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

KIM LOẠI VÀ HỢP KIM

Vai trò của vật liệu cơ khí trong cuộc sống

sống1.3 Khái quát quá trình phát triển của ngành

1.4 Cấu tạo của kim loại và hợp kim

1.4.1 Khái niệm về Kim loại

1.4.2 Cấu tạo tinh thể kim loại

1.5.1 Khái niệm về hợp kim

1.5.2 Cấu tạo hợp kim và đặc tính của chúng

1.6 Tính chất chung của kim loại và hợp kim

II CHƯƠNG II: GANG VÀ THÉP 13 10 2 1

2.1 Gang và các loại gang thường dùng

2.1.1 Giới thiệu chung về gang

2.1.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến tính chất của gang

2.1.3 Các loại gang thường dùng

2.2 Thép và các loại thép thường dùng

2.2.2 Thành phần hóa học và tính chất chung của thép

2.2.3 Ảnh hưởng của các nguyên tố đến tính chất của thép

2.3.1.Khái niệm về thép cacbon

2.4 Ưu khuyết điểm của thép cacbon

2.5 Tổ chức tế vi của gang và thép

2.5.1 Quan sát tổ chức tế vi của gang và thép

2.5.2 Tổ chức tế vi của thép cacbon ở trạng thái cân bằng

2.6 Tổ chức tế vi các loại gang

2.7.1 Khái niệm về thép hợp kim

2.7.2 Thành phần hóa học thép hợp kim

2.7.3 Các đặc tính thép hợp kim

2.7.4 Ký hiệu của thép hợp kim

2.8 Các loại thép hợp kim

2.8.1 Thép hợp kim kết cấu

2.8.2 Thép hợp kim dụng cụ

2.8.4 Thép làm dụng cụ đo

2.8.5 Thép hợp kim đặc biệt

2.9.1 Thành phần và tính chất

2.9.2 Phân Loại và công dụng

2.9.3 Kim loại màu và hợp kim màu

III CHƯƠNG III: NHIỆT LUYỆN VÀ HÓA

3.1 Khái niệm về nhiệt luyện

3.1.2 Giản đồ trạng thái Fe-c

3.1.3 Các tổ chức trong giản đồ

3.1.4 Quá trình kết tinh của Hk Fe-C

3.1.5 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình nhiệt luyện

3.2 Các hình thức nhuyệt luyện

3.3 Các khuyết tật xảy ra khi nhiệt luyện thép

3.3.3 Ảnh hưởng của nhiệt luyện và tầm quan trọng của kiểm nhiệt

3.4.2 Các hình thức hóa nhiệt

3.5.1 Mục đích phân loại, nguyên lý chung

IV CHƯƠNG IV: VẬT LIỆU PHI KIM 5 2 1

4.1.3 Các loại chất dẻo cơ bản

CHƯƠNG 1: KIM LOẠI VÀ HỢP KIM

Kim loại và hợp kim đóng vai trò quan trọng trong sản xuất công nghiệp, quyết định thành công của quá trình chế tạo chi tiết máy Để đảm bảo chất lượng và tính kinh tế của sản phẩm, việc lựa chọn kim loại và hợp kim phù hợp dựa trên các yêu cầu kỹ thuật là rất cần thiết Do đó, việc hiểu rõ các tính chất cơ bản của kim loại và hợp kim là yếu tố then chốt trong sản xuất.

-Trình bày được khái niệm và vai trò của vật liệu

- Phân biệt được cấu tạo kim loại và hợp kim

- Mô tả được các tính chất chung của kim loại và hợp kim

1.1 Khái niệm về vật liệu cơ khí.

Vật liệu cơ khí được hiểu là tất cả các chất liệu mà con người sử dụng trong sản xuất cơ khí để tạo ra các sản phẩm phục vụ cho cuộc sống, bao gồm thiết bị máy móc trong các lĩnh vực công nghiệp, nông nghiệp, giao thông vận tải, y tế, văn hóa và giáo dục.

Vật liệu cơ khí là một khái niệm rộng lớn và đa dạng, bao gồm nhiều loại như kim loại, chất dẻo và compozit Những vật liệu này không chỉ quan trọng trong sản xuất cơ khí mà còn có vai trò thiết yếu trong các lĩnh vực xây dựng, kỹ thuật điện, công nghiệp hóa học và thực phẩm.

- Vật liệu cơ khí có nguồn gốc từ 3 nhóm vật liệu lớn: Vật liệu kim loại, vật liệu hữu cơ polyme và vật liệu ceramic

1.1.1 V ậ t li ệ u kim lo ạ i: cấu thành từ những chất vô cơ, chủ yếu là các nguyên tố kim loại, phi kim loại Những nguyên tố kim loại thường gặp như sắt đồng nhôm, niken, titan…những nguyên tố phi kim như cacbon, nitơ, oxy Trong điều kiện bình thường ở trạng thái rắn các nguyên tố kim loại sắp xếp với nhau theo những trật tự nhất định, do vậy chúng là vật tinh thể Thế giới kim loại thật là hấp dẫn và vô cùng phong phú, có những kim loại đã là người bạn lâu dài hàng ngàn năm của con người như Cu, Fe, Ag, Au, Pb… lại có những kim loại mới chỉ quen biết với con người mấy chục năm gần đây

Kim loại có tính chất kỳ lạ và đa dạng; ví dụ, thủy ngân tồn tại dưới dạng lỏng ở nhiệt độ âm 30 độ C, trong khi vonfram chỉ hóa lỏng khi đạt nhiệt độ 3410 độ C Liti nhẹ hơn nước, khó chìm trong nước, trong khi osmium, với mật độ gấp 20 lần nước, lại chìm ngay lập tức Trái đất rất giàu nhôm, với hàm lượng chỉ đứng sau oxy và silic, trong khi hàm lượng francium lại rất hiếm, chỉ khoảng một gam.

- Vật liệu kim loại có chung tính chất dẫn điện, dẫn nhiệt tốt Nhiều kim loại bền và dẻo ở cả nhiệt độ thấp lẫn nhiệt độ cao

- Kim loại và hợp kim của chúng được chia thành hai nhóm lớn:

+ Kim loại và hợp kim sắt, là kim loại vật liệu mà trong thành phần chủ yếu có nguyên tố sắt Đó chính là thép và gang

Kim loại và hợp kim không sắt là những vật liệu có thành phần chủ yếu không chứa hoặc chỉ chứa rất ít sắt Những ví dụ tiêu biểu bao gồm đồng, nhôm, kẽm, niken cùng với các hợp kim của chúng.

1.1.2 V ậ t Li ệ u polyme: bao gồm các chất hữu cơ (chứa cacbon) có cấu trúc đa phân tử Hầu hết các chất polyme không có cấu trúc tinh thể, tuy nhiên cũng có những trường hợp chúng có cấu trúc hổn hợp vừa tinh thể vừa vô định hình Nói chung các vật liệu polyme dẫn điện, dẫn nhiệt kém Một số trong chúng làm chất cách điện tốt Chúng giòn ở nhiệt độ thấp có khả năng biến dạng dẻo ở nhiệt độ cao, bền vững hóa học ở nhiệt độ thường và ngoài không khí.

Ceramic chủ yếu bao gồm các chất giữa kim loại và phi kim loại như cacbit, nitri, và oxyt, với liên kết ion hoặc đồng hóa trị, có cấu trúc tinh thể hoặc vô định hình Các loại ceramic truyền thống bao gồm thủy tinh, gốm, sành sứ và gạch ngói, thường dẫn điện kém, cứng và bền ở nhiệt độ cao nhưng có xu hướng giòn Gần đây, nhiều vật liệu ceramic mới đã được phát hiện với tính năng nổi bật như nhẹ, chịu nhiệt tốt và chống mài mòn, ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong ngành điện, điện tử, hàng không và vũ trụ.

