Giáo trình Vật liệu nghề điện nước (Nghề Điện Nước Trung cấp)

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN TRƯỜNG CAO ĐẲNG CƠ ĐIỆN XÂY DỰNG VIỆT XÔ KHOA: XÂY DỰNG GIÁO TRÌNH MƠN HỌC:VẬT LIỆU NGHỀ ĐIỆN NƯỚC NGHỀ ĐIỆN - NƯỚC TRÌNH ĐỘ: TRUNG CẤP (Ban hành kèm theo Quyết định số: Ninh Bình, năm 2017 QĐ ) TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN Tài liệu thuộc loại sách giáo trình nên nguồn thơng tin phép dùng nguyên 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 LỜI GIỚI THIỆU Giáo trình vật liệu nghề điện nước với mục đích giúp người học dễ học, dễ hiểu biết cách ứng dụng thực tế phục vụ kiến thức cho môn học khác đảm bảo tính liên thơng với chương trình đại học Giáo trình vật liệu nghề điện nước trình bày tính chất cấu tạo bên vật liệu, loại vật liệu thường dùng ngành điện nước, hợp kim cứng hợp kim màu, vật liệu khác xu phát triển vật liệu ngày Giáo trình Vật liệu nghề điện nước biên soạn theo đề cương chương trình nghề Điện - nước trình độ trung cấp, trình bày mối quan hệ hữu thành phần nguyên liệu, đặc điểm trình cơng nghệ với tính chất sản phẩm nghề điện nước Trong q trình biên soạn khơng tránh khỏi thiếu sót, mong nhận đóng góp ý kiến đồng nghiệp bạn đọc Tham gia biên soạn Nguyễn Thị Hoài Thu MỤC LỤC LỜI GIỚI THIỆU Chương 1: Các tính chất chung kim loại hợp kim .7 Tầm quan trọng kim loại hợp kim Cấu tạo kim loại hợp kim 2.1 Cấu tạo kim loại 2.2 Cấu tạo hợp kim 10 Tính chất chung kim loại hợp kim Error! Bookmark not defined 3.1.Tính chất lí học Error! Bookmark not defined 3.2 Tính chất hố học Error! Bookmark not defined 3.3 Tính chất học Error! Bookmark not defined 3.4 Tính cơng nghệ Error! Bookmark not defined Chương 2: Gang 20 Một số khái niệm gang .20 1.1 Định nghĩa 20 1.2 Phân loại 20 Ảnh hưởng yếu tố tạp chất đến tính chất gang 20 2.1 Các bon 20 2.2 Si lic 20 2.3 Man gan .Error! Bookmark not defined 2.4 Phốt .20 2.5 Lưu huỳnh Error! Bookmark not defined 3.Các loại gang thường dùng 21 3.1 Gang xám 21 3.2 Gang biến tính 22 3.3 Gang trắng 22 3.4 Gang dẻo Error! Bookmark not defined 3.5 Gang cầu 22 3.6 Gang xám Error! Bookmark not defined Chương 3: Thép 24 Ảnh hưởng yếu tố tạp chất đến tính chất thép 24 1.1 Các bon Error! Bookmark not defined 1.2 Si lic 24 1.3 Man gan .24 1.4 Lưu huỳnh Error! Bookmark not defined 1.5 Phốt .Error! Bookmark not defined Thép bon .Error! Bookmark not defined 2.1 Khái niệm Error! Bookmark not defined 2.2 Các loại thép bon thường dùng 25 2.3 Kí hiệu thép bon theo tiêu chuẩn nước Error! Bookmark not defined Thép hợp kim 27 3.1 Khái niệm thép hợp kim .27 3.2 Các loại thép hợp kim 31 3.3 Kí hiệu theo tiêu chuẩn nước 32 Chương 4: Kim loại màu 33 Đặc điểm, tính chất chung kim loại màu hợp kim màu 33 Đồng hợp kim đồng 33 2.1 Đồng 33 2.2 Hợp kim đồng .Error! Bookmark not defined Nhôm hợp kim nhôm Error! Bookmark not defined 3.1 Nhôm Error! Bookmark not defined 3.2 Hợp kim nhôm 35 Thiếc - chì - kẽm 37 4.1 Thiếc 37 4.2 Chì .37 4.3 Kẽm Error! Bookmark not defined Chương 5: Sự ăn mòn kim loại phương pháp chống ăn mòn kim loại 40 Hiện tượng, nguyên nhân, tác hại ăn mòn kim loại .40 Các phương pháp chống ăn mòn 41 2.1 Phủ kim koại .41 2.2 Phủ chất phi kim loại 42 Chương 6: Chất dẻo .Error! Bookmark