Giáo trình Vật liệu cơ khí được biên soạn với mục tiêu giúp các bạn có thể trình bày được các phương pháp nhiệt luyện và hóa nhiệt luyện kim loại và hợp kim từ đó áp dụng cho từng trường hợp cụ thể; Trình bày được các khái niệm cơ bản về vật liệu phi kim loại như chất dẻo, cao su, composite. Mời các bạn cùng tham khảo!
TẬP ĐỒN DẦU KHÍ VIỆT NAM TRƯỜNG CAO ĐẲNG DẦU KHÍ GIÁO TRÌNH MƠN HỌC: VẬT LIỆU CƠ KHÍ NGHỀ: LẮP ĐẶT-VẬN HÀNH-BẢO DƯỠNG BƠM, QUẠT, MÁY NÉN KHÍ TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG (Ban hành kèm theo Quyết định số: 189/QĐ-CĐDK ngày 25 tháng 03 năm 2020 Trường Cao Đẳng Dầu Khí) Bà Rịa-Vũng Tàu, năm 2020 (Lưu hành nội bộ) 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 Trang 2/82 LỜI GIỚI THIỆU Giáo trình biên soạn sở thực tiễn sản xuất khí nước ta nay, có tham khảo kinh nghiệm giảng dạy môn số trường đại nước năm gần Trong thực tế sử dụng vật liệu, đặc biệt vật liệu kim loại, lựa chọn cách chung chung (ví dụ: thép) mà phải cụ thể (ví dụ: thép loại gì, với mác, ký hiệu nào) theo quy định nghiêm ngặt điều kiện kỹ thuật tiêu chuẩn tương ứng quy định Khi giới thiệu cụ thể thép, gang, giáo trình ưu tiên trình bày mác theo tiêu chuẩn Việt Nam (nếu có) có kèm với mác tương đương hay loại tiêu chuẩn Nga tiêu chuẩn quen dùng chí phổ biến rộng rãi nước ta chục năm qua Nhằm tạo điều kiện cho người học có tài liệu tham khảo mang tính tổng hợp, thống mang tính thực tiễn sâu Nhóm người dạy chúng tơi đề xuất biên soạn Giáo trình vật liệu khí dành cho người học trình độ Cao đẳng Nội dung giáo trình bao gồm chương sau: Chương 1: Tinh chất kim loại hợp kim Chương 2: Hợp kim sắt bon Chương 3: Kim loại màu hợp kim màu Chương 4: Nhiệt luyện hoá nhiệt luyện Chương 5: Vật liệu phi kim loại Cũng tên gọi nó, nên coi điều trình bày sách phần kiến thức sở vật liệu thuờng dùng sản xuất khí Điều có nghĩa để làm tốt cơng việc kỹ thuật, cần tham khảo thêm sách, tài liệu chuyên sâu lĩnh vực đề cập Tác giả chân thành cảm ơn quý độc giả đóng góp quý báu cho sách Bà rịa Vũng Tàu, ngày 25.tháng 03 năm 2020 Tham gia biên soạn Chủ biên ThS: Lê Anh Dũng ThS Trần Kim Khánh ThS Đỗ Văn Thọ Trang 3/82 MỤC LỤC Trang LỜI GIỚI THIỆU MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH ẢNH GIÁO TRÌNH MÔN HỌC CHƯƠNG 1: KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ KIM LOẠI VÀ HỢP KIM 12 1.1 TÍNH CHẤT CHUNG CỦA KIM LOẠI VÀ HỢP KIM 13 1.2 CẤU TẠO CỦA KIM LOẠI VÀ HỢP KIM 18 1.3 CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ TÍNH CHẤT CỦA KIM LOẠI VÀ HỢP KIM 24 CHƯƠNG 2: HỢP KIM SẮT - CÁC BON 31 2.1 GIẢN ĐỒ TRẠNG THÁI SẮT- CACBON (Fe + C) 32 2.2 THÉP 35 2.3 GANG 38 2.4 THÉP HỢP KIM 44 2.5 HỢP KIM CỨNG 50 CHƯƠNG 3: NHIỆT LUYỆN VÀ HÓA NHIỆT LUYỆN 53 3.1 NHIỆT LUYỆN 54 3.2 HOÁ NHIỆT LUYỆN KIM LOẠI VÀ HỢP KIM 61 CHƯƠNG 4: KIM LOẠI MÀU VÀ HỢP KIM MÀU 65 4.1 ĐẶC ĐIỂM VÀ TÍNH CHẤT CỦA KIM LOẠI MÀU 66 4.2 NHÔM VÀ HỢP KIM NHÔM 67 4.3 ĐỒNG VÀ HỢP KIM ĐỒNG 69 4.4 CÁC LOẠI KIM LOẠI VÀ HỢP KIM MÀU KHÁC 72 CHƯƠNG 5: VẬT LIỆU PHI KIM LOẠI 75 5.1 CÁC CHẤT DẺO THƯỜNG DÙNG TRONG CÔNG NGHIỆP 76 TÀI LIỆU THAM KHẢO 82 Trang 4/82 DANH MỤC HÌNH ẢNH Trang Sơ đồ mẫu đo độ bền kéo 14 Sơ đồ phương pháp đo độ cứng Brinen 15 Sơ đồ xếp nguyên tử kim loại 19 Các ô tinh thể 19 Sơ đồ biểu thị biến đổi mạng tinh thể Fe 21 Quá trình kết tinh kim loại 21 Cấu trúc dung dịch đặc 23 Mẫu thử kéo sơ đồ nguyên lý máy kéo 25 Biểu đồ quan hệ lực kéo biến dạng mẫu 25 Sơ đồ đo độ cứng Brinen 26 Sơ đồ đo độ cứng Rocoen 27 Sơ đồ đo độ cứng Vicke 29 Sơ đồ nguyên lý máy mẫu thử độ dai va đập 30 Giản đồ trạng thái Fe - C 33 Giản đồ trình nhiệt luyện kim loại hợp kim 54 Nhiệt độ ủ 56 Các phương pháp 58 Thùng thấm cacbon 62 Giản đồ trạng thái hệ hợp kim nhôm 69 Trang 5/82 GIÁO TRÌNH MƠN HỌC Tên mơn học: Vật Liệu