Mh 10 vật liệu cơ khí (ngành công nghệ ô tô)

ỦY BAN NHÂN DÂN TỈNH BẮC NINH TRƯỜNG CAO ĐẲNG CƠNG NGHIỆP BẮC NINH GIÁO TRÌNH MƠN HỌC: MH 10 - VẬT LIỆU CƠ KHÍ NGÀNH: CƠNG NGHỆ Ơ TƠ TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG (Ban hành kèm theo Quyết định số:433a /QĐ-CĐCN, ngày 12 tháng 10 năm 2022 Hiệu trưởng trường Cao đẳng Công nghiệp Bắc Ninh) Bắc Ninh -2022 -1- 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 -1- LỜI GIỚI THIỆU Khoa học kỹ thuật ngày chủ yếu tập trung vào năm lĩnh vực lớn là: cơng nghệ thơng tin, khí-tự động hóa, điện tử viễn thông, công nghệ sinh học công nghệ vật liệu Trong cơng nghệ vật liệu có bước phát triển quan trọng tạo nhiều loại vật liệu có tính ưu việt ứng dụng lĩnh vực đời sống kỹ thuật Vì vật liệu có tầm quan trọng việc sử dụng vật liệu cho thích hợp với yêu cầu điều kiện làm việc vấn đề quan trọng Mỗi loại vật liệu lại có đặc điểm riêng tính chất giá thành để lựa chọn vật liệu cho phù hợp không đơn giản Trong lĩnh vực khí đóng tàu khơng thể khơng liên quan đến vật liệu, u cầu tối thiểu kỹ sư khí đóng tàu phải nắm tính chất số loại vật liệu để lựa chọn sử dụng chúng điều kiện làm việc cụ thể kết cấu chi tiết máy Muốn phải hiểu kiến thức số loại vật liệu sử dụng phổ biến nay, vật liệu kim loại, vật liệu polyme vật liệu compozit Đó nội dung chủ yếu giảng Hiện nhà khoa học vật liệu liên tục nghiên cứu tìm tịi phát minh nhiều loại vật liệu làm biến đổi sâu sắc loại vật liệu truyền thống, có loại vật liệu biến tính để áp dụng chi tiết, kết cấu làm việc điều kiện khắc nghiệt Tuy nhiên thời gian tư liệu có hạn chắn giảng chưa cung cấp vấn đề nhất, tác giả có gắng hoàn thiện liên tục bổ sung vấn đề khoa học vật liệu thời gian sớm Cuối cùng, tác giả xin chân thành cảm ơn thầy giáo khoa Cơng nghệ Ơ tơ có đóng góp quý báu cho giảng Bắc Ninh, ngày tháng năm 2022 Tham gia biên soạn -2- Lê Đức Tùng Nguyễn Văn Hạnh Nguyễn Văn Hiệu Chủ biên Thành viên Thành viên MỤC LỤC CHƯƠNG 1: LÝ THUYẾT VỀ KIM LOẠI VÀ HỢP KIM Cấu tạo kim loại hợp kim Tính chất chung kim loại hợp kim 11 Giảm đồ trạng thái sắt - Các bon 13 CHƯƠNG 2: GANG 18 Khái niệm chung gang 18 Phân loại gang 18 CHƯƠNG 3: THÉP 23 Khái niệm chung thép 23 Phân loại thép 26 CHƯƠNG 4: NHIỆT LUYỆN 39 Khái niệm nhiệt luyện 39 Các phương pháp nhiệt luyện 41 CHƯƠNG 5: KIM LOẠI MÀU VÀ HỢP KIM MÀU 50 Đồng hợp kim đồng 50 Nhôm 53 Thiếc, chì, kẽm 55 CHƯƠNG 6: VẬT LIỆU PHI KIM LOẠI 58 Chất dẻo 58 1.1 Khái niệm chất dẻo 58 1.2 Phân loại 59 Đá mài, cao su, amiang 62 2.1 Đá mài, bột mài 62 2.2 Cao su 64 2.3 Amiang 64 Dầu, mỡ, xăng, nhiên liệu diesel 65 3.1 Dầu, mỡ bôi trơn 65 3.2 Xăng nhiên liệu diesel 67 -3- GIÁO TRÌNH MƠN HỌC Tên mơn học: VẬT LIỆU CƠ KHÍ Mã mơn học: MH 10 CAO ĐẲNG Vị trí, tính chất mơn học: - Vị trí: Mơn học bố trí sau song song với mơn học vẽ kỹ thuật trước môn học/mô đun đào tạo chun ngành - Tính chất: Là mơn học lý thuyết sở bắt buộc Mục tiêu môn 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 - Về lực tự chủ trách nhiệm: + Có ý thức tự giác, tính kỷ luật cao, tinh thần trách nhiệm công việc, sẵn sàng hợp tác, giúp đỡ lẫn + Tham gia học tập đầy đủ -4- Nội dung môn học: CHƯƠNG 1: LÝ THUYẾT VỀ KIM LOẠI VÀ HỢP KIM MỤC TIÊU: - Giải thích khái niệm kim loai hợp kim - Trình bày tính chất chung kim loại, hợp kim - Trình bày khái niệm giản đồ pha, điểm đường giới hạn xảy chuyển biến pha - Mô tả chuyển biến giản đồ pha Fe -C - Rèn luyện tính tự giác, ý thức tham gia học tập NỘI DUNG: Cấu tạo kim loại hợp kim 1.1 Khái niệm, đặc điểm, phân loại cấu tạo kim loại 1.1.1 Khái niệm Kim loại vật thể sáng, dẻo rèn được, có tính