Giáo trình vật liệu cơ khí (nghề cắt gọt kim loại trình độ trung cấp)

SỞ LAO ĐỘNG - THƯƠNG BINH VÀ XÃ HỘI ĐỒNG THÁP TRƯỜNG TRUNG CẤP THÁP MƯỜI  GIÁO TRÌNH MƠN HỌC: VẬT LIỆU CƠ KHÍ NGHỀ : CẮT GỌT KIM LOẠI TRÌNH ĐỘ: TRUNG CẤP Ban hành kèm theo Quyết định số: /QĐ-… ngày…….tháng….năm ………… của……………………………… 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 LỜI GIỚI THIỆU Giới thiệu xuất xứ giáo trình, trình biên soạn, mối quan hệ giáo trình với chương trình đào tạo cấu trúc chung giáo trình Lời cảm ơn quan liên quan, đơn vị cá nhân tham gia MỤC LỤC Trang Chương Cấu trúc tính vật liệu kim loại Khái niệm vật liệu kim loại Cấu tạo mạng tinh thể Sự kết tinh hình thành tổ chức kim loại Tính chất chung kim loại hợp kim 11 Chương Hợp kim biến đổi tổ chức 15 Cấu trúc tinh thể hợp kim 15 Giản đồ trạng thái Fe - C (Fe- Fe3C) 17 Chương Nhiệt luyện hóa nhiệt luyện 22 Nhiệt luyện 22 Hóa nhiệt luyện 27 Chưng Vật liệu kim loại 30 Thép Cácbon 30 Thép hợp kim 33 Gang 33 Chương Hợp kim màu phi kim 41 Hợp kim màu 41 Chất dẻo 45 Vật liệu Compozit 47 GIÁO TRÌNH MƠN HỌC Tên mơn học: Vật liệu khí Mã môn học: MH08 Thời gian thực môn học: 30 giờ; (Lý thuyết: 22 giờ; Thảo luận, tập: giờ; kiểm tra: giờ) I Vị trí, tính chất mơn học: - Vị trí: Được bố trí vào học kỳ trước học sinh học mô đun chun mơn nghề - Tính chất: + Là mơn học chuyên môn sở + Cung cấp kiến thức số loại vật liệu thường sử dụng ngành khí làm tảng lý thuyết để học sinh tiếp tục học tập môn học, mô đun sau II Mục tiêu môn học: - Về kiến thức: + Trình bày đặc điểm, tính chất lý, ký hiệu phạm vi ứng dụng số vật liệu thường dùng ngành khí như: gang, thép cácbon, thép hợp kim, hợp kim cứng, kim loại màu, ceramic, vật liệu phi kim loại, dung dịch trơn nguội + Giải thích số khái niệm nhiệt luyện hoá nhiệt luyện - Về kỹ năng: + Nhận biết vật liệu qua màu sắc, xem tia lửa mài + Xác định tính chất, cơng dụng loại vật liệu thường dùng cho nghề + Nhiệt luyện số dụng cụ nghề dao tiện thép gió, đục - Về lực tự chủ trách nhiệm: + Rèn luyện tính kỷ luật, nghiêm túc, có tinh thần trách nhiệm cao học tập + Chủ động, tích cực thực nhiệm vụ q trình học Chương 1: CẤU TRÚC VÀ CƠ TÍNH CỦA VẬT LIỆU Mục tiêu:  Trình bày đượccác khái niệm mạng tinh thể, ô sở, cấu trúc mạng tinh thể kim loại  Mô tả trình kết tinh kim loại  Trình bày tính chất chung kim loại hợp kim  Rèn luyện tính kỷ luật, nghiêm túc, có tinh thần trách nhiệm cao học tập  Chủ động, tích cực thực nhiệm vụ trình học Nội dung chương: 2.1.Khái niệm vật liệu kim loại Kim loại loại vật liệu có tính chất có lợi cho xây dựng: cường độ lớn, độ dẻo độ chống mỏi cao Nhờ mà kim loại sử dụng rộng rãi xây dựng ngành kĩ thuật khác Ở dạng nguyên chất, cường độ độ cứng thấp, độ dẻo cao, kim loại có phạm vi sử dụng hạn chế Chúng sử dụng chủ yếu dạng hợp kim với kim loại kim khác, thí dụ cacbon Sắt hợp kim (thép gang) gọi kim loại đen; kim loại lại (Be, Mg, Al, Ti, Cr, Mn, Ni, Cu, Zn, v.v ) hợp kim chúng gọi kim loại màu Kim loại đen sử dụng xây dựng nhiều cả, giá kim loại đen thấp kim loại màu Tuy nhiên kim loại màu lại có nhiều tính chất có giá trị: cường độ, độ dẻo, khả chống ăn mịn, tính trang trí cao Những điều mở rộng phạm vi sử dụng kim loại màu xây dựng, phổ biến chi tiết kiến trúc kết cấu nhôm Nguyên liệu để chế tạo kim loại đen