Bài giảng Vật liệu kỹ thuật lựa chọn và sử dụng: Chương 1 - Vật liệu kỹ thuật và ứng dụng

Bài giảng Vật liệu kỹ thuật lựa chọn và sử dụng: Chương 1 - Vật liệu kỹ thuật và ứng dụng được biên soạn gồm các nội dung chính sau: Tính chất của vật liệu kỹ thuật; Phân loại vật liệu; Tính năng của vật liệu kỹ thuật. Mời các bạn cùng tham khảo chi tiết bài giảng tại đây!

3/18/2020 Structure • Subatomic level Electronic structure of individual atoms that defines interaction among atoms (interatomic bonding) • Atomic level MSE 3071 Arrangement of atoms in materials (for the same atoms can have different properties, e.g two forms of carbon: graphite and diamond) • Microscopic structure Arrangement of small grains of material that can be identified by microscopy 2D s im u l a ti o n u s i n g M o n t e C a rl o P o tt s m o d e l • Macroscopic structure Structural elements that may be viewed with the naked eye Monarch butterfly ~ 0.1 m Cat ~ 0.3 m  0.1 m 100 mm 10-2 m 0.01 m cm 10 mm 10-3 m millimeter (mm) Dust mite 300 mm Human hair ~ 50 mm wide Fly ash ~ 10-20 mm 10-4 m 0.1 mm 100 mm 10-5 m 0.01 mm 10 mm 10-6 m micrometer (mm) Things Manmade Objects fashioned from metals, ceramics, glasses, polymers Head of a pin 1-2 mm Microelectronics MEMS (MicroElectroMechanical Systems) Devices 10 -100 mm wide Red blood cells Pollen grain Magnetic domains garnet film 11 mm wide stripes Schematic, central core Red blood cells with white cell ~ 2-5 mm ATP synthase 10 nm Cell membrane DNA ~2 nm wide Atoms of silicon spacing ~tenths of nm Visible spectrum  10-1 m The Microworld  Cấu trúc Tính chất Gia cơng chế tạo Hiệu Bee ~ 15 mm meter (m) 10-7 m 0.1 mm 100 nm 10-8 m 0.01 mm 10 nm 10-9 m nanometer (nm) The Nanoworld  Quan hệ Progress in atomic-level understanding  Monarch butterfly ~ 0.1 m 100 m Progress in miniaturization Things Natural 10-10 m 0.1 nm Indium arsenide quantum dot Biomotor using ATP Quantum dot array -germanium dots on silicon Self-assembled “mushroom” Quantum corral of 48 iron atoms on copper surface one at a time with an STM tip positioned Corral diameter 14 nm The 21st century challenge Fashion materials at the nanoscale with desired properties and functionality THE SCALE OF THINGS 3/18/2020   Vật liệu dẻo– Giới hạn chảy– Re, Rp (Rec, Rpc) Vật liệu giòn– Giới hạn bền – Rm (Rmc), Rm/ Phân loại vật liệu (Re, Rp0,2)     Độ bền thấp Độ bền trung bình Độ bền cao Độ bền cao < 250 N/mm2 250 750 N/mm2 750 1500 N/mm2 > 1500 N/mm2 Độ cứng vững D = Ex K (hệ số hình học) Giản đồ thử kéo  Mô đun đàn hồi N mm2 Fmax Kéo - nén Normaal- Rm FeH Rp0,2 FeL ĐộJäävpikenemine giãn dài thực tế Độ Kogupikenemine giãn dài L, mm Cắt Nihke-    Thể tích Maht-  E=tg E=    G=tg G=   K=tg K=   A At E G=3/8E K=E 3/18/2020 Ảnh hưởng kích thước hạt E, N/mm2 x 109 Diamond WC SiC Al2O3 TiC Mo & Mo-alloys Co & Co-alloys Ni & Ni-alloys Steels Cast irons Cu & Cu-alloys Ti & Ti-alloys Zn & Zn-alloys Al & Al-alloys Sn & Sn-alloys Graphite