1 TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN Tài liệu này thuộc loại sách giáo trình nên các nguồn thông tin có thể đƣợc phép dùng nguyên bản hoặc trích dụng cho các mục đích về đào tạo và tham khảo Mọi mục đích khác mang tí[.]
TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN Tài liệu thuộc loại sách giáo trình nên nguồn thơng tin đƣợc phép dùng nguyên trích dụng 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 Trong lịch sử phát triển xã hội loài ngƣời sử dụng nhiều loại vật liệu khác nhau, với tính sử dụng chúng ngày cao Đầu tiên thời kỳ đị đá, sau tiến đến thời đại đồ đồng, đồ sắt…… Cho đến loạt loại cật liệu nhƣ: Composit, ceramit, polyme… Các loại vật liệu góp phần thúc đẩy phát triển xã hội loài ngƣời cách nhanh chóng Ngày lĩnh vực cơng nghiệp, quốc phịng, đời sống… đòi hỏi vật liệu sử dụng cần phải có nhiều tính chất khác Ví dụ: cần tính dẫn điện cao để dùng nghành điện lực, lúc lại yêu cầu có độ cứng lớn để làm loại dụng cắt gọt kim loại, lại cần có độ bền lớn để làm cấu kiện xây dựng, phải có tính dẻo cao để cán, dập, kéo nguội, hay cần độ bền cao nhƣng khối lƣợng riêng nhỏ để dùng công nghiệp hàng khơng….Tất u cầu đƣợc đáp ứng vật liệu kim loại nhƣ vật liệu Nhằm đáp ứng nhu cầu giảng dạy, học tập, nghiên cứu kiến thức loại vật liệu nhƣ kiến thức xử lý nhiệt chúng…… dành nhiều thời gian nghiên cứu, sƣu tầm tài liệu biên soạn giáo trình Vật liệu học với mong muốn phục vụ giảng dạy nghề công nghệ ô tô Trƣờng Cao đẳng nghề An Giang Mục đích mơn học giúp cho học viên hiểu rõ loại vật liệu khác dựa mối quan hệ cấu trúc, lý tính biết lựa chọn vật liệu phù hợp đáp ứng nhu cầu sử dụng sau Giáo trình đƣợc trình bày theo chƣơng trình chi tiết đƣợc trƣờng xây dựng năm 2017, sau phần lý thuyết bài, ,cuối có câu hỏi lý thuyết để kiểm tra kiến thức Tuy có nhiều cố gắng nghiên cứu biên soạn, nhƣng giáo trình chắn không tránh khỏi khiếm khuyết, mong đƣợc đóng góp từ đọc giả để giáo trình ngày đƣợc hoàn thiện An Giang, ngày 20 tháng 05 năm 2018 Tham gia biên soạn Chủ biên: Lê Ngọc Ngân MỤC LỤC LỜI GIỚI THIỆU MỤC LỤC Bài mở đầu: KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ VẬT LIỆU I.CẤU TẠO VẬT LIỆU II TÍNH CHẤT CHUNG CỦA VẬT LIỆU 10 III CÁC PHƢƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ TÍNH CHẤT CỦA VẬT LIỆU .12 Chƣơng 1: VẬT LIỆU KIM LOẠI Bài 1: GANG I.GANG 18 II CÁC LOẠI GANG THƢỜNG DÙNG 19 Bài 2: THÉP I.ĐẶC ĐIỂM, TÍNH CHẤT 24 II THÉP CACBON 26 III THÉP HỢP KIM 30 Bài 3: KIM LOẠI MÀU, HỢP KIM MÀU I.NHÔM VÀ HỢP KIM CỦA NHÔM 34 II ĐỒNG VÀ HỢP HIM CỦA ĐỒNG 34 Bài 4: HỢP KIM CỨNG I.CÁCH CHẾ TẠO 37 II TÍNH CHẤT, PHÂN LOẠI 37 Bài 5: NHIỆT LUYỆN VÀ HÓA NHIỆT LUYỆN I.NHIỆT LUYỆN 40 II HÓA NHIỆT LUYỆN 50 Chƣơng 2: VẬT LIỆU PHI KIM LOẠI Bài 6: CHẤT DẺO I.KHÁI NIỆM 54 II TÍNH CHẤT 54 Bài 7: AMINHANG I.KHÁI NIỆM 57 II TÍNH CHẤT 57 Bài 8: VẬT LIỆU BÔI TRƠN, LÀM MÁT I.KHÁI NIỆM 59 II TÍNH CHẤT 60 GIÁO TRÌNH MƠN HỌC Tên mơn học: VẬT LIỆU HỌC Mã môn học: MH 13 Thời gian thực môn học: 30 (Lý thuyết: 24 giờ; Thực hành: giờ, KIểm tra giờ, Ôn tập giờ) I VỊ TRÍ, TÍNH CHẤT CỦA MƠN HỌC: Vị trí: Mơn học đƣợc bố trí giảng dạy song song với môn học/ mô đun sau: MH 08, MH 09, MH 10, MH 11, MH 12, MH 14 Tính chất: Là môn sở nghề bắt buộc II MỤC TIÊU CỦA