quặng sắt, mangan, crơm, mà khống đại diện cho chúng nhóm oxit: macnetit (Fe3O4), quặng sắt đỏ (Fe2O3), piroluzit (MnO2), crômit (FeCr2O4) Để sản xuất kim loại màu người ta sử dụng boxit chứa hidroxit: hidracgilit (Al(OH)3, diasno (HAlO2); loại quặng sunfua cacbonat đồng, niken, chì v.v với khoáng đại diện chancopirit (CuFeS2), sfalêit (ZnS), xeruxit (PbCO3), magiezit ( MgCO3) v.v 2.2 Cấu tạo mạng tinh thể 2.2.1 Cấu tạo nguyên tử kim loại Nguyên tử hầu hết nguyên tố kim loại có electron lớp ngồi (1, 3e) Thí dụ :Na :1s22s22p63s1 , Mg : 1s22s22p63s1 ,Al : 1s22s22p63s2 Trong chu kì, nguyên tử ngun tố kim loại có bán kính ngun tử lớn điện tích hạt nhân nhỏ so với nguyên tử nguyên tố phi kim Thí dụ xét chu kì (bán kính ngun tử biểu diễn nanomet, nm) : Na 11 0,157 Mg 12 Al Si 13 0,136 P 14 0,125 15 S 16 Cl 17 0,117 0,110 0,104 0,099 2.2.2 Cấu tạo tinh thể kim loại Hầu hết kim loại điều kiện thường tồn dạng tinh thể (trừ Hg) Trong tinh thể kim loại, nguyên tử ion kim loại nằm nút mạng tinh thể Các electron hoá trịliên kết yếu với hạt nhân nên dễ tách khỏi nguyên tử chuyển động tự mạng tinh thể 2.2.3 Các dạng ô mạng tinh thể kim loại + Mạng tinh thể mơ hình hình học mơ tả xếp có quy luật nguyên tử (phân tử) khơng 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 ô sở đủ Tuỳ theo loại người ta xác định thông 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: Fe , Cr, W, Mo, V… + Lập phương diện tâm: nguyên tử (ion) nằm đỉnh (tâm) mặt hình lập phương.Các kim loại ngun chất có kiểu mạng như: Feg, Cu, Ni, Al, Pb… + 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 2.2.4 Đơn tinh thể đa tinh thể + Chất rắn đơn tinh thể chất rắn cấu tạo từ tinh thể, tức hạt xếp mạng tinh thể chung Chất đơn tinh thể có tính dị hướng + Chất đa tinh thể cấu tạo từ vô số tinh thể nhỏ liên kết hỗn độn với Chất rắn đa tinh thể có tính đẳng hướng 2.3.Sự kết tinh hình thành tổ chức kim loại - Phần lớn kim loại chế tạo từ trạng thái lỏng làm nguội khuôn thành trạng thái rắn - Khi làm nguội kim loại kim loại lỏng xảy trình kết tinh: mạng tinh thể hạt tạo thành  Kim loại hợp kim chuyển trạng thái từ lỏng sang đặc (rắn) giảm nhiệt độ gọi trình kết tinh 2.3.1 Điều kiện xảy kết tinh - Các nguyên tử có xu hướng tạo thành nhóm nguyên tử xếp có trật tự (tức có trật tự gần mà khơng có trật tự xa trạng thái rắn); - Các nhóm nguyên tử sếp có trật tự hình thành thời gian ngắn,sau lại tản để lại xuất chỗ khác, có nghĩa hình thành lại tản chúng trình xảy liên tiếp; - Có điện tử tự liên kết kim loại giúp kết tinh dễ dàng + Sự biến đổi lượng kết tinh - Năng lượng dự trữ đặc trưng đại lượng khác gọi lượng tự F - Ở nhiệt độ T > Ts kim loại tồn trạng thái lỏng lượng tự trạng thái lỏng nhỏ nhỏ lượng tự trạng thái rắn F l< Fr - Ở nhiệt độ T < Ts kim loại tồn trạng thái rắn F r< Fl - Ở nhiệt độ T0, Fr = Fl Kim loại lỏng trạng thái cân động T gọi nhiệt độ kết tinh lý thuyết  Như kết tinh thực tế xảy T rth Thì chúng trở nên ổn định, khơng tan chúng lớn lên thành hạt 10 87xx, 88xx, 93xx, 94xx, 97xx, 98xx Thép dễ cắt (2 loại) 11xx, 12xx Thép niken-môlipđen 46xx, 48xx (2 loại) Thép mangan (1 - 13xx Thép crôm (2 loại) 50xx, 51xx 15xx Thép crơm với 0,5- 501xx, 511xx, 1,765%) Thép cacbon có hàm lượng Mn cao (1,75%) 1,5%C (3 loại) 521xx Thép niken (2 loại) 