Giáo trình Vật liệu cơ khí (Nghề: Hàn - Trung cấp) - Trường Cao đẳng nghề Xây dựng (Chương trình năm 2021)

BỘ XÂY DỰNG TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ XÂY DỰNG GIÁO TRÌNH MƠ ĐUN/MƠN HỌC: VẬT LIỆU CƠ KHÍ NGÀNH/NGHỀ: HÀN TRÌNH ĐỘ: TRUNG CẤP (Ban hành kèm theo định số: … /QĐ … ngày … tháng … năm … Hiệu trưởng trường Cao đẳng nghề Xây dựng) Quảng Ninh, năm 2021 TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN Tài liệu thuộc loại sách giáo trình nội 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 LỜI GIỚI THIỆU Trong thời kỳ cơng nghiệp hóa, đại hóa nước ta nói chung Trường Cao đẳng nghề Xây dựng nói riêng Cơng tác đào tạo nguồn nhân lực cho xã hội có vai trị quan trọng, yếu tố để phát triển xã hội, tăng trưởng nhanh bền vững Quán triệt chủ trương nghị Tỉnh, Đảng Trường Cao đẳng nghề Xây dựng phát triển nguồn nhân lực đáp ứng kịp thời nguồn nhân lực cho công công nghiệp hóa, đại hóa nhận thức đắn tầm quan trọng chương trình, giáo trình việc nâng cao chất lượng đào tạo: Môn học vật liệu khí mơn học có nhiều thơng tin lý thuyết , mang tính ứng dụng cao thực tiễn Giáo trình tài liệu giảng dạy học tập cho giáo viên học sinh ngành khí Trường Cao đẳng nghề Xây dựng Giáo trình biên soạn theo đề cương môn học Nội dung biên soạn theo tinh thần ngắn gọn, dễ hiểu, kiến thức chương trình có mối liên hệ chặt chẽ Khi biên soạn giáo trình tác giả cố gắng cập nhật kiến thức mới, phù hợp với đối tượng học sinh cố gắng, gắn nội dung lý thuyết với vấn đề thực tế thường gặp sản xuất, đời sống để giáo trình có tính thực tiễn Giáo trình thiết kế theo mơn học thuộc hệ thống mơn học sở chương trình đào tạo nghề Hàn, trình độ Cao đẳng, trình độ Trung cấp dùng làm giáo trình cho học sinh khóa đào tạo Ngồi giáo trình sử dụng làm tài liệu tham khảo để đào tạo ngắn hạn cho công nhân kỹ thuật nhà quản lý người sử dụng nhân lực Mặc dù cố gắng tổ chức biên soạn để đáp ứng mục tiêu đào tạo, đề cương chương trình biên soạn lần đầu, thiếu sót khó tránh Rất mong nhận nhận xét, đóng góp ý kiến q thầy, giáo bạn đọc để nhóm biên soạn hiệu chỉnh hồn thiện … ngày… tháng… năm…… Nhóm biên soạn MỤC LỤC LỜI GIỚI THIỆU Chương 1: NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ KIM LOẠI VÀ HỢP KIM 2.1 Tầm quan trọng kim loại hợp kim 2.2 Cấu tạo kim loại hợp kim 2.3 Tính chất chung kim loại hợp kim 2.4 Hợp kim biến đổi tổ chức 11 Chương 2: GANG 19 2.1 Giới thiệu chung gang 19 2.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến tính chất chung gang 20 2.3 Các loại gang thường dùng 20 Chương 3: THÉP 24 2.1 Khái niệm chung thép 24 2.2 Thép bon 24 2.3 Thép hợp kim 26 Chương 4: KIM LOẠI MÀU VÀ HỢP KIM MÀU 30 2.1 Đặc điểm tính chất chung kim loại màu 30 2.2 Đồng hợp kim đồng 30 2.3 Nhôm hợp kim nhôm 31 2.4 Thiếc - Chì - Kẽm 32 2.5 Hợp kim làm ổ trượt 33 Chương 5: NHIỆT LUYỆN HÓA NHIỆT LUYỆN 36 2.1 Khái niệm nhiệt luyện 36 2.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến trình nhiệt luyện 36 2.3 Các hình thức nhiệt luyện 37 2.4 Các dạng sai hỏng thường gặp nhiệt luyện 39 Chương 6: ĂN MÒN KIM LOẠI VÀ PHƯƠNG PHÁP CHỐNG ĂN MÒN KIM LOẠI 41 2.1 Hiện tượng ăn mòn kim loại 41 2.2 phương pháp chống ăn mòn kim loại 42 Chương 7: VẬT LIỆU PHI KIM LOẠI 44 2.1 Chất dẻo, đá mài, cao su, gỗ, amiăng 44 2.2 Dung dịch trơn nguội 49 CHƯƠNG TRÌNH MƠN HỌC Tên mơn học: VẬT LIỆU CƠ KHÍ Mã mơn học: MH08 I Vị trí, tính chất mơn học: - Vị trí mơn học: Mơn học Vật