Giáo trình vật liệu cơ khí (nghề công nghệ Ô tô cao Đẳng, trung cấp)

Polyme đ¤ợc sử dÿng phổ bi¿n trong thực t¿ vái tên gọi là Nhựa, bao gồm 2 lo¿i chính là polyme thiên nhiên và polyme nh n t¿o.. - Các nguyên tử trong kim lo¿i đ¤ợc sắp ¿p mßt cách có trÁ

ĀY BAN NHÂN DÂN TâNH GIA LAI

TR£âNG CAO ĐÀNG GIA LAI

GIÁO TRÌNH MÔN HàC: V¾T LIÞU C¡ KHÍ NGHÀ: CÔNG NGHÞ Ô TÔ TRÌNH ĐÞ: TRUNG CÂP, CAO ĐÀNG

Ban hành kèm Quyết định số: 943 QĐ-TCĐGL ngày 25 tháng 10 năm 2022

của Hiệu tr°ởng Tr°ờng Cao đẳng Gia Lai

Gia Lai, năm 2023

LâI GIàI THIÞU

Giáo trình vật liệu c¡ khí đ°ợc biên soạn theo yêu cầu của ch°¡ng trình dạy nghề trình độ trung cấp, cao đẳng nghề Công nghệ ô tô của Tr°ờng Cao đẳng Gia Lai

Giáo trình này cung cấp cho ng°ời học các vấn đề về vật liệu c¡ khí theo ch°¡ng trình học nh°: Giáo trình gồm các nội dung:

Ch°¡ng 1: Cấu trúc và cấu tạo kim loại

Ch°¡ng 2: Gang- Thép

Ch°¡ng 3: Kim loại màu

Ch°¡ng 4: Vật liệu phi kim loại

Trong quá trình biên soạn tác giả đã tham khảo nhiều tài liệu của các tr°ờng đại học, cao đẳng, trung cấp chuyên nghiệp, đồng thời cố gắng cập nhật những kiến thức mới

Tuy nhiên, nội dung giáo trình cũng không tránh khỏi những thiếu sót, kính mong nhận đ°ợc sự đóng góp quý báu của ng°ời sử dụng để giáo trình đ°ợc hoàn thiện h¡n

Gia Lai, ngày tháng năm 202 Tham gia Biên so¿n

1 Chā Biên

2

MĀC LĀC TRANG

TUYÊN Bà BÀN QUYÀN 2

LâI GIàI THIàU 3

CH£¡NG 1: CÂU TRÚC VÀ CÂU T¾O CĀA KIM LO¾I 14

I Khái niám vÁ vÁt liáu c¢ khí 14

1 Khái niám vÁ vÁt liáu c¢ khí 14

2 Vai tr cāa vÁt liáu trong cußc sáng 16

II CÃu t¿o cāa kim lo¿i và hợp kim 17

1 Kim lo¿i 17

2 Hợp kim 19

3 Các d¿ng cÃu t¿o cāa hợp kim Hợp kim có cÃu t¿o å các d¿ng sau 20

III- Tính chÃt chung cāa kim lo¿i và hợp kim 21

1 Tính chÃt vÁt lý 21

2 Tính chÃt hóa học 22

3 Tính c¢ học 22

4 Tính công nghá 22

CH£¡NG 2 : GANG, THÉP 23

I - Gang và các lo¿i gang th¤ãng dùng 23

1.Giái thiáu chung vÁ gang 23

2 Các lo¿i gang th¤ãng dùng: 24

II- Thép và các lo¿i thép th¤ãng dùng 26

1 Thép Cacbon 26

2 Thép hợp kim 29

III- Hợp kim căng 32

CH£¡NG 3: KIM LO¾I MÀU 34

1 Đồng và hợp kim đồng 34

2 Nhôm và hợp kim nhôm 35

3 Thi¿c - chì - kẽm 36

4 Hợp kim làm ổ tr¤ợt 37

CH£¡NG 4 : VÀT LIàU PHI KIM LO¾I 39

I ChÃt dẻo 39

1 Định ngh a 39

2 Tính chÃt, thành ph n, công dÿng 39

3 Các lo¿i chÃt dẻo c¢ bÁn 40

II Cao su - amiăng - compozit 41

1 Cao su 41

2 Amiăng 42

3 Compozit 42

III VÁt liáu bôi tr¢n và làm mát, làm kín 43

1.D u bôi tr¢n 43

2 Mỡ 47

IV Nhiên liáu 51

1 Xăng: 51

2 Nhiên liáu diesel: 52

GIÁO TRÌNH MÔN HàC Tên môn hác: V¾T LIÞU C¡ KHÍ

Mã sß căa môn hác: MH 8

Thãi gian căa môn hác: 30 giã (Lý thuy¿t: 27 giã; Thực hành:0 giã, Kiểm tra: 3giã)