23xx, 25xx Thép vonfram-crôm 72xx Thép niken-crôm (4 loại) 31xx, 32xx, Thép silic-mangan 92xx 33xx, 34xx Thép môlipđen (2 loại) Thép crôm-môlipđen 40xx, 44xx Thép bo 41xx Thép crơm-vanađi xxBxx 61xx Ví dụ: mác 5140 thép crơm có 0,4%C tương ứng với mác 40Cr Việt Nam - Nhật (JIS): Ký hiệu bắt đầu chữ S, chữ biểu thị loại thép hợp kim cuối ba số xxx (trong hai số cuối phần vạn cacbon trung bình) Ví dụ: SCr440 thép crơm có 0,4%C tương đương với mác 40Cr Việt Nam - Thép hợp kim dụng cụ: thép có độ cứng cao sau nhiệt luyện, độ chịu nhiệt độ chịu mài mòn cao Hàm lượng cacbon hợp kim dụng cụ từ 0,7 - 1,4%, nguyên tố hợp kim cho vào Cr, W, Si, Mn Thép hợp kim dụng cụ có tính nhiệt luyện tốt Sau nhiệt luyện có độ cứng đạt 60 - 62 HRC Những mác thép thường gặp 90CrSi, 100CrWMn, 100Cr12 OL100Cr1,5 (thép ổ lăn) Thép hợp kim dụng cụ dùng làm dụng cụ cắt gọt, khn dập nguội nóng Ký hiệu theo tiêu chuẩn nước: - Nga (ГOCT): tương tự TCVN - Mỹ (AISI): Ký hiệu chữ nhóm thép số thứ tự Bảng 3.2 38 Ví dụ: D3 thép hợp kim dụng cụ làm khn dập nguội có hàm lượng crơm cacbon cao, tương đương với mác 210Cr12 Việt Nam - Nhật (JIS): Ký hiệu SKSx, SKDx, SKTx x số thứ tự Ví dụ: SKD1 thép hợp kim dụng cụ tương đương với mác 210Cr12 Việt Nam - Thép gió: dạng thép hợp kim đặc biệt để làm dụng cụ cắt gọt chi tiết máy có yêu cầu cao Trong tổ chức thép gió có nguyên tố sắt, cacbon, crom, vonfram, coban, vanadi Thép gió có độ cứng cao, bền, chịu mài mòn chịu nhiệt đến 650 0C Trong thép gió có hàm lượng nguyên tố hợp kim sau: 8,5 - 19% W, 0,7 - 1,4% C, 3,8 - 4,4% Cr, - 2,6% V lượng nhỏ Mo hay Co Những mác thép gió thường dùng theo TCVN có 90W9V2, 75W18V, 140W9V5, 90W18V2 Ký hiệu theo tiêu chuẩn nước: - Nga (ГOCT): tương tự TCVN - Mỹ (AISI): Ký hiệu chữ M (thép gió mơlipđen) T (thép gió vonfram) số thứ tự theo sau Ví dụ: T1 thép gió vonfram tương đương với mác 80W18Cr4V Việt Nam - Nhật (JIS): Ký hiệu SKHx, x số thứ tự Ví dụ: SKH2 thép gió vonfram tương đương với mác 80W18Cr4V Việt Nam 39 -Thép khơng rỉ: loại thép có khả chống ăn mịn tốt Trong thép khơng rỉ, hàm lượng crom cao (>12%) Theo tổ chức tế vi, thép không rỉ chia thành bốn loại austenit, ferit, austenit-ferit, mactenxit Tùy theo mức độ chống rỉ mà chúng sử dụng môi trường khác nước biển, hóa chất Một số mác thép khơng rỉ ký hiệu theo TCVN 12Cr13, 20Cr13, 30Cr13, 12Cr18Ni9 Ký hiệu theo tiêu chuẩn nước: - Nga (ГOCT): tương tự TCVN - Mỹ (AISI): ký hiệu gồm số xxx, 2xx 3xx thép austenit, 4xx thép ferit, 4xx 5xx thép mactenxit Ví dụ: 304 thép khơng rỉ tương đương với mác 8Cr18Ni10 Việt Nam - Nhật (JIS): ký hiệu SUSxxx, xxx lấy theo AISI Ví dụ: SUS304 thép không rỉ tương đương với mác 304 Mỹ mác 8Cr18Ni10 Việt Nam 2.3.Gang 2.3.1 Khái niệm Gang hợp kim sắt cacbon số nguyên tố khác như: Si, Mn, P, S, Cr, Ni, Mo, Mg, Cu hàm lượng cacbon gang lớn 2,14% 2.3.2 Phân loại gang Gang chia làm nhóm: - Gang trắng: hợp kim Fe - C cacbon có thành phần lớn 2,14% tạp chất Mn, Si, P, S… Tổ chức gang tương ứng với giản đồ trạng thái Fe Fe3C Về mặt tổ chức gang trắng chia làm ba loại: 40  Gang trắng trước tinh %C ≤ 4,3%  Gang trắng tinh %C = 4,3%  Gang trắng sau tinh %C ≥ 4,3% -Tính chất chung Gang nói chung có tính đúc tốt độ chảy lỗng cao, độ co ngót ít, dễ điền đầy vào khuôn Gang vật liệu chịu nén tốt, chịu