liệu khí thuộc mơn học kỹ thuật sở ngành - Tính chất mơn học: Là mơn học lý thuyết sở bắt buộc II Mục tiêu môn học: - Kiến thức: + Trình bày 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 - Kỹ năng: + Lựa chọn phương pháp khoảng nhiệt độ nhiệt luyện cho loại vật liệu khác + Lựa chọn sử dụng thiết bị đo tính vật liệu + Chọn vật liệu cho kết cấu biết yêu cầu sử dụng chúng thực tế - Năng lực tự chủ trách nhiệm: Tinh thần trách nhiệm, tư sáng tạo thực tế sản xuất, đảm bảo an toàn lao động vệ sinh công nghiệp III Nội dung môn học: Nội dung tổng quát phân bố thời gian: Thời gian (giờ) Số TT Thực hành, Kiểm Tổng Lý thảo tra số thuyết luận, tập Tên chương, mục Chương 1: Những khái niệm kim loại hợp kim 8 Chương 2: Gang Chương 3: Thép 8 Chương Kim loại màu hợp kim màu 4 0.5 0.5 Hợp kim làm ổ trượt 0 Chương Nhiệt luyện hố nhiệt luyện Chương Ăn mịn kim loại Phương pháp chống ăn mòn kim loại 4 Chương Vật liệu phi kim loại Cộng 45 42 Chương 1: NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ KIM LOẠI VÀ HỢP KIM Mục tiêu - Hiểu tầm quan trọng kim loại hợp kim - Nêu tính chất chung kim loại hợp kim - Nhận biết, phân biệt kim loại hợp kim - Rèn luyện tính tích cực, tư duy, sáng tạo học tập Nội dung chương: Những khái niệm kim loại hợp kim 2.1 Tầm quan trọng kim loại hợp kim Để xây dựng phát triển kinh tế quốc dân vững mạnh cần phải phát triển công nghiệp nặng , ngành chế tạo khí quan trọng - Để chế tao loại máy móc thiết bị khí phải có vật liệu , kim loại vật liêu chủ yếu Sở dĩ kim loại vật liệu sử dụng chủ yếu ngành chế tạo khí có nhiều tính chất ưu điểm quan trọng , ưu việt hẳn so với loại vật liệu khác - Ngày , ngành công nghiệp vật liệu phát triển mạnh mẽ với nhiều loại vật liệu khác : Gỗ , thuỷ tinh , chất dẻo , Với tính ngày tốt sản lượng ngày cao , không thay hoàn toàn cho kim loại hợp kim - Do , bên cạnh việc nghiên cứu thay kim loại hợp kim vật liệu phi kim loại có tính thích ứng , người ta tiếp tục nghiên cứu để tìm kim loại hợp kim có tính ưu việt : Nhẹ, bền , chịu ăn mòn , chịu nhiệt , chịu va đập , * Việc nghiên cứu sản xuất loại gang , thép trọng tâm công nghiệp vật liệu nói riêng kinh tế quốc dân nói chung tất nước có công nghiệp phát triển 2.2 Cấu tạo kim loại hợp kim Khái niệm kim loại: Kim loại vật liệu sáng dẻo rèn được, có tính dẫn điện, dẫn nhiệt cao Phương diện hóa học kim loại nguyên tố dễ nhường điện tử phản ứng hóa học 2.2.1 Cấu tạo mạng tinh thể kim loại - Trong kim loại kim loại xếp cách trật tự tuần hoàn không gian - Các nguyên tử kim loại xếp cách có trật tự nguyên tử nằm mặt phẳng song song cách gọi mặt tinh thể , tập hợp vô số mặt tinh thể lập thành mạng tinh thể - Tồn mạng khơng gian xem tạo thành hình khối nhỏ đơn giản giống mà cách xếp phân tử đại diện chung cho toàn mạng ô gọi ô Hình 1.1 Cấu tạo mạng tinh thể 2.2.2 Các kiểu mạng tinh thể thường gặp a a Mạng lập phương thể tâm Trong ô kiểu mạng có nguyên tử nằm nút (đỉnh) hình lập phương hình lập phương có nguyên tử - Khoảng cách a tâm nguyên tử kề ô mạng tinh thể, gọi thông số mạng Độ lớn đo A ( Ángtrong ) 1A = 10 cm - Các kim loại có kiểu mạng này: Fe, Cr, Mo, W, Hình 1.2 Lập phương thể tâm b Mạng lập phương diện tâm khối a a a - Các nguyên tử (ion) nằm đỉnh (tâm) mặt hình lập phương - Trong mạng tinh thể gồm 14 nguyên tử nguyên tử nằm nút mạng, nguyên tử nằm mặt - Số nguyên tử ô riêng biệt: + = 14 Các kim loại: Feγ, Cu, Ni, Al, Pb… có kiểu mạng lập phương