Giáo trình Vật liệu cơ khí (Nghề Cắt gọt kim loại)

CỤC HÀNG HẢI VIỆT NAM TRƯỜNG CAO ĐẲNG HÀNG HẢI II GIÁO TRÌNH VẬT LIỆU CƠ KHÍ NGHỀ CẮT GỌT KIM LOẠI (Ban hành theo định số 59/QĐ-CĐHHII, ngày 25 tháng năm 2021 Hiệu trưởng Trường Cao Đẳng Hàng Hải II) ( Lưu hành nội bộ) TP HCM, năm 2021 MỤC LỤC TRANG I Lời giới thiệu II Cấu trúc tính vật liệu Cấu tạo liên kết nguyên tử Sắp xếp nguyên tử chất rắn Mạng tinh thể kim loại 10 Đơn tinh thể, đa tinh thể 17 Sự kết tinh hình thành tổ chức kim loại 19 II Hợp kim biến đổi tổ chức Khái niệm hợp kim 25 Giản đồ pha hệ hai cấu tử 28 Giản đồ pha Fe – C 32 III Nhiệt luyện Khái niệm nhiệt luyện 40 Các tổ chức đạt nung nóng làm nguội thép 42 Ủ thường hóa thép 48 Tơi thép 51 Ram thép 56 Các khuyết tật xảy nhiệt luyện thép 57 Hóa nhiệt luyện 60 IV Vật liệu kim loại Thép bon 70 Thép hợp kim 76 Gang 99 V Hợp kim màu phi kim Kim loại màu hợp kim màu 112 Vật liệu phi kim loại 123 Tài liệu tham khảo 143 TÊN MÔN HỌC: VẬT LIỆU CƠ KHÍ Mã mơn học: MH12 Vị trí, tính chất, ý nghĩa vai trị mơn học - Vị trí: + Mơn học bố trí trước, đồng thời sau sinh viên học xong môn học chung bắt buộc + Mơn học bố trí trước môn học, mô đun đào tạo chuyên nghề - Tính chất buộc Là mơn học kỹ thuật sở thuộc môn học, mô đun đào tạo nghề bắt - Ý nghĩa vai trị: Mơn học Vật liệu khí mơn học sở nhằm trang bị cho học sinh kiến thức vật liệu khí để từ học sinh sử dụng gia công vật liệu cách hợp lý khoa học Mục tiêu môn học: - Trình bày đặc điểm, tính chất lý, ký hiệu phạm vi ứng dụng số vật liệu thường dùng ngành khí như: gang, thép cacbon, thép hợp kim, hợp kim cứng, kim loại màu, vật liệu phi kim, dung dịch trơn nguội - Giải thích số khái niệm nhiệt luyện hoá nhiệt luyện; nghề; xuất; - Xác định tính chất, cơng dụng loại vật liệu thường dùng cho - Có khả lựa chọn loại vật liệu theo yêu cầu sản - Nhiệt luyện số dụng cụ nghề dao tiện thép gió, đục - Rèn luyện tính kỷ luật, kiên trì, cẩn thận, nghiêm túc, chủ động tích cực sáng tạo học tập Nội dung môn học: Nội dung tổng quát phân phối thời gian: Thời gian Số TT I Tên chương, mục Cấu trúc tính vật liệu Cấu tạo liên kết nguyên tử Sắp xếp nguyên tử vật chất Tổng số Lý BT/TH thuyết Kiểm tra 9 0 1 0 2 0 Khái niệm mạng tinh thể Cấu trúc tinh thể điển hình chất rắn Đơn tinh thể đa tinh thể Sự kết tinh hình thành tổ chức kim loại 2 0 2 0 1 0 1 0 Cấu trúc tinh thể hợp kim 1 0 Giản đồ pha hệ hai cấu tử 3 0 Giản đồ pha Fe - C (Fe- Fe3C) 1 0.5 0.5 0 1 0 1.5 1.5 1.5 1.5 0 1.5 0.5 0 1 0 0 Thép Cacbon 12 11 Thép hợp kim 5 Gang 4 0 Hợp kim màu phi kim 0 Hợp kim màu Hợp kim cứng 0 Gỗ 1 0 0.5 0.5 0 Vật liệu Compozit 1 0 Dung dịch trơn nguội 1 0 0.5 0.5 0 45 40 Hợp kim biến đổi tổ chức II III Nhiệt luyện hoá nhiệt luyện Khái niệm nhiệt luyện thép Các tổ chức đạt nung nóng làm nguội thép Ủ thường hố thép Tơi thép Ram thép Các khuyết tật xảy nhiệt luyện thép Hoá nhiệt luyện Vật liệu kim loại IV V Chất dẻo Cộng * Ghi chú: Thời gian kiểm tra lý thuyết tính lý thuyết, kiểm tra thực hành tính thực hành CHƯƠNG 1:CẤU TRÚC VÀ CƠ TÍNH CỦA VẬT LIỆU KIM LOẠI Mã chương: MH12-01 Giới thiệu chương: Phụ thuộc vào điều kiện tạo thành ( nhiệt độ, áp suất,…) tương tác phần tử cấu thành (lực liên kết phân tử, nguyên tử), vật chất tồn trạng thái rắn, lỏng, khí (hơi) Tính chất vật rắn (vật liệu) phụ thuộc chủ yếu vào cách xếp phần tử cấu thành lực liên kết chúng Trong chương khái niệm đề cập lại: cấu tạo nguyên tử, dạng liên kết cấu trúc tinh thể, không tinh thể (vơ định hình) vật rắn Mục tiêu: - Trình bày đặc điểm, cấu tạo liên kết nguyên tử kim loại