tải trọng tĩnh tốt chịu mài mịn tốt Tuy nhiên gang có tính dòn, chịu va đập Do gang sử dụng gia công đúc để làm chi tiết có hình dáng phức tạp như: vỏ máy, thân máy, bánh đai, bánh đà, trục khuỷu, trục cán, ổ trượt, bánh … Gang trắng cứng giịn, tính cắt gọt nên dùng làm vật liệu đúc Là loại gang mà hầu hết cacbon dạng liên kết Fe3C (xementit) Nó dùng để chế tạo gang rèn (gang dẻo) , luyện thép chi tiết máy cần tính chống mài mịn cao bi nghiền, trục cán - Gang Graphit: hợp kim Fe - C Cacbon có thành phần lớn 2,14% tạp chất Mn, Si, P, S… Tổ chức gang phần lớn cacbon dạng tự graphit, khơng có Fe3C Nhóm gang graphit mặt tổ chức chia làm loại: + Gang xám: graphit dạng dạng tự nhiên gang graphit + Gang cầu: graphit dạng cầu dạng cầu hóa đúc + Gang dẻo: graphit dạng cụm bơng, ủ “graphit hóa” từ gang trắng - Gang xám Là loại gang mà hầu hết cacbon dạng graphit hình Vì có graphit nên mặt gãy có màu xám Gang xám có cấu trúc tinh thể cacbon graphit dạng tấm, gang xám là: pherit, peclit - pherit, peclit 41 Do hình dạng tính chất học graphit (có độ bền học kém) gang xám có độ bền kéo, độ dẻo độ dai thấp, độ bền 35 - 40 Kg/mm 2, độ cứng 150 - 250 HB Tuy nhiên graphit có ưu điểm làm tăng độ chịu mịn gang, có tác dụng chất bơi trơn, làm cho phoi gang dễ bị vụn cắt gọt, khử rung động, làm giảm độ co ngót đúc Gang xám thường dùng để chế tạo chi tiết chịu tải trọng nhỏ bị va đập như: thân máy, bệ máy, ống nước,… chịu ma sát tốt nên gang xám dùng để chế tạo ổ trượt bánh - Gang cầu Gang cầu có tổ chức tế vi gang xám (peclit - ferit, peclit), graphit có dạng thu nhỏ thành hình cầu Vì graphit gang dạng cầu nên gang cầu có độ bền cao gang xám nhiều, đặc biệt có độ dẻo đảm bảo Gang cầu vừa có tính chất thép (tương đương với mác thép thông thường C20 - C45) vừa có tính chất gang Độ cứng độ bền gang cầu tăng cao nhiệt luyện Để có tổ chức gang cầu, phải nấu chảy gang xám dùng phương pháp biến tính đặc biệt gọi cầu hóa để tạo graphit hình cầu Do có nhiều ưu điểm tính nên gang cầu sử dụng ngày nhiều để thay cho thép trường hợp chi tiết có hình dáng phức tạp, đặc biệt trục khuỷu động nhẹ Do giảm hao phí ngun vật liệu mà đảm bảo điều kiện làm việc Gang cầu dùng để chế tạo chi tiết máy trung bình lớn, hình dạng phức tạp, chịu tải trọng cao, chịu kéo va đập loại trục khuỷu, trục cán… Gang dẻo Khi ủ gang trắng xementit gang trắng phân hóa thành graphit, graphit có hạt nhỏ, sau làm nguội chậm ta có gang dẻo hay cịn gọi gang rèn Tùy theo chế độ ủ ta có loại gang dẻo có kim loại ferit, peclit, ferit - peclit Quy trình chế tạo gang dẻo gồm hai bước: - Đúc chi tiết gang trắng - Ủ vật đúc nhiệt độ 900 - 10000C khỏang thời gian 70 - 100 Ta có gang dẻo 42 Thành phần C khơng cao nên graphit lại tập trung cụm nên ảnh hưởng xấu đến tính Lượng graphit gang dẻo loại gang khác nên tính gang dẻo đạt độ bền kéo tương đối cao (thấp gang cầu cao nhiều so với gang xám) đặc biệt có độ dẻo độ dai cao Gang dẻo sử dụng gang xám có tính tổng hợp cao, nhiên giá thành gang dẻo cao so với gang xám cơng nghệ chế tạo phức tạp Chính lý mà gang dẻo dùng làm vật liệu chế tạo chi tiết máy thỏa mãn điều kiện sử dụng sau: - Chịu va đập chịu kéo - Hình dáng phức tạp - Chi tiết có dạng thành mỏng (thường 20 - 30mm, dày 40 - 50mm) Gang dẻo dùng làm chi tiết máy máy