not defined Khái niệm .Error! Bookmark not defined 1.1 Định nghĩa 44 1.2 Thành phần Error! Bookmark not defined 2.Tính chất phân loại chất dẻo .45 2.1 Tính chất 45 2.2 Phân loại 46 2.3 Công dụng 46 Chương 7: Bột mài, cao su, amian, da thuộc, gỗ 47 Bột mài 47 1.1 Tính chất 47 1.2 Phân loại 47 1.3 Công dụng bột mài cách sử dụng 47 Cao su 48 2.1 Phân loại cao su 48 2.2 Tính chất 50 2.3 Công dụng 50 Amian- da thuộc - gỗ 50 3.1 Amian 50 3.2 Da thuộc 51 3.3 Gỗ 53 Chương 8: Dầu, mỡ, xăng, nhiên liệu diezen dung dịch nhờn lạnh .56 Dầu - mỡ .56 1.1 Tác dụng, yêu cầu 56 1.2 Các loại dầu, mỡ 57 Xăng - nhiên liệu diezen .61 2.1 Xăng 61 2.2 Nhiên liệu diezen .Error! Bookmark not defined Dung dịch nhờn lạnh 62 3.1 Tác dụng dung dịch nhờn lạnh 62 3.2 Các dung dịch nhờn lạnh 65 Chương 9: Vật liệu kết hợp .67 Khái niệm Compozit 67 1.1 Quy luật kết hợp 67 1.2 Đặc điểm phân loại .67 Compozit hạt 67 2.1 Compozit hạt thô .69 2.2 Compozit hạt mịn Error! Bookmark not defined Compozit cốt sợi Error! Bookmark not defined 3.1 Ảnh hưởng yếu tố hình học sợi 71 3.2 Compozit cốt sợi liên tục thẳng hàng 73 Compozit cấu trúc .74 4.1 Compozit cấu trúc dạng lớp 74 4.2 Compozit cấu trúc dạng ba lớp Error! Bookmark not defined GIÁO TRÌNH MƠN HỌC: VẬT LIỆU NGHỀ ĐIỆN NƯỚC Mã mơn học: MH12 Vị trí, tính chất, ý nghĩa vai trị mơn học: - Vị trí: Vật liệu nghề điện nước môn học dạy song song với nhóm mơn học kỹ thuật sở; thực trước học mô đun chuyên mơn - Tính chất: Là mơn họckỹ thuật sở chương trình đào tạo trình độ trung cấp - Ý nghĩa vai trị mơn học: Vật liệu nghề điện nước mơn học có ý nghĩa quan trọng chương trình đào tạo nghề điện nước Mơn học giúp cho học sinh có kiến thức loại vật liệu phục vụ cho mơn học chun mơn cho qua trình làm việc sau Mục tiêu môn học: - Về kiến thức: + Nêu tính chất, cơng dụng số vật liệu kim loại, hợp kim vật liệu phi kim loại thường dung công nghiệp; + Mơ tả q trình ăn mịn, phương pháp chống ăn mịn kim loại hợp kim; +Trình bày tính chất, cơng dụng phạm vi sử dụng dầu, mỡ, dung dịch nhờn lạnh; + Giải thích kí hiệu vật liệu theo tiêu chuẩn Việt Nam, Liên Xô, Mỹ, Nhật… - Về kỹ năng: Phân biệt gang, thép, kim loại màu hợp kim chúng - Về lực tự chủ trách nhiệm: rèn luyên khả tư duy, sang tạo Nội dung mơn học: CHƯƠNG TÍNH CHẤT CHUNG CỦA KIM LOẠI VÀ HỢP KIM Mã chương:MH12-01 Giới thiệu: Kim loại hợp kim kim loại vật liệu sử dụng phổ biến nghành cơng nghiệp Hiểu tính chất, cơng dụng chúng giúp học sinh có kiến thức phục vụ môn học Mục tiêu: - Nêu tầm quan trọng, cấu tạo, tính chất chung kim loại hợp kim; - Trình bày phương pháp thử kim loại hợp kim; - Rèn luyện khả trư duy, sang tạo Nội dung chính: 1.Tầm quan trọng kim loại hợp kim Trong nhóm vật liệu vật liệu kim loại có vai trò định đến phát triển xã hội kỹ thuật Đó vật liệu để chế tạo máy móc cơng trình xây dựng Sự phát triển khơng ngừng máy động lực, máy công cụ gắn liền với phát triển vật liệu kim loại với tính ngày cao Mỗi người tìm loại vật liệu mới, với tính chất ưu việt lần thúc đẩy suất lao động phát triển, mở ngành khoa học như: - Sự xuất công nghệ chế tạo hợp kim nhôm cứng Đura (1903) giúp cho ngành công nghiệp hàng khơng tên lửa có bước phát triển nhảy vọt - Hàng loạt vật liệu khác chế tạo ứng dụng