hợp kim; - Mô tả dạng liên kết nguyên tử cấu trúc tinh thể điển hình chất rắn; - Trình bày kết tinh hình thành tổ chức kim loại; - Trình bày cách xác định phương mặt mạng tinh thể; - Rèn luyện tính kỷ luật, kiên trì, cẩn thận, nghiêm túc, chủ động tích cực sáng tạo học tập Nội dung Cấu tạo liên kết nguyên tử 1.1 Khái niệm cấu tạo nguyên tử 1.2 Các dạng liên kết nguyên tử chất rắn Sắp xếp nguyên tử vật chất 2.1 Chất khí 2.2 Chất rắn tinh thể 2.3 Chất lỏng, chất rắn vơ định hình vi tinh thể Mạng tinh thể kim loại 3.1 Khái niệm mạng tinh thể 3.2 Các kiểu mạng tinh thể thường gặp Cấu trúc tinh thể điển hình chất rắn 4.1.Chất rắn có liên kết ion 4.2 Chất rắn có liên kết đồng hố trị 4.3 Chất rắn có liên kết kim loại 4.4 Liên kết hỗn hợp 4.5 Liên kết yếu ( liên kết Van der Waals) Đơn tinh thể đa tinh thể 5.1 Đơn tinh thể 5.2 Đa tinh thể 5.3 Textua Sự kết tinh hình thành tổ chức kim loại 6.1 Điều kiện xảy kết tinh 6.2 Hai trình kết tinh 6.3 Sự hình thành hạt Cấu tạo liên kết nguyên tử Mục tiêu: -Trình bày số khái niệm cấu tạo nguyên tử dạng liên kết chúng, yếu tố đóng vai trị quan trọng cấu trúc tính chất vật rắn vật liệu; - Rèn luyện tính kỷ luật, kiên trì, cẩn thận, nghiêm túc, chủ động tích cực sáng tạo học tập 1.1 Khái niệm cấu tạo nguyên tử Nguyên tử hệ thống bao gồm hạt nhân mang điện dương điện tử (electron) mang điện âm chuyển động xung quanh Hạt nhân nguyên tử cấu tạo từ proton nơtron Hạt nơtron khơng mang điện cịn hạt proton mang điện dương, có điện tích điện tích ngun tử Ở trạng thái thường, ngun tử chung hịa điện số lượng proton số lượng điện tử Số đặc trưng số thứ tự nguyên tử (Z) bảng tuần hồn Menđeleev Vì khối lượng proton nơtron lớn nhiều so với điện tử (khoảng 1830 lần) khối lượng nguyên tử xác định khối lượng hạt nhân Với khối lượng điện tử proton, hạt nhân chứa số lượng nơtron khác tạo thành đồng vị nguyên tố hóa học 1.2 Các dạng liên kết nguyên tử chất rắn a Liên kết đồng hóa trị Liên kết tạo hai (hoặc nhiều) nguyên tử góp chung số điện tử hóa trị để có đủ tám điện tử lớp ngồi Hình 1.1 Liên kết cộng hố trị phân tử khí CH4 Hình 1.1 Liên kết cộng hố trị phân tử khí CH b Liên kết ion Đây loại liên kết mạnh dễ xẩy nguyên tử có điện tử hóa trị dễ cho bớt điện tử để tạo thành ion dương nguyên tố nhóm IB (Cu, Ag, Au), IIB (Zn, Cd, Hg) với nguyên tử có nhiều điện tử hóa trị dễ nhận thêm điện tử để tạo thành ion âm ngun tố nhóm VIB (O, S ) Hình 1.2 biểu diễn liên kết ion phân tử LiF c Liên kết kim loại Đây loại liên kết đặc trưng cho vật liệu kim loại, định tính chất đặc trưng loại vật liệu Hình 1.3 biểu diễn sơ đồ liên kết kim loại Có thể hình dung liên kết sau: ion dương tạo thành mạng xác định, đặt không gian điện tử tự "chung" Năng lượng liên kết tổng hợp (cân bằng) lực hút (giữa ion dương điện tử tự bao quanh) lực đẩy (giữa ion dương) Chính nhờ cân ngun tử, ion kim loại ln ln có vị trí cân xác định đám mây điện tử Liên kết kim loại thường tạo kim loại ngun tố có í t điện tử hóa trị, chúng liên kết yếu với hạt nhân dễ dàng bứt khỏi nguyên tử trở nên tự (không bị ràng buộc nguyên tử nào) tạo nên "mây" hay "biển" điện tử d Liên kết hỗn hợp Thực ra, liên kết đồng hóa trị túy có trường hợp liên kết đồng cực (giữa nguyên tử nguyên tố hóa học) Trong trường hợp liên kết dị cực (giữa nguyên tử nguyên tố khác nhau) Điện hóa trị tham gia liên kết chịu hai ảnh hưởng trái ngược : - Bị hút hạt nhân “của mình” - Bị hút hạt nhân nguyên tử thứ hai để tạo nguyên tử “chung” Khả hạt nhân hút điện tử hóa trị gọi tính âm điện nguyên tử Sự khác tính âm điện nguyên tử liên