính chất vật thể rắn lỏng -Độ nhớt dung dịch cao -Khả polyme trương lên hòa tan -Khả thể mạnh tính bất đẳng hướng tính chất 1.2 Chất dẻo 1.2.1 Định nghĩa: Chất dẻo loại vật liệu nhân tạo sản xuất từ chất hữu (phênol, anđehít, rượu…) nhiệt độ định chất dẻo trở lên mềm, dẻo tạo hình áp suất cao Chất dẻo tổng hợp từ phản ứng hóa học 1.2.2 Thành phần Trong chất dẻo tuỳ theo công dụng người ta pha thêm số chất khác để nâng cao tính chất dẻo Sau số chất thường dùng: - Chất độn: Được cho thêm vào để làm tăng độ bền, độ cứng làm giảm độ co ngót chất dẻo tạo hình - Chất lỏng dẻo: Có tác dụng làm tăng tính dẻo, làm cho chất dẻo bền vững nhiệt độ thấp - Chất bơi trơn: Có tác dụng làm cho chất dẻo khơng bị dính vào khn tạo hình - Chất lỏng rắn: Có tác dụng làm cho chất dẻo thể lỏng trở thành rắn nguội - Chất tạo màu: Có tác dụng làm cho chất dẻo có màu sắc theo ý muốn - Chất ổn định: Có tác dụng làm cho chất dẻo giữ tính chất ban đầu tác động yếu tố môi trường nhiệt độ, ánh sáng… 1.2.3 Tính chất chất dẻo - Có trọng lượng riêng nhỏ: Thường chất dẻo có trọng lượng riêng từ 0,9 – 2g/cm3 Một số chất dẻo có trọng lượng 5- g/cm3 có 0,02g/cm3 Loại chất dẻo nhẹ có độ xốp cao nên có tính cách âm nhiệt tốt - Có độ bền học cao, độ bền nhiệt tính chống ăn mịn tốt, hệ số ma sát nhỏ tính cách điện tốt - Có tính cơng nghệ cao cơng nghệ chế tạo chi tiết chất dẻo đơn giản (chủ yếu gia nhiệt ép khn định hình tạo thành chi tiết) - Tuy nhiên chất dẻo có số nhược điểm là: bị lão hóa theo thời gian, độ bền cơ, nhiệt tính chất chất dẻo bị giảm sút nghiêm trọng bị phá hủy 1.2.4 Các loại chất dẻo bản: 47 Chất dẻo có nhiều loại chế tạo máy thường dùng hai loại chất dẻo nóng chất dẻo cứng nóng a Chất dẻo nóng: Là ln ln nóng chảy tạo hình lại Chất dẻo nóng có số loại sau: - Plyetilen(PE): Đặc điểm cứng, có màu trắng vật dày suốt vật mỏng Chất dẻo đựoc sản xuất từ khí êtilen lấy từ dầu mỏ than đá Có trọng lượng riêng 0,92 - 0,96 g/cm3, giới hạn bền kéo σk =1500 4000MN/m, độ giãn dài δ = 50-500% Nó bền vững chịu tác dụng axít kiềm, khơng thấm nước, giữ tính dẻo phạm vi nhiệt độ rộng Plyêtilen chủ yếu làm chất điện môi công nghiệp điện - Polyvinilclorua(PVC): Được sản xuất từ propilen nhờ chất xúc tác đặc biệt Chất dẻo chịu ăn mịn hóa học plyêtilen, độ bền học độ bền nhiệt cao hơn, dùng chế tạo loại ống, cánh quạt bơm nước ly tâm loại nhỏ, chi tiết linh kiện điện tử, vô tuyến điện b Chất dẻo cứng nóng: Sau lần nóng chảy tạo hình khơng thể làm nóng chảy tạo hình lại tính dẻo Chất dẻo cứng nóng có loại sau: - Chất dẻo Bakêlít: Được sản xuất từ phenol- phomanđêhit Loại sử dụng rộng rãi rẻ, dễ chế biến sản xuất chi tiết có hình dạng phức tạp Loại có độ bền học cao, chịu nhiệt, khơng bị ăn mịn mơi trường axít, kiềm Loại dùng làm vỏ bình loại ắc quy, loại bầu lọc dầu