dẫn nhiệt dẫn điện cao 1.1.2 phân loại Thực tế tồn nhiều phương pháp phân loại, phương pháp thường sử dụng a Theo khối lượng riêng: Kim loại chia thành nhóm kim loại nặng kim loại nhẹ - Kim loại nặng kim loại có khối lượng riêng lớn 5g/cm3 +Ví dụ sắt ( = 7,8), vàng ( = 19,5), thuỷ ngân ( = 13,1) … - Kim loại nhẹ kim loại có khối lượng riêng nhỏ 5g/cm3 + Ví dụ nhơm ( = 2,7), titan ( = 4,5), man gan ( = 1,73) … b Theo nhiệt độ nóng chảy kim loại chia làm nhóm: - Kim loại có nhiệt độ nóng chảy cao sắt (1539 0C), vonphram (3410 0C), titan (1668 0C), đồng (1085 0C) - Kim loại có nhiệt độ nóng chảy thấp chì (327 0C), nhơm (657 0C), stibi (631 0C), c Theo tính chất hoạt động - Kim loại kiềm natri, kali, liti… - Kim loại chuyển tiếp sắt, crôm, mangan, vanadi, … 1.1.3 Cấu tạo mạng tinh thể kim loại - Trong điều kiện thường áp suất khí hầu hết kim loại tồn trạng thái rắn (ngoại trừ thủy ngân) -5- + Mạng tinh thể mô hình hình học mơ tả xếp có quy luật nguyên tử (phân tử) không 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 sở đủ Tuỳ theo loại ô người ta xác định thơng số mạng Ví dụ lập phương thể tâm (Hình 1.3) có thơng số mạng a chiều dài cạnh ô Đơn vị đo thông số mạng Ăngstrong (Angstrom), ký hiệu: A - Các kiểu mạng tinh thể thường gặp: + 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… -6- + 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 -7- b Tính thù hình kim loại * Định nghĩa Là kim loại có nhiều kiểu mạng tinh thể khác tồn khoảng nhiệt độ áp suất khác * Đặc tính thù hình - Các dạng thù hình khác ký hiệu chữ Hy Lạp theo nhiệt độ từ thấp đến cao: α, β, γ, δ… - Khi có chuyển biến thù hình kim loại có thay đổi thể tích tính chất bên Đây đặc tính quan trọng sử dụng chúng Ví dụ: Khi nung nóng sắt người ta thấy trạng thái rắn sắt thay đổi ba kiểu mạng tinh thể ba khoảng nhiệt độ khác (≤ 9110C, 911 - 13920C, ≥ 13920C) Vậy sắt có ba dạng thù hình ký hiệu là: Feα, Feg, Feδ Ta thấy sắt có ba kiểu mạng tinh thể khác tính chất sắt ứng với kiểu mạng khác 1.2 Khái niệm, đặc điểm, phân loại cấu tạo hợp kim 1.2.1 Khái niệm hợp kim a Định nghĩa Hợp kim vật thể có chứa nhiều nguyên tố mang tính chất kim loại Nguyên tố chủ yếu hợp kim nguyên tố kim loại b Ưu điểm hợp kim so với kim loại Trong lĩnh vực khí, hợp kim sử dụng rộng rãi ưu điểm sau: - Cơ tính hợp kim phù hợp với vật liệu chế tạo khí: ngành khí vật liệu sử dụng phải có yêu cầu độ bền cao, tuổi thọ sử dụng lâu Về mặt hợp kim hẳn kim loại nguyên chất, chúng có độ cứng, độ bền cao hẳn độ dẻo độ dai đủ cao - Tính cơng nghệ thích hợp: kim loại ngun chất có tính dẻo cao dễ gia cơng áp lực khó đúc, gia cơng cắt kém, khơng hóa bền nhiệt luyện Hợp kim có tính cơng nghệ khác phù hợp với điều kiện gia công: gia công -8- áp lực trạng thái nóng nguội, đúc, gia công cắt, nhiệt luyện… đảm bảo cho chế tạo sản phẩm có suất cao - Giá thành hạ hơn: dễ chế tạo khử bỏ tạp chất cách triệt để kim loại 1.2.2 Các dạng cấu tạo hợp kim Có thể nói tính chất hợp kim phụ thuộc vào kết hợp nguyên tố cấu tạo nên chúng Khi dạng lỏng, nguyên tố hòa tan lẫn để tạo nên dung dịch lỏng Tuy nhiên, làm nguội trạng thái rắn hình thành tổ chức pha hợp kim, khác tác dụng với nguyên tố Có thể có tổ chức pha sau: - Tổ chức pha (một kiểu mạng tinh thể): + Khi nguyên tố hợp kim tác dụng hòa tan trạng thái rắn, gọi dung dịch rắn + Khi nguyên tố hợp kim tác dụng hóa học trạng thái rắn, gọi hợp chất hóa học Tổ chức hai pha trở lên (có từ hai kiểu mạng tinh thể trở lên): pha hợp kim có tác dụng học với gọi hỗn hợp học ❖ 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 Nếu nguyên tử nguyên tố