rộng rãi ngành khí như: thép khơng rỉ austenit (1912), hợp kim titan (1960), thép kết cấu có độ bền cao (1965), thủy tinh kim loại (1990), kim loại nhớ (1990)… Ngày nhà khoa học tiếp tục nghiên cứu nhằm tạo hợp kim có tính ngày ưu việt tính số tính chất vật lý hóa học đặc biệt Những thành công nghiên cứu chế tạo vật liệu đóng vai trị quan trọng phát triển giới 2.Cấu tạo kim loại hợp kim 2.1.Cấu tạo kim loại Khái niệm kim loại: Kim loại vật thể sáng, dẻo, rèn được, có tính dẫn nhiệt dẫn điện cao.Trong điều kiện thường áp suất khí hầu hết kim loại tồn trạng thái rắn (ngoại trừ thủy ngân) 2.1.1.Cấu tạo nguyên tử kim loại Theo thuyết cấu tạo nguyên tử nguyên tử kim loại bao gồm hạt nhân mang điện tích dương nằm tâm nguyên tử điện tử mang điện tích âm quay xung quanh hạt nhân Đối với kim loại thường có từ đến điện tử lớp cùng, điện tử dễ tách khỏi quỹ đạo để trở thành điện tử tự Các điện tử tự nguyên nhân tính dẫn điện, dẫn nhiệt, tính dẻo dai kim loại 2.1.2.Cấu tạo mạng tinh thể kim loại - Mạng tinh thể mơ hình hình học mơ tả xếp có quy luật nguyên tử (phân tử) khơng gian (Hình 1.2 a) - Mạng tinh thể bao gồm mặt qua nguyên tử, mặt luôn song song cách gọi mặt tinh thể (Hình 1.2 b) - Ơ sở hình khối nhỏ có cách xếp chất điểm đại diện chung cho mạng tinh thể (Hình 1.2 c) Trong thực tế để đơn giản cần biểu diễn mạng tinh thể ô sở đủ Tuỳ theo loại người ta xác định thông số mạng * Mạng lập phương thể tâm: nguyên tử (ion) nằm đỉnh tâm khối lập phương Các kim loại nguyên chất có kiểu mạng như: Feα , Cr, W, Mo, V… *Lập phương diện tâm: nguyên tử (ion) nằm đỉnh (tâm) mặt hình lập phương Các kim loại nguyên chất có kiểu mạng như: Feg, Cu, Ni, Al, Pb… *Lục giác xếp chặt: bao gồm 12 nguyên tử nằm đỉnh, nguyên tử nằm mặt đáy hình lăng trụ lục giác nguyên tử nằm khối tâm lăng trụ tam giác cách Các kim loại nguyên chất có kiểu mạng như: Mg, Zn… Như xem khối kim loại nguyên chất tập hợp vô số mạng tinh thể (hạt tinh thể) xếp hỗn độn, mạng tinh thể lại gồm vô số ô sở dạng ô sở tùy thuộc vào kiểu mạng kim loại 2.2.Cấu tạo hợp kim Khái niệm hợp kim Hợp kim vật liệu có chứa nhiều ngun tố mang tính chất kim loại Nguyên tố chủ yếu hợp kim nguyên tố kim loại 2.2.1.Dung dịch đặc(dung dịch rắn) Khi nguyên tử hai hay nhiều nguyên tố xếp kiểu mạng Có thể chia dung dịch rắn làm hai loại: dung dịch rắn xen kẽ dung dịch rắn thay - Dung dịch rắn xen kẽ: nguyên tử nguyên tố hòa tan (B) xen kẽ khoảng hở nguyên tử dung mơi (A) ta có dung dịch rắn xen kẽ Sự hịa tan xen kẽ có giới hạn - Dung dịch rắn thay thế: nguyên tử nguyên tố hòa tan (B) thay nguyên tử ngun tố dung mơi (A) ta có dung dịch rắn thay Cơ tính chung dung dịch rắn: có độ cứng thấp, độ bền thấp nhiên độ dẻo độ dai cao có cấu tạo mạng tinh thể kim loại nguyên chất 10 trộn với thơng qua chế hịa khí Nếu xăng bay khơng thích hợp máy khơng phát huy hết công suất, hao xăng nhiều gặp phải cố kỹ thuật sau: + Hiện tượng nghẹt xăng hay nút + Hiện tượng ngộp xăng (sặc xăng) - Tính ổn định hóa học cao Khả giữ vững chất hóa học chống lại ảnh hưởng mơi trường xung quanh gọi tính ổn định hóa học xăng Tính ổn định hóa học xăng bị ảnh hưởng nhiều yếu tố: nhiệt độ, diện tiếp xúc với khơng khí, độ khô vật chứa, mức độ tồn chứa thời gian tồn