MÔN HỌC: 1.Về kiến thức: - Vẽ giải thích đƣợc: giản đồ sắt – bon - Trình bày đƣợc đặc điểm, phân loại ký hiệu loại hợp kim nhơm, gang thép - Trình bày đƣợc cơng dụng, tính chất, phân loại dầu, m bôi trơn, nƣớc làm mát , xăng, dầu diesel dùng ô tô 2.Về kỹ năng: - Nhận dạng loại hợp kim nhôm, gang thép 3.Về lực tự chủ trách nhiệm: - Tuân thủ quy định, quy phạm vật liệu học - Rèn luyện tác phong làm việc nghiêm túc, cẩn thận Bài mở đầu: KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ VẬT LIỆU A Mục tiêu: - Trình bày đƣợc cấu tạo, đặc điểm, phân loại vật liệu - Trình bày đƣợc tính chất vật liệu - Trình bày đƣợc phƣơng pháp đánh giá tính chất vật liệu - Tuân thủ quy định, quy phạm vật liệu học B Nội dung: I CẤU TẠO VẬT LIỆU Khái niệm vật liệu khí: Vật liệu vật rắn mà ngƣời sử dụng để chế tạo cơng cụ, máy móc, thiết bị, xây dựng cơng trình, nhà cửa , thay phận thể để thể ý đồ nghệ thuật nói chung Ba nhóm vật liệu dùng phổ biến công nghiệp là: Vật liệu kim loại, vật liệu vô – ceramic, vật liệu hữu – polyme Vật liệu kim loại: Vật liệu khí vật dẫn điện tốt, phản xạ ánh sáng với màu sắc đặc trƣng, có khả biến dạng dẻo tốt nhiệt độ thấp nhƣng bền vững hóa học Vật liệu kim loại thơng dụng thép, gang, đồng, nhôm, titan, niken…, hợp kim chúng Khi khối kim loại gồm ngun tố hóa học gọi l kim loại nguyên chất Nếu có nhiều nguyên tố mà nguyên tố kim loại chủ yếu gọi l hợp kim (hợp kim phải có tính kim loại) - Kim loại đen: kim loại hợp kim sở nguyên tố sắt (Fe), cụ thể sắt nguyên chất Hợp kim thép gang - Kim loại màu: kim loại hợp kim sở nguyên tố kim loại cịn lại nhƣ nhơm (al), đồng (Cu), chì (Pb), thiết (Sn), kẽm (Zn), mangan (Mn), silic (Si), mơlipđen (Mo),… * Kim loại màu lại phân làm loại sau : - Kim loại nhẹ: kim loại hợp kim có khối lƣợng riêng nhỏ hay 4g/cm3 nhƣ nhôm (Al), titan (Ti), magiê (Mg), liti (Li),… - Kim loại nặng: kim loại hợp kim có khối lƣợng riêng lớn 4g/cm nhƣ sắt (Fe), đồng (Cu), kẽm(Zn), niken (Ni), vôfram (w), môlipđen (Mo), Ziếc côn (Zr),… - Kim loại dễ chảy: l cc kim loại v hợp kim có nhiệt độ nóng chảy thấp nhiệt độ nóng chảy sắt (1539°C) nhƣ nhơm (660°C),chì (327°C),vàng (1063°C)… - Kim loại khó chảy: kim loại hợp kim có nhiệt độ nóng chảy cao nhiệt độ nóng chảy sắt nhƣ titan (1665°C), crôm (1875°C), wonfam (3380°C)… - Kim loại quý: l cc kim loại hợp kim chúng có tính chất bền (trơ, khơng tác dụng hóa học) với mơi trƣờng thơng thƣờng kể loại axit nhƣ vàng, bạc, bạch kim,… - Kim loại : kim loại có trữ lƣợng vỏ đất nhƣ môlipđen, zieccon, lantan, xêri, xamari… Vật liệu vô – ceramic: Vật liệu vô – ceramic chất dẫn điện kém, khơng biến dạng dẻo giịn, bền vững hóa học nóng chảy nhiệt độ cao Thành phần cấu tạo chúng hợp chất kim loại phi kim loại dƣới dạng oxit, cacbit, nitric Các ceramic truyền thống thủy tinh, gốm, sứ, gạch thƣờng gạch chịu lửa Ngồi cịn ceramic công nghiệp ceramic đặc biệt để sử dụng công nghiệp điện, điện tử, hàng không vũ trụ… Vật liệu hữu – polyme: Vật liệu hữu – polyme chất dẫn điện kém, có khả biến dạng dẻo cao giòn nhiệt độ thấp, bền vững hóa học nhiệt độ thƣờng Nóng chảy phân hủy nhiệt độ thấp Hai nguyên tố thành phần chủ yếu chúng cacbon hydro Vật liệu hữu tự nhiên tự nhiên: cao su, xenlulo Vật liệu hữu sử dụng rộng rãi polyme tổng