hòa tan (B) xen kẽ khoảng hở ngun tử dung mơi (A) ta có dung dịch rắn xen kẽ Sự hòa tan xen kẽ có giới hạn - Dung dịch rắn thay Nếu nguyên tử nguyên tố hòa tan (B) thay nguyên tử nguyên tố dung môi (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 -9- 2.3 Hợp kim nhôm đúc Hợp kim nhơm đúc thưịng dùng phổ biến sở Al-Si thành phần chủ yếu tinh (do thường gọi silumin) Cơ tính vật đúc phụ thuộc chủ yếu vào tốc độ nguội biến tính đúc Thường đúc khn kim loại để nhận tổ chức nhỏ mịn có tốc độ nguội lớn a Silumin đơn giản Là hợp kim nhôm đúc mà thành phần chủ yếu nhôm silic với hàm lượng silic từ 10÷13% Tổ chức chủ yếu tinh (Al+Si), thô to (các tinh thể Si có dạng hình que) độ bền độ dẻo thấp (σb =130MPa; δ = 3%) Do phải biến tính để nâng cao tính Dùng hỗn hợp muối (2/3NaF + l/3NaCl) với tỷ lệ 0,05 ÷ 0,08% để biến tính Lúc điểm tinh dịch bên phải nhiệt độ chảy giảm 10 ÷ 20°C Như hợp kim có tổ chức trước tinh gồm Al + (Al +Si) tinh nhỏ mịn (tinh thể Si nhỏ) làm tính cao (σb =180MPa; δ = 8%) Silumin đơn giản có đặc điểm là: - Có tính đúc cao (do tổ chức chủ yếu tinh) - Cơ tính thấp khơng hóa bền nhiệt luyện Do silumin đơn giản thường dùng đúc định hình chi tiết hình dáng phức tạp, yêu cầu độ bền không cao b Silumin phức tạp Silumin phức tạp có tính đúc tốt tính cao có thêm nguyên tố Cu, Mg có tác dụng tốt tơi hóa già (σb =200 ÷ 250MPa; δ = 1÷6%) Các silumin phức tạp có thành phần nguyên tố thay đổi rộng: ÷ 30%Si; < l%Mg; ÷7% Cu Cơng dụng chúng làm pit tơng loại động nhẹ, dễ tạo hình bị kẹt Ngồi cịn làm thân nắp động Thiếc, chì, kẽm 3.1 Thiếc 3.1 Thiếc Thiếc nguyên tố hóa học Bảng tuần hồn ngun tố hóa học Mendeleev, có ký hiệu Sn số nguyên tử 50 Thiếc có màu ánh bạc, nhiệt độ nóng chảy thấp (232 °C), khó bị ơxy hóa, nhiệt độ mơi trường thiếc chống ăn mịn người ta tìm thấy chúng có mặt nhiều hợp kim Nhờ đặc tính chống ăn mịn, người ta thường tráng hay mạ lên kim loại dễ bị ơxy hố nhằm bảo vệ chúng lớp sơn phủ bề mặt, sắt tây dùng để đựng đồ thực phẩm Thiếc thông thường khai thác thu hồi từ -55- quặng cassiterit, dạng Ơxít Thiếc thành phần tạo hợp kim đồng thiếc Ứng dụng: Thiếc dùng để tráng lên bề mặt vật thép, vỏ hộp thực phẩm, nước giải khát, có tác dụng chống ăn mịn, tạo vẻ đẹp khơng độc hại Thiếc dùng chế tạo hợp kim Ví dụ: Hợp kim Sn-Sb-Cu có tính chịu ma sát, dùng để chế tạo ổ trục quay Hợp kim Sn-Pb có nhiệt độ nóng chảy thấp (1800C) dùng để chế tạo thiếc hàn g ăn mòn, tạo vẻ đẹp không độc hại Chú ý: Các trường hợp ngộ độc kim loại thiếc, ơxit muối chưa biết rõ Tuy nhiên, hợp chất có thiếc-carbon định chất độc giống cyanua 3.2 Chì Chì ngun tố hóa học bảng tuần hồn hóa học viết tắt Pb (Latin: Plumbum) có số ngun tử 82.Chì có hóa trị phổ biến II, có IV Chì kim loại mềm, nặng, độc hại tạo hình Chì có màu trắng xanh cắt bắt đầu xỉn màu thành xám tiếp xúc với khơng khí Chì dùng xây dựng, ắc quy chì, đạn, phần nhiều hợp kim Chì có số nguyên tố cao nguyên tố bền Khi tiếp xúc mức độ định, chì chất độc động vật người Nó gây tổn thương cho hệ thần kinh gây rối loạn não Tiếp xúc mức cao gây rối loạn máu động vật Giống với thủy ngân, chì chất độc thần kinh tích tụ mơ mềm xương Nhiễm độc chì ghi nhận từ thời La Mã cổ đại, Hy Lạp cổ đại, Trung Quốc cổ đại Ảnh hưởng đến sức khỏe: Chì kim loại độc gây tổn hại cho hệ thần kinh, đặc biệt trẻ em gây chứng rối loạn não máu Ngộ độc chì chủ yếu từ đường thức ăn nước uống có nhiễm chì; xảy sau vơ tình nuốt phải loại đất bụi nhiễm chì sơn gốc chì Tiếp xúc lâu ngày với chì muối chất ôxy hóa mạnh PbO 2) gây bệnh thận, đau bất thướng giống đau bụng Đối với phụ nữ mang thai, tiếp xúc