nông nghiệp, ô tô, máy kéo, máy dệt… Câu hỏi ôn tập : Câu Định nghĩa thép cacbon thép hợp kim Nêu khác biệt loại thép này? Câu Nêu ảnh hưởng C tạp chất đến tính chất thép? Câu Nêu ảnh hưởng nguyên tố hợp kim đến tính chất thép hợp kim? *Kiểm tra định kỳ (Thời gian: Hình thức: viết) Chương 5: HỢP KIM MÀU VÀ PHI KIM Mục tiêu: - Trình bày tính chất chung số kim loại màu thơng dụng như: đồng, thiếc, chì, nhôm, babit cách phân biệt loại hợp kim màu - Trình bày đặc điểm, tính chất phạm vi ứng dụng số chất dẻo, compozit thơng thường  Rèn luyện tính kỷ luật, nghiêm túc, có tinh thần trách nhiệm cao học tập  Chủ động, tích cực thực nhiệm vụ trình học Nội dung chương: 43 2.1 Hợp kim màu 2.1.1 Nhôm hợp kim nhôm a Nhơm Nhơm kim loại có dạng thù hình, có mạng lập phương tâm mặt với thơng số mạng a = 4,04 A0, có tính chất sau: - Khối lượng riêng nhỏ ( = 2,7g/cm3) - Tính dẫn diện dẫn nhiệt cao, có độ giãn nở nhiệt nhỏ - Tính chống ăn mịn cao (vì có màng ơxit Al2O3 xít chặt bảo vệ) - Nhiệt độ chảy thấp (6600C) làm dễ ràng cho trình nấu luyện song hợp kim nhơm khơng làm việc nhiệt độ cao Tính đúc khơng cao độ co ngót lớn (lên tới 6%) - Cơ tính thấp (σb = 6Kg/mm2, HB = 25, δ = 40%) dễ biến dạng, tính gia cơng cắt thấp - TCVN 1659-75 quy định ký hiệu nhôm chữ Al số % nhơm, ví dụ Al99, Al99,5 - Theo tiêu chuẩn AA (Aluminium Association) Mỹ Nhôm ký hiệu AA 1xxx, ba số xxx biết dùng để tra bảng để biết tính chất cụ thể Ví dụ AA 1100 có 99,00% Al - Theo tiêu chuẩn ГOCT Nga, nhôm nguyên chất ký hiệu chữ A số mức độ Ví dụ A999 có 99,999% Al; Al995 có 99,995% Al b Hợp kim nhơm Hợp kim nhơm phân làm nhóm hợp kim nhôm biến dạng hợp kim nhôm đúc Theo TCVN hợp kim nhôm ký hiệu ký hiệu hóa học nguyên tố theo sau ký hiệu số hàm lượng theo % Nếu hợp kim nhôm đúc, cuối ghi thêm chữ Đ Theo tiêu chuẩn AA Mỹ Hợp kim nhôm ký hiệu AA xxxx, số có nghĩa bảng ba số xxx dùng để tra bảng để biết cụ thể tính chất Loại biến dạng Loại đúc 1xxx Al (>99%) 1xx.x 44 Al thỏi 2xxx Al-Cu Al-Cu-Mg 2xx.x Al-Cu 3xxx Al-Mn 3xx.x Al-Si-Mg Al-Si-Cu 4xxx Al-Si 4xx.x Al-Si 5xxx Al-Mg 5xx.x Al-Mg 6xxx Al-Mg-Si 6xx.x Không có 7xxx Al-Zn-Mg Al-Zn-Mg-Cu 7xx.x Al-Zn 8xxx Al-các nguyên tố khác Al-Sn 8xx.x + Đura  Khái niệm: Là hợp kim nhơm biến dạng điển hình dùng rộng rãi kỹ thuật hàng khơng  Thành phần, tính chất - Thành phần: hợp kim chủ yếu nguyên tố Al-Cu-Mg với Cu < 5%, Mg < 2% Ngồi thành phần cịn có thêm Fe, Si, Mn - Tính chất + Nói chung đura có độ bền cao sau nhiệt luyện σb=42 - 47 Kg/mm2 + Do có độ bền cao nhẹ ( = 2,8g/cm3) nên đura có độ bền riêng lớn Độ bền riêng tỷ số σb/, độ bền riêng đura 15 - 16 thép CT51 - 6,5 gang 1,5 -  Ký hiệu, công dụng - Ký hiệu: AlCu4Mg (có 95% Al, 4% Cu 1% Mg) AA 2014 - Công dụng: có độ bền riêng cao nên đura sử dụng phổ biễn kỹ thuật hàng không (kết cấu máy bay, tàu vũ trụ…), giao thông vận tải (dầm chịu lực xe tải, sườn tàu biển…) làm dụng cụ thể thao… + Silumin  Khái niệm: Là hợp kim nhơm đúc dùng rộng rãi Nó hợp kim tạo nên từ sở hệ hợp kim Al - Si Ngồi thành phần cịn có thêm Mg, Mn, Cu, Zn…  Phân loại: theo thành phần hóa học người ta chia silumin làm nhóm: - Silumin đơn giản 45  Là hợp kim nhơm đúc mà thành phần nhơm silic (Ví dụ: AlSi13 có 87% Al 13% Si, theo tiêu chuẩn Liên Xô AЛ2 hay theo tiêu chuẩn Mỹ AA 423.0 )  