hợp polyetylen (PE), polyropilen (PP), polystyren (PS)… Ngồi ba nhóm cịn có loại vật liệu kết hợp gọi compozit, ví dụ: bê tông cốt thép (thép bể tông), vật liệu kết hợp kim loại polyme polyme với ceramic, ceramic với kim loại Các vật liệu có đặc điểm riêng: Vật liệu bán dẫn, siêu dẫn, vật liệu polyme dẫn điện, vật liệu silicon Vai trò, ý nghĩa vật liệu sống: Vật liệu nói chung đóng vai trị định đến tiến phát triển xã hội lồi ngƣời Khơng phải ngẫu nhiên mà ngƣời ta gắn cho giai đoạn lịch sử loài ngƣời tên nhƣ: “Thời Đại Đồ Đá” “… Đồ Đồng, Đồ Sắt…” Việc sử dụng vật liệu mang ý nghĩa định cho thời đại Vật liệu gắn liền với suất lao động, chất lƣợng giá thành sản phẩm Vật liệu công nghệ bí hành đầu nhà sản xuất Riêng ngành khí, vật liệu chế độ xử lý có vai trị đặc biệt quan trọng hẳn ngành sản xuất khác Sản phẩm khí cơng cụ ngành sản xuất khác Công cụ lại yếu tố định đến suất, chất lƣợng sản phẩm Ngành khí sử dụng chủ yếu vật liệu kim loại Vật liệu có đặc tính quan trọng khả biến đổi tính phạm vi rộng, phụ thuộc phƣơng pháp xử lý khác ngƣời cố ý tạo Điều có ý nghĩa vơ quan trọng q trình hình thành sản phẩm khí (Gia cơng tạo hình dạng, kích thƣớc chíng xác cần vật liệu mềm dẻo Sau gia công làm việc cần độ cứng, độ bền) Lịch sử sản xuất xã hội loại ngƣời trải qua giai đoạn: Lao động thủ công (Chân tay công cụ thô sơ), Cơ khí hóa (sử dụng máy móc cơng cụ đại), điện khí hóa (Sử dụng nguồn lƣợng điện), Tự động hóa (Máy móc hồn tồn thay ngƣời), Tin học hóa (Dùng máy tính để điều khiển q trình sản xuất) Điều khơng có nghĩa vai trị ngành khí hết Ngƣợc lại phát triển ngày mạnh tinh xảo lòng phát triển ngành kĩ thuật sản xuất khác Nhƣ vậy, vật liệu kim loại có tầm quan trọng hàng đầu sản xuất khí, giao thơng vận tải, xây dựng,……Vì có vai trị định q trình tiến hóa lồi ngƣời Khái quát trình phát triển ngành vật liệu: Con ngƣời biết sử dụng vật liệu kim loại từ lâu 7000 năm trƣớc ngƣời biết sử dụng Đồng hợp kim Đồng (năm 5000 năm trƣớc Cơng ngun) Sau thời đại đồ sắt thay thời đại đồ đồng vào khoảng 5000 năm trƣớc co ngƣời biết gia công vật liệu kim loại phƣơng pháp: Luyện , Rèn, Đúc Đã tìm đƣợc vật chứng kim loại nhƣ dao kiếm có tuổi 5000 năm qua tôi, thấm Cacbon (Trung Hoa, Ấn Độ, Arập) Và sử sách ghi lại Khoa học vật liệu kim loại đƣợc thực phát triển từ kỷ thứ 19 công nghiệp giao thơng đƣờng sắt phát triển mạnh địi hỏi phải tăng nhanh số lƣợng mà chất lƣợng thép Vì ngành luỵện kim phát triển mạnh thúc đẩy việc nghiên cứu kim loại Có thể đƣa mốc lịch sử sau: Đầu kỉ 19 bắt đầu dùng kính hiển vi quang học để nghiên cứu cấu trúc tổ chức bên kim loại 1868 Yephob, kỹ sƣ luyện kim ngƣời Nga, nghiên cứu chế tạo nòng súng đại bác phát thảo sơ nét giản đồ trạng thái Fe-C 1900 giản đồ trạng thái Fe-C đƣợc hoàn thành hầu nhƣ thay đổi, có tọa độ đƣợc làm xác thêm mà thơi Thế kỉ 20 kỉ sâu vào cấu trúc giải thích tƣợng, có mốc sau: Những năm 1920 – 1930 áp dụng tia RơnGen vào nghiên cứu cấu trúc, phát quy luật xếp nguyên tử kim loại hợp kim Những năm 1950 có kính hiển vi điện tử cho phép phân li kích thƣớc tới 0,2 – 0,4 m Nhờ áp dụng tia RơnGen phƣơng pháp vật lý khác ngƣời ta biết chất tổ chức nhiệt luyện Từ năm 1930 – 1940 hoàn chỉnh công nghệ nhiệt luyện Từ năm 1950 trở lại nghiên cứu mạnh khuyết