Cơ Khí Mã mơ đun: CK19MH04 Vị trí, tính chất, ý nghĩa mơn học: 3.1 Vị trí: Mơn học “ Vật Liệu Cơ Khí” bố trí học sau môn học chung học trước học mơ đun đào tạo nghề 3.2 Tính chất: Giáo trình Vật liệu khí mơn học kỹ thuật sở chương trình đào tạo cao đẳng nghề liên quan đến khí sửa chữa, Vận hành thiết bị khoan khai thác, khí chế tạo Hàn 3.3 Ý nghĩa vai trị mơn học: Mơn học trang bị kiến thức tổ chức cấu tạo, thành phần tính chất số vật liệu thường dùng chế tạo khí gang, thép, hợp kim màu, chất dẻo cao su, qua có sở để chọn lựa sử dụng vật liệu cho phù hợp với mục đích Mơn học cịn cung cấp tiêu chuẩn ký hiệu loại vật theo TCVN số nước khác Mục tiêu môn học/mô đun: 4.1 Về kiến thức: - A1 Trình bày tính chất chung kim loại hợp kim - A2 Trình bày phương pháp đánh giá tính chất kim loại hợp kim để xác định tính vật liệu - A3 Trình bày thành phần, cấu tạo, tổ chức tính chất số mác thép gang - A4 Trình bày phương pháp nhiệt luyện hóa nhiệt luyện kim loại hợp kim từ áp dụng cho trường hợp cụ thể - A5 Trình bày khái niệm vật liệu phi kim loại chất dẻo, cao su, composite 4.2 Về kỹ năng: - B1 Nhận biết ký hiệu, mác thép, gang hợp kim kim loại màu - B2 Vận dụng kiến thức để lựa chọn vật liệu phù hợp với điều kiện làm việc cụ thể chi tiết máy phương pháp gia công để tạo hình chi tiết 4.3 Về lực tự chủ trách nhiệm: C1 Rèn luyện tính cần cù, chăm cơng việc C2 Có tính kỷ luật lao động cao, ý thức chấp hành nội qui an toàn lao động Trang 6/82 Nội dung mơ đun: 5.1 Chương trình khung Thời gian học tập (giờ) Trong Thực hành/ Kiểm thực tập/ tra Lý thí nghiệm/ thuyết tập/ LT TH thảo luận Số tín Tổng số 21 435 157 255 15 MHCB19MH02 Giáo dục trị 75 41 29 MHCB19MH08 Pháp luật MHCB19MH06 Giáo dục thể chất Giáo dục quốc phòng An MHCB19MH04 ninh MHCB19MH10 Tin học TA19MH02 Tiếng anh Các môn học, mô đun II chuyên môn ngành, nghề II.1 Môn học, mô đun sở ATMT19MH01 An toàn vệ sinh lao động CK19MH05 Dung sai CK19MH04 Vật liệu khí CK19MH01 Vẽ kỹ thuật CK19MH03 Cơ kỹ thuật CK19MH02 Vẽ kỹ thuật CG19MH01 Autocad CNH19MH10 Nhiệt kỹ thuật Môn học, mô đun chuyên II.2 môn ngành, nghề CG19MĐ01 Gia công nguội CG19MH02 Nguyên lý - Chi tiết máy CK19MH09 Kỹ thuật sửa chữa khí BQMN19MĐ01 Cân động CK19MĐ01 Gia công cắt gọt kim loại CK19MĐ05 Sửa chữa - Bảo dưỡng bơm BQMN19MĐ02 Sửa chữa - Bảo dưỡng Quạt CK19MĐ06 Sửa chữa - Bảo dưỡng bơm CK19MĐ02 Gia công cắt gọt kim loại Sửa chữa - Bảo dưỡng máy CK19MĐ07 nén khí 2 30 60 18 10 51 0 4 75 36 35 2 75 120 15 42 58 72 68 1725 421 1236 29 39 20 3 2 3 360 30 45 45 45 45 45 60 45 213 23 42 42 14 14 14 28 36 127 0 29 29 29 29 16 3 1 0 1 1 52 1455 255 1148 16 36 4 3 75 45 60 90 120 90 135 75 75 14 14 56 28 14 14 14 58 29 58 110 82 116 58 58 1 0 1 2 4 2 90 82 Mã MH/MĐ /HP I Tên môn học, mô đun Các môn học chung/đại cương Trang 7/82 Mã MH/MĐ /HP Tên môn học, mô đun Thời gian học tập (giờ) Trong Thực hành/ Kiểm thực tập/ tra Lý thí nghiệm/ thuyết tập/ LT TH thảo luận Số tín Tổng số 120 110 4 89 75 180 135 2160 14 14 578 58 162 128 1491 1 44 3 47 Sửa chữa - Bảo dưỡng động đốt HCB19MĐ01 Hàn BQMN19MĐ03 Thực tập sản xuất BQMN19MĐ04 Khóa luận tốt nghiệp Tổng cộng CK19MĐ08 5.2 Chương Trình chi tiết mơn học Thời gian (giờ) Số TT Nội dung tổng quát Tổng số Lý thuyết Thực hành, thí nghiệm, thảo luận, tập Kiểm tra LT Chương 1: Khái niệm kim loại hợp kim Chương 2: Hợp kim sắt – bon 18 Chương 3: Nhiệt luyện hóa nhiệt luyện Chương 4: Kim loại màu – hợp kim màu Chương 5: Vật liệu phi kim loại TỔNG CỘNG TH 45 42 Điều kiện thực mơn học: 6.1 Phịng học Lý thuyết: Đáp ứng phịng học chuẩn 6.2 Trang thiết bị dạy học: Projetor, máy vi tính, bảng, phấn 6.3 Học liệu, dụng cụ, mơ hình, phương tiện: Giáo trình, mơ hình học tập, Trang 8/82 6.4 Các điều kiện khác: Người học tìm hiểu thực tế công tác xây