Vật liệu compozit là nhóm vật liệu tổ hợp được hình thành từ ít nhất hai loại vật liệu khác nhau về tính chất, mang lại những tính năng mới mà các vật liệu thành phần không có Một ví dụ điển hình là bê tông cốt thép, kết hợp giữa thép có khả năng chịu kéo tốt và bê tông chịu nén tốt, tạo ra kết cấu vững chắc Hiện nay, khoa học vật liệu đã phát triển nhiều loại compozit từ sự kết hợp giữa polyme với kim loại hoặc ceramic, có ứng dụng quan trọng trong công nghiệp và sản xuất cơ khí Sợi thủy tinh và sợi cacbon, với độ bền cao, được sử dụng làm vật liệu chính trong chế tạo nhiều chi tiết của máy bay.

1.2 Vai trò của vật liệu cơ khí trong cuộc sống

Trong thế kỷ 21, con người nhỏ bé về thể chất nhưng lại có khả năng mở rộng hiểu biết ra thế giới và vũ trụ nhờ vào các thiết bị hiện đại Sự phát triển nhanh chóng của công nghệ thông tin đã đóng vai trò quan trọng trong nền văn minh nhân loại, đồng thời thúc đẩy việc sử dụng nhiều loại vật liệu tiên tiến hơn để cải thiện chất lượng cuộc sống.

Con người với trí tuệ đã và đang sáng tạo ra nhiều vật liệu phục vụ cuộc sống, không chỉ dừng lại ở các vật liệu truyền thống mà còn khám phá ra những loại vật liệu kỳ diệu khác Sự phát triển này đã đưa nền văn minh nhân loại tiến xa đến mức mà trước đây những nhà văn viễn tưởng cũng không thể tưởng tượng nổi Các mốc quan trọng trong lịch sử phát triển xã hội loài người, như “thời kỳ đồ đá”, “thời kỳ đồ đồng”, và “thời kỳ đồ sắt”, đều được xây dựng dựa trên các vật liệu nòng cốt trong chế tạo công cụ lao động.

Mỗi khi con người phát hiện ra một loại vật liệu mới với tính năng vượt trội, điều này không chỉ thúc đẩy năng suất lao động mà còn mở ra những lĩnh vực khoa học mới Những sự kiện lịch sử đã minh chứng cho việc này, cho thấy vai trò quan trọng của vật liệu trong sự phát triển của xã hội.

Sự ra đời của công nghệ chế tạo hợp kim nhôm cứng đuyara vào năm 1930, nhờ vào quá trình già hóa biến cứng, đã thúc đẩy mạnh mẽ sự phát triển của ngành công nghiệp hàng không và tên lửa trong thời kỳ Đại chiến thế giới thứ hai.

Công nghệ chế tạo polyme ra đời đã biến những nguyên liệu tưởng chừng như thô sơ như gỗ, hạt đậu tương, dầu thô và than thành những sản phẩm tinh tế như tấm lụa mịn màng và trang phục trang nghiêm Sự phát triển này không chỉ thay đổi cách chúng ta nhìn nhận về vật liệu mà còn mở ra những cơ hội mới trong ngành công nghiệp.

Vào năm 1980, sự phát triển công nghệ chế tạo chất dẻo polyme đã mở ra một kỷ nguyên mới cho ngành công nghiệp thời trang và nội thất, cho phép con người sáng tạo ra những bộ quần áo lộng lẫy và những tấm thảm rực rỡ Từ đó, vật liệu này trở thành người bạn đồng hành kỳ diệu, đồng thời thúc đẩy sự ra đời của ngành công nghiệp sợi và tơ nhân tạo.

Cấu tạo của kim loại và hợp kim

1.4.1 Khái niệm về Kim loại

1.4.2 Cấu tạo tinh thể kim loại

Hợp Kim

1.5.1 Khái niệm về hợp kim

1.5.2 Cấu tạo hợp kim và đặc tính của chúng

Tính chất chung của kim loại và hợp kim

II CHƯƠNG II: GANG VÀ THÉP 13 10 2 1

2.1 Gang và các loại gang thường dùng

2.2 Thép và các loại thép thường dùng

Kim loại và hợp kim đóng vai trò quan trọng trong sản xuất công nghiệp, quyết định sự thành bại của quá trình chế tạo chi tiết máy Việc lựa chọn kim loại và hợp kim phù hợp cần dựa vào các yêu cầu kỹ thuật, nhằm đảm bảo chất lượng và tính kinh tế của sản phẩm Để thực hiện điều này, việc nắm vững các tính chất cơ bản của kim loại và hợp kim là rất cần thiết.

Vật liệu cơ khí là tất cả các chất liệu mà con người sử dụng trong sản xuất cơ khí để chế tạo các sản phẩm phục vụ cho đời sống, bao gồm thiết bị máy móc trong các lĩnh vực công nghiệp, nông nghiệp, giao thông vận tải, y tế, văn hóa và giáo dục.

Vật liệu cơ khí bao gồm nhiều loại đa dạng như kim loại, chất dẻo và compozit, không chỉ phục vụ cho sản xuất cơ khí mà còn đóng vai trò quan trọng trong các lĩnh vực xây dựng, kỹ thuật điện, công nghiệp hóa học và thực phẩm.

Kim loại có tính chất kỳ lạ và đa dạng, với thủy ngân tồn tại ở thể lỏng ngay cả ở -30 độ C, trong khi vonfram chỉ hóa lỏng ở nhiệt độ 3410 độ C Liti nhẹ bằng nửa nước và khó chìm, trong khi osmium, kim loại nặng nhất, chìm nhanh trong nước do có mật độ gấp 20 lần nước Trái đất giàu nhôm, với hàm lượng trong vỏ trái đất chỉ kém oxy và silic, trong khi hàm lượng francium lại rất hiếm, chỉ bằng vài gam.

Kim loại và hợp kim không chứa sắt là những vật liệu mà trong thành phần của chúng có rất ít hoặc hoàn toàn không có sắt Các ví dụ điển hình bao gồm đồng, nhôm, kẽm, niken cùng với các hợp kim của những kim loại này.

Ceramic chủ yếu bao gồm các chất giữa kim loại và phi kim loại như cacbit, nitri, và oxyt, với liên kết ion hoặc đồng hóa trị, có thể có cấu trúc tinh thể hoặc vô định hình Các loại ceramic truyền thống bao gồm thủy tinh, gốm, sành sứ, và gạch ngói, thường dẫn điện kém, cứng và bền ở nhiệt độ cao nhưng có xu hướng giòn Gần đây, nhiều vật liệu ceramic mới đã được phát hiện với các tính năng ưu việt như nhẹ, chịu nhiệt tốt, và khả năng chống mài mòn cao, ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp điện, điện tử, hàng không và vũ trụ.

Vật liệu compozit được hình thành từ ít nhất hai loại vật liệu khác nhau về tính chất, mang lại những đặc tính hoàn toàn mới mà các vật liệu thành phần không thể có Một ví dụ điển hình là bê tông cốt thép, kết hợp giữa thép có khả năng chịu kéo tốt và bê tông chịu nén tốt, tạo ra kết cấu vững chắc Hiện nay, khoa học vật liệu đã phát triển nhiều loại compozit kết hợp giữa polyme với kim loại hoặc ceramic, có ứng dụng quan trọng trong công nghiệp và sản xuất cơ khí Sợi thủy tinh độ bền cao và sợi cacbon là những vật liệu chính trong chế tạo chi tiết máy bay.

Chúng ta đang sống trong thế kỷ 21, kỷ nguyên mà con người có thể mở rộng hiểu biết ra thế giới và vũ trụ nhờ vào công nghệ hiện đại Sự phát triển nhanh chóng của công nghệ thông tin đã giúp nền văn minh nhân loại tiến bộ, đồng thời con người ngày càng biết sử dụng nhiều loại vật liệu tiên tiến để cải thiện cuộc sống.