diện tâm c Mạng lục phương dày đặc c a Hình 1.4 Mạng lục giác xếp chặt Bao gồm 12 nguyên tử nằm đỉnh, nguyên tử nằm mặt đáycủa hình lăng trụ lục giác nguyên tử nằm khối trung tâủ khối lăng trụ tam giác cách Khối kiểu mạng gồm lớp nguyên tử xếp sít nhau, ngtử lớp đáy xếp sít đến ngtử xếp vào khe lõm lớp đáy chúng xếp sít nhau, ngtử lớp đáy lại xếp vào khe lõm lớp có vị trí trùng với vị trí lớp đáy - Số nguyên tử ô riêng biệt: 2.6 + + = 17 - Số nguyên tử ô mạng tinh thể: 12.1/6 + 2.1/2 + = - Các kim loại có kiểu mạng là: Be, Mg, Ti, Co 2.2.3 Hợp kim a Định nghĩa Hợp kim sản phẩm nấu chảy hay thiêu kết (luyện tinh bột) hay nhiều nguyên tố mà nguyên tố chủ yếu kim loại để vật liệu có tính kim loại Ví dụ: Chương 5: NHIỆT LUYỆN HÓA NHIỆT LUYỆN Mục tiêu - Nêu khái niệm nhiệt luyện - Xác định khoảng nhiệt độ cần thiết để nhiệt luyện mác thép khác trình bày tác dụng nhiệt luyện chi tiết máy Nội dung chương 2.1 Khái niệm nhiệt luyện 2.1.1 Định nghĩa Nhiệt luyện khâu gia công kim loại nhiệt, nhằm mục đích thay đổi tổ chức cấu tạo kim loại làm thay đổi tính chất lý kim loại Được hiểu sau: nhiệt luyện cơng nghệ nung nóng kim loại đế nhiệt độ xác định, giữ nhiệt độ thời gian thích hợp sau làm nguội với tốc độ qui định để làm thay đổi tổ chức, làm biến đổi tính chất theo phương hướng chọn trước 2.1.2 Công dụng Sau nhiệt luyện kim loại hợp kim có lý tính cao Nhờ nhiệt luyện tính chống mài mòn chi tiết máy tăng lên nhiều lần + Làm tăng độ bền, độ cứng, tính chống mài mịn chi tiết thép (gang) mà đảm bảo yêu cầu độ dẻo độ dai + Cải thiện tính cơng nghệ: cải thiện tính cơng nghệ nâng cao suất 2.1.3 Ý nghĩa nhiệt luyện Là ngun cơng có tác dụng định đến chất lượng độ bền sản phẩm khí, phận khơng thể thiếu nhà máy khí chế tạo dụng cụ cắt gọt 2.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến trình nhiệt luyện Bất kỳ hình thức nhiệt luyện bao gồm ba yếu tố quan trọng là: nhiệt độ nung, thời gian giữ nhiệt tốc độ làm nguội từ nhiệt độ quy định đến nhiệt độ bình thường 2.2.1 Nhiệt độ nung nóng (t0 nung) Như vậy, nhiệt luyện có hai vấn đề quan trọng nhiệt độ thời gian Trong trình nhiệt luyện thay đổi nhiệt độ thời gian lý tính chi tiết thay đổi nhiều Ngòai phải kể đến tốc độ nung nóng, tốc độ làm nguội Vì chế độ nhiệt luyện bao gồm thông số sau: Nhiệt độ nung t0nung: nhiệt độ cao phải đạt đến nung nóng 2.2.2 Thời gian giữ nhiệt tgn thời gian cần thiết để trì kim loại nhiệt độ nung 36 Mục đích: Để hợp kim chuyển biến tổ chức hoàn toàn toàn chi tiết nung 2.2.3 Tốc độ nguội Vnguội Là độ giảm nhiệt độ theo thời gian sau thời gian giữ nhiệt, tính 0C/s Mỗi phương pháp nhiệt luyện khác nhau, loại thép khác có tốc độ nguội khác - Vnguội môi trường làm nguội định Thường dùng môi trường làm nguội như: Nước, dung dịch muối, dầu, khơng khí 2.3 Các hình thức nhiệt luyện 2.3.1 Phương pháp ủ Ủ thép phương pháp nung nóng thép đến nhiệt độ định, giữ nhiệt lâu làm nguội chậm với lòđể dạt tổ chức ổn định Mục đích ủ là: - Làm giảm độ cứng để dễ tiến hành gia công cắt - Làm tăng độ dẻo để dễ tiến hành rập, cán kéo thép trạng thái nguội - Làm giảm hay làm ứng suất bên sau ngun cơng gia cơng khí đúc,hàn - Làm nhỏ hạt thép nguyên công trước làm hạt lớn Tùy theo yêu cầu kỹ thuật người ta áp dụng phương pháp ủ sau: * Ủ hịan tồn: Để đạt độ hạt nhỏ mịn thép, đúc hay rèn nhiệt, nhiệt luyện sai chế độ, hạt bị thơ Ta khắc phụ cách ủ hịan tòan Chế độ ủ hòan tòan thực sau: chi tiết nung nóng