tật cấu trúc kim loại áp dụng kết vào việc nâng cao độ bền Từ năm 1970 nghiên cứu vật liệu siêu bền, siêu đàn hồi có tính chất lý đặc biệt (Kim loại vơ định hình) Ở Việt Nam có lịch sử lâu đời sản xuất gia cơng vật liệu kim loại Chúng ta có sản phẩm có giá trị nhƣ trống Đồng Ngọc Lũ đƣợc đặt trụ sở HĐLHQ, tƣợng Đồng đen, kỹ thuật đúc chuông đồng….Rất tiếc khơng có tài liệu đƣợc lƣu truyền kỹ thuật đƣợc ông cha ta nghiên cứu sản xuất chúng Ngày việc nghiên cứu Việt Nam chủ yếu áp dụng vật liệu kim loại phƣơng pháp xử lí chúng chế tạo máy có ý nghĩa vơ quan trọng Nó giúp cho sản phẩm khí ta ngày có sức cạnh tranh đứng vững thị trƣờng Cấu tạo vật liệu: Vật rắn cấu tạo nguyên tử (phân tử), nhƣng tùy loại vật rắn cấu tạo khác xếp nguyên tử (phân tử) chúng khác Vật rắn tự nhiên có hai hình thức xếp ngun tử (phân tử): Vật rắn vơ định hình vật rắn tinh thể Vật rắn vơ định hình vật rắn có cấu tạo mà nguyên tử (phân tử) khơng có xếp trật tự, khơng theo quy luật Ví dụ nhƣ than đá, thủy tinh, nhựa hữu cơ….thông thƣờng phi kim loại Vật rắn tinh thể: vật rắn có cấu tạo từ nguyên tử (phân tử), có xếp trật tự theo quy luật Trong tự nhiên vật rắn tinh thể có hình dáng định, thƣờng vật kim loại Khi khảo sát vật rắn tinh thể thấy làm biến đổi cấu tạo (cấu trúc) làm biến đổi nhiều tính chất, đặc biệt tính, ảnh hƣởng đến tính sử dụng vật rắn Vật rắn tinh thể có cấu trúc bên mạng tinh thể Mạng tinh thể mơ hình hình học mơ tả xếp có quy luật nguyên tử (phân tử) không gian vật tinh thể Mỗi mạng tinh thể có đặc trƣng riêng Để dễ nghiên cứu ngƣời ta lấy phần không gian nhỏ mạng gọi ô (ô sở) Ơ sở (ơ bản) khối thể tích nhỏ đặc trƣng cách đầy đủ xếp trật tự có quy luật nguyên tử (phân tử) mạng tinh thể Phần lớn kim loại nguyên chất thƣờng có ba loại mạng tinh thể: Lập phƣơng thể tâm (lập phƣơng tâm khối), lập phƣơng tâm mặt (lập phƣơng diện tâm), sáu phƣơng xếp chặt (lục giác xếp chặt) Mạng tinh thể lập phương thể tâm (lập phương tâm khối): Định nghĩa: mạng tinh thể có sở hình lập phƣơng nguyên tử nằm đỉnh tâm khối Ký hiệu Ví dụ: Các kim loại nguyên chất có loại mạng tinh thể nhƣ Cr, W, V, Mo……… Mạng tinh thể lập phương tâm mặt (lập phương diện tâm) Định nghĩa: loại mạng tinh thể có sở hình lập phƣơng ngun tử nằm đỉnh tâm mặt, ký hiệu Ví dụ: Các loại mạng tinh thể nguyên chất có loại mạng tinh thể này: Au, Ni, Al, Pb, Cu, Ag,… Mạng tinh thể sáu phương xếp chặt: Định nghĩa: loại mạng tinh thể có sở hình lục lăng nguyên tử nằm đỉnh, tâm mặt đáy tâm ba lăng trụ tam giác cách Ví dụ: Các kim loại nguyên chất có loại mạng tinh thể này: Mg, Zn,… Sự biến đổi mạng tinh thể kim loại: a Tính thù hình kim loại: Định nghĩa: Tính thù hình kim loại loại kim loại có nhiều mạng tinh thể khác tồn khoảng nhiệt độ khác b Đặc tính thù hình: Các dạng thù hình khác đƣợc ký hiệu chữ Hy Lạp theo nhiệt độ từ thấp đến cao: , , …… Khi có chuyển biến thù hình kim loại có kèm theo thay đổi thể tích bên thay đổi tính chất Đây đặc tính quan trọng sử dụng chúng c Ví dụ: Sơ đồ tính thù hình sắt: Các thơng số mạng có kích thƣớc a1 = 2,88KX; a2 = 3,64KX; a3 = 2,48KX; 1KX = 1,002A0; 1A0 = 10-8 Khi nung sắt nguyên chất ngƣời ta thấy trạng thái rắn sắt thay đổi ba kiểu mạng tinh thể ba khoảng nhiệt độ khác ( 9110C, 9110C – 13920C, 