Con người với trí tuệ là một yếu tố quyết định trong việc sáng tạo ra nhiều vật liệu phục vụ cuộc sống, từ các vật liệu truyền thống đến những loại vật liệu mới lạ, góp phần vào sự phát triển của nền văn minh nhân loại Những bước tiến quan trọng trong lịch sử xã hội được thể hiện qua việc sử dụng các vật liệu chế tạo công cụ lao động, như "thời kỳ đồ đá", "thời kỳ đồ đồng" và "thời kỳ đồ sắt".

Mỗi khi con người phát hiện ra một loại vật liệu mới với tính năng vượt trội, điều này không chỉ thúc đẩy năng suất lao động xã hội mà còn mở ra những ngành khoa học mới Những phát minh này đã có tác động sâu rộng, minh chứng cho sự tiến bộ của nền văn minh nhân loại.

Sự ra đời của công nghệ chế tạo hợp kim nhôm cứng đuyara vào năm 1930, nhờ quá trình già biến cứng, đã tạo ra bước tiến vượt bậc cho ngành công nghiệp hàng không và tên lửa trong thời kỳ Đại chiến Thế giới thứ hai.

Sự ra đời của công nghệ chế tạo polyme đã mở ra một kỷ nguyên mới trong sản xuất vật liệu Vào đầu thế kỷ, không ai có thể tưởng tượng rằng từ những nguyên liệu thô như khúc gỗ, hạt đậu tương, chai dầu thô hay than đen, lại có thể tạo ra những sản phẩm tinh tế như tấm lụa mịn màng và bộ lễ phục trang nghiêm Công nghệ này đã biến những chất liệu tưởng chừng như vô dụng thành những sản phẩm có giá trị cao trong đời sống hàng ngày.

Vào năm 1980, công nghệ chế tạo chất dẻo polyme đã được phát hiện, mở ra khả năng tạo ra những bộ quần áo lộng lẫy và tấm thảm rực rỡ Sự phát triển này không chỉ mang lại một vật liệu mới mà còn dẫn đến sự ra đời của ngành công nghiệp sợi và tơ nhân tạo, trở thành người bạn đồng hành kỳ diệu trong cuộc sống.

GANG VÀ THÉP

Gang và các loại gang thường dùng

Thép và các loại thép thường dùng

Thép cacbon

Kim loại và hợp kim đóng vai trò quan trọng trong sản xuất công nghiệp, quyết định sự thành công của việc chế tạo các chi tiết máy Để đảm bảo chất lượng và tính kinh tế của sản phẩm, việc lựa chọn kim loại và hợp kim phù hợp cần dựa trên các yêu cầu kỹ thuật cụ thể Do đó, việc hiểu rõ các tính chất cơ bản của kim loại và hợp kim là điều cần thiết.

Vật liệu cơ khí là tất cả các chất liệu được con người sử dụng trong sản xuất cơ khí để chế tạo các sản phẩm phục vụ cho cuộc sống, bao gồm thiết bị máy móc trong các lĩnh vực công nghiệp, nông nghiệp, giao thông vận tải, y tế, văn hóa và giáo dục.

Vật liệu cơ khí là khái niệm rộng và đa dạng, bao gồm nhiều loại như kim loại, chất dẻo và compozit Những vật liệu này không chỉ quan trọng trong sản xuất cơ khí mà còn có ứng dụng thiết yếu trong xây dựng, kỹ thuật điện, công nghiệp hóa học và thực phẩm.

Kim loại có nhiều tính chất kỳ lạ và đa dạng, như thủy ngân tồn tại ở thể lỏng ngay cả ở -30 độ C, trong khi vonfram chỉ hóa lỏng ở nhiệt độ trên 3410 độ C Liti nhẹ bằng nửa nước và khó chìm trong nước, ngược lại, osmium với mật độ gấp 20 lần nước lại chìm ngay lập tức Trái đất rất giàu nhôm, với hàm lượng trong vỏ trái đất chỉ đứng sau oxy và silic, trong khi hàm lượng francium lại cực kỳ hiếm, chỉ còn lại vài gam.

Kim loại và hợp kim không sắt là những vật liệu không chứa hoặc chỉ có rất ít sắt trong thành phần Các ví dụ điển hình bao gồm đồng, nhôm, kẽm, niken cùng với các hợp kim của chúng.

Ceramic chủ yếu bao gồm các hợp chất giữa kim loại và phi kim loại như cacbit, nitri, và oxyt, với liên kết ion hoặc đồng hóa trị, có thể có cấu trúc tinh thể hoặc vô định hình Các loại ceramic truyền thống như thủy tinh, gốm, sành sứ, và gạch ngói thường dẫn điện kém, nhưng lại có độ cứng và độ bền cao ở nhiệt độ cao, mặc dù chúng có xu hướng giòn Gần đây, nhiều loại vật liệu ceramic mới đã được phát hiện với những tính năng ưu việt như nhẹ, chịu nhiệt tốt, và khả năng chống mài mòn, ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp điện, điện tử, hàng không và vũ trụ.

Vật liệu compozit được hình thành từ ít nhất hai loại vật liệu khác nhau về tính chất, mang lại những đặc tính hoàn toàn mới mà các vật liệu thành phần không có Một ví dụ điển hình là bê tông cốt thép, kết hợp giữa thép và bê tông, tạo ra cấu trúc có khả năng chịu kéo và chịu nén tốt Hiện nay, khoa học vật liệu đã phát triển nhiều loại compozit từ sự kết hợp giữa polyme với kim loại hoặc ceramic, có ứng dụng quan trọng trong công nghiệp và sản xuất cơ khí Sợi thủy tinh độ bền cao và sợi cacbon là những vật liệu chính trong chế tạo nhiều chi tiết máy bay.

Chúng ta đang sống trong thế kỷ 21, thời đại mà con người có thể mở rộng hiểu biết ra thế giới và vũ trụ nhờ vào các thiết bị hiện đại và sự phát triển nhanh chóng của công nghệ thông tin Nền văn minh nhân loại ngày càng phát triển cùng với việc con người biết sử dụng nhiều loại vật liệu tiên tiến hơn để phục vụ cho cuộc sống của mình.

Con người với trí tuệ là một phẩm chất kỳ diệu của lao động, không chỉ sáng tạo ra nhiều vật liệu phục vụ cuộc sống mà còn phát hiện ra những loại vật liệu mới, góp phần vào sự phát triển của nền văn minh nhân loại Những tiến bộ này vượt xa những gì mà các nhà văn viễn tưởng táo bạo nhất có thể hình dung cách đây vài chục năm Các mốc quan trọng trong lịch sử xã hội loài người, như “thời kỳ đồ đá”, “thời kỳ đồ đồng” và “thời kỳ đồ sắt”, đều được xây dựng dựa trên các vật liệu nòng cốt dùng để chế tạo công cụ lao động.

Mỗi khi con người phát hiện ra một loại vật liệu mới với tính năng vượt trội, điều này không chỉ thúc đẩy năng suất lao động xã hội mà còn mở ra những ngành khoa học mới Các sự kiện lịch sử đã chứng minh rằng những phát minh trong vật liệu đã dẫn đến những bước tiến lớn trong công nghệ và nền kinh tế.

Sự ra đời của công nghệ chế tạo hợp kim nhôm cứng đuyara vào năm 1930, nhờ vào quá trình già biến cứng, đã góp phần quan trọng vào sự phát triển vượt bậc của ngành công nghiệp hàng không và tên lửa trong thời kỳ đại chiến thế giới thứ hai.

Công nghệ chế tạo polyme đã ra đời và phát triển mạnh mẽ, biến những nguyên liệu tưởng chừng như thô sơ như khúc gỗ, hạt đậu tương, chai dầu thô hay than đen thành những sản phẩm tinh vi như tấm lụa mịn màng và trang phục trang nghiêm Điều này đã trở thành một phần bình thường trong cuộc sống hiện đại, cho thấy sự tiến bộ vượt bậc trong ngành công nghiệp chế biến vật liệu.