đến nhiệt độ AC3 + (30 ÷ 500C) (AC3 đường cong GS giản đồ trạng thái) Ở nhiệt độ tới hạn AC3 thép chuyển biến hòan tòan sang Austenit, ta giữ nhiệt độ khỏang thời gian định Sau làm nguội lị đến 200 ÷ 5000C Rồi tiếp tục làm nguội ngòai trời * U đẳng nhiệt Để rút ngắn thời gian ủ người ta ủ đẳng nhiệt Phương pháp tiến hành sau: nung chi tiết đến nhiệt độ AC3 + (20 ÷ 300C) sau giữ nhiệt khỏang thời gian, chi tiết chuyển sang lò khác làm nguội nhiệt độ 680 ÷ 7000C Ở nhiệt 680 ÷ 7000C chi tiết cần phải giữ nhiệt khỏang ÷ Tiếp làm nguội ngịai khí trời * Ủ để xementit hạt: Phương pháp sử dụng cho thép dụng cụ Quá trình ủ làm thay đổi tổ chức tế từ xemantit thành xementit hạt, làm giảm độ cứng, tăng tính cắt gọt chi tiết Ngòai làm giảm nứt, biến dạng Phương pháp 37 tiến hành sau: nung thép nhiệt độ AC1 + (30 – 500C) ~ (7700C), giữ nhiệt từ đến giờ, giảm nhiệt với tốc độ từ 40 ÷ 50 độ/giờ với lị tới nhiệt độ 600 ÷ 6500C sau tiếp tục làm nguội ngịai khí trời * Ủ khử nội lực bên thép Sau đúc, hàn cán bên chi tiết xuất nội lực Để giảm ứng suất gây nứt chi tiết người ta ủ khử ứng suất Phương pháp ủ tiến hành sau: nung nhiệt độ tới 500 ÷ 6000C, giữ thời gian định, sau làm nguội chậm lị Để rút ngắn thời gian giữ nhiệt, sản xuất người ta thường tăng nhiệt độ ủ lên tới 650 ÷ 6800C Vậy nhiệt độ ủ khử nội lực điểm tới hạn AC1 (7300C) * U khơng hịan tịan Ủ khơng hịan tịan nung nóng chi tiết lên nhiệt độ cao đường GSK, giữ chi tiết làm nguội Mục đích tạo hạt đồng 2.3.2 Thường hóa phương pháp nhiệt luyện gồm nung nóng thép đến trạng thái hoàn toàn auxtenit (điểm tới hạn AC3 giản đồ hay AC3 + (30 –500C)) giữ nhiệt làm nguội khơng khí tĩnh để auxtenit phân hóa thành peclit phân tán thành xoobit với độ cứng tương đối thấp Ưu điểm phương pháp giải phóng lị sau nung - Mục đích thường hóa giống ủ thường áp dụng cho trường hợp sau: - Đạt độ cứng thích hợp để gia cơng cắt thép cacbon thấp (≤0,25%) - Làm nhỏ xementit để chuẩn bị cho nhiệt luyện cuối - Làm xementit II dạng lưới thép sau tích 3.3 Tơi thép - Tơi thép phương pháp nung nóng thép lên cao nhiệt độ tới hạn để làm xuất tổ chức auxtenit giữ nhiệt làm nguội nhanh thích hợp để auxtenít chuyển thành mactenxit hay tổ chức không ổn định khác với độ cứng cao - Mục đích tơi thép là: + Nâng cao độ cứng tính chống mài mịn thép + Nâng cao độ bền nâng cao sức chịu tải chi tiết máy Có hai hình thức tơi là: tơi xun tâm tơi mặt ngồi Tơi xun tâm Chọn nhiệt độ để thép: chọn theo thành phần cacbon giản đồ + Thép trước tích: Tt = AC + (30 ÷ 50) C + Thép sau tích: Tt = AC1 + (30 ÷ 50) C 38 Giữ nhiệt làm nguội nhanh hợp lý (làm nguội nhiều môi trường khác nhau) Chi tiết cứng lẫn ngòai Để đánh giá hiệu phương pháp người ta đưa vào tiêu độ thấm Tôi mặt ngịai Tơi mặt ngịai thực cách nung nhanh làm nguội lớp mặt ngòai chi tiết Bề mặt chi tiết sau tơi có độ cứng cao cịn phần lõi mềm dẻo Tơi mặt ngịai thường dùng để bánh răng, trục truyền động xoắn Các phương pháp tơi mặt ngịai thường sử dụng: + Tơi cao tần: sử dụng dịng điện xoay chiều có tần số cao để nung nhanh bề mặt ngịai chi tiết + Tơi lửa oxy – axêtylen: Nung nhanh chi tiết oxy – axêtylen để bề mặt đạt đến nhiệt độ tới hạn AC3 làm nguội nhanh nước hay dung dịch hóa chất 2.3.4 Ram thép - Định nghĩa: Ram thép phương pháp nhiệt luyện nung thép đến nhiệt độ định A1 giữ nhiệt độ thời gian când thiết làm nguội - Mục đích: Khử ứng suất trong, tạo khả thuận lợi cho q trình Mtơi OSdư