kết đồng hóa trị làm cho đám mây điện tử “chung” bị biến dạng tạo thành ngẫu cực điện, tiền tố liên kết ion Tính ion liên kết lớn khác tính âm điện ngun tử lớn Ví dụ Na có tính âm điện 0,9 cịn Cl 3,0 Do liên kết Na Cl hợp chất NaCl gồm khoảng 52% liên kết ion 48% liên kết đồng hóa trị Tất liên kết dị cực mang tính chất hỗn hợp liên kết ion đồng hóa trị e Liên kết yếu ( liên kết Van der Waals) Liên kết đồng hóa trị cho phép lý giải tạo thành phân tử ) Nhưng không cho phép lý giải tạo nước ( O) polyetylen ( thành số vật rắn từ phân tử trung hòa nước đá polyme… Trong nhiều phân tử có liên kết đồng hóa trị, khác tính âm điện nguyên tử, trọng tâm điện tích dương điện tích âm khơng trùng nhau, ngẫu cực điện tạo thành, phân tử bị phân cực Liên kết van der waals liên kết hiệu ứng hút nguyên tử phân tử bị phân cực trạng thái rắn Liên kết loại liên kết yếu, rễ bị phá vỡ ba động nhiệt (khi tăng nhiệt độ) Vì chất rắn sở liên kết van der waals có nhiệt độ nóng chảy thấp Sắp xếp nguyên tử vật chất Mục tiêu: - Trình bày xếp nguyên tử chất khí, chất rắn tinh thể chất lỏng, chất rắn vơ định hình vi tinh thể; - Rèn luyện khả tư độc lập, sáng tạo để tiếp thu tốt kiến thức 2.1 Khơng trật tự hồn tồn, chất khí Chất khí chiếm tồn thể tích chứa nén Các nguyên tử (phân tử) chất khí ln ln chuyển động ba động nhiệt số nguyên tử (phân tử) đơn vị thể tích thay đổi phụ thuộc vào nhiệt độ áp suất Vị trí tương ứng chúng ln thay đổi theo quy luật ngẫu nhiên Trung bình nguyên tử (phân tử) chiếm thể tích tương ứng hình cầu Đường kính trung bình nm 2.2 Chất rắn tinh thể Trong vật rắn tinh thể nguyên tử có vị trí hồn tồn xác định khơng so với nguyên tử gần mà nguyên tử khác xa Không gian xung quanh ngun tử có cấu tạo hồn tồn đồng Nói cách khác tinh thể có trật tự xa Hình 1.4 cấu trúc tinh thể muối ăn, hình 1.5 cấu trúc tinh thể kim cương Hình 1.4: cấu trúc tinh thể Hình1.5:cấu trúc tinh thể muối ăn kim cương 2.3 Chất lỏng, chất rắn vơ định hình vi tinh thể Một cách gần đúng, thể tích khối lượng chất lỏng đại lượng không đổi Giống vật rắn nguyên tử có xu tiếp xúc với chiếm khơng gian hình cầu kích thước khoảng 0,25 mm Nên chất lỏng khơng có tính chịu nén - Chất rắn vơ định hình vi tinh thể: theo xếp có trật tự khơng gian nguyên tử, ion hay phân tử (gọi tắt chất điểm) người ta chia chất rắn làm hai nhóm vật tinh thể vật vơ định hình Trong vật rắn tinh thể chất điểm xếp theo quy luật (trật tự) hình học định, cịn vật vơ định hình chất điểm xếp hỗn loạn Tất kim loại hợp chất chúng trạng thái rắn vật tinh thể hay nói khác có cấu tạo tinh thể Điển hình vật vơ định hình thủy tinh, nhựa, hai trạng thái lỏng rắn chất điểm xếp không trật tự Sự khác chất lỏng vật rắn thể sau: Các nguyên tử luôn chuyển động ba động nhiệt Nhận thấy rằng, vùng khơng gian nhỏ (cỡ kích thước ngun tử), số nguyên tử xếp có trật tự, không ổn định luôn bị phá vỡ ba động nhiệt Như chất lỏng có trật tự gần Ngược với tính dị hướng chất rắn vật rắn, chất lỏng có tính đẳng hướng chất lỏng số lượng nguyên tử, phân tử trung bình đơn vị chiều dài lực liên kết chúng Theo hướng không gian; Độ xếp chặt (tỷ lệ thể tích nguyên tử chiếm chỗ tổng thể tích) chất lỏng so với vật rắn (quá trình kết tinh đông rắn thường kèm theo giảm thể tích Một cách gần minh họa chất khí, chất lỏng, chất rắn hình ảnh tương ứng: hội trường hòa nhạc trật khán giả còi báo động (khí) kết thúc buổi hịa nhạc (lỏng) hàng ngũ đội chuẩn bị duyệt binh quảng trường (rắn ) Giống chất lỏng, vật rắn vơ định hình có tính đẳng hướng Cần lưu ý rằng, làm nguội kim loại hợp kim