động ôtô - Chất dẻo téctơlít: Được sản xuất cách tẩm nhựa vào giấy, nhựa vào ván gỗ, để làm tăng tính dẫn nhiệt chống ăn mòn người ta cho thêm chất độn grafít vào téctơlít Loại dùng làm loại má phanh xe ôtô, số loại bánh chịu lực nhỏ không cần bôi trơn 1.3 Cao su 1.3.1 Phân loại: Hiện có hai loại cao su thiên nhiên cao su nhân tạo: - Cao su thiên nhiên: Lấy từ nhựa cao su, cịn ngun chất có màu trắng đục, để ngồi ánh sáng lâu biến thành mầu nâu - Cao su nhân tạo: Được tổng hợp từ hợp chất hữu để tạo số tính chất đặc biệt mà cao su tự nhiên khơng có 1.3.2 Tính chất: - Cao su có trọng lượng riêng từ 0,92 - 0,94g/cm3, cao su thiên nhiên có tính chịu nhiệt (trên 400C mềm, đến 1000C dẻo, đến 1800C chảy ra, 80C ứng lại tính đàn hồi) 48 - Cao su dùng công nghiệp đời sống cao su thiên nhiên lưu hoá, tức pha thêm vào từ 1- % Lưu huỳnh có tác dụng giữ cho cao su có tính đàn hồi nhiệt độ – 200C đến 1000C - Cao su có tính đàn hồi cao, có tính chịu kéo tốt, có khả dập tắt rung động, không thấm nước, chịu tác dụng axít, kiềm - Nhược điểm cao su tính dẫn nhiệt kém, bị giảm cơ, lý tính chịu tác dụng ánh sáng nhiệt độ bị rạn nứt tác dụng lực kéo 1.3.3 Công dụng: Trong chế tạo máy, cao su dùng rộng rãi làm đai truyền động, đệm vịng đệm làm kín mặt tiếp xúc tránh chảy dầu chảy nước, hở khí làm ống dẫn nước, ống dẫn chịu áp suất thấp - Cao su thiên nhiên (có kí hiệu NR) sử dụng làm lốp ô tô sản phẩm dùng môi trường xăng, dầu mỡ - Cao su cứng (lưu hoá với lượng lưu huỳnh lớn), dùng cho công nghiệp điện kỹ thuật Loại không dùng môi trường axit với nồng độ cao 5% Dầu mỡ bôi trơn 2.1 Dầu bôi trơn 2.1.1 Công dụng - Bôi trơn cho bề mặt ma sát chi tiết chuyển động Nhờ có dầu nhờn tạo thành lớp đệm bề mặt chi tiết chuyển động tương nhau, giảm mài mịn, giảm tiêu hao cơng suất, tăng tuổi thọ cho chi tiết - Làm kín: Nhờ có độ nhớt cao dầu nhờn có tác dụng làm kín cho phận Ví dụ làm kín vòng găng, xi lanh, piston buồng cháy động …vv - Làm mát: nhờ có dầu nhờn bơi trơn nhận nhiệt bề mặt ma sát có tác dụng làm mát - Bảo vệ bề mặt chi tiết: nhờ lớp dầu nhờn phủ bề mặt có tác dụng chống ơxi hóa, bảo vệ bề mặt khơng bị han gỉ 2.1.2 Tính chất - Độ nhớt dầu: Là khả lưu động dầu đặc trưng độ nhớt động học, dầu có độ nhớt cao khả bơi trơn, làm kín tốt, song làm tăng sức cản lưu động khó đưa tới vị trí xa bơm dầu khe hở nhỏ, xảy thiếu dầu bôi trơn cục số phận - Khả chịu nhiệt: khả trì độ nhớt nhiệt độ chi tiết cần bôi trơn thay đổi, tính chất quan trọng đa số dầu giảm độ nhớt nhiệt độ tăng ngược lại, người ta dùng phụ gia đặc biệt pha vào dầu - Ít bị biến đổi tính chất lý hóa: Đây tính chất quan trọng nhằm 49 đảm bảo khả bơi trơn dầu q trình làm việc dầu bị lẫn nước, tạp chất có xăng, điêsel, sản phẩm khí cháy vv - Khả bảo vệ bề mặt chi tiết: Đó khả hình thành