MRam MRam thép ổn định - Phương pháp ram cơng dụng: Có phương pháp ram thông dụng dựa vào nhiệt độ nung + Ram thấp: Nhiệt độ nung từ 150 ÷ 250 oC tổ chức đạt sau ram MRam + OSdư Phương pháp áp dụng để ram chi tiết cần giữ độ cứng tính chống mài mịn dao cắt, vịng bi, khn dập, dụng cụ đo, + Ram vừa: Nhiệt độ nung từ 300 ÷ 400oC tổ chức đạt sau ram vừa trustít Phương pháp áp dụng để ram chi tiết cần độ cứng tương đối cao dẻo dai, chịu va đập, chịu mỏi, đàn hồi tốt như: Nhíp lị xo, khn dập nóng, + Ram cao: Nhiệt độ nung từ 550 ÷ 600oC tổ chức đạt sau ram cao Xcbít ram Áp dụng phương pháp để ram chi tiết cần có độ bền tổng hợp cao như: Bánh răng, truyền, trục, 2.4 Các dạng sai hỏng thường gặp nhiệt luyện 2.4.1 Biến dạng nứt - Nguyên nhân: Do ứng suất sinh nung nóng làm nguội nhanh + Nếu ứng suất > ϬB: Nứt vỡ 39 + Nếu ứng suất > Ϭc: Biến dạng, cong vênh - Ngăn ngừa: Đảm tốc độ nung làm nguội quy định - Khắc phục: Tiến hành uốn nắn (Trước ủ thường hóa ) 2.4.2 Ơxy hóa, bon - Nguyên nhân: + Nhiệt độ nung cao so với quy định + Xác định nhầm mác thép nên tính tốn nhiệt độ nung sai + Mơi trường nung chứa nhiều ôxy - Ngăn ngừa: + Xác định nhiệt độ nung với mác thép + Khử bớt ôxy môi trường nung + Bảo bề mặt chi tiết nung - Khác phục: Tiến hành thường hoá, thấm bon lại 2.4.3 Độ cứng không đạt yêu cầu - Nguyên nhân: + Tốc độ làm nguội không + Xác định nhầm mác thép + Nhiệt độ nung thấp so với quy định - Ngăn ngừa: + Xác định nhiệt độ nung với mác thép + Đảm bảo tốc độ làm nguội theo với quy định - Khắc phục: Tiến hành lại trước tơi phải ủ thường hóa 2.4.4 Thép dòn - Nguyên nhân: Nhiệt độ nung cao làm hạt thô to - Ngăn ngừa: Nung nóng đến nhiệt độ theo quy định - Khắc phục: Ủ làm cho hạt thép nhỏ mịn sau tiến hành tơi lại CÂU HỎI ƠN TẬP Nêu định nghĩa công dụng nhiệt luyện? Nêu định nghĩa, mục đích trình bày phương pháp ủ? Nêu định nghĩa, mục đích thường hố Khi áp dụng thường hóa? Nêu định nghĩa phương pháp ram? Nêu nguyên nhân, biện pháp ngăn ngừa cách khắc phục dạng sai hỏng thường gặp nhiệt luyện? 40 Chương 6: ĂN MÒN KIM LOẠI VÀ PHƯƠNG PHÁP CHỐNG ĂN MÒN KIM LOẠI Mục tiêu: - Trình bày trinh tác hại tượngăn mòn kim loại - Nắm phương pháp chống ăn mòn kim loại thường sử dụng kỹ thuật Nội dung: Ăn mòn kim loại phương pháp chống ăn mòn kim loại 2.1 Hiện tượng ăn mòn kim loại 2.1.1 Khái niệm ăn mòn kim loại Sự ăn mòn kim loại trình phá huỷ kim loại hợp kim tác dung hố học mơi trường xung quanh Kết kim loại bị ơxy hố thành ion dương hết tính chất kim loại Ví dụ: Sắt, thép để lâu ngày bảo quản không tốt bị gỉ 2.1.2 Nguyên nhân a Ăn mịn hố học Là phá huỷ kim loại kim loại phản ứng hố học với chất khí nước nhiệt độ cao - Đặc điểm: Không phát sinh dòng điện nhiệt độ cao tốc độ ăn mịn nhanh - Sự ăn mịn hố học thường xảy thiết bị lò đốt, chi tiết động đốt thiết bị tiếp xúc với nước nhiệt độ cao b Ăn mịn điện hóa Là phá huỷ kim loại kim loại tiếp xúc trực tiếp với chất điện ly tạo nên dòng điện - Bản chất ăn mịn điện hố: Là q trình ơxy hố - khử xảy bề mặt điện cực, cực âm xảy trình ơxy hố kim loại, cực dương xảy trình khử ion H+ (nếu dung dịch điện ly axít ) - Ăn mịn điện hố dạng ăn mòn phổ biến nghiêm trọng nhất, thường xảy vỏ tàu biển, ống dẫn đặt lịng đất, kim loại tiếp xúc với khơng khí ẩm, c Tác hại Gây thiệt hại lớn nhiều mặt cho kinh tế quốc dân như: Phá huỷ máy móc thiết bị, lượng lớn kim loại bị đi, ảnh hưởng đến an toàn người thiết bị 41 2.2 phương pháp chống