lỏng với tốc độ lớn lớn (104 - 109 )oC/s, vật rắn nhận có cấu trúc vơ định hình cấu trúc tinh thể với kích thước nhỏ (khoảng nanomet), gọi vật rắn vô định hình vi tinh thể Mạng tinh thể kim loại 3.1 Khái niệm mạng tinh thể Mục tiêu: - Trình bày khái niệm mạng tinh thể như: ô sở, thông số mạng, nút mạng, phương – mặt cách xác định; - Phân tích vị trí nguyên tử kiểu mạng tinh thể thường gặp kim loại; - Rèn luyện tính kỷ luật, kiên trì, cẩn thận, nghiêm túc, chủ động tích cực sáng tạo học tập 3.1.1 Ơ sở Để có khái niệm mạng tinh thể, xuất phát từ khái niệm đơn giản ô sở Ơ sở mơ hình khơng gian mơ tả quy luật hình học xếp chất điểm vật tinh thể, hình 1.6a biểu diễn sở mạng lập phương đơn giản vòng tròn nhỏ biểu thị chất điểm (nguyên tử, ion, phân tử) đường thẳng nối đường tưởng tượng Thấy rằng, tính đối xứng tinh thể từ ô sở, thao tác đối xứng, tịnh tiến theo chiều khơng gian nhận tồn mạng tinh thể (hình 1.6b) 128 d Ép đúc (compression molding) Nhiều loại polyme nhiệt rắn Phenol fomadehyt, ure – fomadehyt … hình thành sản phẩm rắn cách ép đúc Trong phương pháp ép đúc nhựa nhiệt rắn, phụ gia pha trộn theo tỷ lệ nạp vào lịng khn hình 5.4 Cả hai nửa khn nung nóng, nhiên nửa khn di động Đóng khn, nung nóng ép, vật liệu nóng chảy điền kín lịng khn Trước đúc, nguyên liệu trộn ép nguội thành đĩa gọi ép sơ Nung nóng trước đĩa ép sơ giảm thời gian gia công, giảm áp suất đúc làm sản phẩm đồng Phương pháp dùng cho nhựa nhiệt dẻo nhiệt rắn Tuy nhiên nhiệt dẻo, thời gian gia công dài đắt Hình 5.4: Phương pháp đúc ép * Ưu điểm phương pháp: - Khuôn đơn giản nên giá thành thấp; - Ít làm mịn khn, thời gian chảy vật liệu khn ngắn; - Có khả chế tạo sản phẩm lớn * Nhược điểm phương pháp: không chế tạo chế sản phẩm có hình dạng phức tạp e Đúc trao đổi Hình 5.5: Phương pháp đúc trao đổi 129 Đúc trao đổi phương án đúc ép, dùng để gia công vật liệu nhiệt rắn phenolurea, melamine loại nhựa nhiệt rắn khác Sự khác phương án đúc trao đổi đúc ép cách đưa vật liệu vào lịng khn Trong đúc trao đổi, vật liệu khơng cấp trực tiếp vào lịng khn, trước tiên làm nóng chảy buồng trao đổi nhiệt (hình 5.5 a) sau phun vào lịng khn áp suất phân bố tồn bề mặt khn (hình 5.5 b) Sản phẩm giữ đủ thời gian đông cứng để tạo nên cấu trúc mạng không gian, lấy khỏi khn (hình 5.5c) Phương pháp dùng cho nhựa nhiệt rắn cho sản phẩm có hình dạng phức tạp 2.2.4 Phạm vi ứng dụng số loại chất dẻo Chất dẻo dạng sản phẩm vật liệu polymer sử dụng lớn số lượng lẫn sản lượng thực tế Bảng 5.5 giới thiệu tính chất, ứng dụng số chất dẻo thông dụng thị trường Tính chất chất dẻo đa dạng, ví dụ: polystyren, polymetymetacrilat có độ suốt cao, phù hợp với dụng cụ quang học Các chất dẻo flocacbon chịu nhiệt tốt, có số ma sát thấp bền mơi trường hóa học, nên dùng nhiều công nghiệp điện tử, thực phẩm Bảng 5.5 Loại vật liệu Tên thương mại Tính chất Ứng dụng điển hình Chất dẻo nhiệt dẻo Polystyrene (tinh thể trong) Styron, Replay, ladene Alathon Plyetylen (PE) Petrothene Hi -fax Pro - fax Polyprolen (PP) Tenite Moplen Polyamit Nilon Zyten Trong suốt, ổn định nhiệt, tính cách nhiệt tơt Chai chứa nắp đậy, dụng cụ, bình chứa y tế Bền hóa chất cách điện mềm dẻo có hệ số ma sát thấp, độ bền học không cao chịu thời tiết yếu Chai lọ mềm dẻo, đồ chơi, vỏ bình ăcquy, khay đựng đá, màng bao gói Bền với thay đổi nhiệt độ Tính chất cách điện bền mỏi tuyệt vời Bền hóa chất Tương đối rẻ Chịu tia tử ngoại Chai lọ trùng được, màng bao gói, vỏ tivi, valy, túi du lịch Polyamit (PA) Độ bền học tốt, bền ma sát Hệ số ma sát nhỏ Hút Ổ trượt, bánh răng, bàn