với chì mức cao bị sẩy thai Tiếp xúc lâu dài liên tục với chì làm giảm khả sinh sản sinh dục nam giới Thuốc giải điều trị nhiễm độc chì dimercaprol succimer 3.3 Kẽm a Kẽm nguyên chất -56- Kẽm kim loại có màu trắng xanh với tỷ trọng 7,133g/cm3 200C Nhiệt độ nóng chảy kẽm 419,450C Nhiệt độ sôi 760mmHg 9060C Tỷ trọng kẽm nhiệt độ nóng chảy 6,6g/cm3 Khi kết tinh tạo mạng tinh thể lục giác xếp chặt Kẽm nhiệt độ thường giòn dẻo nhiệt độ (100 ÷ 150)0C Trên 1500C kẽm trở lên giòn 2000C dễ tạo thành bột Giới hạn bền kẽm (бb = 20 ÷ 25) KG/ mm2, δ = ( 40 ÷ 50)%, độ cứng đạt (30 ÷60)HB Sắt cho vào làm tăng độ cứng kẽm, làm giảm độ dai va đập kẽm ngun tố có tính ổn định chống ăn mịn tốt khí quyển, phủ bảo vệ Bằng thực nghiệm người ta thấy, tốc độ ăn mòn ca km thay i (1 ữ 1,6) àm/nm Km c dùng nhiều dạng nguyên chất lẫn hợp kim Ở dạng nguyên chất kẽm dùng nguyên liệu công nghệ mạ kẽm, hàn kẽm nguyên tố hợp kim công nghệ sản xuất hợp kim nhôm, đồng, ma giê b Hợp kim kẽm Hợp kim kẽm chia thành hai loại: hợp kim kẽm đúc hợp kim kẽm biến dạng - Hợp kim kẽm đúc: thường dùng nguyên tố hợp kim chủ yếu: Cu, Ai, Mg Công dụng chủ yếu loại hợp kim để tạo chi tiết chịu ma sát ổ trục Các mác vật liệu thường dùng AM 10 – (gồm 10% Al, 5% Cu, lại kẽm) - Hợp kim kẽm biến dạng: sử dụng hợp kim kẽm đúc -57- CHƯƠNG 6: VẬT LIỆU PHI KIM LOẠI MỤC TIÊU: - Trình bày đặc điểm, tính chất phạm vi ứng dụng số chất dẻo; đá mài, cao su, amiang; nguyên nhiên liệu động - Trình bày tác dụng dầu mỡ bôi trơn, nhiên liệu động cơ; nguyên tắc chọn dầu mỡ bôi trơn nhiên liệu động - Nhận biết số loại chất dẻo, nguyên nhiên liệu thường sử dụng ngành cơng nghệ tơ; - Rèn luyện tính kỷ luật, kiên trì, cẩn thận, nghiêm túc, chủ động tích cực sáng tạo học tập NỘI DUNG: Chất dẻo 1.1 Khái niệm chất dẻo a Khái niệm: Chất dẻo loại vật liệu biến dạng mà khơng bị phá hủy định hình với áplực thấp b Tính chất Chất dẻo có nhiều tính chất q báu, tiêu lý cao Khối lượng thể tích dao động khoảng 10-2200 kg/m3, khối lượng riêng 0,9-2,2 g/cm3 Chất dẻo có chất độn dạng bột dạng sợi cường độ nén đạt đến 1200-2000 kG/cm2 Cường độ chịu uốn chất dẻo có chất độn dạng vẩy đạt đến 1500 kG/cm2, có chất độn dạng sợi thuỷ tình dị hướng: 4800-9500 kG/cm2 Hệ số phẩm chất kết cấu chất dẻo lớn 2250 kG/cm2, thép 127 kG/cm2, đura 1613kG/cm2 Chất dẻo khơng bị ăn mịn Nói chung bền với dung dịch axit kiềm yếu Có số chất dẻo (thí dụ polyetilen, poliisobutilen, polistiron, polivinyl clorit) chí cịn bền với dung dịch axit, muối kiềm đặc Vì chất dẻo sử dụng rộng rãi xây dựng xí nghiệp hoá chất, hệ thống thoát nước bảo vệ điện Chất dẻo, bình thường vật liệu dẫn nhiệt (λ = 0,28-0,65 kcal/m.oC.h) Chất dẻo bọt chất dẻo khí dẫn nhiệt cịn (λ=0,05-0,24 kcal/m.oC.h) Vì chất dẻo sử dụng rộng rãi để làm VLCN Chất dẻo bị mài mịn, nên thích dụng việc trải sàn nhà, có độ suốt cao Kính hữu cho tia tử ngoại qua 1%, kính thường 70% Chất dẻo nhuộm thành màu sắc Khi sử dụng chất tạo màu bền vững chúng giữ màu sắc lâu, nên khơng phải sơn định kỳ -58- Chất dẻo dễ gia cơng thành sản phẩm có hình dạng phong phú, chí phức tạp phương pháp rót, ép, đùn Nhiều loại chất dẻo dễ hàn nhờ người ta sản xuất loại đường ống phức tạp, loại lị chứa Hàn thực thiết bị đơn giản với tham gia khí nóng (thí dụ CO2) nhiệt 1.2 Phân loại 1.2.1 Chất dẻo tự nhiên (Cao su) a Khái niệm: Cao su pôlyme hữu mà nhiệt độ thường có tính đàn hồi cao (khả chịu biến dạng đàn hồi nhiệt độ thường đến 1000%), chịu kéo tốt, chịu nén kém, khơng thấm khí, nước, ổn định mơi trường tẩy rửa, cách điện tốt, có mật độ thấp b Cấu tạo: Cao su pơlyme có phân tử vơ giới hạn, có