chứa Xăng có hàm lượng keo nhựa cao có tính ổn định hóa học thấp - Khơng có ăn mịn, tạp chất học nước Xăng có tính ăn mịn kim loại có mặt hợp chất lưu huỳnh, axít, keo nhựa chưa tinh chế hết q trình chế biến + Tạp chất học có xăng gồm chất từ bên rơi vào q trình bơm rót, vận chuyển cát, bụi, chất pha thêm trình sản xuất, chế biến nhiên liệu cháy, chất ổn định, … + Nước từ bên rơi vào xăng trình xuất, nhập, tồn chứa 2.1.2 Cơng dụng - Xăng sử dụng loại nhiên liệu, dùng để làm chất đốt cho loại động đốt sử dụng xăng, chất đốt dùng tiêu dùng, sinh hoạt hàng ngày đun nấu, số lò sưởi, số loại bật lửa; - Làm dung môi hòa tan số chất; - Dùng để tẩy số vết bẩn bám vải, kim loại, kính, nhựa; - Có số loại vũ khí súng phun lửa, bom, mìn 2.1.3.Cách bảo quản xăng Để tránh làm phẩm chất xăng ta cần có biện pháp sau: - Thùng chứa xăng phải kín, khơng gỉ sét.; - Nên đổ đầy xăng, để làm giảm mặt thoáng bốc xăng - Xăng phải bảo quản nơi khô ráo, mát mẻ - Nơi chứa xăng phải tuyệt đối cấm lửa có phương tiện chữa cháy - Thùng chứa xăng không lẫn dầu, nước, loại xăng khác - Hạn chế rửa tay xăng, tuyệt đối không hút xăng miệng 2.2.Nhiên liệu Diezen 2.2.1.Tính chất Dầu diesel, cịn gọi dầu gazole, loại nhiên liệu lỏng, sản phẩm tinh chế từ dầu mỏ có thành phần chưng cất nằm dầu hỏa (kesosene) dầu bôi trơn công nghiệp (lubricating oil) - Nhiệt độ bốc từ 175 đến 370 độ C 63 Ưu điểm: dầu diesel thải mơi trường lượng cacbon monoxit, hydrocarbon carbon điơxít - chất thải dẫn đến hiệu ứng nhà kính gây nóng lên tồn cầu Nhược điểm: dầu diesel chứa lượng cao hợp chất nitơ bồ hóng phát từ việc đốt nhiên liệu diesel góp phần tạo mưa axit, khói ảnh hưởng tới điều kiện sức khỏe - Trọng lượng riêng d=0,78-0,86g/cm3, nhiệt độ sôi từ 200-3000C tự bốc cháy áp suất 30-40kg/cm2 2.2.2.Công dụng Dầu diesel sử dụng chủ yếu cho động diesel (đường bộ, đường sắt, đường thủy) phần sử dụng cho tuabin khí cơng nghiệp phát điện, xây dựng… 2.2.3.Cách bảo quản dầu - Bảo quản khu vực riêng có mái che, đảm bảo khơ ráo, thống mát, tránh ánh nắng trực tiếp - Đảm bảo cách xa chất khơng tương thích chất oxy hóa - Không để gần thực phẩm, đồ uống - Để xa nguồn phát lửa, phát nhiệt, đánh lửa - Thùng chứa phải nguyên đai, nguyên kiện đến sử dụng - Mở nắp cẩn thận, hướng miệng lên để tránh tràn đổ - Sử dụng biện pháp thích hợp khác để tránh gây nhiễm mơi trường Dung dịch nhờn lạnh 3.1.Tác dụng dung dịch nhờn lạnh - Tác dụng bôi trơn Trước tiên, dầu nhớt có tác dụng bơi trơn, giúp cho piston di chuyển lên xuống cách nhẹ nhàng, êm lòng xi-lanh Động cấu thành từ nhiều chi tiết kim loại piston, trục cam, xu-páp Khi động vận hành, lực ma sát phận với lớn Hệ thống bơm phun dầu nhớt vào ngóc ngách bên động để tạo thành lớp đệm trơn bề mặt tiếp xúc chi tiết, làm giảm lực ma sát tăng hiệu suất vận hành Đồng thời, việc hạn chế tiếp xúc trực tiếp chi tiết giúp giảm thiểu mài mòn bề mặt kim loại, có tác dụng bảo vệ tăng tuổi thọ động 64 - Tác dụng làm mát Khi động hoạt động, nhiệt lượng tỏa từ trình đốt cháy nhiên liệu lớn Nhờ quy trình luân chuyển liên tục, dầu nhớt có tác dụng làm mát, tránh tình trạng động bị nhiệt hay cháy piston - Tác dụng làm kín Khi động vận hành, dầu nhớt lớp đệm mềm khơng định hình bịt kín khe hở piston