ăn mòn kim loại 2.2.1 Phương pháp phủ kim loại Phương pháp phủ kim loại phương pháp phủ lớp kim loại bị ăn mịn khơng bị ăn mòn lên bề mặt chi tiết cần bảo vệ Gồm phương pháp sau: Phương pháp nóng chảy Nung nóng chảy kim loại bảo vệ ( thường Sn, Pb Zn ) nhúng chi tiết vào dung dịch nóng chảy để tạo lớp phủ bảo vệ - Phủ kẽm: Nung nóng chảy Zn t0 = ( 450 ÷ 480)0C Sau nhúng chi tiết vào, lớp Zn nóng chảy bám vào bề mặt chi tiết - Phủ thiếc: Nung nóng chảy Sn t0 = ( 270 ÷ 300)0C, áp dụng cho chi tiết ngành lương thực, thực phẩm - Phủ chì: Nung nóng chảy Pb t0 = 3500C, áp dụng để bảo vệ cho bề mặt loại ống, chi tiết cơng nghiệp hố học b Mạ kim loại - Cách tiến hành: Chi tiết treo vào cực Catốt ( cực âm ), cực anốt kim loại nguyên chất dùng để phủ - Ưu điểm: + Ngồi mục đích bảo vệ kim loại khỏi bị gỉ, cịn có tác dụng làm đẹp, trang trí cho chi tiết máy + Khống chế chiều dày lớp kim loại phủ, tiết kiệm kim loại, khơng phải nung nóng chi tiết c Cán dính lớp kim loại bảo vệ Thường dùng cho kim loại cách cán dính bề mặt kim loại lớp kim loại bảo vệ mỏng (Pb, Al, Ni, ) d Phun lớp kim loại bảo vệ Được thực cách phun đắp lên chi tiết lớp kim loại nóng chảy - Cách tiến hành: Dây kim loạ bảo vệ (Al, Cu, Ni, ) lắp vào súng phun Dây kim loại đốt nóng khí nóng điện, hạt kim loại nóng chảy phun vào bề mặt chi tiết luồng khơng khí nén có áp suất cao Các hạt kim loại nóng chảy bay khỏi súng phun bám chặt vào bề mặt chi tiết 2.2.2 Phủ lớp vật liệu phi kim loại a Sơn 42 Sơn phương pháp công nghệ bảo vệ kim loại sử dụng rộng rãi Ngồi mục đích bảo vệ kim loại cịn có tác dụng trang trí làm đẹp sản phẩm Có loại sơn là: Sơn dầu, sơn vecni, sơn êmay b Êmay - Về tính chất hố học lý học coi dạng Silicát khơng hồ tan (như thuỷ tinh) Êmay có tính chịu ăn mịn cao mơi trường ăn mịn nước, muối, axít - Cách tiến hành: Nhúng chi tiết vào dung dịch êmay nóng chảy t0 = (1200 ÷ 1300)0C làm nguội c Bơi dầu mỡ Chủ yếu vật liệu dụng cụ, thiết bị xếp kho để lâu ngày d Phủ chất dẻo Thường dùng cao su, Êbơnít phủ bề mặt kim loại chi tiết ngàng hoá học để bảo vệ cho mặt thùng chứa khí, vật chuyển axít 2.2.3 Các phương pháp khác a Tạo lớp axit bảo vệ - Tạo nên bề mặt kim loại lớp bảo vệ dạng ôxit kim loại, làm cho bề mặt kim loại trở nên thụ động ( trơ ) axit - Cách tiến hành Nhúng chi tiết vào dung dịch nóng chảy gồm: NaOH (700 ÷ 800 g/l), NaNO3 (200 ÷ 250 g/l) t0 = (130 ÷ 140)0C thời gian ÷ Sau phủ bề mặt thép có màu đen (cịn gọi nhuộm đen) b Chế tạo thép không gỉ Khi luyện thép, cho thêm lượng đủ lớn nguyên tố Cr, Ni tạo loại thép khơng gỉ, chịu xút, bazơ Một số loại thép không gỉ thường dùng là: 12Cr13, 20Cr13, 30Cr13, 40Cr13, Cr17, Cr25 CÂU HỎI ÔN TẬP Cho biết tượng ăn mịn kim loại Trình bày phương pháp chống ăn mòn kim loại phương pháp phủ kim loại Trình bày phương pháp chống ăn mịn kim loại phương pháp phủ lớp vật liệu phi kim loại phương pháp khác 43 Chương 7: VẬT LIỆU PHI KIM LOẠI Mục tiêu: - Nêu tính chất, công dụng vật liệu phi kim loại - Phân biệt loại vật liệu phi kim loại phạm vi ứng dụng chúng Nội dung: Vật liệu phi kim loại 2.1 Chất dẻo, đá mài, cao su, gỗ, amiăng 2.1.1 Chất dẻo a Khái niệm chung chất dẻo - Định nghĩa Chất dẻo vật liệu nhân tạo, sản xuất từ chất hữu Là vật liệu có khả bị biến dạng chịu tác dụng nhiệt, áp suất giữ biến dạng thơi khơng tác dụng - Thành phần chất dẻo Chất dẻo hỗn hợp nhiều chất: * Pôlyme: Là thành phần chất dẻo * Chất hoá dẻo: Được đưa