chải, tay cầm, vỏ bọc dây cáp, dây điện 130 PlafKon Flocacbon Telon TFE (PTFE hay TFE) Halon TFE Acrylic (polymetylmet Lucite Plexiglass Acrilat, PMMA) PVC Pliovic Vinyl (PVC) Saran Tygon nước số chất lỏng khác Trơ hầu hết môi trường Hệ số ma sát nhỏ Có thể dùng đến nhiệt độ 260C, có tính chảy Chất bịt bọc chống ăn mịn, van, đường ống, đệm chịu hóa chất, màng chống dính, chi tiết điện từ làm việc nhiệt độ cao Truyền ánh sáng tuyệt vời, bền với thời tiết, tính chất trung bình Kính cửa máy bay, dụng cụ đo đạc, thiết kế Vật liệu có ứng dụng rộng rãi Cứng nên thường dùng với hóa chất dẻo Thảm trải sàn, đường ống, bọc dây điện, băng ghi âm Chất dẻo nhiệt rắn Epon Epoxy Epi - rez Araldite Bakelite Phenonlic Durez Resinox Silion Nhựa DC Có phối hợp tuyệt vời độ bền học tính chống ăn mịn Kích thước ổn điịnh Bám dính tốt, giá thành rẻ Tính chất điện tốt Vật liệu đúc, keo rán, Vật liệu compozit, sơn bảo vệ Ổn định kích thước tốt đến 1500C Có thể chọn với nhiều loại nhựa chất độn Giá thành rẻ Bọc mơtơ, vỏ telephon, dụng cụ điện Tính chất điện tốt, bền hóa học, chịu nhiệt Chất dẻo lớp, cách điện nhiệt độ cao 2.3 Hợp kim cứng 2.3.1 Thành phần hoá học hợp kim cứng: gồm loại bít khó nóng chảy chất keo dính coban - Các bít Vonfram (WC) 131 - Các bít ti tan (TiC) - Các bít tan tan (TaC) 2.3.2 Tính chất chung hợp kim cứng - Có độ cứng cao từ chế tạo mà không cần qua nhiệt luyện, độ cứng đạt ( 87 - 92 ) HRA; - Khả chịu nhiệt (1000- 1200)0C; - Dễ vỡ chịu tải trọng động; - Không chế tạo sản phẩm khí có hình dạng phức tạp cứng Bảng 5.6 trình bày thành phần hóa học tính số hiệu hợp kim 2.3.3 Các loại hợp kim cứng a Nhóm bít * Thành phần: WC + Co * Ký hiệu: - Theo tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN): WCo - Theo tiêu chuẩn Nga (TCN): BK Số đứng sau biếu thị % Co, lại % WC Ví dụ: BK6 Hợp kim cứng nhóm bít TCN: Co = 6%, WC = 94% Ví dụ: WCo6 Hợp kim cứng nhóm bít TCVN: Co = 6%, WC = 94% b Nhóm bít *Thành phần: (WC + TiC) + Co *Ký hiệu: - Theo tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN): TCo - Theo tiêu chuẩn Nga (TCN): TK Số đứng sau Co K, biểu thị % Co ban Số đứng sauT, biểu thị % củaTiC, Cịn lại % WC Ví dụ: T15Co8: Hợp kim cứng nhóm bít TCVN, Co = 8%, TiC = 15%, WC = 77% Ví dụ: T15K8 Hợp kim cứng nhóm bít TCN, Co = 8%, TiC = 15%, WC = 77% c Nhóm bít 132 *Thành phần: (WC + TiC + TaC) + Co *Ký hiệu: - Theo tiêu chuẩn Nga (TCN): TTK Số đứng sau K, biểu thị % Co ban Số đứng sauTT, biểu thị % củaTiC+ TaC, Cịn lại % WC Ví dụ: TT25Co5 - Hợp kim cứng nhóm bít TCVN:Co = 5%, (TiC + TaC)= 25%, WC = 70% Ví dụ: T25K5 - Hợp kim cứng nhóm bít TCN: Co = 5%, (TiC + TaC)= 25%, WC = 70% Bảng 5.6 Thành phần hóa học Nhóm hợp kim cứng Cacbit vonfam Cacbit Titanvonfam Số hiệu WC TiC TaC Cơ tính Co Giới hạn uốn σu N/mm2 Độ cứng HRA BK2 98 _ _ 1000 90,0 BK3 97 _ _ 1100 89,5 BK4 96 _ _ 1400 89,5 BK6 94 _ _ 1500 88,5 BK8 92 _ _ 1600 87,5 BK10 90 _ _ 10 1650 87,0 BK15 85 _ _ 15 1800 86,0 BK20 80 _ _ 20 1950 84,0 BK25 75 _ _ 25 2000 82,0 T30K4 66 30 _ 950 92,0 T15K6 79 15 _ 1150 90,0 133 Cacbit tantan- titanvonfam T14K8 78 14 _ 1250 89,5 T5K10 85 _ 10 1400 88,5 T5K12 83 _ 12 1650 87,0 TT7K12 81 12 1650 87,0 TT10K8 82 1450 89,0 TT20K9 71 12 1300 89,0 2.3.4 Công dụng Hợp kim cứng chủ yếu sử dụng làm dao cắt gọt kim loại khả cắt gọt ưu việt nhiều so với thép cacbon dụng cụ thép gió (có thể làm việc (800 ÷ 1000) 0C với tốc độ cắt 1000m/ phút) Hợp kim cứng dùng để chế tạo phần cắt dụng cụ cắt gọt bêtông, mũi khoan địa chất khuôn đột dập - Hợp kim cứng nhóm BK có tính cứng nóng