thành xi-lanh để áp suất sinh q trình đốt cháy nhiên liệu khơng bị thất - Tác dụng làm Q trình đốt cháy nhiên liệu đương nhiên sản sinh muội đọng lại động cơ, tác dụng dầu nhớt trơi làm muội bám - Tác dụng chống gỉ 65 Bề mặt chi tiết kim loại động bao bọc màng dầu mỏng có tác dụng hạn chế tiếp xúc với khơng khí, tránh tượng ơxy hóa dẫn đến han gỉ *Các chất phụ gia Nhằm nâng cao tính năng, tác dụng nói trên, dầu nhớt động bổ sung thêm nhiều chất phụ gia khác Các chất phụ gia thuộc nhiều chủng loại khác xin giới thiệu số loại tiêu biểu: Phụ gia làm có tác dụng chống đóng cặn các-bon hay muội Chất phụ gia bao bọc phần tử các-bon hay muội sinh trình đốt nhiên liệu giữ trạng thái vô hại tách rời phân tán chúng riêng rẽ dầu nhớt Phụ gia chống ăn mòn tạo lớp màng dầu bề mặt chi tiết kim loại, tránh cho chi tiết bị ăn mịn tượng ơxy hóa Phụ gia nâng cao trị số nhớt có tác dụng ổn định độ nhớt dầu, đảm bảo khả bôi trơn không bị ảnh hưởng nhiệt độ 3.2.Các dung dịch nhờn lạnh: Dầu kĩ thuất lạnh cơng nghiệp chia làm nhóm dầu khống dầu tổng hợp Ngồi cịn nhóm phụ dầu khống có phụ gia tổng hợp - Dầu khống: loại dầu khống khơng có cơng thức hóa học cố định mà hỗn hợp nhiều thành phần gốc hydrocacbon từ dầu mỏ Hiện dầu khoáng sử dụng rộng rãi hệ thống lạnh - Dầu tổng hợp: dầu tổng hợp sản xuất từ chất khác polyclycol, loại este, silicol dầu tổng hợp gốc hydrocacbon So với dầu khống, dầu tổng hợp có chất lượng bơi trơn tốt hỗn hợp với môi chất lạnh, nhiệt độ đơng đặc thấp hơn, mài mịn chi tiết giá thành cao - Dầu khoáng có phụ gia tổng hợp: để cải thiện số tính chất dầu khống, người ta cho thêm vào dầu khống số phụ gia tổng hợp Ví dụ, cho them thành phần phụ gia để tăng độ nhớt, chống oxy hóa, chống tượng sủi bột, hạ nhiệt độ đông đặc, tăng nhiệt độ bốc cháy … Trên thực tế sử dụng hỗn hợp dầu khoáng dầu tổng hợp phải thận trọng hỗn hợp khơng phát huy đặc tính yêu cầu mà lại tăng thêm nhược điểm Chính vậy, phải tiến hành thử nghiệm thận trọng trước sử dụng Đã có nhiều 66 trường hợp bổ sung dầu bôi trơn loại khác vào máy nén gây trục trặc nhiêm trọng tồn hệ thống bơi trơn, dẫn đến cháy động cơ, cháy bề mặt ma sát ổ bạc, ổ bi… - Dầu este loại dầu đặc biệt dung cho mơi chất freon khơng có clo 67 CHƯƠNG VẬT LIỆU KẾT HỢP Mã chương MH12-09 Giới thiệu: Từ lâu người ta biết kết hợp tính chất pha vật liệu đa pha Bằng đường kết hợp nhân tạo pha có chất khác theo kiến trúc định trước bảo đảm tạo nên tổ hợp tính chất phù hợp với yêu cầu sử dụng đề Mục tiêu: - Nêu khái niệm Compozit; - Trình bày đặc điểm, cấu trúc vật liệu kết hợp; - Rèn luyên tính kiên trì, khả tư lien hệ với thực tiễn Nội dung chính: 1.Khái niệm Compozit: 1.1.Quy luật kết hợp: Từ lâu người ta biết kết hợp tính chất pha vật liệu đa pha Ví dụ, độ bền cao với độ dẻo tương đối tốt thép tích kết hợp độ dẻo, độ dai cao ferit với tính cứng vững (hạt) xêmentit nằm xen Gỗ, tre cứng vững, bền, dai nhờ tính chất tương ứng sợi xenlulô (bền, dai) phân bố theo hướng xác định với lignin (cứng vững) bao quanh Đó đường kết hợp tự nhiên Bằng đường kết hợp nhân tạo pha có chất khác theo kiến trúc định trước bảo đảm tạo nên tổ hợp tính chất phù hợp với yêu cầu sử dụng đề Vậy composite loại vật liệu nhiều pha khác mặt hóa học, không tan vào nhau, phân cách ranh giới pha, kết hợp lại nhờ can thiệp kỹ thuật người theo sơ đồ thiết kế trước, nhằm tận dụng phát triển tính chất ưu việt pha composite cần chế tạo 1.2.