dựng phương án gia cơng, sản xuất xí nghiệp Nội dung phương pháp đánh giá: 7.1 Nội dung: - Kiến thức: Đánh giá tất nội dung nêu mục tiêu kiến thức - Kỹ năng: Đánh giá tất nội dung nêu mục tiêu kỹ - Năng lực tự chủ trách nhiệm: Trong trình học tập, người học cần: + Nghiên cứu trước đến lớp + Chuẩn bị đầy đủ tài liệu học tập + Tham gia đầy đủ thời lượng môn học + Nghiêm túc trình học tập 7.2 Phương pháp: Người học đánh giá tích lũy mơn học sau: 7.2.1 Cách đánh giá - Áp dụng quy chế đào tạo Cao đẳng hệ quy ban hành kèm theo Thông tư số 09/2017/TT-LĐTBXH, ngày 13/3/2017 Bộ trưởng Bộ Lao động – Thương binh Xã hội - Hướng dẫn thực quy chế đào tạo áp dụng Trường Cao đẳng dầu khí sau: Điểm đánh giá Trọng số + Điểm kiểm tra thường xuyên (Hệ số 1) 40% + Điểm kiểm tra định kỳ (Hệ số 2) + Điểm thi kết thúc môn học 60% 7.2.2 Phương pháp đánh giá Phương pháp Phương pháp đánh giá tổ chức Hình thức Chuẩn đầu Số Thời kiểm tra đánh giá cột điểm kiểm tra Thường xuyên Viết/ Tự luận/ A1, A2, A3, Trắc nghiệm/ B1, B2, B3, Sau 15 Trang 9/82 Định kỳ Thuyết Báo cáo/trả trình/Câu hỏi lời câu hỏi Viết/ Tự luận/ Thuyết Trắc nghiệm/ trình/Trắc Báo cáo/Thực nghiệm hành C1, C2 A4, B4, C3 Sau 15 A1, A2, A3, A4, Kết thúc mơn học Viết/thuyết trình/Trắc nghiệm Tự luận trắc nghiệm/Thực hành A5, B1, B2, B3, B4, B5, Sau 45 C1, C2, C3, 7.2.3 Cách tính điểm - Điểm đánh giá thành phần điểm thi kết thúc môn học chấm theo thang điểm 10 (từ đến 10), làm tròn đến chữ số thập phân - Điểm môn học tổng điểm tất điểm đánh giá thành phần môn học nhân với trọng số tương ứng Điểm môn học theo thang điểm 10 làm tròn đến chữ số thập phân, sau quy đổi sang điểm chữ điểm số theo thang điểm theo quy định Bộ Lao động Thương binh Xã hội đào tạo theo tín Hướng dẫn thực môn học 8.1 Phạm vi, đối tượng áp dụng: Đối tượng Cao đẳng, trung cấp nghề sửa chữa thiết bị chế biến dầu khí 8.2 Phương pháp giảng dạy, học tập môn học 8.2.1 Đối với người dạy * Lý thuyết: Áp dụng phương pháp dạy học tích cực bao gồm: thuyết trình ngắn, nêu vấn đề, hướng dẫn đọc tài liệu, tập tình huống, câu hỏi thảo luận * Bài tập: Phân chia nhóm nhỏ thực tập theo nội dung đề * Thảo luận: Phân chia nhóm nhỏ thảo luận theo nội dung đề * Hướng dẫn tự học theo nhóm: Nhóm trưởng phân cơng thành viên nhóm tìm hiểu, nghiên cứu theo yêu cầu nội dung học, nhóm thảo luận, trình bày nội dung, ghi chép viết báo cáo nhóm Trang 10/82 4.2.2 Hợp kim nhơm Để có độ bền cao người ta dùng nhơm dạng hợp kim Hợp kim nhôm hợp kim Al với kim loại khác : Cu, Si, Mn, Mg.v.v tùy theo thành phần đặc tính cơng nghệ hợp kim nhơm người ta chia làm nhóm Hợp kim nhơm biến dạng: hợp kim nhơm có thành phần ngun tố hợp kim nằm khu vực dung dịch rắn Trong loại chia hai phân nhóm là, khơng hóa bền nhiệt luyện phân nhóm hóa bền nhiệt luyện Phân nhóm khơng hóa bền nhiệt luyện loại chứa hợp kim (bên trái F), nhiệt độ có tổ chức dung dịch rắn, khơng có chuyển biến pha nên khơng thể hóa bền nhiệt luyện, hóa bền biến dạng nguội mà Hệ hợp kim nhơm khơng hố bền hệ hợp kim Al-Mn Al-Mg Phân nhóm hóa bền nhiệt luyện loại chứa nhiều hợp kim (từ điểm F đến C hay C’), nhiệt độ thường có tổ chức hai pha (dung dịch rắn + pha thứ hai), nhiệt độ cao pha thứ hai hòa tan hết vào dung dịch rắn, tức có chuyển pha, nên ngồi biến dạng nguội hóa bền thêm nhiệt luyện Hệ hợp kim Al hoá bền Al-Cu (với hàm lượng khoảng 4% Cu) Phân nhóm hóa bền nhiệt luyện loại chứa nhiều hợp kim (từ điểm F đến C hay C’), nhiệt độ thường có tổ chức hai pha (dung dịch rắn + pha thứ hai), nhiệt độ cao pha thứ hai hòa tan hết vào dung dịch rắn, tức có chuyển pha, nên ngồi biến dạng nguội hóa bền thêm nhiệt luyện Như hệ hợp kim với độ hịa tan nhơm biến đổi mạnh theo nhiệt độ có đặc tính Đuy hợp kim nhơm biến dạng điển hình loại hợp kim nhôm