Vào năm 1980, sự phát triển công nghệ chế tạo chất dẻo polymer đã mở ra cánh cửa cho nhân loại trong việc tạo ra những bộ quần áo lộng lẫy và tấm thảm rực rỡ Công nghệ này không chỉ mang lại một vật liệu mới, mà còn đánh dấu sự ra đời của ngành công nghiệp sợi và tơ nhân tạo, trở thành những người bạn đồng hành kỳ diệu trong cuộc sống.

Tổ chức tế vi của gang và thép

Tổ chức tế vi các loại gang

Thép hợp kim

Các loại thép hợp kim

Hợp kim cứng

Kim loại và hợp kim đóng vai trò quan trọng trong sản xuất công nghiệp, quyết định sự thành bại của quá trình chế tạo chi tiết máy Việc lựa chọn kim loại và hợp kim phù hợp cần dựa trên các yêu cầu kỹ thuật để đảm bảo chất lượng và tính kinh tế của sản phẩm Để thực hiện điều này, cần phải hiểu rõ các tính chất cơ bản của chúng.

Vật liệu cơ khí là tất cả các chất liệu được sử dụng trong sản xuất cơ khí để chế tạo các sản phẩm phục vụ cho cuộc sống, bao gồm thiết bị máy móc trong các lĩnh vực công nghiệp, nông nghiệp, giao thông vận tải, y tế, văn hóa và giáo dục.

Vật liệu cơ khí là khái niệm rộng và đa dạng, bao gồm nhiều loại như kim loại, chất dẻo và compozit Những vật liệu này không chỉ quan trọng trong sản xuất cơ khí mà còn cần thiết trong các lĩnh vực xây dựng, kỹ thuật điện, công nghiệp hóa học và thực phẩm.

Kim loại có nhiều tính chất kỳ lạ và đa dạng Thủy ngân tồn tại ở thể lỏng ngay cả ở nhiệt độ -30 độ C, trong khi Vonfram chỉ hóa lỏng khi được nung ở nhiệt độ lên đến 3410 độ C Liti nhẹ hơn nước, khó chìm trong nước, trong khi Osimi, với mật độ gấp 20 lần nước, lại chìm ngay lập tức Trái đất giàu nhôm, với hàm lượng trong vỏ trái đất chỉ đứng sau oxy và silic, trong khi hàm lượng Francis lại rất thấp, chỉ bằng vài gam.

Kim loại và hợp kim không sắt là những vật liệu có thành phần chứa rất ít hoặc không có sắt Các ví dụ tiêu biểu bao gồm đồng, nhôm, kẽm, niken cùng với các hợp kim của chúng.

Ceramic là vật liệu chủ yếu được cấu thành từ các hợp chất giữa kim loại và phi kim loại như cacbit, nitri, và oxyt, với liên kết ion hoặc đồng hóa trị, có thể có cấu trúc tinh thể hoặc vô định hình Các loại ceramic truyền thống bao gồm thủy tinh, gốm, sành sứ, và gạch ngói, thường dẫn điện kém, cứng và bền ở nhiệt độ cao, nhưng có xu hướng giòn Gần đây, nhiều loại vật liệu ceramic mới đã được phát hiện với những đặc tính ưu việt như nhẹ, chịu nhiệt tốt và khả năng chống mài mòn cao, ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp điện, điện tử, hàng không và vũ trụ.

Vật liệu compozit được hình thành từ ít nhất hai loại vật liệu khác nhau về tính chất, mang lại những đặc tính mới mà các vật liệu thành phần không có Một ví dụ điển hình là bê tông cốt thép, kết hợp giữa thép chịu kéo tốt và bê tông chịu nén tốt, tạo ra cấu trúc có khả năng chịu lực tốt Ngày nay, khoa học vật liệu đã phát triển nhiều loại compozit, kết hợp giữa polyme với kim loại hoặc ceramic, có ứng dụng quan trọng trong công nghiệp và sản xuất cơ khí Sợi thủy tinh và sợi cacbon, với độ bền cao, được sử dụng rộng rãi trong chế tạo chi tiết máy bay.

Trong thế kỷ 21, con người mặc dù nhỏ bé về thể chất nhưng có khả năng mở rộng hiểu biết ra thế giới và vũ trụ nhờ vào các thiết bị hiện đại và sự phát triển vượt bậc của công nghệ thông tin Nền văn minh nhân loại không ngừng tiến bộ cùng với việc con người ngày càng biết sử dụng nhiều loại vật liệu tiên tiến hơn để nâng cao chất lượng cuộc sống.

Con người với trí tuệ đã và đang sáng tạo ra nhiều vật liệu phục vụ cuộc sống, không chỉ giới hạn ở các vật liệu truyền thống mà còn khám phá nhiều loại vật liệu kỳ diệu khác Sự phát triển này đã đưa nền văn minh nhân loại tiến xa đến mức mà những nhà văn viễn tưởng cách đây vài chục năm không thể tưởng tượng nổi Các mốc quan trọng trong lịch sử phát triển xã hội loài người, như “thời kỳ đồ đá”, “thời kỳ đồ đồng” và “thời kỳ đồ sắt”, đều được xây dựng dựa trên các vật liệu nòng cốt chế tạo công cụ lao động.

Mỗi khi con người phát hiện ra vật liệu mới với tính năng vượt trội, điều này không chỉ nâng cao năng suất lao động xã hội mà còn tạo ra những ngành khoa học mới Ví dụ, sự ra đời của thép không gỉ đã cách mạng hóa ngành công nghiệp chế tạo, trong khi vật liệu composite đã mở ra hướng đi mới cho ngành hàng không vũ trụ.

Sự ra đời của công nghệ chế tạo hợp kim nhôm cứng đuyara vào năm 1930, thông qua quá trình già biến cứng, đã thúc đẩy mạnh mẽ sự phát triển của ngành công nghiệp hàng không và tên lửa trong thời kỳ đại chiến thế giới thứ hai.

Sự ra đời của công nghệ chế tạo polyme đã mở ra một kỷ nguyên mới trong ngành công nghiệp, cho phép biến đổi những nguyên liệu thô như gỗ, hạt đậu tương, dầu thô và than đá thành những sản phẩm tinh tế như tấm lụa mịn màng và trang phục trang nghiêm Điều này không chỉ thay đổi cách chúng ta sản xuất mà còn ảnh hưởng sâu sắc đến đời sống hàng ngày và thói quen tiêu dùng của con người.

Vào năm 1980, công nghệ chế tạo chất dẻo polyme đã ra đời, mở ra cơ hội cho nhân loại tạo ra những bộ quần áo lộng lẫy và những tấm thảm rực rỡ Sự phát triển này không chỉ mang lại một vật liệu mới mà còn đánh dấu sự hình thành của ngành công nghiệp sợi và tơ nhân tạo, trở thành người bạn đồng hành kỳ diệu trong cuộc sống.

NHIỆT LUYỆN VÀ HÓA NHIỆT LUYỆN

Khái niệm về nhiệt luyện

Kim loại và hợp kim là vật liệu quan trọng trong sản xuất công nghiệp, quyết định sự thành bại của quá trình chế tạo chi tiết máy Việc lựa chọn kim loại và hợp kim phù hợp cần dựa vào các yêu cầu kỹ thuật để đảm bảo chất lượng và hiệu quả kinh tế của sản phẩm Để thực hiện điều này, cần nắm rõ các tính chất cơ bản của kim loại và hợp kim.

Vật liệu cơ khí bao gồm nhiều loại như kim loại, chất dẻo và compozit, không chỉ phục vụ cho sản xuất cơ khí mà còn thiết yếu trong các lĩnh vực xây dựng, kỹ thuật điện, công nghiệp hóa học và thực phẩm.

Kim loại có những tính chất kỳ lạ và đa dạng Thủy ngân tồn tại ở thể lỏng ngay cả ở nhiệt độ âm 30 độ C, trong khi Vonfram chỉ hóa lỏng khi được nung nóng lên đến 3410 độ C Liti nhẹ hơn nước, khó chìm trong nước, trong khi Osimi, với mật độ gấp 20 lần nước, lại chìm ngay lập tức Trái đất rất giàu nhôm, với hàm lượng chỉ đứng sau oxy và silic trong vỏ trái đất, trong khi hàm lượng Francis lại rất thấp, chỉ khoảng một gam.