thêm vào với chất lượng (10 ÷ 20 )% để tăng tính dẻo cải thiện tính tạo hình Thường Este Pơlyme có phần tử dẻo dể uốn * Chất độn: Được đưa vào với lượng (40 ÷ 70 )% để nâng cao tính giảm giá thành thay đổi thơng số khác Chất độn chất hữu vô dạng bột (bột gỗ, bồ hóng, mica, SiO2, TiO2, Graphít ), dạng sợi (sợi bơng, thuỷ tinh, amiăng, pôlyme), dạng ( giấy, vải từ sợi khác nhau, lớp gỗ ) * Chất ổn định: Là chất hữu khác để trì cấu trúc phân tử ổn định tính chất, làm cho tính chất lão hoá chất lỏng chậm lại * Các chất phụ gia đặc biệt: Là vật liệu bôi trơn, tạo màu, chất bảo vệ, chất giảm điện tích luỹ bắt cháy, * Chất đóng rắn: Được đưa thêm vào chất dẻo nhiệt rắn dễ hoá cứng - Tính chất chung chất dẻo + Nhẹ, khối lượng riêng: γ = 0,9 - g/cm3 + Cách nhiệt, cách điện, cách ẩm tốt + Độ bền học cao + Bền vững mặt hoá học, chịu axit, bazơ - Công dụng Chất dẻo sử dụng ngày rộng rãi công nghiệp đời sống 44 + Trong lĩnh vực điện vô tuyến điện: Được sử dụng nhiều có tính cách điện tốt + Trong ngành chế tạo chi tiết máy có độ bền vững vừa phải, nhẹ khơng bị ăn mịn như: Bình chứa, phận băng truyền, cánh bơm, bánh răng, bánh vít, phanh hãm, ổ trượt, Ngồi chất dẻo cịn dùng phủ lên kim loại nhằm chống ăn mòn kim loại + Trong đời sống: Chế tạo đồ dùng sinh hoạt gia đình như: Guốc, dép, áo mưa, chậu, bát, b Phân loại chất dẻo Chất dẻo mềm nhiệt (Pôlyme chất dẻo) Chất dẻo mềm nhiệt loại chất dẻo làm nóng chảy tạo hình lại được, bao gồm : - Pôly êtylen (PE): Được sản xuất từ khí êtylen, loại chất dẻo khơng dẫn nhiệt điện, không thấm nước Được dùng để tạo dây điện, chai, lọ, màng bao gói, áo mưa, - Pôlyvinil clorua (PVC): Được sản xuất từ cloruavinil, chất dẻo bền với axit kiềm Thường dùng sản xuất vải giả da, dép nhựa, ống nhựa, hoa nhựa, - Pôly prôpilen (PP): Được sản xuất từ prôpilen nhờ có chất xúc tác đặc biệt Có tính chịu ăn mịn hố học tương tự pơly êtylen độ bền học tính chịu nhiệt cao Dùng để chế tạo loại ống, cánh quạt bơm nước ly tâm, dụng cụ y tế, điện tử, vô tuyến điện Chất dẻo cứng nhiệt (Pôlyme nhiệt rắn) - Chất dẻo Phenol (Bakêlit): Được sản xuất từ Phenol - Pomanđêhit Có độ bền học cao, chịu nhiệt, chịu axit kiềm tốt Được dùng nhiều cơng nghiệp điện điện tử - Chất dẻo có thớ Tectôlit Hêtinác: Được sản xuất cách tẩm nhựa Phenol - Pomanđêhit vào sợi sợi vải tổng hợp, để tăng tính dẫn nhiệt chống mịn cho thêm chất độn Graphit vào Tectơlit Tectơlit dùng để chế tạo bánh răng, bạc lót Hêtinác dùng sản xuất cách tẩm nhựa Phenol - Pomanđêhit vào giấy Hêtinác hẳn Tectơlit chỗ có tính cách điện cao chịu ẩm tốt Được dùng làm vật liệu cách điện, kể với điện áp cao áp 2.1.2 Đá mài a Khái niệm chung 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 45 Cấu tạo Đá mài cấu tạo bao gồm: - Hạt mài ( vật liệu mài ) - Chất kết dính - Khoảng trống 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 mịn khơng cịn khả cắt gọt, lúc đá mài cà sát bề mặt chi tiết, sinh ma sát, 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 b Các yếu tố đặc trưng đá mài 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 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 46 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 c Bột đá mài Bột đá mài có loại: - Bột đá mài tự nhiên như: Thạch anh, Coranh đông bột đá mài nhân tạo : Coranh đông điện, Silicacbua, Bôcacbua - Bột đá mài vật liệu có độ cứng cao, chịu mài mịn tốt, dùng để làm đá mài vải giáp, giấy giáp Ngoài cịn