Silumin đơn giản có tính đúc tốt (độ chảy lỗng cao, khả điền đầy khn lớn, độ nhẵn bề mặt cao) nên dùng để đúc định hình chi tiết có hình dạng phức tạp Nhược điểm có rỗ khí, tính thấp,khơng có khả hóa bền nhiệt luyện Dạng nhiệt luyện ủ khoảng 300 0C, làm nguội khơng khí Thường dùng làm vật liệu để đúc chi tiết máy có hình dáng phức tạp, chịu tải trọng nhẹ - Silumin phức tạp  Là hợp kim nhôm với - 10%Si có thêm nguyên tố hợp kim đặc biệt Cu, Mg, Zn, Mn… (Ví dụ: AlSi8Mg, AlSi6MgMnCu7, AlSi5MnCu3…) Do có thêm nguyên tố hợp kim mà độ bền silumin phức tạp cao hẳn sau nhiệt luyện Thường dùng làm chi tiết máy quan trọng như: thân máy nén, thân nắp động ô tô (AЛ4), pit tông (AЛ26 hay AA 390.0 ) 2.1.2 Đồng hợp kim đồng a Đồng Đồng kim loại có dạng thù hình, có mạng lập phương tâm mặt với thơng số mạng a = 3,6A0 có tính chất sau: - Khối lượng riêng lớn ( = 8,94g/cm3) lớn gấp lần nhơm - Tính chống ăn mịn tốt - Nhiệt độ nóng chảy tương đối cao (10830C) - Độ bền không cao (σb = 16Kg/mm2, HB = 40) tăng mạnh biến dạng nguội (σb = 45Kg/mm2, HB = 125) Do biện pháp hóa bền đồng biến dạng nguội Mặc dù có độ cứng khơng cao đồng lại có khả chống mài mịn tốt - Tính cơng nghệ tốt, dễ dát mỏng, kéo sợi nhiên tính gia cơng cắt - Theo TCVN đồng ký hiệu chữ Cu theo sau số hàm lượng %Cu (Cu99,99; Cu99,97; Cu99,95; Cu99,90) - Theo tiêu chuẩn CDA (Copper Development Association) Mỹ đồng nguyên chất ký hiệu CDA 1xx Ví dụ CDA 110 46 b Hợp kim đồng Có nhiều cách phân loại hợp kim đồng phổ biến phân loại theo thành phần hóa học Theo phương pháp người ta chia hợp kim đồng làm hai loại: + Latông (đồng vàng hay đồng thau): hợp kim đồng mà hai nguyên tố chủ yếu đồng kẽm Ngồi cịn có ngun tố khác Pb, Ni, Sn Latông theo TCVN 1695-75 ký hiệu chữ L sau chữ ký hiệu tên nguyên tố hóa học số thành phần Latơng chia thành hai nhóm: - Latơng đơn giản: hợp kim hai nguyên tố Cu-Zn với lượng chứa Zn 45% Zn nâng cao độ bền độ dẻo hợp kim đồng Khi lượng Zn cao vượt 50% hợp kim Cu-Zn trở nên cứng dịn Các mác thường dùng LCuZn10, LCuZn20, LCuZn30 làm ống tản nhiệt, ống dẫn chi tiết dập sâu loại có độ dẻo cao - Latơng phức tạp: hợp kim ngồi Cu Zn cịn đưa thêm vào số nguyên tố Pb, Al, Sn, Ni… để cải thiện tính chất hợp kim Ví dụ: Pb làm tăng tính cắt gọt, Sn làm tăng tính chống ăn mịn, Al Ni làm tăng tính Các loại latơng phức tạp thường dùng: LCuZn29Sn1, LCuZn40Pb1 Theo tiêu chuẩn CDA: latông đơn giản ký hiệu CDA 2xx, ví dụ CDA 240 tương đương với LCuZn20 Latông phức tạp ký hiệu CDA 3xx CDA 4xx, ví dụ CDA 370 tương đương với LCuZn40Pb1 + Brông (đồng thanh) Là hợp kim đồng với nguyên tố khác ngoại trừ Zn Brông ký hiệu chữ B, tên gọi brông phân biệt theo nguyên tố hợp kim Người ta phân biệt loại đồng khác tùy thuộc vào nguyên tố hợp kim chủ yếu đưa vào: ví dụ Cu-Sn gọi brông thiếc; Cu - Al gọi brông nhôm 47 Brông thiếc: hợp kim đồng với nguyên tố hợp kim chủ yếu thiếc Brơng thiếc có độ bền cao, tính dẻo tốt, tính chống ăn mòn tốt, thường dùng loại BCuSn10Pb1, BCuSn5Zn2Pb5 để làm ổ trượt, bánh răng, lò xo… Theo tiêu chuẩn CDA brơng thiếc ký hiệu: CDA 5xx, ví dụ: CAD 521 Brông nhôm: hợp kim đồng với nguyên tố hợp kim chủ yếu nhôm Brông nhôm có độ bền cao Brơng thiếc, tính chống ăn mịn tốt có nhược điểm khó đúc, thường dùng thay Brơng thiếc rẻ tiền Các loại Brơng