I Vß trí, tính chÃt căa môn hác:

- Vị trí cāa môn học: Môn học đ¤ợc bá trí giÁng d¿y sau hoặc song song MH 7, MH 9

- Tính chÃt: Là môn kỹ thuÁt c¢ så bắt bußc

II Māc tiêu căa môn hác:

-VÁ ki¿n thăc:

+ Vẽ và giÁi thích đ¤ợc: giÁn đồ nhôm – silic; giÁn đồ sắt – các bon

+ Trình bày đ¤ợc đặc điểm, ph n lo¿i và ký hiáu các lo¿i hợp kim nhôm, gang và thép

+ Trình bày đ¤ợc công dÿng, tính chÃt, ph n lo¿i d u, mỡ bôi tr¢n, n¤ác làm mát , cāa ăng,

d u diesel

- VÁ kỹ năng:

+NhÁn d¿ng các lo¿i hợp kim nhôm, gang và thép

- VÁ năng lực tự chā và trách nhiám:

+Tu n thā đúng quy định, quy ph¿m vÁ vÁt liáu học

+ Rèn luyán tác phong làm viác nghiêm túc, cẩn thÁn

III Nßi dung môn hác:

1 Nßi dung tổng quát và phân phßi thãi gian:

Kiểm tra

1

Ch¤¢ng 1- CÃu trúc và cÃu t¿o kim

Kiểm tra

1 CÃu t¿o và liên k¿t nguyên tử 2 2

2 CÃu trúc tinh thể điển hình cāa chÃt

2 Cao su - amiăng - compozit 2 2

4 VÁt liáu bôi tr¢n và làm mát 1 1

2 Nßi dung chi ti¿t

CH£¡NG 1: CÂU TRÚC VÀ CÂU T¾O CĂA KIM LO¾I Thãi gian: 4 giã

1.Māc tiêu

+ Ki¿n thức

-Trình bày đ¤ợc các đặc điểm, cÃu t¿o cāa kim lo¿i và hợp kim

- Ph n biát đ¤ợc các kim lo¿i và hợp kim th¤ãng dùng trong ngành c¢ khí ch¿ t¿o

- Trình bày đ¤ợc các tính chÃt c¢ lý hoá, tính công nghá cāa kim lo¿i và hợp kim

- Mô tÁ đ¤ợc các ph¤¢ng pháp đo đß căng đ¢n giÁn, có khÁ năng đo trực ti¿p sÁn phẩm mà không phá hßng chúng

+ Kỹ năng

- NhÁn bi¿t đ¤ợc các lo¿i vÁt liáu c¢ bÁn

- Đo đ¤ợc đß căng HB, HRC cāa vÁt liáu

+N ăng lực tự chă và trách nhißm

- VÁn dÿng các ki¿n thăc, kỹ năng đã học vào quá trình học tÁp và trong cußc sáng

- Tu n thā đúng quy định, quy ph¿m vÁ nghÁ

- Tự rèn luyán và phát triển n ng cao năng lực bÁn th n

trong học tÁp

2.Nßi dung căa chính

2.1 CÃu t¿o và liên k¿t nguyên tử

2.1.1 Khái niám c¢ bÁn vÁ cÃu t¿o nguyên tử

2.1.2 Các d¿ng liên k¿t nguyên tử trong chÃt rắn

2.2 CÃu trúc tinh thể điển hình cāa chÃt rắn

2.2.1 ChÃt rắn có liên k¿t kim lo¿i

2.2.2 ChÃt rắn có liên k¿t đồng hoá trị

2.2.3 ChÃt rắn có liên k¿t ion

2.2.4 CÃu trúc polyme

CH£¡NG 2: GANG VÀ THÉP Thãi gian: 12 giã 1.Māc tiêu

+Ki¿n thức

- Vẽ và giÁi thích đ¤ợc giÁn đồ sắt – các bon

- Trình bày đ¤ợc đặc điểm, ph n lo¿i và ký hiáu các lo¿i gang và thép

+ Kỹ năng

- NhÁn bi¿t các lo¿i gang và thép

+N ăng lực tự chă và trách nhißm

- VÁn dÿng các ki¿n thăc, kỹ năng đã học vào quá trình học tÁp và trong cußc sáng