quan trọng Đuy hợp kim Al với Cu, Mg (4% Cu, 1% Mg) nguyên tố khác Mn Fe, Si, pha CuAl2 pha hoá bền nhiệt luyện, nhược điểm đuyra tính chống ăn mịn Hợp kim nhôm đúc: hợp kim với nhiều hợp kim (bên phải điểm C, C’), có nhiệt độ nóng chảy thấp hơn, tổ chức có tinh nên tính đúc cao Do có nhiều pha, pha thứ hai (thường hợp chất hóa học) hợp kim giịn hơn, nên biến dạng dẻo Trang 68/82 Hợp kim nhơm đúc thường dùng hệ Al - Si, cịn gọi silumin hệ hợp kim với khoảng Si rộng (5-20)% có thêm Mg (0,3-0,5)% để tạo pha hóa bền Mg2Si nên hệ Ai-Si-Mg phải qua hóa bền Cho thêm Cu (3-5)% vào hệ họp kim Al-Cu-Si để cải thiện tính có tính đúc tốt nên ứng dụng để đúc chi tiết máy, pistông, nắp máy động đốt Để nâng cao tính hợp kim nhơm, nhiệt luyện nhôm đúc nhiệt độ 5205400C già hoá 170- 1900C nhiều Giản đồ trạng thái hệ hợp kim nhơm TCVN 1659-75 có quy định cách ký hiệu hợp kim nhôm bắt đầu Al ký hiệu hóa học nguyên tố hợp kim số % nó, hợp kim đúc sau có chữ Đ Ví dụ AlCu4Mg hợp kim nhơm chứa ~ 4% Cu, ~ 1% Mg Với nhôm Al số phần trăm nó, Ví dụ Al 99, Al 99,5 4.3 ĐỒNG VÀ HỢP KIM ĐỒNG 4.3.1 Đồng Đồng có tính dẫn điện dẫn nhiệt tốt, tính chống ăn mịn cao, dễ gia cơng áp lực trạng thái nóng nguội, dát mỏng thành có chiều dày 0,05mm Đồng có kiểu mạng tinh thể lập phương diện tâm Trang 69/82 Tính chất vật lý đồng Khối lượng riêng 200C (g/cm3) 8,94g Nhiệt độ nóng chảy (0C) 1083 Hệ số dẫn nhiệt 200C (calo/cm.s.0C) 0,923 Hệ số dãn dài (0-1000C) 16,5 10-6 Điện trở suất 200C (Ω.mm2/m) 0,01784 Độ dẫn điện 200C (m/Ω.mm2) 57 Nhiệt độ nóng chảy 10830C, dẻo (δ = 40 -50%), dễ biến dạng, độ bền thấp σb = 160N/mm2 Ở nhiệt độ cao Cu dễ bị oxi hố thép, chịu bền môi trường kiềm dễ bị ăn mịn mơi trường axit Để nâng cao độ dẻo ủ kết tinh lại nhiệt độ < 7000C Bảng Đồng phạm vi sử dụng Mác đồng Thành phần Cu Phạm vi sử dụng khơng % M0 99,95 Dùng làm dây dẫn điện hợp kim tinh khiết M1 99,9 Dùng làm dây dẫn điện hợp kim cao cấp M2 99,7 Dùng làm bán thành phẩm cao cấp hợp kim đồng M3 99,5 Dùng làm đồng đúc đồng gia cơng áp lực với chất lượng thường M4 99,0 Dùng làm hợp kim phụ Đồng ngun chất bền tính cơng nghệ nên dùng Vì thường dùng hợp kim chúng hợp kim có tính gia cơng cắt gọt tính đúc tốt, có độ bền cao Hai loại hợp kim đồng thường dùng đồng thau đồng 4.3.2 Hợp kim đồng a Đồng thau Trang 70/82 Là hợp kim đồng kẽm thành phần kẽm chứa đồng thau khơng q 45% đồng thau chia hai nhóm đồng thau đồng thau đa nguyên Theo ký hiệu Việt nam, đồng thau ký hiệu chữ L, sau hai số phần trăm đồng (cịn lại kẽm chất khác) Ví dụ đồng thau L68 có 68% đồng với 32% kẽm tạp chất khác Ở đồng thau đa nguyên, ngồi Cu Zn người ta cịn cho thêm nguyên tố Ai, Ni, Pb, Sn.để cải thiện tính chất hợp kim nguyên tố Al, Ni làm tăng tính, Pb tange tính cắt gọt, Sn tăng tính chống ăn mịn Ký hiệu ngồi chữ L, ký hiệu cịn có thêm chữ khác biểu thị tên hợp kim chứa đồng thau Ví dụ LSiPb80-3-3 có 80%Cu, 3%Si, 3%Pb, lại 14% kẽm tạp chất khác b Đồng thanh: Là hợp kim Cu có pha thêm kim loại Sn, Al, Zn, Si, Bi, Cr Trừ nguyên tố Zn Đồng có đặc tính dễ cắt gọt có tính chống mài mịn cao, số đồng có tính chống mài mòn cao dùng làm hợp kim đỡ sát, chế tạo ổ trục Đồng có tính chất tốt Có nhiều loại đồng thanh: đồng thiếc, đồng silic, đồng beri.v.v Đồng thanh: có ký hiệu với chữ đầu Br Khác với đồng thau, ký hiệu đồng ghi thành phần phần trăm kim loại chứa đồng thanh, phần cịn lại phần trăm đồng Ví dụ: đồng BrSnP10–1 gồm 10%Sn, 1%P, lại 89% đồng tạp chất khác + Đồng thiếc: Là hợp kim Cu Sn với khoảng 15% Sn Hợp kim dùng sớm Cơ tính phụ thuộc vào hàm lượng Sn Nếu Sn < 5% độ dẻo cao, Sn > 5% độ dẻo bắt đầu giảm Trong thực tế người ta dùng đồng thiếc có Sn < 8% Nó có tính chảy lỗng cao, độ co nhỏ nên tính đúc tốt, tính chống mài mịn cao đồng thau Khi Sn tới 10% hợp