màng dầu ngăn cản tiếp xúc ôxi với bề mặt liên kết điều kiện khác (áp suất, nhiệt độ) 2.1.3 Phân loại a Phân loại theo phương pháp làm Có loại: - Dầu tinh chế phương pháp axit – kiềm - Dầu tinh chế phương pháp axit – tiếp xúc (dùng sét hoạt tính) - Dầu tinh chế dung môi chọn lọc - Dầu tinh chế phương pháp sử lý hiđro b Phân loại theo nguồn gốc dầu Có loại: - Dầu có nguồn gốc từ dầu mỏ - Dầu tổng hợp: Được điều chế q trình hố học khơng có xuất xứ từ dầu mỏ c Phân theo cấp chất lượng: - Theo (ΓOCT) Nga có nhóm dầu A, Б, B, Γ, Δ, E Trong đó: Chất lượng dầu loại sau cao loại trước - Theo tiêu chuẩn Viện dầu mỏ Mỹ (API-1970): Có loại + Dầu bơi trơn cho động xăng: Có loại SA, SB, SC, SD, SE, SF, SG, SH Trong chất lượng dầu loại sau cao loại trước, loại từ SA đến SF khơng cịn sử dụng xe đời + Dầu bơi trơn dùng cho động điesel, có loại CA,…,CH chất lượng dầu loại sau cao loại trước Các loại CA, CB, CC khơng cịn sử dụng 2.1.4 Kí hiệu dầu a Theo tiêu chuẩn Nga (ΓOCT) - Dầu dùng cho động chạy xăng có loại: AC – 10 (M-10Б1); AK – 15 ; AK 3Π– 10 Trong đó: + Chữ A: Dầu dùng cho động xăng + Chữ C (K): Dầu lọc phương pháp tinh chế + Con số sau (-) độ nhớt dầu tính xentistốc (cst) 1000 C + Số 3: Chỉ chất phụ gia tổng hợp - Dầu dùng cho động điesel: Có loại ДΠ-11 (Dp-11), Dp-14, MT-16p Trong đó: + Chữ D dầu dùng cho động điesel + p dầu có pha chất phụ gia 50 + Con số sau (-) độ nhớt dầu tính xentistốc (cst) 1000 C b Theo tiêu chuẩn J – 3000d SAE-1970 (Hội kỹ sư ô tơ hoa kì) Hoa kì nước tây âu sử dụng kí hiệu SAE theo cấp độ nhớt dầu Có loại: - Kí hiệu dầu đơn cấp (dầu dùng theo mùa) có loại: + Dầu dùng cho mùa đông: SAE0W, SAE5W, SAE10W…SAE 60W + Dầu dùng cho mùa hè: SAE0, SAE5, SAE10 … SAE 60 Trong đó: + Các số 5, 10…60 độ nhớt 1000C mùa hè -180C mùa đông, chữ W dầu dùng cho mùa đơng - Kí hiệu dầu nhờn đa cấp (dùng cho mùa hè mùa đơng) ví dụ SAE20W- 40 có nghĩa nhiệt độ thấp dầu có độ nhớt giống dầu SAE20W cịn nhiệt độ cao có độ nhớt giống SAE40 c Theo tiêu chuẩn viện dầu mỏ Hoa kì API Hiện có loại - Dầu dùng cho động xăng: SH năm 1993, SJ năm 1996 thay cho loại dầu khác cho động xăng - Dầu dùng cho động điesel: CF – bắt đầu dùng năm 1990 thay cho dầu CE; CF – bắt đầu dùng năm 1994 dùng cho động điesel kỳ; CG – bắt đầu dùng năm 1995 thay cho loại dầu CD, CE CF – Hiện nước ta nước giới đa số phân loại chất lượng dầu nhờn theo độ nhớt Hoa kỳ 2.2 Mỡ bôi trơn 2.2.1 Đặc điểm: Mỡ bôi trơn sản phẩm pha chế từ dầu nhờn với chất phụ gia (thuộc nhóm đất sét) để tạo thành sản phẩm mỡ nhờn (q trình xà phịng hóa) Mỡ bơi trơn có tác dụng: - Bơi trơn dùng cho vị trí khơng thể dùng dầu nhờn (do phức tạp kết cấu), không tổ chức dầu bôi trơn từ bơm dầu đến - Làm kín - Chống gỉ 2.2.2 Tính chất -Tính ổn định: Là khả giữ tính chất lý hóa chủ yếu mỡ nhờn điều