Untitled UỶ BAN NHÂN DÂN TỈNH HÀ NAM TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ HÀ NAM o0o GIÁO TRÌNH MÔN HỌC/MÔ ĐUN VẬT LIỆU CƠ KHÍ NGHÀNH/ NGHỀ HÀN TRÌNH ĐỘ TRUNG CẤP NGHỀ Ban hành kèm theo Quyết định số /QĐ ngày tháng n[.]
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 ... lợi cho giáo viên giảng dạy mơn 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... 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 cơng nhân lành nghề kỹ thuật viên trung cấp Đồng... 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 trình biên soạn, tổ mơn tham khảo nhiều tài liệu vật