Kim loại và hợp kim không sắt bao gồm những vật liệu có thành phần chứa rất ít hoặc không có sắt Những ví dụ tiêu biểu cho nhóm này là đồng, nhôm, kẽm, niken và các hợp kim của chúng.

Các vật liệu ceramic chủ yếu bao gồm các hợp chất giữa kim loại và phi kim loại như cacbit, nitri, và oxyt, với cấu trúc liên kết ion hoặc đồng hóa trị Các ceramic truyền thống như thủy tinh, gốm, sành sứ, và gạch ngói thường có độ dẫn điện kém, độ cứng cao và bền ở nhiệt độ cao, nhưng cũng dễ bị giòn Gần đây, nhiều loại vật liệu ceramic mới đã được phát hiện với những tính năng ưu việt như nhẹ, chịu nhiệt tốt và chống mài mòn, ngày càng được ứng dụng trong các ngành công nghiệp điện, điện tử, hàng không và vũ trụ.

Vật liệu compozit, được hình thành từ ít nhất hai loại vật liệu khác nhau về tính chất, mang lại những đặc tính mới mà các vật liệu thành phần không có Một ví dụ điển hình là bê tông cốt thép, kết hợp giữa thép có khả năng chịu kéo tốt và bê tông chịu nén tốt, tạo ra kết cấu vững chắc Hiện nay, khoa học vật liệu đã phát triển nhiều loại compozit bằng cách kết hợp polyme với kim loại hoặc ceramic, đóng vai trò quan trọng trong ngành công nghiệp và sản xuất cơ khí Sợi thủy tinh và sợi cacbon, với độ bền cao, được sử dụng làm vật liệu chính trong chế tạo nhiều chi tiết của máy bay.

Trong thế kỷ 21, con người dù nhỏ bé về thể chất vẫn có khả năng mở rộng hiểu biết ra thế giới và vũ trụ nhờ vào các thiết bị hiện đại Sự phát triển nhanh chóng của công nghệ thông tin đã thúc đẩy nền văn minh nhân loại, đồng thời con người ngày càng biết sử dụng nhiều loại vật liệu tiên tiến hơn để cải thiện cuộc sống.

Con người với trí tuệ, một phẩm chất kỳ diệu của lao động, đã và đang sáng tạo ra nhiều vật liệu phục vụ cuộc sống Không chỉ các vật liệu truyền thống, mà còn nhiều loại vật liệu kỳ diệu khác, giúp nền văn minh nhân loại phát triển vượt bậc Những mốc quan trọng trong lịch sử phát triển xã hội loài người, như “thời kỳ đồ đá”, “thời kỳ đồ đồng”, và “thời kỳ đồ sắt”, được xây dựng dựa trên các vật liệu nòng cốt chế tạo công cụ lao động.

Mỗi khi con người phát hiện ra vật liệu mới với tính năng vượt trội, điều này không chỉ thúc đẩy năng suất lao động mà còn mở ra những lĩnh vực khoa học mới Những sự kiện lịch sử đã chứng minh rằng sự đổi mới trong vật liệu đóng vai trò quan trọng trong sự phát triển của xã hội.

Sự ra đời của công nghệ chế tạo hợp kim nhôm cứng đuyara vào năm 1930, nhờ quá trình già biến cứng, đã thúc đẩy sự phát triển mạnh mẽ của ngành công nghiệp hàng không và tên lửa trong thời kỳ đại chiến thế giới thứ hai.

Sự ra đời của công nghệ chế tạo polyme đã mở ra một kỷ nguyên mới trong sản xuất vật liệu Vào đầu thế kỷ, không ai có thể tưởng tượng được rằng từ những nguyên liệu thô như khúc gỗ, hạt đậu tương, chai dầu thô hay than đen, chúng ta có thể tạo ra những sản phẩm tinh tế như tấm lụa mịn màng và trang phục trang nghiêm Công nghệ này không chỉ thay đổi cách thức sản xuất mà còn làm phong phú thêm cuộc sống hàng ngày của con người.

Vào năm 1980, công nghệ chế tạo chất dẻo polyme đã ra đời, mở ra khả năng tạo ra những bộ quần áo lộng lẫy và tấm thảm rực rỡ Sự phát triển này không chỉ mang đến một vật liệu mới mà còn đánh dấu sự khởi đầu của ngành công nghiệp sợi và tơ nhân tạo, trở thành người bạn đồng hành kỳ diệu trong cuộc sống.

Các hình thức nhiệt luyện

3.2.1 Ủ thép Định nghĩa Ủ thép là phương pháp nung nóng thép đến nhiệt độ nhất định, giữ nhiệt rồi làm nguội chậm cùng với lò, để đạt được tổ chức ổn định theo giản đồ trạng thái với độ cứng thấp nhất và độ dẻo cao Tổ chức đạt được sau khi ủ thép là P (có thể có thêm F hay XeII tuỳ loại thép trước hay sau cùng tích)

- Làm giảm độ cứng (làm mềm) thép để dễ tiến hành gia công cắt gọt

- Làm tăng độ dẻo dai để tiến hành dập, cán và kéo thép ở trạng thái nguội

- Làm giảm hay làm mất ứng suất bên trong sau các nguyên công gia công cơ khí

(mài, quấn nguội, cắt gọt ) và đúc, hàn

-Làm đồng đều thành phần hoá học trên toàn tiết diện của vật đúc thép bị thiên tích

-Làm nhỏ hạt thép nếu nguyên công trước làm hạt lớn

- Tạo tổ chức ổn định chuẩn bị cho nhiệt luyện kết thúc

- Cầu hoá Xe để có tổ chức hạt khác với Xe ở dạng tấm

Với mục đích đa dạng như vậy, không phương pháp ủ nào có thể đạt được tất cả các mục tiêu cùng lúc Thông thường, mỗi phương pháp ủ chỉ tập trung vào một hoặc vài chỉ tiêu cụ thể, hạn chế khả năng đạt được toàn bộ các mục tiêu mong muốn.

Có nhiều phương pháp ủ được phân loại dựa trên chuyển biến pha P → As khi nung nóng Các phương pháp ủ được chia thành hai nhóm chính: ủ có chuyển biến pha và ủ không có chuyển biến pha.

* Các phương pháp ủ không có chuyển biến pha:

Các phương pháp ủ không có chuyển biến pha có nhiệt độ ủ thấp hơn Ac1, khi đó không xảy ra chuyển biến P → As.

+ Định nghĩa: Ủ thấp là phương pháp ủ nung nóng thép tới nhiệt độ nhỏ hơn Ac1 để không có chuyển biến pha xảy ra

Ủ thấp giúp giảm hoặc loại bỏ ứng suất bên trong của các vật đúc và sản phẩm thép sau khi gia công cơ khí, mang lại độ bền và ổn định cho sản phẩm.

Ủ ở nhiệt độ thấp (200 ÷ 300 °C) chỉ giảm một phần ứng suất bên trong, trong khi ở nhiệt độ cao hơn (450 ÷ 600 °C), tác dụng khử bỏ ứng suất bên trong có thể đạt hiệu quả hoàn toàn.

Do quá trình làm nguội nhanh và không đều, vật đúc có thể tồn tại ứng suất bên trong Đối với những vật đúc yêu cầu đặc biệt không cho phép ứng suất dư, cần nung nóng đến 450 ÷ 600 °C và sau đó làm nguội chậm để loại bỏ hoàn toàn ứng suất dư Trong trường hợp yêu cầu không cao, có thể giảm ứng suất dư bằng cách bảo quản ở nhiệt độ thường trong khoảng 9 ÷ 12 tháng, được gọi là hóa già tự nhiên Phương pháp này không làm thay đổi độ cứng và kích thước hạt do nhiệt độ ủ thấp Ủ kết tinh lại là phương pháp nung nóng thép đến nhiệt độ nhỏ hơn Ac1 để tránh chuyển biến pha.