Đặc điểm phân loại: 1.2.1.Đặc điểm: Composite có đặc điểm sau: - Là vật liệu nhiều pha mà chúng thường khác chất, khơng hịa tan lẫn phân cách ranh giới pha Trong thực tế, phần lớn composite loại hai pha gồm pha liên tục toàn khối, cốt pha phân bố gián đoạn - Nền cốt có tỷ lệ, hình dáng, kích thước phân bố theo thiết kế định trước - Tính chất pha thành phần kết hợp lại để tạo nên tính chất chung composite Tuy nhiên khơng phải cộng đơn tất tính chất pha thành phần chúng đứng riêng rẽ mà lựa chọn tính chất tốt phát huy thêm 1.2.2.Phân loại: 68 Thông thường dùng cách phân loại theo đặc trưng cốt, tức pha Theo chất có: - Composite chất dẻo (polyme); - Composite kim loại; - Composite ceramic; - Composite hỗn hợp nhiều pha Theo đặc điểm cấu trúc cốt phân loại composite thành ba nhóm: composite cốt hạt, composite cốt sợi composite cấu trúc trình bày hình 9.1 Loại cốt hạt loại cốt sợi khác kích thước hình học cốt: cốt sợi có tỷ lệ chiều dài đường kính lớn, cịn cốt hạt phần tử đẳng trục Khái niệm composite cấu trúc để bán thành phẩm dạng tấm, lớp vật liệu đồng composite khác Trong loại cốt: hạt, sợi với kích thước khác cịn chia tiếp thành nhóm nhỏ hơn: hạt thơ hạt mịn, sợi liên tục sợi gián đoạn Hình 9.1 Sơ đồ phân loại composite 1.3.Liên kết cốt: Composite thực kết hợp tốt tính chất cốt liên kết chúng hoàn hảo Tiếp theo trình bày đặc điểm nền, cốt tương tác chúng cho composite kết cấu (chịu tải) * Cốt Như biết cốt pha không liên tục, đóng vai trị tạo nên độ bền cao, mơđun đàn hồi (độ cứng vững) cao cho composite, cốt phải loại có đặc tính đó, đồng thời phải nhẹ để tạo nên độ bền riêng cao Cốt làm tất loại vật liệu học: kim loại, ceramic polyme Tỉ mỉ chúng trình bày loại composite Như thấy rõ sau này, hình dạng, kích thước, mật độ phân bố sợi yếu tố có ảnh hưởng mạnh đến tính composite * Nền Nền pha liên tục, đóng vai trị chủ yếu mặt sau - Liên kết toàn phần tử cốt thành khối composite thống - Tạo khả để tiến hành phương pháp gia công composite thành chi tiết theo thiết kế 69 - Che phủ, bảo vệ cốt tránh hư hỏng tác động hóa học, học mơi trường u cầu chủ yếu phải nhẹ có độ dẻo cao Phụ thuộc vào tính chất composite cần chế tạo, người ta chọn loại phù hợp bốn nhóm: kim loại, ceramic, polyme hỗn hợp * Liên kết - cốt: Liên kết tốt cốt vùng ranh giới pha yếu tố quan trọng bảo đảm cho kết hợp đặc tính tốt hai pha Để tăng cường độ gắn - cốt, người ta áp dụng biện pháp sau - Liên kết học, thực nhờ khớp nối thông qua độ mấp mô bề mặt lực ma sát kiểu bêtơng cốt thép có gân (đốt) - Liên kết nhờ thấm ướt lượng sức căng bề mặt pha bị nung chảy dính ướt với cốt nên có khuếch tán nhỏ, tạo nên sức căng bề mặt - Liên kết phản ứng, xuất ranh giới pha xảy phản ứng tạo hợp chất hóa học, lớp keo dính chặt cốt với Đây loại liên kết tốt - Liên kết ôxyt, loại liên kết phản ứng đặc trưng cho kim loại với cốt ơxyt kim loại 2.Compozit hạt: Hạt dạng vật liệu gián đoạn, khác sợi kích thước ưu tiên 2.1.Compozit hạt thơ: *Đặc điểm: Khái niệm "thô" dùng để tương tác cốt không xảy mức độ nguyên tử, phân tử, lúc