mối nối đôi các bon mạch nguyên tử đại phân tử Khối lượng phân tử lớn 400.000450.000 Đại phân tử có mạch thẳng hay mạch nhánh yếu, gồm mắt xích riêng biệt có xu hướng gấp lại thành cụm, tích nhỏ c Tính chất: Cao su polyme nhiệt dẻo Do có mặt phân tử cao su mối liên kết vô hạn bảo đảm điều kiện định chuyển sang trạng thái ổn định nhiệt Khi cho lưu huỳnh vào cao su, nguyên tử lưu huỳnh hoá trị hai tách mối nối kép hai nguyên tử bon mạch để nối mạch cao su với theo hướng cắt ngang Nguyên tử lưu huỳnh có vai trị cầu phân tử cao su nhận mạch khơng gian gọi cao su lưu hoá Tuỳ theo lượng lưu huỳnh đưa vào cao su mà độ dày đặc mạch lưới có khác Với từ 1÷5% lưu huỳnh cao su có mạch lưới thưa, mềm, đàn hồi cao Lượng lưu huỳnh tăng lên mạch cao su trở nên dày đặc hơn, tính chất cứng đạt lượng tối đa 30% cao su bão hoà lưu huynh trở nên cứng không đàn hồi được, gọi êbônit 1.2.2 Chất dẻo nhân tạo (Polyme) a Khái niệm: Polyme (còn gọi cao phân tử) phân tử nhiều hợp phần (xuất phát từ tiếng Hylạp cổ, poly: nhiều, me: phần) -Theo định nghĩa liên hiệp quốc tế hóa ứng dụng: Polyme hợp chất gồm phân tử hình thành lặp lại nhiều lần loại hay nhiều loại nguyên tử hay nhóm nguyên tử, liên kết với với số lượng -59- lớn để tạo nên loại tính chất mà chúng thay đổi không đáng kể lấy thêm vào vài đơn vị cấu tạo b Tính chất + Tính nóng chảy hịa tan: Do khối lượng phân tử lớn nên polyme biến sang trạng thái khí Khi nung nóng chúng khơng thể chuyển thành chất lỏng có độ nhớt thấp (sền sệt) Nếu trọng lượng phân tử lớn độ phân cực mạnh chúng khơng hịa tan dung mơi + Cơ tính polyme Cơ tính polyme phụ thuộc vào cấu tạo, nhiệt độ trạng thái vật lý - Biến dạng tác dụng lực: Mô đun đàn hồi, giới hạn bền kéo, tính dẻo độ dãn dài polyme xác định tương tự kim loại, σb kéo khoảng 100MPa, độ giãn dài tương đối cực đại khoảng 1000% (kim loại tối đa 100%) Khi nhiệt độ tăng mô đun đàn hồi giảm, độ bền kéo giảm, độ dẻo tăng - Tăng tốc độ biến dạng làm tăng tính dẻo biến dạng dị hướng - Độ bền mỏi: Có thể bị phá hủy mỏi tác dụng tải trọng có chu kỳ, nhiên giới hạn mỏi nhỏ nhiều so với kim loại Hình 11.2- Cấu trúc khái quát polyme mạch thẳng (a), nhánh (b), mạng lưới (c) không gian (d) Các nút tròn me - Độ dai va đập phụ thuộc vào điều kiện tác dụng lực va đập, nhiệt độ kích thước mẫu Nhìn chung độ dai va đập polyme nhỏ - Độ bền xé lượng cần thiết để xé rách mẫu có kích thước theo tiêu chuẩn, định khả làm việc bao bì, vỏ bọc dây điện -60- + Các tính chất khác - Tính chất lão hóa tượng độ cứng tăng dần, dần tính đàn hồi dẻo dẫn tới polyme bị dịn, cứng nứt vỡ theo thời gian Thông dụng xy hóa polyme xy khí - Khối lượng riêng khơng cao 0,9÷2,2G/cm2 tùy loại - Độ bền riêng (Độ bền kéo/khối lượng riêng): Một số pôlyme lớn kim loại (Nylon 6,6 có độ bền riêng 71 km) - Tính chất nhiệt: Dẫn nhiệt thấp, thường làm chất cách nhiệt dạng bọt, mút - Tính chất điện: Điện trở suất cao 1015÷1018 Ω/ cm, chất cách điện tuyệt vời - Tính chất quang: Một số polyme truyền ánh sáng, muốn chúng phải dạng vơ định hình (poly cácbonat PC truyền sáng 80%, polyeste PET truyền sáng 90%) c Các chất dẻo thông dụng - Acrylonitrit - butadien - styren (ABS) tên thương mại: marbon, cycolac, lustran abson Công dụng làm đệm lót tủ lạnh, đồ chơi, dụng cụ làm vườn - Acrylic (polymetymet-acrylat) PMA, tên thương mại lucite, plexigalass Công dụng làm kính, cửa máy bay, dụng cụ đo đạc, thiết kế - Flocacbon PTFE hay TFE, tên thương mại teílon TFE, halon TFE Công dụng làm van loại, đường ống, đệm chịu hóa chất, chất bọc chống ăn mịn, chi tiết điện tử làm việc ổ nhiệt độ cao - Polyamit PA, tên thương