Pb & Pb-alloys Plastics Rubbers PVC 1000 450-650 500 390 380 320-360 200-250 130-230 190-210 170-190 120-150 80-130 45-90 70-80 40-50 30 15 1-5 0,01-0,1 0,003-0,01 KU, A U, JJ Ảnh hưởng nhiệt độ KU, KV Purustustöö Material 15,4 low strength Madaltugev 14,0 12,6 11,2 9,8 8,.4 Kõrgtugev high strength 7,0 5,6 4,2 2,8 Temperatuur T Grain no Tera nr Độ dai – Độ dai va đập Ak - Độ dai phá hủy biến dạng phẳng KC, N/mm2  m1/2 T  KU, KV – biến giòn KHL T Độ tập trung ứng suất T50 55 R 0.25 TDBT – Nhiệt độ chuyển biến dẻo-giòn K max   max a [MPam1/2] T 10 KHL 50 a 45 55 10 R 1.0 T’ T DBT T TDBT b F 10 T 100 10 T TDBT KHL KU Ductile Kiulisefracture pinna % % KU F Material KIC, MPa  m1/2 WC TiC SiC Al2O3 SiO2 Steels -low carbon -maraging (E) (680) (440) (420) (320) 0,7 (100) 54 110-175 Độ dai phá hủy biến dạng phẳng K1c, MPa  m1/2 3/18/2020 Material Superplastic steels Low-alloyed highly tempered steels Plain carbon steel -strain hardened -annealed Alloyed steel Al-alloys -wrought alloys -cast alloys Ti-alloys Cu-alloys Maraging steels Precipitation hardened stainless steels Rp0,2, N/mm2 -1, N/mm2 275 475 1700 275 110 900 450 240 340 700 100 80 500 150 Giới hạn chảy, MPa R (R = min/max) -1 – ứng suất chu kỳ Mỏi a Dão  = f(, T, t)  Nhiệt độ thấp T/Tm < 0.5  Nhiệt độ cao T/Tm > 0.5 b  Pingeepüür   R Yếu tố ảnh hưởng: - Độ nhám bề mặt - Trạng thái ứng suất - Độ tập trung ứng suất F N1 N2 N3 107 Thép N = HK phi Fe N = 108 107 N Yếu tố ảnh hưởng  Cấu trúc  Hợp kim  TMT 3/18/2020 Phân loại vật liệu - Theo chất hóa học  Dạng ăn mịn Ăn mịn khơ Hóa học Kim loại Ăn mịn ướt/ẩm -Dẫn điện, dẫn nhiệt tốt - Có độ bền học - Khả biến dạng dẻo tốt - Chịu nhiệt từ thấp đến cao Dung dịch Điện hóa Mơi trường nóng chảy Hóa sinh Vơ (Ceramic) Hữu (Polyme) -Dẫn điện, dẫn nhiệt - Bán dẫn: dẫn điện nhờ lai hóa - Tính giịn cao - Chịu nhiệt cao -Cách điện - nhẹ - Độ dai thấp - Chịu nhiệt - Ổn định cấu trúc Compozit - Theo tính sử dụng Phân loại vật liệu Theo chất hóa học Vật liệu kết cấu Kim loại nhóm vật liệu chính: VL kim loại, Ceramic, Polymer Composite Vật liệu chức 1- VL bán dẫn 2- VL siêu dẫn 3- VL silicon Composite 4- VL polymer dẫn điện Polymer Tính chất học - Độ bền - Độ dai - Độ dẻo - Độ cứng Tính chất vật lý, hóa học - Tính chất điện - Tính chất nhiệt - Tính chất quang - Tính chất tù - Y sinh Ceramic ... 20 0-2 50 13 0-2 30 19 0- 210 17 0 -1 9 0 12 0 -1 5 0 80 -1 3 0 4 5-9 0 7 0-8 0 4 0-5 0 30 15 1- 5 0, 0 1- 0 ,1 0,00 3-0 , 01 KU, A U, JJ Ảnh hưởng nhiệt độ KU, KV Purustustöö Material 15 ,4 low strength Madaltugev 14 ,0 12 ,6 11 ,2... nhờ lai hóa - Tính giịn cao - Chịu nhiệt cao -Cách điện - nhẹ - Độ dai thấp - Chịu nhiệt - Ổn định cấu trúc Compozit - Theo tính sử dụng Phân loại vật liệu Theo chất hóa học Vật liệu kết cấu... hưởng: - Độ nhám bề mặt - Trạng thái ứng suất - Độ tập trung ứng suất F N1 N2 N3 10 7 Thép N = HK phi Fe N = 10 8 10 7 N Yếu tố ảnh hưởng  Cấu trúc  Hợp kim  TMT 3 /18 /2020 Phân loại vật liệu - Theo