kim đạt độ cứng cao, giảm ma sát nên dùng để làm ổ trục + Đồng nhôm: Là hợp kim Cu Al (5 – 10 %), ngồi cịn có Fe, Mn, Ni Để cải thiện thêm số tính chất So với đồng thiếc, đồng nhơm có độ bền cao hơn, tính chống ăn mịn hố học tốt (trong nước biển hay nhiệt độ cao) Cơ tính phụ Trang 71/82 thuộc vào hàm lượng nhơn, Al > 11% hợp kim q dịn nên khơng dùng tính đúc kém, độ co lớn + Đồng silic: Là hợp kim Cu với Si, có tính tính đúc tốt đồng thiếc, tính chống ăn mịn tốt + Đồng Beri: Với hàm lượng Be (2 – 5%), có tính dẫn điện tốt, chống ăn mịn đàn hồi cao, tính hàn cắt gọt tốt, dùng làm lị xo, nhíp, màng giá thành đồng beri cao nên thay beri titan (5%) để có giá thành rẻ Đồng titan làm việc nhiệt độ (500 – 5500C) + Đồng chì: Là hợp kim đồng chì với hàm lượng Pb ( 25 - 30%), có tính chống mài mịn cao + Đồng đen: Là hợp kim Cu Zn Pb, Al, Si, vật liệu chống ma sát quan trọng, có tính chống ăn mịn mài mịn cao, tính cơng nghệ cao (tính đúc tốt, độ dẻo cao, dễ gia cơng cắt), sử dụng rộng rãi để làm ổ trượt, mặt trượt, trục vít, bánh vít, thiết bị chứa nước, nước, dầu mỡ + Babit: Là hợp kim ổ trục gồm Sn, Pb 10 – 15% Sb, 1,5 – 6% Cu, có đặc trưng dẻo, hệ số ma sát nhỏ, chịu áp lực nên bảo vệ ngõng trục bị mịn, lưu thơng dầu mỡ bề mặt tiếp xúc, dễ bôi trơn, thường dùng làm ổ trục chịu áp lực tốc độ lớn 4.4 CÁC LOẠI KIM LOẠI VÀ HỢP KIM MÀU KHÁC 4.4.1 Niken hợp kim niken Niken có độ bền học, độ bền hóa học, độ dẻo dai, chịu nóng chất bắt từ Niken dùng chế tạo dây niken, niken, bán thành phẩm khác gia công áp lực để sản xuất hợp kim niken, đồng, nhôm, thép hợp kim, gang mạ niken Tính chất vật lý niken Khối lượng riêng nhiệt độ 200c 8,9 g/cm3 Nhiệt độ nóng chảy 14550c Nhiệt độ sơi 33770c Trang 72/82 Hệ số dẫn nhiệt 0,14 calo/cm.s.0c Điện trở suất 0,092 Ω.mm2/m Hợp kim niken có tính chịu nhiệt tốt, tính bền nhiệt cao, điện trở lớn, tính chống ăn mòn tốt độ dẻo dai nhệt độ thường nhiệt độ cao 4.4.2 Kẽm họp kim kẽm Trong mơi trường khơng khí ẩm, bề mặt kẽm tạo lớp oxit bảo vệ người ta phủ kẽm lên bề mặt kim loại để chống ăn mịn Tính chất vật lý kẽm Khối lượng riêng nhiệt độ 200c 7,136 g/cm3 Nhiệt độ nóng chảy 4200c Nhiệt độ sơi 9070c Hệ số dẫn nhiệt 0,30 calo/cm.s.0c Điện trở suất 0,062 Ω.mm2/m Hệ số dãn dài (20-1000c) 3,95.10-5 4.4.3 Chì hợp kim chì Chì hịa tan axit nitric, axits sunfuaric axit clohydric Các axit nayftacs dụng lên bề mặt chì, tạo thành lớp muối mỏng ngăn cản phản ứng sâu Trong môi trường không khí ẩm, bề mặt chì bị mờ bị phủ lớp mỏng oxit mỏng Tính chất vật lý chì Khối lượng riêng 11,34 g/cm3 Nhiệt độ nóng chảy 3750c Nhiệt độ sôi 9070c Hệ số dẫn nhiệt 0,093 calo/cm.s.0c Điện trở suất 0,206 Ω.mm2/m Hệ số dãn dài (20-1000c) 29,5.10-6 Mô đun đàn hồi E (MN/m2) 15000-19000 4.4.4 Magie hợp kim magie Magie sử dụng nhiều hợp kim Magie có độ bền cao thép kết cấu, hợp kim magie trạng thái nóng dễ rèn dập, cán gia công cắt gọt Hợp kim magie dùng tốt cho chi tiết chịu uốn làm việc, khơng bị nhiễm từ không bị phát tia lủa cọ sát hay pha chạm mạnh Hợp kim magie dễ hàn, đặc biệt hàn hồ quang argon Trang 73/82 Tính chất vật lý magie Khối lượng riêng 1,738 g/cm3 Nhiệt độ nóng chảy 6500c Nhiệt độ sơi 11070c Hệ số dẫn nhiệt 0,37 calo/cm.s.0c Điện trở suất 0,047 Ω.mm2/m Hệ số dãn dài (0-1000c) 25,5.10-6 ❖ TÓM TẮT CHƯƠNG Trong chương này, số nội dung giới thiệu: - Đặc điểm tính chất kim loại màu - Nhôm hợp kim nhôm - Đồng hợp kim đồng ❖ CÂU HỎI VÀ TÌNH HUỐNG THẢO LUẬN CHƯƠNG Câu hỏi Định nghĩa, đặc điểm công dụng đồng thau, đồng Câu hỏi Nhận biết, giải thích ký hiệu vật liệu sau: M1, L70, BrAlFe9-4 Câu hỏi Định nghĩa, tính chất hóa nhiệt luyện Câu hỏi Định nghĩa, đặc điểm công dụng nhôm hợp kim nhôm Trang 74/82 CHƯƠNG 5: VẬT LIỆU PHI KIM LOẠI ❖ GIỚI THIỆU CHƯƠNG Chương chương giới thiệu