hóa bền có nhờ cản trở biến dạng vùng lân cận với hạt cốt chèn ép theo quan điểm học môi trường liên tục Tùy theo đặc tính phân bố hạt mà quy tắc kết hợp (hỗn hợp) cho môđun đàn hồi Ec composite phụ thuộc vào tỷ lệ thể tích, mơđun đàn hồi (matrice): Vm, Em cốt hạt (particle): Vp, Ep nằm phạm vi hai đường biểu thị hình 9.2 hai biểu thức toán học sau: (đường thẳng trên) Ee = Em Vm + Ep Vp (đường cong dưới) Em.Ep/(Vm.Ep + Vp.Em) 70 Hình 9.2 Sự phụ thuộc mơđun đàn hồi vào hàm lượng cốt composite Cu cốt hạt W Sự hóa bền tốt (giới hạn trên) thể phương hạt bố trí dày đặc hơn, (giới hạn dưới) phương hạt xếp thưa Vậy composite loại có tính chất phụ thuộc thành phần (hàm lượng cốt) nằm khoảng hai đường giới hạn * Các composite hạt thô thông dụng Hợp kim cứng tạo phương pháp luyện kim bột coi composite hạt thơ, phần tử cứng cacbit: WC, TiC, TaC liên kết Co (nền) Hợp kim cứng vật liệu cắt thông dụng với hiệu kinh tế cao Các hợp kim làm tiếp điểm có kết hợp tốt kim loại khó chảy (W, Mo) với kim loại có tính dẫn nhiệt cao (Cu, Ag) loại composite hạt thơ kim loại, tính chất (E) loại Cu cốt W trình bày hình 9.2 Bêtơng composite hạt thô ceramic dùng rộng rãi Trong bêtơng, cốt hạt rắn lớn (đá, sỏi) hay nhỏ (cát vàng) liên kết với cứng ximăng Người ta đưa hạt với vai trò chất độn vào polyme để cải thiện độ bền, tính chống mài mịn, ổn định kích thước, chịu nhiệt, lúc sản phẩm polyme thu composite hạt thô polyme [hay chất dẻo tăng cường (độ bền)] Các hạt độn thường thạch anh, thủy tinh, ôxyt nhôm, đất sét, đá vôi 2.2.Compozit hạt mịn: * Đặc điểm Nền composite thường kim loại hợp kim Các phần tử cốt có kích thước nhỏ đến mức 0,1µm, thường loại bền, cứng có tính ổn định nhiệt cao: ôxyt, cacbit, borit, nitrit Tương tác - cốt xảy mức độ vi mô ứng với kích thước ngun tử, phân tử Cơ chế hóa bền tương tự chế tiết pha phân tán, biến cứng phân hóa dung dịch rắn bão hòa Khi lực tác dụng lên composite, hứng chịu toàn tải, phần tử cốt nhỏ mịn phân tán đóng vai trị hãm lệch, làm tăng độ bền độ cứng vật liệu *Các composite hạt mịn: SAP, SAAP, với tỷ lệ - 20%Al2O3 nhôm, hợp kim nhôm (giữa - cốt có liên kết ơxyt bền) sản xuất quy mô công nghiệp, cung cấp dạng bán thành phẩm tấm, ống, dây để làm chi tiết có độ bền riêng lớn, làm việc 300 - 500oC chịu tác dụng môi trường ăn mòn T - D Nickel (Thoria Dispersed Nickel) loại composite niken (Ni), cốt phần tử ôxyt tôri ThO2 Chỉ với 2%ThO2 song dạng nhỏ mịn, nằm phân tán ổn định nhiệt, có độ bền khả làm việc lâu dài 1000 - 1100oC, khơng bị ăn mịn tinh giới thép không gỉ nên vật liệu quý hàng không, 71 vũ trụ, chế tạo tuabin, ống dẫn, bình áp lực làm việc nhiệt độ cao tác dụng mơi trường ăn mịn 3.Compozit cốt sợi: Sợi loại vật liệu có chiều kích thước(gọi chiều dài) lớn nhiều so với kích thước hai chiều lại Theo hai chiều chúng phân bố gián đoạn cịn theo chiều dài chúng dạng gián đoạn hay lien tục 3.1.