- Tu n thā đúng quy định, quy ph¿m vÁ nghÁ

- Tự rèn luyán và phát triển n ng cao năng lực bÁn th n

2.Nßi dung căa ch¤¢ng

*Kiểm tra lý thuy¿t

CH£¡NG 3: KIM LO¾I MÀU Thãi gian: 6 giã 1.Māc tiêu

+Ki¿n thức

- Vẽ và giÁi thích đ¤ợc giÁn đồ nhôm - silic

- Trình bày đ¤ợc đặc điểm, ph n lo¿i và ký hiáu các lo¿i hợp kim nhôm

+ Kỹ năng

- NhÁn d¿ng hợp kim nhôm

- NhÁn d¿ng hợp kim đồng

+N ăng lực tự chă và trách nhißm

- VÁn dÿng các ki¿n thăc, kỹ năng đã học vào quá trình học tÁp và trong cußc sáng

- Tu n thā đúng quy định, quy ph¿m vÁ nghÁ

- Tự rèn luyán và phát triển n ng cao năng lực bÁn th n

2.Nßi dung căa ch¤¢ng

2.1 Nhôm và hợp kim cāa nhôm

2.1.1 Đặc điÁm cāa nhôm và hợp kim nhôm

2.1.2 Ph n lo¿i hợp kim nhôm

+N ăng lực tự chă và trách nhißm

- VÁn dÿng các ki¿n thăc, kỹ năng đã học vào quá trình học tÁp và trong cußc sáng

- Tu n thā đúng quy định, quy ph¿m vÁ nghÁ

- Tự rèn luyán và phát triển n ng cao năng lực bÁn th n

2.Nßi dung căa ch¤¢ng

2.1 ChÃt dẻo

2.1.1 Định ngh a, tính chÃt

2.1.1.1 Định ngh a

ChÃt dẻo là vÁt liáu nh n t¿o, đ¤ợc sÁn uÃt từ các chÃt hữu c¢ Là vÁt liáu có khÁ năng

bị bi¿n d¿ng khi chịu tác dÿng cāa nhiát, áp suÃt và v¿n giữ đ¤ợc sự bi¿n d¿ng đó khi thôi không tác dÿng

2.1.1.2 Tính chÃt, thành ph n, công dÿng

a Thành ph n ChÃt dẻo là hỗn hợp cāa nhiÁu chÃt :

* Pôlyme : Là thành ph n c¢ bÁn nhÃt cāa chÃt dẻo

* ChÃt hoá dẻo : Фợc đ¤a thêm vào vái chÃt l¤ợng (10 ø 20 )% để tăng tính dẻo và cÁi thián tính t¿o hình Th¤ãng là các Este hoặc Pôlyme có ph n tử dẻo dể uán

* ChÃt đßn : Фợc đ¤a vào vái l¤ợng (40 ø 70 )% để n ng cao c¢ tính giÁm giá thành và thay đổi các thông sá khác ChÃt đßn là những chÃt hữu c¢ và vô c¢ å d¿ng bßt (bßt gỗ,

bồ hóng, mica, SiO2, TiO2, Graphít ), d¿ng sợi (sợi bông, thuỷ tinh, amiăng, pôlyme), d¿ng tÃm ( giÃy, vÁi từ các sợi khác nhau, láp gỗ )

* ChÃt ổn định : Là những chÃt hữu c¢ khác nhau để duy trì cÃu trúc ph n tử và ổn định tính chÃt, làm cho tính chÃt lão hoá cāa chÃt lßng chÁm l¿i

* Các chÃt phÿ gia đặc biát : Là vÁt liáu bôi tr¢n, t¿o màu, chÃt bÁo vá, chÃt giÁm đián tích luỹ và bắt cháy,