Ủ kết tinh là quá trình quan trọng giúp khôi phục tính dẻo và độ cứng cho các loại thép đã trải qua biến dạng nguội bị biến cứng, trước khi tiến hành gia công cơ khí.

Nhiệt độ ủ kết tinh cho thép cacbon nằm trong khoảng 600 ÷ 700 °C, thấp hơn nhiệt độ Ac1 Quá trình ủ này có khả năng thay đổi kích thước hạt và giảm độ cứng của thép Tuy nhiên, loại ủ này ít được áp dụng cho thép do khó khăn trong việc tránh tạo ra hạt lớn.

Kim loại đa tinh thể có đặc điểm không đồng nhất về phương mạng giữa các hạt, dẫn đến sự phân bố không đều của ứng suất và độ biến dạng Khi thép bị biến dạng đến mức độ tới hạn sau quá trình ủ, kích thước lớn của nó có thể gây ra hiện tượng giòn Để ngăn chặn tình trạng này, thường áp dụng các phương pháp ủ có chuyển biến pha.

* Các phương pháp ủ có chuyển biến pha:

Các phương pháp ủ có chuyển biến pha có nhiệt độ ủ cao hơn Ac1, khi đó có xảy ra chuyển biến P → As (hạt nhỏ) → P (hạt nhỏ) khi làm nguội chậm

+ Định nghĩa: Ủ hoàn toàn là phương pháp ủ gồm nung nóng thép tới trạng thái hoàn toàn As, tức là phải nung cao hơn nhiệt độ Ac3 hoặc Ac cm

+ Mục đích và đặc điểm:

Để làm nhỏ hạt, cần nung ở nhiệt độ cao hơn khoảng 20 ÷ 30 °C so với nhiệt độ Ac3, tương ứng với nhiệt độ ủ trong khoảng 780 ÷ 860 °C Quá trình này giúp hạt As đạt kích thước nhỏ và sau đó làm nguội chậm sẽ tạo ra tổ chức F + P với hạt nhỏ, mang lại độ dai tốt cho sản phẩm.

Để giảm độ cứng và tăng độ dẻo, dễ cắt gọt và dập nguội, quá trình làm nguội chậm giúp phân hoá tổ chức F + P (tấm) có độ cứng từ 160 đến 200HB Điều này đảm bảo khả năng cắt gọt tốt và dẻo, dễ dàng trong quá trình dập nguội Nhiệt độ ủ hoàn toàn cần được duy trì ở mức t0.

AC3 + (20 ÷ 30)0C Loại ủ này chỉ áp dụng cho thép có hàm lượng cacbon lớn ≥ 0,3%C Ủ không hoàn toàn

+ Định nghĩa: Là phương pháp ủ gồm nung nóng thép tới trạng thái chưa hoàn toàn là As, nhiệt độ cao hơn AC1 nhưng thấp hơn AC3 hay AC cm

Để giảm độ cứng đến mức có thể cắt gọt, quá trình chuyển biến pha không chỉ diễn ra từ P sang As mà còn có sự hiện diện của F hoặc XeII Do đó, việc làm nguội không ảnh hưởng đến kích thước hạt của hai pha này.

Thép trước cùng tích yêu cầu độ dai cao, vì không thể làm nhỏ hạt F, do đó không áp dụng phương pháp ủ này Phương pháp ủ không hoàn toàn chủ yếu được sử dụng cho thép cùng tích và sau cùng tích với hàm lượng cacbon lớn hơn 0,7%.

Thép có hàm lượng cacbon trên 0,7% chủ yếu là thép cùng tích và sau cùng tích, có độ cứng cao và khó cắt gọt Khi tiến hành ủ hoàn toàn, tổ chức thu được là P tấm với độ cứng có thể vượt quá 220HB, gây khó khăn cho việc cắt gọt Ngược lại, nếu ủ không hoàn toàn, ở nhiệt độ nung sẽ đạt được tổ chức As và các phần tử XeII chưa tan hết, tạo điều kiện cho sự hình thành P hạt khi làm nguội Sau khi ủ không hoàn toàn, thép có tổ chức P hạt với độ cứng khoảng 200HB, giúp cải thiện khả năng cắt gọt.

Vậy nhiệt độ ủ không hoàn toàn cho mọi thép cacbon: t0ủ.k.h.t = t0

AC1 + (20 ÷ 300C) đề cập đến một dạng đặc biệt của quá trình ủ không hoàn toàn, gọi là ủ cầu hoá Quá trình này bao gồm việc nung nóng thép đến nhiệt độ 750 ÷ 770 °C và sau đó làm nguội xuống 650 ÷ 680 °C, lặp đi lặp lại nhiều lần Phương pháp này không chỉ giúp cầu hoá các nguyên tố như P mà còn tạo ra cấu trúc lưới cho nguyên tố XeII trong thép cuối cùng.

+ Định nghĩa: Là phương pháp ủ gồm nung nóng thép đến nhiệt độ rất cao 1100 ÷ 1150 0 C và giữ nhiệt trong nhiều giờ (khoảng 10 ÷ 15h)

Hóa nhiệt luyện

Hóa bền cơ học

Kim loại và hợp kim là vật liệu quyết định sự thành bại của sản xuất công nghiệp, được sử dụng rộng rãi để chế tạo chi tiết máy Việc lựa chọn kim loại và hợp kim phù hợp cần dựa vào yêu cầu kỹ thuật nhằm đảm bảo chất lượng và tính kinh tế của sản phẩm Để làm được điều này, cần nắm rõ các tính chất cơ bản của chúng.

Vật liệu cơ khí bao gồm nhiều loại phong phú như kim loại, chất dẻo và compozit, không chỉ được ứng dụng trong sản xuất cơ khí mà còn rất quan trọng trong các lĩnh vực xây dựng, kỹ thuật điện, công nghiệp hóa học và thực phẩm.

Kim loại có tính chất kỳ lạ và đa dạng; chẳng hạn, thủy ngân tồn tại ở thể lỏng ngay cả ở nhiệt độ âm 30 độ C, trong khi vonfram chỉ hóa lỏng khi được nung đến 3410 độ C Liti nhẹ bằng một nửa nước và khó chìm, trong khi osmium, với mật độ gấp 20 lần nước, lại chìm ngay lập tức Trái đất của chúng ta giàu nhôm, với hàm lượng trong vỏ trái đất chỉ đứng sau oxy và silic, trong khi hàm lượng francium lại rất hiếm, chỉ bằng gam.

Kim loại và hợp kim không sắt là những vật liệu mà thành phần của chúng không chứa hoặc chỉ chứa rất ít sắt Các ví dụ tiêu biểu bao gồm đồng, nhôm, kẽm, niken cùng với các hợp kim của chúng.

Ceramic là vật liệu chủ yếu được cấu thành từ các chất giữa kim loại và phi kim loại như cacbit, nitri, oxyt, với liên kết ion hoặc đồng hóa trị, có thể có cấu trúc tinh thể hoặc vô định hình Các loại ceramic truyền thống bao gồm thủy tinh, gốm, sành sứ và gạch ngói, thường dẫn điện kém, có độ cứng cao và bền ở nhiệt độ cao, nhưng lại có xu hướng giòn Gần đây, nhiều loại vật liệu ceramic mới đã được phát hiện với những tính năng vượt trội như nhẹ, chịu nhiệt tốt và khả năng chống mài mòn cao, ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp điện, điện tử, hàng không và vũ trụ.

Vật liệu compozit là nhóm vật liệu tổ hợp được hình thành từ ít nhất hai loại vật liệu khác nhau về tính chất, mang lại những đặc tính mới mà các vật liệu thành phần không có Một ví dụ tiêu biểu là bê tông cốt thép, kết hợp giữa thép và bê tông, tạo ra kết cấu chịu kéo và chịu nén tốt Hiện nay, khoa học vật liệu đã phát triển nhiều loại compozit, bao gồm sự kết hợp giữa polyme với kim loại hoặc ceramic, có ứng dụng quan trọng trong công nghiệp và sản xuất cơ khí Sợi thủy tinh độ bền cao và sợi cacbon được sử dụng làm vật liệu chính trong chế tạo nhiều chi tiết của máy bay.