13920C – 15390C) Vậy có ba dạng thù hình đƣợc ký hiệu: Fe , Fe , Fe Ta thấy có ba kiểu mạng tinh thể (kèm theo thay đổi thể tích sắt) tính chất Fe thay đổi theo II TÍNH CHẤT CHUNG CỦA VẬT LIỆU Cơ tính: đặc trƣng học biểu thị khả kim loại hay hợp kim chịu tác động loại trải trọng Các đặc trƣng bao gồm: a Độ bền: khả vật liệu chịu đƣợc tác động ngoại lực mà không bị phá hủy Độ bền đƣợc ký hiệu chữ σ (xích ma) Tùy theo dạng khác ngoại lực ta có loại độ bền: độ bền kéo σ k, độ bền uốn σu, độ bền nén σn Độ bền tính theo cơng thức: ) Độ cứng: khả vật liệu chống lại biến dạng dẻo cục có ngoại lực tác dụng lên kim loại thông qua vật nén Nếu giá trị lực nén, vết lõm biến dạng mẫu đo lớn, sâu độ cứng mẫu kim loại Đơ cứng đƣợc tính theo cơng thức: HB = F- diện tích mặt cầu vết lõm (mm2) P- Tải trọng nén viên bi (N) HB- Độ cứng (N/mm2) Độ cứng HB dùng kiểm tra vật liệu có độ cứng khơng lớn 450 (kN/mm2) b Độ dãn dài tƣơng đối [δ %] tỷ lệ tính theo phần trăm lƣợng dãn dài kéo chiều dài ban đầu l0 - độ dài mẫu trƣớc kéo (mm) l - độ dài mẫu sau kéo (mm) Vật liệu có độ dãn dài [δ %] lớn dẻo ngƣợc lại c Độ dai va chạm (ak J/mm2, kJ/m2) khả chịu đựng vật liệu tải trọng mà không bị phá hủy Lý tính: 10 Là tính chất kim loại thể qua tƣợng vật lý thành phần hóa học kim loại khơng thay đổi Lý tính có kim loại gồm có: khối lƣợng riêng, nhiệt độ nóng chảy, tính dãn n , tính dẫn nhiệt, tính dẫn điện từ tính a Khối lƣợng riêng: khối lƣợng cm2 vật chất Công thức: Ƴ = Ứng dụng khối lƣợng riêng kỹ thuật rộng rãi, khơng dùng để so sánh kim loại nặng nhẹ để tiện việc lựa chọn vật liệu, mà cịn giải số vấn đề thực tế Ví dụ, vật lớn nhƣ thép đƣờng ray, thép hình khó cân đƣợc khối lƣợng, nhƣng biết đƣợc khối lƣợng riêng đo đƣợc kích thƣớc mà tính thể tích nên khơng cần cân dùng cơng thức để tính khối lƣợng chúng b Nhiệt độ nóng chảy: nhiệt độ nung nóng đến làm cho kim loại từ thể rắn trở thành thể lỏng Sắt nguyên chất 15300C Gang 1130 – 1350 0C Thép 1400 – 15000C Tính chất quan trọng công nghiệp chế tạo khí, phƣơng pháp chế tạo chi tiết máy rẻ tiền phƣơng pháp đúc, nhƣng dùng phƣơng pháp đúc kim loại cần phải có tính chảy lỗng tốt Tính chảy lỗng kim loại thể lỏng tốt hay xấu nhiệt độ nóng chảy kim loại định, nhiệt độ nóng chảy thấp tính chảy lỗng kim loại tốt c Tính dãn nở: khả dãn nở kim loại nung nóng Độ dãn n lớn hay bé biểu thị hệ số dãn nở chiều dài đơn vị (1mm) gọi hệ số dãn nở theo chiều dài Sắt 0,0000118 Thép 0,0000120 d Tính dẫn nhiệt: khả dẫn nhiệt kim loại Độ dẫn nhiệt kim loại hợp kim không giống Gang, thép có tính dẫn nhiệt tốt nhƣng xa so với đồng nhôm Bạc Đồng 0,9 Nhôm 0,5 Sắt 0,15 e Tính dẫn điện: khả truyền dòng điện kim loại Kim loại vật dẫn điện tốt, bạc,sau đến đồng nhôm, nhƣng bạc đắt tiền nên kim loại đƣợc dùng nhiều kỹ thuật để làm vật dẫn điện 11 đồng nhơm Nói chung, kim loại có tính dẫn nhiệt tốt tính dẫn điện điện Hợp kim nói chung có tính dẫn điện so với kim loại f Từ tính: khả dẫn từ kim loại Sắt, niken, coban hợp kim chúng có từ tính thể rõ rệt nên chúng đƣợc gọi kim loại từ tính Hóa tính: Là độ bền kim loại tác dụng hóa học chất khác nhƣ: oxi, nƣớc, axit… mà không bị phá hủy Tính hóa học kim loại chia thành loại sau: a Tính chịu ăn mòn: độ bền kim loại ăn mịn mơi trƣờng xung