mại: Nylon, zytel, plaskon Công dụng làm ổ trượt, bánh răng, bàn chải, tay cầm, vỏ bọc dây điện, dây cáp - Polycacbonat PC, tên thương mại merlon, lexan Công dụng làm mặt nạ an tồn, chao đèn, kính, cho phim ảnh - Polystyren PS, tên thương mại styren, luxtrex, rexolite Công dụng làm hộp ắc quy, bảng điện nhà, đồ chơi, tường nhà, dụng cụ gia đình… - Vinyl PVC, tên thương mại PVC, pliovic, saran, tygon Công dụng làm bọc dây điện băng ghi âm, thảm trải sàn nhà, đường ống - Phenolíc: Tên thương mại epon, epirez, araldite Công dụng làm bọc mô tơ điện, vỏ điện thoại, dụng cụ điện - Polyeste: Tên thương mại selectron, laminac, paraplex Công dụng làm số chi tiết ô tô, ghế loại, vỏ thân quạt điện, thuyền composit, mặt nạ -61- - Silicon: Tên thương mại nhựa DC Công dụng làm vật liệu cách điện ổ nhiệt độ cao Elastome: Thông dụng loại cao su tổng hợp cao su styren - butadien (SBR), nitritbutadien (NBR), cao su Silicon - Polyisopren: Tên thương mại cao su tự nhiên (NR) Công dụng làm săm, lốp, ống, đệm - Copolymestyren - butadien: tên thương mại GRB, buna s (SBR) Công dụng loại - Copolyme acrilontrit - butadien: Tên thương mại buna A, nitril (NBR) Công dụng làm ống mềm dùng dầu hỏa, hóa chất, dầu mỡ, đế gót giày - Clopren: Tên thương mại neopren (CR) Công dụng làm bọc dây cách điện, thiết bị hóa chất, băng chuyền, loại ống, đệm - Polysiloxan tên thương mại Silicon Công dụng làm cách điện nhiệt độ cao, thấp, dùng y tế, chất trám đưịng ống cơng nghiệp thực phẩm Đá mài, cao su, amiang 2.1 Đá mài, bột mài 2.1.1 Khái niệm chung: a Định nghĩa: Đá mài loại dụng cụ cắt có nhiều lưỡi cắt với thơng số hình học khơng xác định Các hạt mài dính kết với nhờ chất kết dính b Cấu tạo: Đá mài cấu tạo bao gồm: - Hạt mài (vật liệu mài) - Chất kết dính - Khoảng trống c Đặc điểm cắt gọt đá mài: - Ở đá mài lưỡi cắt khơng giống - Hình dạng hình học hạt mài khác nhau, bán kính góc lượn đỉnh hạt mài, hướng góc cắt xếp hỗn loạn, khơng thuận lợi cho việc phoi - Khi cắt có nhiều hạt mài đồng thời cắt gọt hướng góc cắt hạt khơng phù hợp với nhau, tạo ma sát cho chi gia cơng bị nung nóng nhanh nhiệt độ vùng mài lớn, dễ làm cháy bề mặt gia cơng làm thay đổi lý tính vật liệu - Đá mài có tính tự sửa: Sau thời gian làm việc, hạt mài bị mòn khơng cịn khả cắt gọt, lúc đá mài cà sát bề mặt chi tiết, sinh ma sát, -62- làm áp lực mài tăng lên thắng lực liên kết dính, làm hạt mài bị mòn rơi khỏi đá để hạt mài bên cịn sắc cạnh nhơ để cắt gọt Hiện tượng xảy liên tục trình mài 2.1.2 Các yếu tố đặc trưng đá mài: a Độ hạt: Độ hạt kích thước thực tế hạt mài ký hiệu số, hạt mịn số thị nhỏ Độ hạt có ảnh hưởng đến suất chất lượng mài Độ hạt to suất mài cao độ xác độ bóng bề mặt lại thấp, cụ thể: - Khi mài thô : Dùng đá có độ hạt 200  100 - Khi mài bán tinh : Dùng đá có độ hạt 80  40 - Khi mài tinh : Dùng đá có độ hạt 32  10 b Độ cứng: Độ cứng đặc trưng cho độ bền chất kết dính, khả giữ hạt mài không bị rơi khỏi đá mài Đá mềm hạt mài dễ tách khỏi đá ngược lại đá cứng hạt mài khó tách khỏi đá Độ cứng đá mài phân nhiều cấp: Mềm, mềm vừa, trung bình, cứng, cứng vừa, đặc biệt cứng Nguyên tắc chọn độ cứng đá mài: - Khi mài vật liệu cứng: Chọn đá mài mềm - Khi mài vật liệu mềm: Chọn đá mài cứng c Kết cấu đá mài (mật độ đá mài): Kết cấu đá mài đặc trưng cho độ xốp đá, nói lên tỷ lệ thể tích hạt mài, chất kết dính khoảng trống Có 13 mức độ kết cấu khác nhau, từ N0  N12 Số nhỏ kết cấu chặt (càng có nhiều hạt mài có khoảng trống) Kết cấu đá mài chia làm nhóm: - Nhóm kết cấu chặt : N0  N3 - Nhóm kết cấu vừa : N4  N6 - Nhóm kết cấu xốp : N7  N12 Khi mài vật liệu dẻo (Cu, Al) dùng đá có