Trong thế kỷ 21, con người có thể mở rộng tầm hiểu biết ra thế giới và vũ trụ nhờ vào sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ thông tin và các thiết bị hiện đại Nền văn minh nhân loại không ngừng tiến bộ, đi kèm với việc con người biết sử dụng nhiều loại vật liệu tiên tiến hơn để cải thiện cuộc sống.

Con người với trí tuệ đã và đang sáng tạo ra nhiều vật liệu phục vụ cuộc sống, từ các vật liệu truyền thống đến những loại vật liệu kỳ diệu, góp phần vào sự phát triển vượt bậc của nền văn minh nhân loại Những thành tựu này đã vượt xa những tưởng tượng của các nhà văn viễn tưởng cách đây vài thập kỷ Các mốc quan trọng trong lịch sử xã hội loài người, như “thời kỳ đồ đá”, “thời kỳ đồ đồng” và “thời kỳ đồ sắt”, đều được xây dựng dựa trên những vật liệu nòng cốt trong việc chế tạo công cụ lao động.

Mỗi khi con người phát hiện ra vật liệu mới với tính năng vượt trội, điều này không chỉ thúc đẩy năng suất lao động mà còn mở ra các lĩnh vực khoa học mới Những phát minh này đã đóng góp quan trọng vào sự tiến bộ của xã hội.

Sự ra đời của công nghệ chế tạo hợp kim nhôm cứng đuyara vào năm 1930, nhờ quá trình già biến cứng, đã tạo ra bước đột phá cho ngành công nghiệp hàng không và tên lửa trong thời kỳ đại chiến thế giới thứ hai.

Sự ra đời của công nghệ chế tạo polyme đã mở ra một kỷ nguyên mới trong sản xuất vật liệu Vào đầu thế kỷ, khó ai có thể tưởng tượng rằng từ những nguyên liệu thô như khúc gỗ, hạt đậu tương, hay chai dầu thô, lại có thể tạo ra những sản phẩm tinh tế như tấm lụa mịn màng và trang phục trang nghiêm Công nghệ này không chỉ thay đổi cách chúng ta sản xuất mà còn làm phong phú thêm đời sống hàng ngày.

Vào năm 1980, sự phát triển công nghệ chế tạo chất dẻo polyme đã mở ra cơ hội cho nhân loại tạo ra những bộ quần áo lộng lẫy và những tấm thảm rực rỡ Điều này không chỉ dẫn đến sự ra đời của nhiều sản phẩm thời trang đa dạng mà còn đánh dấu sự khởi đầu của ngành công nghiệp sợi và tơ nhân tạo, mang lại một vật liệu mới kỳ diệu cho cuộc sống.

VẬT LIỆU PHI KIM LOẠI

Chất dẻo, cao su

Cao su

Kim loại và hợp kim là vật liệu quyết định sự thành bại trong sản xuất công nghiệp, được sử dụng phổ biến để chế tạo chi tiết máy Để đảm bảo chất lượng và tính kinh tế của sản phẩm, việc lựa chọn kim loại và hợp kim phù hợp dựa trên các yêu cầu kỹ thuật là rất cần thiết Do đó, việc nắm vững các tính chất cơ bản của kim loại và hợp kim là điều quan trọng.

Vật liệu cơ khí là tất cả các chất liệu mà con người sử dụng trong sản xuất cơ khí để chế tạo sản phẩm phục vụ cho cuộc sống, bao gồm thiết bị máy móc trong các lĩnh vực công nghiệp, nông nghiệp, giao thông vận tải, y tế, văn hóa và giáo dục.

Vật liệu cơ khí là một khái niệm rộng lớn và đa dạng, bao gồm nhiều loại như kim loại, chất dẻo và compozit Những vật liệu này không chỉ quan trọng trong sản xuất cơ khí mà còn có ứng dụng thiết yếu trong các lĩnh vực xây dựng, kỹ thuật điện, công nghiệp hóa học và thực phẩm.

Kim loại có nhiều tính chất kỳ lạ và đa dạng Thủy ngân tồn tại ở trạng thái lỏng ngay cả ở nhiệt độ âm 30 độ C, trong khi vonfram chỉ hóa lỏng khi được nung nóng đến 3410 độ C Liti nhẹ hơn nước, khó chìm trong nước, trong khi osmium, với mật độ gấp 20 lần nước, lại chìm ngay lập tức Trái đất của chúng ta rất giàu nhôm, với hàm lượng trong vỏ trái đất chỉ đứng sau oxy và silic, trong khi hàm lượng francium lại rất hiếm, chỉ bằng một gam.

Kim loại và hợp kim không sắt là những vật liệu có thành phần chủ yếu không chứa hoặc chỉ chứa rất ít sắt Các ví dụ tiêu biểu bao gồm đồng, nhôm, kẽm, niken cùng với các hợp kim của chúng.

Ceramic là vật liệu chủ yếu gồm các chất giữa kim loại và phi kim loại như cacbit, nitri, oxyt, với liên kết ion hoặc đồng hóa trị, có thể có cấu trúc tinh thể hoặc vô định hình Các loại ceramic truyền thống bao gồm thủy tinh, gốm, sành sứ, và gạch ngói, thường dẫn điện kém, cứng và bền ở nhiệt độ cao nhưng có xu hướng giòn Gần đây, nhiều loại vật liệu ceramic mới đã được phát hiện với các tính năng ưu việt như nhẹ, chịu nhiệt tốt và chống mài mòn, ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp điện, điện tử, hàng không và vũ trụ.

Vật liệu compozit là nhóm vật liệu tổ hợp được hình thành từ ít nhất hai loại vật liệu khác nhau về tính chất, mang lại những đặc tính mới mà các vật liệu thành phần không có Ví dụ điển hình là bê tông cốt thép, kết hợp giữa thép chịu kéo tốt và bê tông chịu nén tốt, tạo nên kết cấu vững chắc Hiện nay, khoa học vật liệu đã phát triển nhiều loại compozit từ sự kết hợp giữa polyme với kim loại hoặc ceramic, có ứng dụng quan trọng trong công nghiệp và sản xuất cơ khí Sợi thủy tinh và sợi cacbon là những vật liệu chính trong chế tạo nhiều chi tiết của máy bay, nhấn mạnh vai trò của vật liệu compozit trong công nghệ hiện đại.

Chúng ta đang sống trong thế kỷ 21, nơi mà con người dù nhỏ bé về thể chất vẫn có thể mở rộng hiểu biết ra thế giới và vũ trụ nhờ vào các thiết bị hiện đại Sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ thông tin đã giúp nền văn minh nhân loại tiến bộ, đồng thời con người ngày càng biết sử dụng nhiều loại vật liệu hoàn thiện hơn để phục vụ cho cuộc sống.

Con người với trí tuệ là nguồn gốc của sự sáng tạo ra nhiều vật liệu phục vụ cuộc sống, không chỉ dừng lại ở các vật liệu truyền thống mà còn phát hiện ra những loại vật liệu kỳ diệu khác Sự phát triển này đã đưa nền văn minh nhân loại tiến xa đến mức mà trước đây, ngay cả những nhà văn viễn tưởng táo bạo nhất cũng không thể tưởng tượng Các mốc quan trọng trong lịch sử xã hội loài người, như “thời kỳ đồ đá”, “thời kỳ đồ đồng” và “thời kỳ đồ sắt”, đều được xây dựng dựa trên các vật liệu nòng cốt dùng để chế tạo công cụ lao động.