quanh b Tính chịu nhiệt: độ bền kim loại ăn mịn oxi khơng khí nhiệt độ cao hoặcđối với tác dụng ăn mòn vài thể lỏng thể khí nhiệt độ cao c Tính chịu axit: độ bền kim loại ăn mịn axit Tính cơng nghệ: Là khả thay đổi trạng thái kim loại, hợp kim, tính cơng nghệ bao gồm tính chất sau: a Tính đúc: đƣợc đặc trƣng độ chảy lỗng, độ co tính thiên tích Độ chảy lỗng biểu thị khả điền đầy khn kim loại hợp kim Nếu độ chảy loãng cao tính đúc tốt Độ co lớn tính đúc tốt b Tính rèn: khả biến dạng vĩnh cửu kim loại chịu tác dụng ngoại lực để tạo thành hình dạng chi tiết mà khơng bị phá hủy Thép có tính rèn cao nung nhiệt độ phù hợp có tính dẻo tƣơng đối lớn Gang khơng có khả rèn giịn Đồng, chì có tính rèn tốt trạng thái nguội c Tính hàn: khả tạo thành liên kết phần tử hàn đƣợc nung nóng chỗ hàn đến trạng thái chảy hay dẻo III CÁC PHƢƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ TÍNH CHẤT CỦA VẬT LIỆU Đánh giá độ bền kéo vật liệu kim loại Để xác định đƣợc giá trị độ bền kéo kim loại hợp kim trƣớc tiên phải chế tạo mẫu vật liệu Mẫu đƣợc chế tạo theo tiêu chuẩn nƣớc Ở Việt Nam mẫu thử có tiết diện hình trịn hình chữ nhật Sau đƣợc kẹp máy kéo nén vạn đƣợc truyền động khí thủy khí 12 Khi tiến hành kéo mẫu máy, máy vẽ biểu đồ quan hệ lực kéo biến dạng mẫu theo tính chất vật liệu vật liệu dẻo (thép, đồng, nhôm,…….) hay vật liệu dịn (gang) mà ta có biểu đồ tƣơng ứng Trên biểu đồ quan hệ lực kéo biến dạng mẫu làm vật liệu dẻo ta thấy có giai đoạn nhƣ sau: OA: Giai đoạn đàn hồi, quan hệ lực biến dạng quan hệ bậc kéo lớn gọi lực tỉ lệ Ptl Giới hạn tỉ lệ: σtl = Ptl/ F0 Trong F0 diện tích ban đầu mặt cắt ngang AC: giai đoạn chảy, lực không tăng nhƣng biến dạng tăng, giá trị lực lực chảy 13 Giới hạn chảy: σch = Pch / F0 CBD: giai đoạn củng cố (tái bền) Giới hạn bền đƣợc tính: σB = PB / F0 Riêng vật liệu dòn ta thấy mẫu bị đứt biến dạng cịn bé, vật liệu có giới hạn bền: = Ý nghĩa: Nhờ tiêu phản ánh độ bền kim loại hợp kim mà ta đánh giá đƣợc khả sử dụng kim loại hợp kim đó: - Khả chịu tải trọng tĩnh: chi tiết máy có hình dáng, kích thƣớc, nhƣng làm vật liệu khác thì: + Vật liệu có lớn có khả chịu đƣợc tải trọng lớn mà đảm bảo đƣợc tính đàn hồi + Vật liệu có lớn chịu đƣợc tải trọng lớn mà khơng bị biến dạng + Vật liệu có lớn có khả chịu đƣợc tải trọng lớn mà chƣa bị phá hủy - Tuổi thọ sử dụng: chi tiết máy làm việc chịu tải trọng nhƣ nhƣng đƣợc làm từ loại vật liệu khác vật liệu có độ bền cao có tuổi thọ lâu - Làm nhỏ gọn kết cấu: chi tiết máy có kết cấu đƣợc chế tạo từ vật liệu khác chi tiết máy làm vật liệu có độ bền cao có kích thƣớc nhỏ gọn Đánh giá độ cứng vật liệu kim loại hợp kim Mỗi loại vật liệu khác có độ cứng khác Để đánh giá độ cứng ngƣời ta sử dụng phƣơng pháp đo độ cứng khác nhƣ: phƣơng pháp đo độ cứng Brinen, phƣơng pháp đo độ cứng Rocvel, phƣơng pháp đo độ cứng Vicke a Phƣơng pháp thử: Phƣơng pháp đo độ cứng Brinen Ngƣời ta dùng tải trọng máy ép thử để ấn viên bi thép lên bề mặt mẫu Trị số độ cứng đƣợc tính theo cơng thức sau: HB = P/ F 14 Trong đó: P: Tải trọng máy thử (kg) F: diện tích mặt chỏm cầu vết lõm (mm2) Nếu gọi đƣờng kính viên bi D, đƣờng kính vết lõm d, chiều sâu vết lõm h ta có cơng thứctính độ cứng nhƣ sau: F= Phƣơng pháp đo độ cứng Rocvel Phƣơng pháp dùng lực để