tới 8000 C Các số hiệu BK3, BK8 thường dùng để gia công loại vật liệu có phoi vụn gang, sứ, gốm số hợp kim màu Các số hiệu BK10, BK15 có độ dai tốt dùng làm khn kéo sợi, mũi khoan địa chất (đất ,đá) có tuổi bền cao thép dụng cụ hàng chục lần Các số hiệu BK20, BK25 có lượng coban lớn người ta dùng chúng làm khuôn dập, chi tiết máy yêu cầu tính chống mài mịn cao - Hợp kim cứng nhóm TK có tính cứng nóng (900 ÷ 1000)0C Chúng dùng chủ yếu để gia công cắt thép đặc biệt - Hợp kim cứng nhóm TTK có tính cứng nóng nhóm TK có độ bền tính chống rung, chống mẻ cao Người ta dùng chúng trường hợp điều kiện cắt gọt nặng gia công thỏi đúc, thỏi cán, rèn 2.4 Vật liệu compozit 2.4.1 Khái niệm tính chất chung a Khái niệm Vật liệu compozit vật liệu nhiều pha, tạo thành từ phân tử khác tính chất, khơng hịa tan hịa tan vào nhau, có phân giới rõ rệt Trong thực tế, tồn phổ biến compozit hai pha Pha liên tục toàn khối vật liệu gọi pha Pha phân bố gián đoạn bao bọc gọi pha cốt Ví dụ: bê tơng loại compozit, thành phần gồm hạt đá, sỏi (cốt) liên kết chất dính kết xi măng (nền) b Cấu tạo Cấu tạo compozit gồm hai thành phần chính: nền, cốt 134 - Nền kim loại hợp kim (vật liệu compozit kim loại), polyme, sợi cacbon gốm (vật liệu compozit polyme) - Cốt: kim loại (thép khơng gỉ, vofram, molipden…), chất vô (cacbon, thủy tinh, gốm…) chất hữu polyamit thơm c Đặc điểm tính chất Vật liệu compozit nói chung có độ bền nhiệt độ thường nhiệt độ cao, độ cứng vững, khả chống phá hủy mỏi tính chất khác cao hợp kim kết cấu phổ biến Ngày người ta dự kiến trước tính chất để chế tạo compozit theo ý muốn Một đặc điểm đáng ý compozit kết hợp thành phần tuân theo quy luật cho thể bật ưu điểm cấu tử thành phần, cịn nhược điểm bị loại bỏ Ngồi vật liệu compozit có tính chất mà thành phần riêng lẻ khơng thể có 2.42 Phân loại Có nhiều cách phân loại Dưới hai cách phân loại thơng dụng a Phân theo hình dạng cốt * Vật liệu compozit cốt sợi Đó vật liệu compozit có cốt loại sợi Sợi sử dụng dạng liên tục, gián đoạn Ta điều khiển phân bố phương sợi để để tạo tính chất có hướng thích hợp compozit Vật liệu compozit cốt sợi có vai trị quan trọng cơng nghiệp Các loại sợi thường dùng như: sợi thủy tinh, sợi cacbon, sợi aramit, sợi gốm, sợi tổng hợp tính cao *Vật liệu compozit cốt hạt Đó vật liệu compozit có cốt dạng hạt Cốt hạt khác cốt sợi chỗ khơng có kích thước ưu tiên Hạt thường dùng ôxit, nitrit, borit, cácbit … để cải thiện số tính chất nền, kết hợp làm giảm giá thành, ví dụ: Hợp kim ổ trượt đồng chì loại compozit cốt hạt, hạt chì phân tán đồng, có tác dụng tăng tính cắt gọt cho hợp kim gia cơng, tăng tính chống mài mịn sử dụng *Vật liệu compozit cấu trúc (hình 5.6) 135 Hình 5.6: Compozit cấu trúc lớp Thực chất khái niệm tên bán thành phẩm loại vật liệu cấu hình từ compozit khác Compozit cấu trúc thông dụng dạng lớp dạng ba lớp b Phân theo chất vật liệu thành phần Tùy thuộc chất vật liệu thành phần nền, compozit phân làm ba loại chính: compozit hữu cơ, compozit kim loại, compozit gốm 2.4.3 Một số vật liệu compozit thông dụng a Sợi thủy tinh Hiện sợi thủy tinh loại sợi quan trọng làm vật liệu cốt cho compozit Sợi thủy tinh có đặc điểm sau: độ bền riêng cao (б/p) cao, ổn định kích thước, chịu nhiệt, chịu lạnh, chịu ẩm tốt, tính chống ăn mịn cao, tính cách điện cao, dễ sản xuất, giá thành hạ Mỹ nước sản xuất sợi thủy tinh mạnh giới Hiện có hai loại sợi thủy tinh quan trọng dùng cho vật liệu compozit; Sợi thủy tinh E (electrical) loại S (highstrength) Sợi thủy tinh loại E sợi thủy tinh có nhiều cơng dụng Thành phần chủ yếu