nhôm thường dùng BCuAl9Fe4, BCuAl10Fe4Ni4 Theo tiêu chuẩn CDA brơng nhơm ký hiệu: CDA6xx, ví dụ: CAD614 Brơng Berili: hợp kim đồng với nguyên tố hợp kim Be, cịn gọi đồng đàn hồi Hợp kim có độ cứng cao, tính đàn hồi cao, tính chống ăn mịn dẫn điện tốt, thường dùng làm lò xo thiết bị điện Thường dùng với ký hiệu BCuBe2 tương đương với CDA 172 2.2 Chất dẻo 2.2.1 Khái niệm Chất dẻo sử dụng ngày rộng rãi ngành công nghiệp sinh hoạt người, như: bao bì, chi tiết máy ngành khí, ngành điện, điện tử… Chất dẻo có ưu, nhược điểm sau: Khối lượng riêng nhỏ (phần lớn chất dẻo có ), độ bền hóa học tốt, cách điện, cách âm tốt, tính bám dính tốt đặc điểm dễ gia cơng Tuy nhiên chất dẻo có nhược điểm là: dẫn điện, dẫn nhiệt khả chịu nhiệt dễ bị lão hóa 2.2.2 Tính chất lý chất dẻo Chất dẻo có nhiều tính chất q báu, tiêu lí cao Khối lượng th ể 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 tinh dị hướng (SVAM) : 4800 – 9500 kG/cm2 Hệ số phẩm chất kết cấu chất dẻo lớn : 2250kG/cm2 (SVAM), thép 127kG/cm2, đuyara 1631 Chất dẻo khơng bị ăn mịn Nói chung bền với dung dịch axit kiềm yếu Có số chất dẻo (thí dụ polyelilen, poliizobutilen, polistiron , polivinyl clorit) chí cịn bền 48 với dung dịch axit, muối kiềm đậm đặc Vì chất dẻo sử dụng rộng rãi xây dựng xí nghiệp hố chất, hệ thống thoát nước bảo vệ điện Chất dẻo, bình thường vật liệu dẫn nhiệt (X = 0,28 – 0,65 kcal/m.°C h) Chất dẻo bọt chất dẻo khí dẫn nhiệt cịn (X = 0,05 – 0,24 kcal/m.°C.h) Vì chất dẻo sử dụng rộng rãi để làm VLCN Chất dẻo bị mài mịn, nên thích dụng cho việc trải sàn nhà, có độ suốt cao Kính hữu cho tia tử ngoại 1%, kính thường 70% Chất dẻo nhuộm thành màu sắc Khi sử dụng chất tạo màu bền vững chúng giữ màu sắc lâu, nên sơn định kì 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 cịn dễ hàn Nhờ người ta sản xuất loại đường ống phức tạp, loại đồ chứa Hàn thực thiết bị đơn giản với tham gia khí nóng (thí dụ C02) nhiệt độ 150 – 250°C Một ưu điểm chất dẻo nguồn ngun liệu vơ tận Chúng nhận từ nhiều chất hố học, thí dụ: than đá, dầu mỏ, gỗ, vơi, khí, khơng khí, v.v… Tuy chất dẻo cò nhiều nhược điểm Đa số chất dẻo có tính bền nhiệt khồng cao (70° – 200°C), có số loại chất dẻo (silic hữu cơ, politêtrafloetylen) làm việc nhiệt độ 250°c Chất dẻo có độ cứng khơng lớn Thí dụ chất dẻo polistirơn, chất dẻo acrilat có độ cứng (theo phương pháp Brinen) khoảng 1500 kG/cm2, chất dẻo tectolit I 3500, chất dẻo có hệ số nở nhiệt lớn (25 I 120) 10’6, thép 10.10’6 Chúng có tính từ biến lớn, với tải trọng khơng đổi theo thời gian độ chảy dẻo phát triển lớn nhiều so với số vật liệu khác (thép, bêtông) Theo thời gian số chất dẻo bị hố già, cường độ độ cứng giảm, tính giịn xuất hiện, biến màu Sự hoá già xảy tác dụng ánh sáng, khơng khí nhiệt độ Khi đốt cháy nhiều chất dẻo tách chất khí độc 2.2.3 Các phương pháp chế biến sản phẩm từ chất dẻo Q trình cơng nghệ chế tạo chất dẻo phụ thuộc vào thành phần công dụng chúng Nhiệt độ lực ép tạo hình sản phẩm yếu tố công nghệ chủ yếu Các 49 công đoạn chủ yếu chuẩn bị, định lượng chuẩn bị hỗn hợp composite, sau gia cơng thành sản phẩm có tính chất lí, kích thước hình dáng định Các phương pháp chế tạo chất dẻo chủ yếu là: lăn, trục cán, đùn, ép, đúc, tẩm, phun, hàn, dán… Trong phưong pháp trục cán, chất dẻo tạo hình qua khe hở, lăn