Ảnh hưởng yếu tố hình học sợi * Sự phân bố định hướng sợi Hình 9.3 Sơ đồ phân bố định hướng cốt sợi: a chiều b dệt hai chiều vng góc mặt c rối ngẫu nhiên mặt d đan quấn ba chiều vng góc Có nhiều kiểu phân bố định hướng sợi biểu thị hình 9.3 sợi coi thớ kim loại, làm cho vật liệu có tính dị hướng rõ rệt Do vật liệu làm cốt bền, cứng nền, nên theo phương cốt sợi composite thể độ bền cao phương khác - Khi sợi phân bố song song với theo phương biểu thị hình a, độ bền theo phương dọc sợi cao hẳn phương vng góc với Kiểu gọi chiều - Khi phân bố mặt song theo hai phương vuông góc với vải (các sợi đan vng góc với nhau) biểu thị hình b, thử theo hai phương dọc theo trục sợi độ bền nhận cao Kiểu gọi kiểu dệt - Khi sợi phân bố trải mặt khơng định hướng, nhiều phương (rối), có tính ngẫu nhiên hình c làm cho composite có tính đẳng hướng (theo tất phương mặt tính chất nhau) Kiểu gọi rối ngẫu nhiên mặt (như cấu trúc dạ, nỉ) - Cuối sợi phân bố (đan, quấn) định hướng theo ba phương vng góc với hình d composite có độ bền lớn theo ba phương tương ứng Tuy nhiên điều người ta quan tâm có ảnh hưởng đến tính composite cốt sợi yếu tố hình học sợi: chiều dài đường kính hay tỷ lệ chúng *Ảnh hưởng chiều dài sợi: 72 Điều quan trọng composite kết cấu cốt sợi phải có cấu trúc cho tải trọng đặt vào phải dồn vào sợi pha có độ bền cao, tập trung vào pha bền dẫn đến phá hủy pha cách nhanh chóng, nói khác tính phụ thuộc vào mức độ truyền tải trọng từ vào sợi Hình 9.4 Sơ đồ biến dạng đặt tải vào composite cốt sợi ngắn, biến dạng phần bao quanh sợi chịu kéo Đối với loại cốt sợi ngắn, tác dụng ứng suất đặt vào biến dạng dừng lại (đầu) mút sợi, phần bị chảy thấy rõ hình 9.4 Như khơng có truyền tải từ vào mút sợi Tuy nhiên tình hình cải thiện chiều dài sợi tăng lên Người ta tính sợi dài hay dài chiều dài tới hạn lc làm tăng cách có hiệu độ bền độ cứng vững composite Chiều dài tới hạn lc phụthuộc đường kính d sợi, giới hạn bền (σb)f sợi (fiber) sức bền liên kết sợi (hay giới hạn chảy cắt σm) Đối với composite sợi thủy tinh hay sợi cacbon, chiều dài tới hạn khoảng 1mm gấp 20 đến 150 lần đường kính sợi Bây xét trường hợp ứng suất kéo tác dụng lên composite giới hạn bền kéo sợi cho trường hợp chiều dài sợi khác (hình 9.5) Khi chiều dài sợi vừa lc, biểu đồ phân bố ứng suất chiều dài dài sợi có dạng hình a: tải trọng lớn sợi đạt giá trị (σb)f trục sợi Khi chiều dài sợi tăng lên, tác dụng gia cường sợi trở nên hiệu biểu thị hình b, tức phần lớn chiều dài sợi chịu tác dụng mức ứng suất đặt vào (σb)f Còn l < lc tác dụng gia cường khơng có biểu thị hình c, ứng suất lớn tác dụng sợi không đạt đến ứng suất đặt vào (σb)f Người ta quy ước: - Khi l > 15lc, composite là loại cốt liên tục hay dài - Khi l < 15lc, composite loại cốt sợi khơng liên tục hay ngắn; l < lc bao quanh sợi bị biến dạng đến mức khơng có truyền tải, tác dụng gia cường sợi khơng có, coi composite hạt 73 Hình 9.5 Biểu đồ phân bố ứng suất chiều dài sợi khi: a l = lc, b l >>lc, c l Vf* 77 ... Giáo trình vật liệu nghề điện nước trình bày tính chất cấu tạo bên vật liệu, loại vật liệu thường dùng ngành điện nước, hợp kim cứng hợp kim màu, vật liệu khác xu phát triển vật liệu ngày Giáo trình. .. liệu ngày Giáo trình Vật liệu nghề điện nước biên soạn theo đề cương chương trình nghề Điện - nước trình độ trung cấp, trình bày mối quan hệ hữu thành phần nguyên liệu, đặc điểm trình cơng nghệ với... Error! Bookmark not defined GIÁO TRÌNH MƠN HỌC: VẬT LIỆU NGHỀ ĐIỆN NƯỚC Mã mơn học: MH12 Vị trí, tính chất, ý nghĩa vai trị mơn học: - Vị trí: Vật liệu nghề điện nước môn học dạy song song với