gồm: (52 ÷56)% Si02; (12 ÷ 16)% Al203; (16 ÷25)% Ca0; (8 ÷ 13)% B203; độ bền kéo sợi E khoảng 3.440Gpa mô đun đàn hồi đạt tới 4.480Mpa Sợi thủy tinh loại S sợi thủy tinh có độ bền giá thành cao sợi loại E, loại vật liệu sử dụng rộng rãi công nghiệp hàng không vũ trụ mục đích qn khác Thành phần hóa học gồm: 65% Sio 2, 25% Al203, 10% Mg0 Độ bền kéo đạt tới 4.480 Mpa, mơ đun đàn hồi đạt tới 85.4Gpa Người ta sản xuất sợi thủy tinh cách kéo sợi thủy tinh riêng rẽ từ thủy tinh lỏng, sau ghép chúng lại thành sợi 136 b Sợi cacbon Đây vật liệu kỷ 20 Sợi cacbon chế tạo từ Graphit tinh khiết Như biết, cấu trúc tinh thể dạng A 3, Graphit thể tính dị hướng mạnh Trong sợi cacbon, mức độ dị hướng phụ thuộc vào công nghệ chế tạo Nếu cách làm cho graphit kết tinh hồn tồn (khơng cịn thành phần vơ định hình) tinh thể Graphit có định hướng chủ yếu song song với trục cốt sợi đạt tiêu tính cao Trong thực tế người ta sản xuất loại sợi cacbon có độ bền kéo tới 4000 MPa, mô đun đàn hồi khoảng 650.000 MPa Ưu điểm bật sợi cacbon sợi thủy tinh có độ bền riêng cao Đáng tiếc giá thành sợi cacbon cao phạm vi sử dụng chúng hạn chế c Sợi hữu Aramit Sợi aramit có nguồn gốc từ sợi polyamit thơm Sợi aramit công ty thương mại Dupont giới thiệu thị trường vào năm 1972 với tên thương mại Kevlar, có loại Kevlar 29 Kevlar 49 - Kevlar 29 có mật độ thấp, độ bền cao, sử dụng làm vỏ bảo vệ , ống nối, cáp … - Kevlar 49 có mật độ, độ bền cao, sử dụng làm cốt sợi cho vật liệu compozit, dùng chế tạo hàng không, tàu thủy, ô tô nhiều ngành công nghiệp khác Sợi Kevlar chế tạo phương pháp tổng hợp -100C, sau kéo thành sợi dung dịch Tiếp theo sợi xử lý nhiệt để tăng mô đun đàn hồi Giá thành sợi Kevlar thấp sợi cacbon từ đến lần, song việc sử dụng chúng để chế tạo vật liệu compozit bị hạn chế độ bền nén uốn dọc thấp, nhạy với biến dạng cắt lớp Nhược điểm gây liên kết sợi – nhựa không 2.5 Dung dịch trơn nguội dầu mỡ bôi trơn 2.5.1.Dung dịch trơn nguội a Tác dụng dung dịch trơn nguội Các dung dịch trơn nguội sử dụng cắt gọt kim loại để tưới lên dao cắt vật gia công với 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 công tiêu hao máy để cắt gọt; Bôi trơn làm giảm ma sát dao phơi, nhờ làm giảm mài mịn dao q trình gia công; 137 Đẩy phôi kim loại khỏi vùng cắt gọt; b Các dung dịch trơn nguội thường dùng Các dung dịch trơn ngội thường dùng là: nước xà phịng, sunfuaphendon, natricacbonnat, êmuxi, dầu nhờn…trong êmuxi dùng nhiều rẻ tiền hiệu làm trơn nguội tốt Êmuxi hỗn hợp nước, dầu khống vật, xà phịng, natricacbonnat Việc lựa chọn dung dịch trơn nguội phụ thuộc vào phương pháp công nghệ cắt gọt kim loại, loại dụng cụ cắt gọt kim loại vật liệu gia cơng…ví dụ tiện thép cacbon dùng êmuxi dầu lửa, tiện hợp kim đồng dùng êmuxi khơng tưới mà tiện khơ hồn tồn 2.5.2 Dầu mỡ bơi trơn a Tác dụng dầu mỡ - Làm giảm ma sát bề mặt tiếp xúc chi tiết máy, làm giảm mài mịn chi tiết hạn chế tiêu hao lượng ma sát; - Làm mát chi tiết trình máy 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 làm hạn chế mài mịn chi tiết Ví dụ: động đốt trong, màng dầu mỏng vách xi lanh tác dụng bơi trơn cịn có tác dụng làm kín khe hở xecmăng pitton đảm bảo cho hỗn hợp khí cháy khơng bị rị ngồi; Tạo lớp bảo vệ chống ăn mòn kim loại b Dầu nhờn Dầu nhờn chế biến từ dầu mỏ, có màu đen, màu lục, màu nâu Dầu nhờn phân làm nhóm chủ yếu sau: Dầu nhờn động (bôi trơn cho động máy bay, cầu ô tô, máy kéo…) Dầu truyền động (dùng để bôi trơn loại hộp số, cầu ôtô, hộp truyền lực, hộp giảm tốc …) Dầu công nghiệp Dầu đặc biệt (dầu tuabin, dầu biến thế…) c