ép đầu thử lên bề mặt mẫu, đầu thử viên bi thép mũi kim cƣơng có góc đỉnh 1200 Đồng hồ máy thử có thang đo A, B, C tƣơng ứng với lực thử P1 = 60 kg, P2 = 100kg, P3 = 150kg Mỗi thang đo có ký hiệu đơn vị lần lƣợt nhƣ sau: Thang A: lực thử P1, mũi thử kim cƣơng Ký hiệu (đơn vị): HRA Thang B: lực thử P2, mũi thử kim cƣơng Ký hiệu (đơn vị): HRB Thang C: lực thử P3, mũi thử kim cƣơng Ký hiệu (đơn vị): HRC Thang đo B dùng để đo vật liệu mềm, kích thƣớc nhỏ trung bình thƣờng thành phẩm (kim loại màu thép ủ thƣờng hóa) Thang đo A dùng để đo vật liệu cứng mỏng (hợp kim cứng, thép tôi) Thang đo C dùng để đo vật liệu cứng dày (thƣờng sản phẩm thepf nhƣ khuôn dập) Phƣơng pháp đo độ cứng Vicke Dùng mũi đo kim cƣơng hình chóp đáy hình vng góc hai mặt đối đối xứng 136 Độ cứng Vicke đƣợc ký hiệu HV (kg/mm2) HV = 1.8544 15 Trong đó: P tải trọng (kg), d độ dìa đƣờng chéo vết lõm (mm2) Phƣơng pháp đo độ cứng Vicke đƣợc dùng để đo cho vật liệu cứng vật liệu mềm b Ý nghĩa - Thông qua độ cứng vật liệu đặc trƣng cho tính chất làm việc chi tiết máy: + Khả chống mài mòn: bề mặt chi tiết máy có độ cứng cao khả chống mài mòn tốt + Khả cắt gọt dao khuôn dập nguội: độ cứng dao cao khả cắt gọt tốt, suất làm việc lớn - Thơng qua độ cứng đặc trƣng cho tính cơng nghê vật liệu dạng phôi + Mỗi loại vật liệu khác có khoảng gia cơng cắt thích hợp theo hệ số độ cứng nhấy định, ví dụ nhƣ thép có trị số độ cứng thích hợp từ 150 – 200HB + Khả mài bóng: độ cứng cao khả mài bóng tốt c Quan hệ loại độ cứng Giữa loại độ cứng khơng có mối quan hệ tốn học, muốn biết đƣợc mối quan hệ loại độ cứng ta phải tra bảng Nhƣng thực tế quan niệm độ cứng cao hay thấp (đối với thép) theo tiêu sau - Loại độ cứng dễ cắt gọn dập nguội: trị số nhỏ 220HB, 20HRC, 100HRB - Loại độ cứng trung bình: trị số khoảng 250 – 450 HB, 25 – 45 HRC - Loại độ cúng cao: khoảng 50 – 64 HRC - Loại độ cúng cao: trị số lớn 64 HRB 84 HRA Đánh giá độ dai va đập vật liệu: Để thử độ dai va đập ngƣời ta thực máy thử va đập lực đập búa với độ cao h để phá hủy mẫu kim loại Có hai mẫu đƣợc sử dụng để xác định độ dai va đập: Mẫu charpy có kích thƣớc 10x10x55mm, thử phải ngàm hai đầu máy Mẫu Izod có kích thƣớc 10x10x75 mm, xẻ rãnh chữ V sâu 2mm cách đầu 28mm ngàm đầu máy Quả búa lắc máy đập vào mặt đối diện chỗ xẻ rãnh, đồng hồ máy giá trị công phá hủy mẫu Độ dai va đập ak đƣợc xác định công thức: ak = A / F 16 Trong đó: A công để phá hỏng mẫu (Nm), F diện tích mặt cắt ngang mẫu chỗ xẻ rãnh (m2) Câu hỏi: Vật liệu đƣợc chia làm loại? Trình bày đặc tính loại Trình bày tính chất vật liệu Tại gọi sắt vật liệu có tính thù hình? Chƣơng 1: VẬT LIỆU KIM LOẠI Bài 1: GANG A Mục tiêu: - Trình bày đƣợc định nghĩa, đặc điểm, phân loại ký hiệu loại gang - Nhận dạng loại gang lựa chọn vật liệu thích hợp với khả chịu tải trọng B Nội dung: I GANG 17 Định nghĩa: Gang hợp kim sắt cacbon với lƣợng cacbon giới hạn khoảng 2,14 – 6,67 %, tạp chất thƣờng có gang Si, Mn, S, P Thành phần, tính chất gang - Thành phần + Hai nguyên tố thƣờng gặp Mn Si từ 0,5- 2% nguyên tố có tác dụng điều chỉnh hình thành graphit, tính gang + Phốtpho, lƣu huỳnh chứa từ 0,05- 5% (trong lƣu huỳnh nguyên tố có hại, tốt) + Cacbon nguyên tố quan trọng gang, ngồi cịn có ngun tố hợp kim nhƣ: Cr, Ni … Các nguyên tố