kết cấu xốp, mài vật liệu cứng (gang, thép) dùng đá có kết cấu chặt 2.1.3 Bột đá mài: Bột đá mài có loại: - Bột đá mài tự nhiên như: Thạch anh, Coranh đông bột đá mài nhân tạo như: Coranh đông điện, Silicacbua, Bôcacbua -63- - Bột đá mài vật liệu có độ cứng cao, chịu mài mòn tốt, dùng để làm đá mài vải giáp, giấy giáp Ngồi cịn dùng để đánh bóng bề mặt chi tiết 2.2 Cao su 2.2.1 Phân loại: Có loại cao su cao snu thiên nhiên cao su nhân tạo - Cao su thiên nhiên: Được lấy từ nhựa cao su Khi lấy có mầu trắng đục, để lâu ánh sáng biến thành mầu nâu - Cao su nhân tạo: Là vật liệu pôlyme tương tự cao su thiên nhiên, có người điều chế từ chất hữu đơn giản hơn, thường phản ứng trùng hợp Ví dụ: Cao su Butadien (Cao su Buna), cao su Isopren, - Cao su thường dùng công nghiệp đời sống cao su lưu hoá tức pha thêm  2% lưu huỳnh 2.2.2 Tính chất: Tính chất bật cao su tính đàn hồi Cao su lưu hóa giữ tính đàn hồi khoảng nhiệt độ 200C  1000C Cao su cịn có số tính chất quý khác : Độ bền cao, chịu mài mịn tốt, khơng thấm nước khí, có khả dập tắt nhanh rung động ; cách nhiệt, cách điện tốt, chịu tác dụng hoá học axit, kiềm; khối lượng riêng nhỏ Nhược điểm cao su là: Bị giảm dần tính chịu tác dụng ánh sáng nhiệt độ, bị hoà tan số dung môi hữu như: Xăng, dầu, 2.2.3 Công dụng: Cao su sử dụng rộng rãi công nghiệp đời sống Trong ngành khí, cao su dùng rộng rãi để chế tạo loại sản phẩm sau: - Đai truyền chuyển động, đai truyền vận chuyển (băng tải vận chuyển cát, than, đá, ) - Vịng đệm làm kín mặt tiếp xúc chi tiết máy nhằm tránh chảy dầu, nước, tránh rị khí, tránh bụi, - Ống dẫn chất lỏng, chất khí chịu áp suất thấp - Chế tạo vật phẩm cách điện 2.3 Amiang - Định nghĩa: Amiăng nhóm sợi khống thiên nhiên, lấy từ quạng mỏ, có chứa can xi, silicat, Mage - Tính Chất : Amiăng có màu trắng, mịn thớ nhỏ, có tính chịu nhiệt cao, khả dẫn nhiệt thấp, có độ bền học lớn, có khả chịu axi1t, kiềm, tính chất Amiang khơng thay đổi nhiệt độ < 5000c Ví dụ : cát trắng Sio2, hỗn hợp tự nhiên Al2O3, Sic -64- - Công dụng : Sợi Aming dùng làm đệm cách nhiệt , giấy Aming dùng làm đệm cách nhiệt , cách điện , làm vật liệu ống lót , nồi , làm việc nhiệt độ cao , ép làm cấu hãm máy , vải Amiang dùng làm găng tay , quần áo chịu nhiệt thợ lị , lính cứu hỏa - Nhươc điểm : Vật liệu Aming có tính độc hại cao , nên người ta khuyến cáo dùng Dầu, mỡ, xăng, nhiên liệu diesel 3.1 Dầu, mỡ bôi trơn 3.1.1 Tác dụng dầu mỡ - Làm giảm ma sát bề mặt tiếp xúc chi tiết máy, nhờ làm giảm mài mòn chi tiết hạn chế tiêu hao lượng ma sát - Làm mát chi tiết máy trình làm việc, dầu dầu có tác dụng truyền dẫn nhiệt nhờ hệ thống dẫn dầu chuyển động liên tục - Làm bề mặt chi tiết máy, nhờ hạn chế mài mịn chi tiết - Làm kín bề mặt tiếp xúc chi tiết số phận máy Ví dụ: động đốt trong, màng dầu mỏng vách xilanh, ngồi tác dụng bơi trơn cịn có tác dụng làm kín khe hở xécmăng pittơng bảo đảm cho hỗn hợp khí cháy khơng bị rị ngồi - Tạo lớp bảo vệ chống ăn mòn kim loại 3.1.2 Dầu nhờn a Phân loại Đầu nhờn chế biến từ dầu mỏ, có màu đen, màu lược màu nâu Có nhiều loại dầu nhờn, dầu nhờn phân chia thành nhóm chủ yếu sau: - Dầu dùng cho động (bôi trơn cho động máy bay, ô tô, máy kéo…) - Dầu truyền động (dùng để bôi trơn loại hộp số, cầu ô tô, hộp truyền lực, hộp giảm tốc … ) - Dầu công nghiệp - Dầu đặc biệt (dầu tuabin, dầu biến thế…) b Công dụng Dầu dùng cho động gồm: - Dầu mùa đơng: Kí hiệu AC-6 dùng cho động ơtơ hoạt động khí hậu lạnh Chữ A dầu dùng cho động đốt Chữ K (hay C) phương pháp lọc dầu tinh chế Số 6: Chỉ độ nhớt dầu tính cst 1000C -65- - Dầu mùa hè: Kí hiệu AC-10 dùng cho động xe du lịch, xe