loại vật liệu phi kim loại, ưu nhược điểm,các tính chất từ giúp người học hiểu áp dụng vào trình sản xuất chi tiết máy ❖ MỤC TIÊU CHƯƠNG Sau học xong chương này, người học có khả năng: ➢ Về kiến thức: - Trình bày đặc điểm, tính chất vật liệu phi kim loại - Trình bày tính chất, phạm vi ứng dụng chất dẻo - Trình bày tính chất, phạm vi ứng dụng cao su - Trình bày tính chất, phạm vi ứng dụng compozit - Trình bày tính chất, phạm vi ứng dụng dầu – mỡ - Trình bày tính chất, phạm vi ứng dụng gỗ ➢ Về kỹ năng: - Sử dụng ưu điểm vật liệu phi kim loại - Vận dụng kiến thức học vào thực tế ➢ Về lực tự chủ trách nhiệm: - Ý thức tầm quan trọng phương pháp nhiệt luyện kim loại ý nghĩa thực tiễn - Tuân thủ nội quy, quy định nơi làm việc ❖ PHƯƠNG PHÁP GIẢNG DẠY VÀ HỌC TẬP CHƯƠNG - Đối với người dạy: sử dụng phương pháp giảng giảng dạy tích cực (diễn giảng, vấn đáp, dạy học theo vấn đề); yêu cầu người học thực câu hỏi thảo luận tập chương (cá nhân nhóm) - Đối với người học: chủ động đọc trước giáo trình (chương 4) trước buổi học; hồn thành đầy đủ câu hỏi thảo luận tập tình chương theo cá nhân nhóm nộp lại cho người dạy thời gian quy định ❖ ĐIỀU KIỆN THỰC HIỆN CHƯƠNG - Phòng học chun mơn hóa/nhà xưởng: Khơng - Trang thiết bị máy móc: Máy chiếu thiết bị dạy học khác - Học liệu, dụng cụ, nguyên vật liệu: Chương trình mơn học, giáo trình, tài liệu tham khảo, giáo án, phim ảnh, tài liệu liên quan Trang 75/82 - Các điều kiện khác: Khơng có ❖ KIỂM TRA VÀ ĐÁNH GIÁ CHƯƠNG - Nội dung: ✓ Kiến thức: Kiểm tra đánh giá tất nội dung nêu mục tiêu kiến thức ✓ Kỹ năng: Đánh giá tất nội dung nêu mục tiêu kĩ ✓ Năng lực tự chủ trách nhiệm: Trong trình học tập, người học cần: + Nghiên cứu trước đến lớp + Chuẩn bị đầy đủ tài liệu học tập + Tham gia đầy đủ thời lượng môn học + Nghiêm túc trình học tập - Phương pháp: ✓ Điểm kiểm tra thường xuyên: điểm kiểm tra (hình thức: hỏi miệng) ✓ Kiểm tra định kỳ lý thuyết: khơng có ❖ NỘI DUNG CHƯƠNG 5.1 CÁC CHẤT DẺO THƯỜNG DÙNG TRONG CÔNG NGHIỆP 5.1.1 Chất dẻo Chất dẻo sử dụng ngày rộng rãi ngành công nghiệp sinh hoạt người, như: bao bì bảo quản, chi tiết máy ngành khí, ngành điện, điện tử … chất dẻo có ưu, nhược điểm sau: Khối lượng riêng nhỏ, phần lớn chất dẻo có = 1-2 g/cm3, độ bền hố học tốt, cách điện, cách âm tốt, tính bám dính tốt đặc biệt tính gia cơng dễ dàng Tuy nhiên, chất dẻo có nhược điểm là: khơng dẫn nhiệt, điện, khả chịu nhiệt dễ bị lão hố Theo tính chất liên kết, chất dẻo chia thành hai loại: Chất dẻo nhiệt rắn: đốt nóng tính chảy mềm, khơng hồ tan, ví dụ : loại bakelit (phenol- formandehyt), polyamit, tectolit, epoxi … loại chất dẻo nhiệt rắn có cấu trúc mạch lưới Chất dẻo nhiệt dẻo: có cấu trúc mạch thẳng mạch nhánh, ví dụ: polyizobutilen, polyvinylaxetat … Các chất dẻo nhiệt dẻo thường sử dụng là: Chất dẻo có độ dẻo cao như: PP, PE dùng làm bao gói sản phẩm, chai lọ mềm Trang 76/82 Chất dẻo có độ suốt như: PMMA, PS … thường làm kính máy bay, dụng cụ gia đình, dụng cụ đo Chất dẻo PVC, dùng rộng rãi để chế tạo ống, bọc dây điện, cáp điện, loại bền xăng, chịu hố chất (khơng dùng đựng thực phẩm) Bakelit, tectơlit, polyamit, … có độ cứng chịu nhiệt cao, thường sử dụng để chế tạo chi tiết máy Các loại keo dán: có độ bám dính tốt dùng để gắn kết vật liệu (như dán kim loại, da, giấy, sứ, thuỷ tinh, chất dẻo), ví dụ: phenol fomandehit, epoxi loại keo nhiệt rắn Polyvinylaxêtat, acrylat (là keo nhiệt dẻo) 5.1.2 Cao su Cao su polyme hữu nhiệt độ thường trạng thái đàn hồi cao Cao su chịu kéo tốt, chịu nén kém, không thấm nước, ổn định tẩy rửa, cách điện tốt Cao su sau lưu hoá (với lượng lưu huỳnh S = 1,0 – 5,0%) có tính cải thiện tốt, môđun đàn hồi tăng giữ tính chất đàn hồi, ta gọi cao su thơng thường (hoặc cao su dẻo) Khi lưu hoá với lượng lưu huỳnh lớn làm