* ChÃt đóng rắn : Фợc đ¤a thêm vào chÃt dẻo nhiát rắn dß hoá căng

c Công dÿng ChÃt dẻo đ¤ợc sử dÿng ngày càng rßng rãi trong công nghiáp và đãi sáng

- Trong l nh vực đián và vô tuy¿n đián : Фợc sử dÿng nhiÁu vì có tính cách đián tát

- Trong ngành ch¿ t¿o các chi ti¿t máy có đß bÁn vững vừa phÁi, nhẹ và không bị ăn m n nh¤: Bình chăa, các bß phÁn cāa băng truyÁn, cánh b¢m, bánh răng, bánh vít, phanh hãm,

ổ tr¤ợt, Ngoài ra chÃt dẻo c n dùng phā lên kim lo¿i nhằm cháng ăn m n kim lo¿i

- Trong đãi sáng: Ch¿ t¿o đồ dùng sinh ho¿t gia đình nh¤ : Guác, dép, áo m¤a, chÁu, bát,

2.1.2 Các lo¿i chÃt dẻo c¢ bÁn

2.1.2.1 Polyme tự nhiên

2.1.2.2 Polyme nh n t¿o 2.2 Cao su - amiăng - compozit

2.2.1 Cao su

2.2.1.1 Ph n lo¿i 2.2.1.2 Tính chÃt 2.2.2 Amiăng

2.2.3 Compozit

2.2.3.1 Khái niám, tính chÃt 2.2.3.2 Mßt sá vÁt liáu Compozit thông dÿng 2.3 Nhiên liáu Xăng- diesel

2.3.1 Xăng

2.3.1.1 Tính chÃt 2.3.1.2 Ký hiáu 2.3.2 D u diesel

2.3.2.1 Tính chÃt 2.3.2.2 Ký hiáu 2.4 VÁt liáu bôi tr¢n và làm mát

2.4.1 D u bôi tr¢n

2.4.1.1 Công dÿng

2.4.1.2 Tính chÃt 2.4.1.3 Ph n lo¿i 2.4.2 Mỡ bôi tr¢n

2.4.2.1 Đặc điểm 2.4.2.2 Tính chÃt 2.4.2.3 Ph n lo¿i 2.4.3 N¤ác làm mát đßng c¢

2.4.3.1 Khái niám 2.4.3.2 Thành ph n

CH£¡NG 1: CÂU TRÚC VÀ CÂU T¾O CĂA KIM LO¾I

Mục tiêu: Học ong ch¤¢ng này ng¤ãi học có khÁ năng:

- hát biểu đúng các khái niệm của vật liệu c¡ khí

- Trình bày đ°ợc khái niệm, đ c điểm, cấu tạo của kim loại và hợp kim

I Khái nißm vÁ v¿t lißu c¢ khí

1 Khái nißm vÁ v¿t lißu c¢ khí

a VÁt liáu kim lo¿i

Kim lo¿i là lo¿i vÁt liáu có các tính chÃt nh¤: c¤ãng đß lán, đß dẻo và đß cháng mßi cao Nhã đó mà kim lo¿i đ¤ợc sử dÿng rßng rãi trong y dựng và các ngành k thuÁt khác ä d¿ng nguyên chÃt, do c¤ãng đß và đß căng thÃp, đß dẻo cao, kim lo¿i có ph¿m vi

sử dÿng rÃt h¿n ch¿ Chúng đ¤ợc sử dÿng chā y¿u å d¿ng hợp kim vái kim lo¿i và á kim khác, thí dÿ nh¤ cacbon Sắt và hợp kim cāa nó (thép và gang) gọi là kim lo¿i đen; những kim lo¿i c n l¿i (Be, Mg, Al, Ti, Cr, Mn, Ni, Cu, Zn, v.v ) và hợp kim cāa chúng gọi là kim lo¿i màu

Kim lo¿i đen đ¤ợc sử dÿng trong y dựng nhiÁu h¢n cÁ, giá kim lo¿i đen thÃp h¢n kim lo¿i màu Tuy nhiên kim lo¿i màu l¿i có nhiÁu tính chÃt có giá trị: c¤ãng đß, đß dẻo, khÁ năng cháng ăn m n, tính trang trí cao Những điÁu đó đã må rßng ph¿m vi sử dÿng kim lo¿i màu trong y dựng, phổ bi¿n là các chi ti¿t ki¿n trúc và các k¿t cÃu nhôm