tải - Dầu truyền động: Để bôi trơn cho phận xe, hộp giảm tốc, tuỳ theo điều kiện sử dụng, thời tiết loại xe máy 3.1.3 Mỡ Mỡ chất bôi trơn thể đặc, có màu vàng nhạt, nâu sẫm đen Mỡ thường dùng để bảo quản dụng cụ, chi tiết máy lúc vận chuyển chờ sử dụng Mỡ dùng để bôi trơn phận khó giữ dầu, khó tra dầu lâu phải thay chất bơi trơn a Tính chất - Có trọng lượng riêng 1g/cm3 - Chế tạo cách trộn dầu với xáp hay xà phòng nhiệt độ cao pha thêm lượng thuốc chất biến tính - Mỡ có màu vàng nhạt đến màu nâu thẫm đen - Mỡ có độ nhỏ giọt độ lún: Người ta chia làm ba loại: + Độ nhỏ giọt thấp: Là mỡ chảy nhiệt độ thấp (từ thể đặc sang thể lỏng) + Độ nhỏ giọt trung bình + Độ nhỏ giọt cao - Độ lún mỡ độ mềm mỡ Mỡ cứng lún thường dùng cho phận có lực ma sát nhỏ - Mỡ có tính ổn định: Ít bị biến chất q trình làm việc, chịu nhiệt nóng, giữ vững cấu tạo mạng tinh thể tổ ong, chống oxy hố để khơng bị vón cục, cứng lại - Trong mỡ khơng có tạp chất ăn mịn kim loại, cặn bã nước b Phân loại - công dụng - Mỡ sôliđôn: Chịu nước không chịu nóng dùng cho xe máy Có ba loại mỡ sôliđôn: YC -1 dùng cho mùa đông, YC -2 dùng cho mùa hè, YC -3 dùng đặc - Mỡ cơngtalin: Chịu nóng khơng chịu nước Có hai loại: YT-1, YT-2 hai loại tổng hợp YTC-1, YTC-2 - Mỡ chịu nhiệt: Có thể làm việc nhiệt độ 80 1000C, khơng chịu nước Có hai loại: 1-13 1-13C - Mỡ chịu nóng chịu lạnh tốt: Dùng cho phận làm việc nhiệt độ khác - Mỡ bảo quản: Dùng để bôi lên bề mặt chi tiết chống han rỉ, chịu nóng tới 350C Có kí hiệu: K-15, CXK -66- 3.2 Xăng nhiên liệu diesel 3.2.1 Xăng: Xăng nhiên liệu dùng cho động đốt đốt cháy cưỡng Ngịai xăng cịn làm chất dung mơi để hịa tan số hóa chất a Tính chất xăng: Xăng loại nhiên liệu lỏng, dể bốc bốc cháy, có mùi, khơng hịa tan nước Trọng lượng riêng từ 0,7 – 0,775g/cm3 thành phần xăng hợp chất hydro-cacbon ngịai cịn có số tạp chất khác không đáng kể oxy, nitơ, lưu huỳnh, … Xăng dùng cho động xăng cần có yếu tố sau: + Tính bốc tốt + Tính chống kích nổ + Có ổn định cao hóa học + Khơng có tạp chất ăn mịn, cặn bẩn + Khơng làm han gỉ chi tiết động b Công dụng: Xăng chủ yếu dùng làm nhiên liệu cho động đốt làm dung môi Hiện xăng thị trường có xăng có chì xăng khơng chì thường kèm số octan Chỉ số cho biết khả chống kích nổ xăng c Cách bảo quản: Xăng dễ bốc dễ cháy nổ, nguy hiểm nên việc bảo quản xăng khỏi hao hục, phải đặc biệt ý đến an tịan cháy nổ Xăng chất độc ảnh hưởng đến sức khẻo tiếp xúc trực tiếp 3.2.2 Dầu Diesel: Nhiên liệu Diesel dùng cho động đốt tự đốt cháy gọi động Diesel Thành phần hóa học nhiên liệu Diesel chủ yếu hydro- cacbon a Tính chất: Nhiên liệu Diesel suốt có màu nâu hung, trọng lượng riêng 0,78 – 0,86g/cm3 Tính chất nhiên liệu Diesel đặc trưng số xêtan Chỉ số Xêtan lớn, cháy chậm nhỏ, động nổ êm Độ nhớt: nhiên liệu Diesel phải có độ nhớt động học theo quy định để làm nhiệm vụ bôi trơn cho chi tiết bơm cao áp kim phun Hàm lượng chất két dính: biểu thỉ khả chống tạo thành muội than trình cháy -67- b Công dụng: Sử dụng cho loại động diesel làm dung môi c Bảo quản: Nhiên liệu Diesel nguy hiểm xăng, nhiên bảo quản cũg giống xăng, chất độc nguy hiểm cho sức khẻo, tiếp xúc cần thận trọng -68- TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Hồnh Sơn Vật liệu khí NXB Giáo dục – 2000 [2] Phạm Thị Minh Phương, Tạ Văn Thất Công nghệ nhiệt luyện NXB Giáo dục – 2000 [3] Châu Minh Quang, Giáo Trình Vật Liệu Cơ Khí, ĐHCNTPHCM – 2009 Phạm Đình Sùng, Giáo Trình Vật Liệu Cơ Khí, NXB Xây Dựng [4] Nguyễn Khắc Xương, Vật liệu kỹ thuật, NXB Bách Khoa Hà Nội [5] Trần Thế San – Nguyễn Ngọc Phương, Vật liệu khí đại, NXB Khoa học kỹ thuật -69-