quay Trong phương pháp cán, trình tạo thành băng chất dẻo liên tục có chiều rộng chiều dày cho trước từ hỗn hợp polime mềm tiến hành nhờ khe hở lăn Phương pháp đùn tạo cho sản phẩm chất dẻo có hình cắt ngang cố định cách ép khối chất dẻo nóng qua khe tạo hình Phương pháp thích hợp cho việc chế tạo số sản phẩm xây dựng, loại ống, tấm, băng số sản phẩm khác Việc tạo hình sản phẩm máy ép thuỷ lực đốt nóng gọi phương pháp dập Phương pháp dùng việc chế tạo sản phẩm từ bột hạt, ép bề mặt máy ép nhiều tầng 2.3.Vật liệu compozit 2.3.1 Khái niệm Là vật liệu kết hợp hay nói cách khác vật liệu nhiều pha khác mặt hóa học Chúng khơng hịa tan vào mà phân cách ranh giới pha, chúng tạo nhờ can thiệp kỹ thuật người Compozit thơng thường có hai pha: pha liên tục toàn khối gọi nền, pha phân bố gián đoạn bao bọc gọi cốt Tính chất học compozit lựa chọn thích hợp phát huy ưu việt pha thành phần, lưu ý bao gồm tất tính chất pha thành phần Nền pha liên tục đóng vai trị liên kết toàn phần tử cốt tạo thành khối thống nhất, đồng thời che phủ bảo vệ cốt khỏi mơi trường bên ngồi Các loại thường dùng: chất dẻo, kim loại, gốm Cốt pha khơng liên tục đóng vai trị pha tạo nên độ bền, độ đàn hồi độ cứng Các loại cốt thường dùng: chất vô (sợi bo, sợi cacbon, sợi thủy tinh…), chất hữu (sợi polyamit), kim loại (sợi thép không rỉ, bột vonfram, bột molipđen) 2.3.2 Phân loại Compozit 50 Vật liệu composite phân loại theo hình dạng theo chất vật liệu thành phần Phân loại theo hình dạng + Vật liệu composite độn dạng sợi: Khi vật liệu tăng cường có dạng sợi, ta gọi composite độn dạng sợi, chất độn dạng sợi gia cường tăng lý tính cho polymer + Vật liệu composite độn dạng hạt: Khi vật liệu tăng cường có dạng hạt, tiểu phân hạt độn phân tán vào polymer Hạt khác sợi chỗ khơng có kích thước ưu tiên Phân loại theo chất, thành phần + Compozit hữu (nhựa, hạt) với vật liệu cốt có dạng: sợi hữu (polyamit, kevlar ), sợi khoáng (thủy tinh, cacbon ), sợi kim loại (bo, nhôm) + Compozit kim loại: kim loại (hợp kim Titan, hợp kim Al,…) với độn dạng hạt: sợi kim loại (Bo), sợi khoáng (Si, C)… + Compozit khoáng (gốm) với vật liệu cốt dạng: sợi kim loại (Bo), hạt kim loại (chất gốm), hạt gốm (cacbua, Nitơ)… 2.3.3 Một số vật liệu Compozit thông dụng Một số loại compozit sử dụng phổ biến khí: Compozit cốt hạt Loại có đặc điểm phần tử cốt hạt thường cứng thường oxit, cacbit… Hợp kim cứng compozit cốt hạt coban cốt hạt cacbit Bê tơng compozit cốt hạt xi măng, cốt đá, sỏi, cát Compozit cốt sợi Loại có độ bền mơ đun đàn hồi riêng cao Vật liệu phải tương đối dẻo, cốt phải có độ bền, độ cứng vững cao Ngồi tính loại compozit cịn phụ thuộc vào hình dáng, kích thước phân bố sợi Các loại compozit sợi sử dụng compozit polyme sợi thủy tinh để làm vỏ xe ô tô, tàu biển, ống dẫn, lót sàn cơng nghiệp Compozit polyme sợi cacbon thường dùng chế tạo chi tiết máy bay Compozit kim loại sợi (nền Cu, Al, Mg… cốt sợi cacbon, bo, cacbit silic) loại chịu nhiệt cao, dùng để chế tạo chi tiết tuabin -51 Câu hỏi ôn tập chương 5: Câu So sánh tính chất đồng nhơm? Câu Hợp kim đồng có loại nào? Nêu tính chất cơng dụng loại Câu Hợp kim nhơm có loại nào? Nêu tính chất cơng dụng loại Câu Thế vật liệu compozit? Hợp kim cứng có phải vật liệu compozit khơng? Tại sao? Câu Chất dẻo Tính chất chất dẻo 52