Mỡ Mỡ chất bơi trơn thể đặc, có màu vàng nhạt, nâu sẫm đen Mỡ dùng để bảo quản dụng cụ, chi tiết máy lúc vận chuyển chờ sử dụng Mỡ sử dụng để bôi trơn phận khó giữ dầu, lâu phải thay chất bơi trơn Có nhiều loại mỡ, sử dụng cần phải ý chọn Ví dụ: 138 - Mỡ để bảo quản kim loại, chi tiết máy, dụng cụ thường dùng loại C- 11, C- 12, YCT – Mỡ bôi trơn bánh cầu trục, bánh tốc độ chậm, thường dùng mỡ Grafit (YCA) Mỡ bôi trơn trục động điện, máy phát điện, trục cán máy, thường dùng mỡ côngtalin (ITB -1- 13) Kiến thức cần thiết để thực công việc Nhôm hợp kim nhôm 1.1 Nhôm nguyên chất 1.2 Hợp kim nhôm Đồng hợp kim đồng 2.1 Đồng nguyên chất 2.2 Hợp kim đồng Hợp kim cứng -Tính chất công dụng - Phân loại ký hiệu Gỗ - Tính chất lý gỗ - Các biện pháp bảo quản gỗ Chất dẻo - Tính chất lý nhiệt chất dẻo - Các phương pháp chế biến sản phẩm từ chất dẻo Hợp kim cứng - Công dụng - Thành phần - Tính chất - Các loại hợp kim cứng 6.Vật liệu Compozit - Khái niệm tính chất chung - Một số vật liệu Compozit thông dụng Dung dịch trơn nguội dầu mỡ bôi trơn 7.1 Dung dịch trơn nguội 139 7.2 Dầu mỡ bôi trơn Các bước thực cơng việc Trình bày tính chất, ký hiệu, cơng dụng loại hợp kim nhơm? Trình bày tính chất, ký hiệu, cơng dụng loại hợp kim đồng? gỗ? Nêu thành phần gỗ? Trình bày tính chất gỗ cách bảo quản Nêu tính chất chất dẻo? Trình bày phương pháp chế tạo sản phẩm từ chất dẻo? Trình bày tính chất chung hợp kim cứng, thành phần, ký hiệu, công dụng loại hợp kim cứng dụng Trình bày thành phần, tính chất số vật liệu compozit thơng Nêu tính chất chung gỗ? Trình bày biện pháp bảo quản gỗ Nêu công dụng kể tên loại dung dịch trơn nguội Nêu công dụng kể tên loại dầu mỡ bôi trơn thường dùng Yêu cầu đánh giá kết học tập Trình bày tính chất, ký hiệu, cơng dụng loại hợp kim nhôm? a Hợp kim nhôm biến dạng (đura) - Thành phần - Tính chất - Ký hiệu - Cơng dụng b Hợp kim nhôm đúc (sulumin) - Thành phần - Tính chất - Ký hiệu - Cơng dụng Trình bày tính chất, ký hiệu, cơng dụng loại hợp kim đồng? a La tông (đồng thau nhị nguyên) - Phân loại thành phần - Tính chất - Ký hiệu - Công dụng b Brông (đồng thanh) 140 - Thành phần - Tính chất - Ký hiệu - Công dụng gỗ? Nêu thành phần gỗ? Trình bày tính chất gỗ cách bảo quản - Thành phần gỗ - Tính chất chung gỗ - Cách bảo quản gỗ Nêu tính chất chất dẻo? trình bày phương pháp chế tạo sản phẩm từ chất dẻo? - Tính chất chung chất dẻo - Các phương pháp chế tạo chất dẻo + Phương pháp đúc phun - bơm + Phương pháp đúc đùn + Phương pháp đúc thổi + Phương pháp đúc ép + Phương pháp đúc trao đổi Trình bày tính chất chung hợp kim cứng, thành phần , ký hiệu, công dụng loại hợp kim cứng - Tính chất chung - Các loại hợp kim cứng + Nhóm bít + Nhóm bít + Nhóm bít dụng Trình bày thành phần, tính chất số vật liệu compozit thông a Compozit sợi thủy tinh - Loại E (electrical) + Thành phần + Tính chất - Loại S (high – strength) + Thành phần + Tính chất 141 b Compozit sợi cacbon - Thành phần - Tính chất Nêu tính chất chung gỗ? Trình bày biện pháp bảo quản gỗ - Tính chất chung gỗ - Các biện pháp bảo quản gỗ + Phòng chống nấm trùng + Phịng chống hà Nêu công dụng kể tên loại dung dịch trơn nguội - Công dụng dung dịch trơn nguội - Các loại dung dịch trơn nguội Nêu công dụng kể tên loại dầu mỡ bôi trơn thường dùng - Công dụng dầu mỡ bôi trơn - Các loại dầu mỡ bôi trơn thường dùng 142 TÀI LIỆU THAM KHẢO Nguyễn Hoành 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.Nghiêm Hùng Kim loại học nhiệt luyện Nhà xuất đại học trung học chuyên nghiệp Hà Nội - 1979 4.Giáo trình vật liệu học đại cương