cao su cứng hơn, có tính chống mịn, chống axit tốt, tính đàn hồi kém, loại gọi cao su cứng Trong thực tế, cao su thơng thường hay cịn gọi cao su thiên nhiên (có ký hiệu NR = Natural Rubber), lấy từ mủ cao su cán thành (được gọi crếp), nguyên liệu để sản xuất cao su Cao su thiên nhiên có số đặc tính q mà cao su tổng hợp khơng có như: khơng bị lão hố vịng từ 10 – 15 năm Vì vậy, sử dụng rộng rãi, ví dụ: loại cao su tự nhiên, Styren Butadien dùng để chế tạo lốp ôtô Cao su Nitrile Butadien dùng để chế tạo sản phẩm dùng môi trường xăng, dầu, mỡ Ví dụ chế tạo loại ống cao su mềm, ống chịu áp lực, ống dẫn hơi, dẫn khí Loại cao su cứng hay gọi cao su ebonit, thường dùng công nghiệp điện kỹ thuật, loại cao su không dùng môi trường axit sunfuaric với nồng độ cao 50% axit nitric nồng độ lớn 20% Trang 77/82 5.1.3 Vật liệu compozit Vật liệu compozit coi vật liệu kết hợp, nói cách khác vật liệu nhiều pha khác mặt hố học Chúng khơng tan vào nhau, phân cách gianh giới, chúng kết hợp nhân tạo nhờ can thiệp người Compozit thông thường có hai pha: pha liên tục tồn khối kết cấu gọi nền, pha phân bố gián đoạn bao bọc gọi cốt Tỷ lệ pha, hình dáng, kích thước phân bố cốt tuân theo điều kiện kỹ thuật thiết kế Mặt khác, tính chất học compozit lựa chọn thích hợp phát huy tính chất ưu việt pha thành phần, lưu ý khơng phải bao gồm tất tính chất pha thành phần Nền pha liên tục, đóng vai trị liên kết tồn phần tử cốt tạo thành khối thống hình thành sản phẩm theo thiết kế, đồng thời che phủ, bảo vệ cốt khỏi phá huỷ môi trường bên Các loại thường dùng là: chất dẻo, kim loại, gốm Cốt pha không liên tục compozit, đóng vai trị tạo nên độ bền, độ đàn hồi độ cứng cho compozit Các loại cốt thường dùng: cốt chất vô (như sợi bo, sợi cacbon, sợi thuỷ tinh), cốt hữu (như sợi polyamit), sợi kim loại (như sợi thép không gỉ, bột vonfram, bột molipđen …) Hiện công nghiệp khí thường dùng loại compozit sau: Compozit cốt hạt: loại có đặc điểm phần tử cốt hạt thường cứng nền, thường dùng oxit, nitơrit, borit, cacbit, …, ví dụ hợp kim cứng loại compozit hạt coban cốt phần tử hạt cacbit vonfram; cacbit titan Hợp kim cứng có độ cứng độ chịu nhiệt cao, dùng để chế tạo dụng cụ cắt gọt, khuôn ép Bê tông loại compozit cốt hạt, xi măng cốt đá, sỏi, cát vàng Hợp kim bột: sở nhôm (Al) ôxyt nhôm (Al2O3), nhôm bột nguyên tố hợp kim (ví dụ Cr, Fe, Mn, …) thiêu kết nhiệt độ định Compozit cốt sợi: loại có độ bền mơđun đàn hồi riêng cao Loại thường sử dụng vật liệu tương đối dẻo, cốt sợi phải có độ bền, độ cứng vững cao, ngồi cịn phụ thuộc vào hình dáng, kích thước phân bố sợi … Các dạng compozit sợi thường dùng là: Trang 78/82 Compozit polyme sợi thuỷ tinh dùng để chế tạo vỏ xe ôtô, tàu biển, ống dẫn, lát sàn công nghiệp Compozit polyme cốt sợi cacbon, thường dùng để chế tạo chi tiết máy bay Compozit kim loại sợi, ví dụ: nhơm, đồng, magiê sợi cacbon, bo, cacbit silic loại chịu nhiệt cao, dùng để chế tạo chi tiết tua bin 5.1.4 Dầu - mỡ ❖ Dầu Trong công công nghiệp thường gọi dầu nhờn Nguyên liệu để sản xuất dầu nhờn dầu mỏ, chưng cất người ta thu dầu khoáng Dầu khoáng sau tách thành phần nhựa, hợp chất S, O, N … thu dầu gốc Từ dầu gốc pha thêm phụ gia theo yêu cầu sử dụng ta có sản phẩm dầu nhờn Trong cơng nghiệp chế tạo dầu nhờn khơng từ dầu khoáng mà từ đường tổng hợp chất hữu có phân tử lượng thấp dầu khoáng Chất lượng dầu nhờn thường đánh giá tiêu : độ nhớt, điểm bắt cháy, điểm bốc cháy, điểm đông đặc, trị số axit, kiềm tiêu khác Để nâng cao đặc tính riêng biệt cho dầu nhờn, người ta thường pha thêm chất phụ gia chất hữu cơ, vô Ví dụ để tăng hệ số nhớt dầu người ta cho vào chất phụ gia polyisobutylen, polyacrylat … Để làm chậm q trình ơxi hố dầu, người ta cho thêm chất phụ gia chất hữu có chứa P, S, Zn Để ngăn cặn bã không tan