dùng để đánh bóng bề mặt chi tiết 2.1.3 Cao su a 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 (1 ÷ 2)% lưu huỳnh b 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 q khác như: 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 hồ tan số dung mơi hữu như: Xăng, dầu, 47 c 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, ) - Vòng 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 2.1.4 Gỗ Ngày nay, công nghiệp vật liệu phát triển sản xuất nhiều loại vật liệu gỗ loại vật liệu quan trọng công nghiệp Gỗ loại vật liệu nhẹ (khối lượng riêng nhỏ 0,35 ÷ 0,75 g/cm3) độ dẫn nhiệt dẫn điện nhỏ, đẹp tự nhiên, chịu tác dụng số môi trường khơng khí, dễ gia cơng thành sản phẩm, giá thành rẻ So với kim loại hợp kim gỗ có độ bền độ cứng thấp Giới hạn bền kéo (dọc theo thớ) phụ thuộc vào loại gỗ dao động khoảng 600 ÷ 1400 KG/cm2 Gỗ thô khả chịu lực tăng Nhược điểm gỗ độ bền không đồng (độ bền dọc thớ cao độ bền ngang thớ), gỗ dễ hút ẩm, dễ bị mục, mối mọt dễ bị cháy Gỗ sử dụng rộng rãi công nghiệp với nhiều mục đích khác Trong ngành khí, gỗ dùng để làm mẫu đúc, làm thùng ôtô, thùng đựng chuyên chở sản phẩm Trong ngành xây dựng, gỗ dùng làm nhà cửa Trong sinh hoạt, gỗ dùng rộng rãi để đóng bàn ghế, giường tủ, Bột gỗ sau trộn với keo dính ép áp suất cao thành loại vật liệu tốt rẻ, sử dụng rộng rãi dân dụng cơng nghiệp 2.1.5 Amiăng a Tính chất - Amiăng lấy từ quặng mỏ gồm chất canxi, silicat magiê màu trắng mịn có thớ nhỏ Amiăng cung cấp dạng sợi, - Đặc tính quan trọng amiăng khơng bị cháy, chịu axit, cách nhiệt, cách điện b Công dụng Trong công nghiệp, amiăng sử dụng rộng rãi để làm chất cách nhiệt, làm đệm chịu nhiệt, găng tay cản nhiệt, quần áo cứu hoả, lợp, lát, tường phịng hoả, Ngồi ra, amiăng cịn dùng để chế tạo má phanh ô tô 48 2.2 Dung dịch trơn nguội 2.2.1 Tác dụng dung dịch trơn nguội Các dung dich trơn nguội sử dụng cắt gọt kim loại để tưới lên dao cắt vật gia cơng Dung dich trơn nguội có tác dụng sau: - Làm nguội dao cắt vật gia cơng, nhờ làm tăng tuổi thọ dao góp phần làm tăng độ xác chi tiết - Làm cho biến dạng dẻo kim loại cắt gọt dễ dàng hơn, nhờ làm giảm cơng tiêu hao máy để cắt gọt - Bôi trơn: Làm giảm ma sát dao phơi, nhờ làm giảm mịn dao q trình gia cơng - Đẩy phơi kim loại khỏi vùng cắt 2.2.2 Các dung dịch trơn nguội thường dùng Các dung dịch trơn nguội thường dùng là: Nước xà phòng, Sunfuaphendon, Natricacbonat, Êmuxi, dầu nhờn, Trong đó, Êmuxi dùng nhiều rẻ tiền hậu làm trơn nguội tốt Êmuxi hỗn hợp nước, dầu khống vật, xà phịng, Natricacbonat Việc lựa chọn dung dịch trơn nguội phụ thuộc vào phương pháp công nghệ cắt gọt kim loại, loại dụng cụ cắt vật liệu gia cơng Ví dụ: Khi tiện thép bon dùng Êmuxi dầu lửa Khi tiện hợp kim đồng dùng Êmuxi khơng tưới nước mà tiện khơ hồn tồn CÂU HỎI ƠN TẬP Nêu định nghĩa, tính chất phạm vi sử dụng chất dẻo Kể tên loại chất dẻo thường gặp? Nêu cấu tạo đặc điểm cắt gọt đá mài Giải thích tính tự sửa đá mài? Kể tên đặc trưng đá mài Nêu giải thích nguyên tắc chọn độ cứng đá mài? Nêu công dụng kể tên loại dung dịch trơn nguội thường dùng? 49 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] KS Nguyễn Thị n - Giáo trình Vật liệu khí - NXB Hà Nội- 2005 [2] Trịnh Tài Phú - Giáo trình vật liệu khí - CĐN cơng nghiệp Hà Nội - 2012 [3] TH.S Châu Minh Quang - Giáo trình Vật liệu khí - ĐHCN TPHCM- 2009 [4] KS Lương Văn Quân - Giáo trình Vật liệu khí - NXB Lao động Xã hội Hà Nội - 2004 50