Mỗi khi con người phát hiện ra một loại vật liệu mới với tính năng vượt trội, điều này không chỉ thúc đẩy năng suất lao động xã hội mà còn mở ra những lĩnh vực khoa học mới Những phát minh này đã đóng góp quan trọng cho sự tiến bộ của nền văn minh, minh chứng qua các sự kiện lịch sử như sự ra đời của thép, nhựa, và vật liệu composite.

Sự ra đời của công nghệ chế tạo hợp kim nhôm cứng đuyara vào năm 1930, nhờ quá trình già hóa biến cứng, đã mang lại bước tiến vượt bậc cho ngành công nghiệp hàng không và tên lửa trong thời kỳ Đại chiến thế giới thứ hai.

Công nghệ chế tạo polyme đã ra đời, biến những nguyên liệu tưởng chừng như thô sơ như khúc gỗ, hạt đậu tương, chai dầu thô và than đen thành những sản phẩm tinh tế như tấm lụa mịn màng và trang phục trang nghiêm Sự phát triển này đã thay đổi cách chúng ta nhìn nhận về vật liệu và ứng dụng của chúng trong đời sống hàng ngày.

Vào năm 1980, công nghệ chế tạo chất dẻo polyme đã mở ra một kỷ nguyên mới cho nhân loại, cho phép sản xuất những bộ quần áo lộng lẫy và những tấm thảm rực rỡ Sự phát triển này không chỉ mang đến một vật liệu mới mà còn đánh dấu sự ra đời của ngành công nghiệp sợi và tơ nhân tạo, tạo ra nhiều cơ hội sáng tạo trong thời trang và trang trí nội thất.

Vật liệu bôi trơn

Chất làm nguội

Kim loại và hợp kim đóng vai trò quan trọng trong sản xuất công nghiệp, quyết định sự thành bại của quá trình chế tạo chi tiết máy Việc lựa chọn kim loại và hợp kim phù hợp cần dựa trên các yêu cầu kỹ thuật để đảm bảo chất lượng và tính kinh tế của sản phẩm Để thực hiện điều này, cần nắm vững các tính chất cơ bản của kim loại và hợp kim.

Vật liệu cơ khí là tất cả các chất liệu được sử dụng trong sản xuất cơ khí để chế tạo sản phẩm phục vụ đời sống, bao gồm thiết bị máy móc trong các lĩnh vực công nghiệp, nông nghiệp, giao thông vận tải, y tế, văn hóa và giáo dục.

Vật liệu cơ khí là một khái niệm rộng lớn và đa dạng, bao gồm nhiều loại như kim loại, chất dẻo và compozit Những vật liệu này không chỉ quan trọng trong sản xuất cơ khí mà còn được ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực xây dựng, kỹ thuật điện, công nghiệp hóa học và thực phẩm.

Kim loại có tính chất kỳ lạ và đa dạng, với thủy ngân tồn tại ở thể lỏng ngay cả ở nhiệt độ âm 30 độ C, trong khi vonfram chỉ hóa lỏng khi được nung đến 3410 độ C Liti nhẹ hơn nước và khó chìm trong nước, nhưng osmium, với mật độ gấp 20 lần nước, lại chìm nhanh chóng Trái đất giàu nhôm, với hàm lượng trong vỏ trái đất chỉ đứng sau oxy và silic, trong khi hàm lượng francium lại rất hiếm, chỉ bằng vài gam.

Kim loại và hợp kim không sắt là những vật liệu có thành phần chứa rất ít hoặc không có sắt Các ví dụ tiêu biểu bao gồm đồng, nhôm, kẽm, niken cùng với các hợp kim của chúng.

Ceramic là vật liệu chủ yếu bao gồm các chất giữa kim loại và phi kim loại như cacbit, nitri, và oxyt, với cấu trúc tinh thể hoặc vô định hình và liên kết ion hoặc đồng hóa trị Các loại ceramic truyền thống như thủy tinh, gốm, sành sứ, và gạch ngói thường có độ dẫn điện kém, độ cứng cao và khả năng bền ở nhiệt độ cao, nhưng lại có xu hướng giòn Gần đây, nhiều loại vật liệu ceramic mới đã được phát hiện với những tính năng vượt trội như nhẹ, chịu nhiệt tốt và chống mài mòn, ngày càng được ứng dụng nhiều trong các ngành công nghiệp điện, điện tử, hàng không và vũ trụ.

Vật liệu compozit được hình thành từ sự kết hợp của ít nhất hai loại vật liệu khác nhau về tính chất, mang lại những đặc tính hoàn toàn mới mà các vật liệu thành phần không có Một ví dụ điển hình là bê tông cốt thép, kết hợp giữa thép chịu kéo tốt và bê tông chịu nén tốt, tạo ra kết cấu bền vững Ngày nay, khoa học vật liệu đã phát triển nhiều loại compozit mới, như sự kết hợp giữa polyme với kim loại hoặc ceramic, có ứng dụng quan trọng trong công nghiệp và sản xuất cơ khí Sợi thủy tinh và sợi cacbon, với độ bền cao, được sử dụng làm vật liệu chính trong chế tạo nhiều chi tiết máy bay.

Chúng ta đang sống trong thế kỷ 21, một kỷ nguyên mà con người có thể mở rộng hiểu biết ra thế giới và vũ trụ nhờ vào các thiết bị hiện đại và sự phát triển nhanh chóng của công nghệ thông tin Nền văn minh nhân loại ngày càng phát triển cùng với việc con người biết sử dụng nhiều loại vật liệu hoàn thiện hơn để phục vụ cho cuộc sống.

Con người với trí tuệ đã và đang sáng tạo ra nhiều vật liệu phục vụ cuộc sống, không chỉ các vật liệu truyền thống mà còn những loại vật liệu mới kỳ diệu Sự phát triển này đã đưa nền văn minh nhân loại tiến xa đến mức mà trước đây, những nhà văn viễn tưởng táo bạo nhất cũng không thể tưởng tượng nổi Các mốc quan trọng trong lịch sử phát triển xã hội loài người được xây dựng dựa trên các vật liệu nòng cốt dùng để chế tạo công cụ lao động, như “thời kỳ đồ đá”, “thời kỳ đồ đồng” và “thời kỳ đồ sắt”.

Mỗi khi con người phát hiện ra một vật liệu mới với tính năng vượt trội, điều này không chỉ thúc đẩy năng suất lao động mà còn mở ra những lĩnh vực khoa học mới Những sự kiện lịch sử như sự ra đời của thép, nhựa, hay vật liệu composite đã minh chứng cho sự phát triển này.

Sự ra đời của công nghệ chế tạo hợp kim nhôm cứng đuyara vào năm 1930, nhờ vào quá trình già biến cứng, đã tạo ra bước đột phá cho ngành công nghiệp hàng không và tên lửa trong Thế chiến thứ hai.

Công nghệ chế tạo polyme ra đời đã biến những nguyên liệu tưởng chừng như đơn giản như khúc gỗ, hạt đậu tương, chai dầu thô hay than đen thành những sản phẩm tinh vi như tấm lụa mịn màng và bộ lễ phục trang nghiêm Điều này cho thấy sự tiến bộ vượt bậc trong ngành công nghiệp chế tạo, mang lại những sản phẩm đa dạng và chất lượng cho cuộc sống hiện đại.

Vào năm 1980, sự phát hiện công nghệ chế tạo chất dẻo polyme đã mở ra cơ hội cho nhân loại sáng tạo những bộ quần áo lộng lẫy và những tấm thảm rực rỡ Từ đó, ngành công nghiệp sợi và tơ nhân tạo ra đời, mang đến một vật liệu mới kỳ diệu, đồng hành cùng sự phát triển của thời trang và thiết kế nội thất.

Tiêu đề	Giáo Trình Vật Liệu Cơ Khí
Tác giả	Nguyễn Thành Sơn
Trường học	Cần Thơ
Chuyên ngành	Cắt Gọt Kim Loại
Thể loại	sách giáo trình
Năm xuất bản	2021
Thành phố	Cần Thơ

Định dạng
Số trang	65
Dung lượng	1,26 MB