dầu: cặc cacbon, hợp chất chì … bám động nổ, người ta cho vào -10% chất tẩy rửa, ví dụ phenolat … Để tăng khả chống mài mòn, người ta cho thêm vào hợp chất phốt pho, lưu huỳnh khoảng 0,01% Dầu nhờn có nhiều loại, tuỳ theo điều kiện làm việc kết cấu máy yêu cầu kỹ thuật, người ta sử dụng nhiều loại dầu nhờn, ví dụ: dầu nhờn động cơ, dầu nhờn cơng nghiệp, dầu nhờn truyền động, dầu máy nén khí, dầu nhờn thuỷ lực … ❖ Mỡ Mỡ bôi trơn chế tạo cách làm đặc dầu bôi trơn với phụ gia dạng rắn cho thêm vào, để có tính chất riêng mà dầu bơi trơn khơng có Trang 79/82 Nguyên liệu chế tạo mỡ dầu có gốc hydrơcacbon, dầu silicon, từ dầu thực vật, mỡ động vật phụ gia làm đặc xà phịng có chứa Na, Ca phụ gia stearin, xerezin, chất khoáng molypden, bentonit, silicagen, bột màu hữu Trong công nghiệp sử dụng nhiều loại mỡ: mỡ chống ma sát dùng cho cấu truyền động máy Mỡ bảo quản sử dụng để bảo quản chống ăn mòn chi tiết, thiết bị Mỡ làm kín dùng để làm kín mối nối di động, vòng đệm, gioăng hệ thống van máy bơm 5.1.5 Gỗ Gỗ nguyên liệu dùng nhiều lĩnh vực công nghiệp, xây dựng, giao thông, chế tạo máy tiêu dùng Gỗ có tính chất sau: ❖ Tính chất lý học Gỗ có tính hút ẩm, gỗ hút ẩm làm thay đổi kích thước, thể tích (bị trương nở) Gỗ có tính hút nước thẩm thấu nước Có tính co rút dãn nở Gỗ hút nước từ độ ẩm 0% đến bão hoà, gỗ dãn nở tối đa (gỗ lát tỷ lệ dãn nở 0,23%, gõ de 0,27%, gỗ mít 0,36%) Tính dẫn điện nhiệt: tỷ trọng gỗ cao, độ ẩm lớn tính dẫn nhiệt mạnh Gỗ dẫn nhiệt dọc theo thớ gấp - 2,5 lần theo chiều ngang thớ Khi gỗ hồn tồn khơ trở thành vật liệu cách điện Để tăng độ cách điện, người ta tẩm gỗ dung dịch parafin loại keo nhân tạo ❖ Tính chất học Do đặc điểm gỗ có cấu tạo khơng đồng theo chiều, nên nhìn chung gỗ có khối lượng riêng tương đối lớn, khả chịu lực lớn Cường độ chịu lực theo dọc thớ lớn Nhìn chung gỗ chịu kéo tốt chịu uốn tĩnh, nến dọc cắt dọc Ưu, nhược điểm gỗ: gỗ nhẹ chắc, vật liệu thiên nhiên dễ kiếm, chuyên trở thuận tiện, gia công dễ dàng, dễ lắp ghép Sức chịu đựng gỗ cao, sức chịu nén cao gạch bê tông Cách điện tốt Cấu tạo gỗ không đồng nhất, dễ hút ẩm, dễ cháy Gỗ có nhiều khuyết tật tự nhiên (mắt gỗ, nứt, cong vênh) Gỗ dễ bị mục, dễ bị mối mọt Trang 80/82 Gỗ dán chế tạo cách bóc gỗ thành lớp mỏng, dán nhiều lớp theo cách xếp ngang, dọc, chéo thớ Nhờ gỗ hạn chế độ co gót cường độ chịu lực đồng cao ❖ TÓM TẮT CHƯƠNG Trong chương này, số nội dung giới thiệu: - Đặc điểm, tính chất vật liệu phi kim loại - Chất dẻo - Cao su - Composite - Dầu-mỡ - Gỗ ❖ CÂU HỎI VÀ TÌNH HUỐNG THẢO LUẬN CHƯƠNG Câu hỏi Nêu đặc điểm chất dẻo phân biệt hai loại chất dẻo nhiệt rắn chất dẻo nhiệt dẻo Câu hỏi Nhận biết ký hiệu PE, PVC nêu công dụng chúng Câu hỏi Compozit loại vật liệu nào? Đặc điểm chúng cho ví dụ loại compozit dùng cơng nghiệp Câu hỏi Sự khác dầu nhờn mỡ Công dụng mỡ tron.g công nghiệp Trang 81/82 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Trần Mão, Phạm Đình Sùng-Vật liệu khí -NXBGD 1998 [2] Hồng Trọng Bá-Vật liệu phi kim loại -NXBGD2007 [3] Nguyễn Hoa Thịnh, Nguyễn Đình Đức-Vật liệu Composite- NXBKH&KT-2002 [4] Hồng Tùng – Vật liệu & công nghệ kim loại – NXB GD 09-2005 Trang 82/82 ... Phạm Đình Sùng -Vật liệu khí -NXBGD 1998 [2] Hồng Trọng Bá -Vật liệu phi kim loại -NXBGD2007 [3].Nguyễn Hoa Thịnh, Nguyễn Đình Đức -Vật liệu Composite - NXBKH&KT-2002 [4] Hồng Tùng – Vật liệu & công... Khơng - Trang thiết bị máy móc: Máy chiếu thiết bị dạy học khác - Học liệu, dụng cụ, nguyên vật liệu: Chương trình mơn học, giáo trình, tài liệu tham khảo, giáo án, phim ảnh, tài liệu liên quan -. .. Khơng - Trang thiết bị máy móc: Máy chiếu thiết bị dạy học khác Trang 31/82 - Học liệu, dụng cụ, nguyên vật liệu: Chương trình mơn học, giáo trình, tài liệu tham khảo, giáo án, phim ảnh, tài liệu