kiện nhiệt độ áp suất lớn - Tính chống ôxi hóa: Là khă chống lại tượng ôxi hóa mỡ nhờn điều kiện bảo quản sử dụng - Tính khiết: Là khả khơng bị lẫn tập chất nước, tro, tạp chất học trình bảo quản sử dụng 51 -Tính ăn mịn: Là khả mỡ với loại vật liệu khác bôi trơn mỡ khơng ăn mịn phá hủy bề mặt chúng 2.2.3 Phân loại a Dựa theo tính chất làm đặc: Có nhóm - Mỡ bơi trơn gốc xà phịng: Nhóm mỡ có tính chất làm đặc loại xà phòng xà phòng kim loại kiềm, xà phòng kim loại kiềm thổ… - Mỡ bơi trơn gốc sáp (Hiđrơcacbon): Nhóm mỡ bơi trơn có chất làm đặc hiđrơ cacbon rắn có nhiệt độ nóng chảy cao Parafin, Seredin… - Mỡ bơi trơn gốc vơ cơ: Nhóm mỡ có chất làm đặc chất vô như: Silicagen, đất sét… - Mỡ bơi trơn gốc hữu cơ: Nhóm mỡ có chất làm đặc chất hữu rắn chịu nhiệt độ nước, thông thường loại mỡ có gốc Polime b Phân loại theo cơng dụng Có nhóm - Mỡ bơi trơn thông dụng: Là loại mỡ dùng hầu hết phận ô tô, xe máy với phạm vi nhiệt độ sử dụng từ 50 – 2000C phân biệt theo độ nóng chảy thành nhóm: + Mỡ bơi trơn nóng chảy thấp: Có nhiệt độ làm việc từ 40 – 700C Được sử dụng vị trí làm việc có nhiệt độ thấp làm mỡ bảo quản + Mỡ bơi trơn nóng chảy trung bình: Có nhiệt độ làm việc từ 60 – 1000C Loại dùng hầu hết loại ô tô, xe máy + Mỡ bôi trơn có nhiệt độ nóng chảy cao: Nhóm có nhiệt độ làm việc từ 120 –1800C Thường dùng cho vị trí có nhiệt độ cao loại tàu hoả, máy kéo - Mỡ bôi trơn chuyên dụng: Là loại mỡ dùng cho phận máy móc theo quy định nhà thiết kế, chế tạo mà khơng thay tuỳ tiện Thuộc nhóm mỡ có loại: Mỡ đồng hồ, mỡ hàng hải, mỡ đường sắt, mỡ động máy bay… c Phân loại mỡ bôi trơn theo NLGL (Viện mỡ bôi trơn quốc gia Mỹ) - Ngày hãng nước phân loại độ cứng mỡ nhờn dựa độ xuyên kim (theo tiêu chuẩn ASTM Mỹ) Bảng 6.1-Phân loại mỡ bôi trơn theo NLGL (Viện mỡ bơi trơn quốc gia Mỹ) 52 2.2.4 Kí hiệu a Theo tiêu chuẩn Nga (ΓOCT) - Mỡ bôi trơn nóng chảy thấp có loại: AФ70 (mỡ bảo quản) Mỡ ЦИАТИМ – 201, ЦИΑТИΜ – 203 - Mỡ bơi trơn nóng chảy trung bình có loại: YC -1, YC – 2, YCC – A nước ta thường dùng YC – cho vú mỡ phần gầm xe tơ - Mỡ bơi trơn nóng chảy cao, có loại YT-2 (cịn gọi mỡ 1-13), HK-50 b Theo tiêu chuẩn hãng sản xuất - Cơng ty BP có loại : BP Grease C2, BP Specis FM, BP Grease L… - Công ty Castron có loại: Castron LM, Castron AP – 3, Castron EPL – 2, Castron MS – 3… - Công ty Vidamo, có loại Vidamo MU – 2, Vidamo EP – 2, Cana 1- 13… 53 TÀI LIỆU THAM KHẢO Vật liệu học – Lê Công Dưỡng – NXB Khoa học kỹ thuật 1997 Kim loại hoc nhiệt luyện – Nghiêm Hùng – NXB Đại học THCN – 1997 Kim loại học nhiệt luyện - Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội 1988 Sử dụng vật liệu phi kim loại ngành khí – Hồng Trọng Bá – NXB Khoa học kỹ thuật – T.p Hồ Chí Minh 1995 Ăn mòn bảo vệ kim loại – Phan Lương Cầm – Trường ĐH Bách Khoa Hà Nội 1985 54