biến tính nhƣ: Mg, Ce (Xêri) - Tính chất: + Về tính: Gang vật liệu có độ bền kéo thấp, độ giòn cao, chống ăn mòn ma sát, làm tắc rung động + Về tính cơng nghệ: Gang có tính đúc tốt gia cơng cắt dễ, chế tạo đơn giản độ chảy thấp, độ chảy loãng cao Các yếu tố ảnh hƣởng đến tính chất gang - Cacbon: Chứa gang dạng hợp chất hóa học Xêmantit gang gọi gang trắng Nếu dạng tự (Graphit) gọi gang xám tạo thành loại gang khác phụ thuộc vào thành phần hóa học tốc độ nguội - Silic: Silic nguyên tố ảnh hƣởng nhiều đến cấu trúc tinh thể gang, thúc đẩy tạo thành graphit gang xám thành phần Silic cao - Mangan: Mn gang thúc đẩy tạo thành gang trắng ngăn cảng Graphit hóa - Phơtpho: P ngun tố có hại làm giảm độ bền tăng độ giịn, nhiên P làm tăng tính chảy loãng, tác dụng dùng để đúc tƣợng.v.v… - Lƣu hùynh: S làm giảm tính đúc tính gang, ảnh hƣởng đến cấu trúc tinh thể gang điều kiện đông đặt làm nguội vật đúc; tốc độ nguôi nhanh ta đƣợc gang trắng, tốc độ nguội chậm ta đƣợc gang xám II CÁC LOẠI GANG THƢỜNG DÙNG * Theo thnh phần hóa học - Gang thƣờng - Gang hợp kim 18 * Theo tổ chức bên - Gang trắng - Gang xám - Gang dẻo - Gang cầu * Theo giản đồ trạng thái - Gang trƣớc tinh - Gang tinh - Gang sau tinh Gang trắng Gang trắng gang có màu trắng gang trắng, hầu hết cacbon gang trạng thái liên kết Fe3C (Xmentít, C chiếm tỷ lệ 6%) khơng có ký hiệu riêng - Thành phần: 3- 3,5% cacbon chứa Silit nguyên tố làm tăng khả graphit hóa - Tính chất Gang có độ cứng cao, dịn, dễ v , không cắt gọt đƣợc nhƣng chịu mài mịn ăn mịn tốt - Cơng dụng Gang trắng đƣợc sử dụng để sản xuất gang dẻo đúc chi tiết làm việc chịu tải trọng nhỏ, chịu mài mịn chịu ăn mịn nhƣ: mp lƣ i cài, vành bánh xe, ru lô my xt gạo Ngƣời ta khơng dùng làm tồn gang trắng mà làm mặt bên lõi gang xám Gang xám Ngƣời ta gọi gang xám, mặt gãy có màu xám Trong gang xám hầu hết cacbon trạng thái tự (grafit) dạng hình - Thành phần: (3-3,8)%C; (0,5-3)%Si; (0,5-0,8)%Mn; (0,15-0,4)%P; (0,12-0,2)%S - Ký hiệu: Gang xám đƣợc ký hiệu gồm 02 chữ (GX) loại gang hai số độ bền kéo độ bền uốn Ví dụ: GX21-40 l gang xám có đđộ bền kéo 21kg/mm2, độ bền uốn 40kg/mm2 19 - Tính chất: Gang xám có nhiệt độ nóng chảy thấp thép nhiều, khoảng từ 1147– 11520C Có tính cắt gọt cao, chịu mài mịn - Công dụng: Gang xám có độ bền độ cứng khơng cao thép, nhƣng có tính chống mài mịn nhƣ loại bạc, chi tiết vỏ nhƣ cỏ động cơ, vỏ máy, chi tiết chống rung nhƣ bệ máy, băng my Một số khuôn đúc nhƣ khuôn đúc thép thỏi , khn đúc ly tâm, khn đúc nhơm làm gang xám Gang dẻo (gang dẻo) Trong gang dẻo, hầu hết cacbon dạng grafit hình cụm Gang dẻo đƣợc chế tạo từ gang trắng cách ủ nhiệt độ cao để phân hóa cacbon liên kết thành grafit cụm - Ký hiệu: 20 ... vật liệu - Trình bày đƣợc tính chất vật liệu - Trình bày đƣợc phƣơng pháp đánh giá tính chất vật liệu - Tuân thủ quy định, quy phạm vật liệu học B Nội dung: I CẤU TẠO VẬT LIỆU Khái niệm vật liệu. .. Bài 8: VẬT LIỆU BÔI TRƠN, LÀM MÁT I.KHÁI NIỆM 59 II TÍNH CHẤT 60 GIÁO TRÌNH MƠN HỌC Tên môn học: VẬT LIỆU HỌC Mã môn học: MH 13 Thời gian thực môn học: 30... hóa học - Gang thƣờng - Gang hợp kim 18 * Theo tổ chức bên - Gang trắng - Gang xám - Gang dẻo - Gang cầu * Theo giản đồ trạng thái - Gang trƣớc tinh - Gang tinh - Gang sau tinh Gang trắng Gang