Nguyên liáu để ch¿ t¿o kim lo¿i đen là quặng sắt, mangan, crôm, mà các khoáng đ¿i dián cho chúng là nhóm các o it: macnetit (Fe3O4), quặng sắt đß (Fe2O3), piroluzit (MnO2), crômit (FeCr2O4) Để sÁn uÃt kim lo¿i màu ng¤ãi ta sử dÿng bo it chăa các hidro it: hidracgilit (Al(OH)3, diasno (HAlO2); các lo¿i quặng sunfua và cacbonat đồng, niken, chì v.v vái các khoáng đ¿i dián là chancopirit (CuFeS2), sfalêit (ZnS), eru it (PbCO3), magiezit ( MgCO3) v.v

b.VÁt liáu Polyme

Polyme là các hợp chÃt có khái l¤ợng ph n tử lán Фợc hình thành trong tự nhiên ngay từ những ngày đ u hình thành trái đÃt Chẳng h¿n nh¤ Xenluloz¢- thành ph n chā y¿u cāa t¿ bào thực vÁt và protit-thành ph n chā y¿u cāa t¿ bào sáng đÁu là những hợp chÃt quan trọng trong đãi sáng hàng ngày

Những ví dÿ điển hình vÁ Polyme là chÃt dẻo, DNA, và protein Polyme đ¤ợc sử dÿng phổ bi¿n trong thực t¿ vái tên gọi là Nhựa, bao gồm 2 lo¿i chính là polyme thiên nhiên và polyme nh n t¿o

VÁt liáu polyme đ¤ợc sử dÿng từ a ¤a nh¤ bông, sợi gai, t¢ tằm, len làm qu n áo, da đßng vÁt để làm giày, áo qu n&Ng¤ãi Ai cÁp c n bi¿t dùng da để làm giÃy vi¿t th¤ báo cho tái khi họ tìm ra ph¤¢ng pháp điÁu ch¿ hợp chÃt cao ph n tử mái là giÃy Công trình này đã må đ u cho các quá trình gia công, ch¿ t¿o cÃc hợp chÃt polyme thiên nhiên và đi vào nghiên cău các polyme nh n t¿o

Năm 1933, Gay Lussac tổng hợp và điÁu ch¿ đ¤ợc polyme nh n t¿o Từ đó polyme đã chuyển sang thãi kỳ tổng hợp bằng ph¤¢ng pháp hóa học thu n túy, đi s u vào nghiên cău những tính chÃt cāa polyme nhÃt là những polyme tự nhiên

Năm 1925, Staudinger đã tìm ra cÃu trúc ph n tử polyme có d¿ng sợi và l n đ u tiên dùng cÿm danh từ < cao ph n tử=

Polyme có khÁ năng ăng dÿng trong h u hêt các ngành phÿ vÿ đãi sáng nh¤: công nghá cao su, chÃt dẻo, t¢ sợi, thực phẩm, y dựng, c¢ khí, đián-đián tử, hành không, d¤ợc liáu, màu sắc và l nh vực quác ph ng nh¤: tên lửa, tàu du hành vũ tru, máy bay siêu m&

 Gám và kim lo¿i chịu lửa

 Thuỷ tinh và gám thuỷ tinh

 Xi măng và bê tông

- Theo cÃu trúc: 2 nhóm:

 Đ¢n pha: thuỷ tinh SiO2 ,gám đ¢n o it

 VÁt liáu đa pha: h u h¿t các vÁt liáu vô c¢

Pha chính là các pha tinh thể liên k¿t vái nhau båi pha thuỷ tinh (vô định hình): gám và vÁt liáu chịu lửa, să, gám thuỷ tinh

Ngoài ra c n có pha khí do công nghá ch¿ t¿o không tránh khßi cũng có thể do chā đßng đ¤a vào: gám áp, thuỷ tinh áp, bê tông áp các pha tinh thể có thể có % khác nhau, chăa khuy¿t tÁt, nhiÁu v¿t năt, chúng quy¿t định tính chÃt cāa ceramic

Ăng dÿng : VÁt liáu Ceramic đ¤ợc sử dÿng trong nhiÁu nghành nh¤ y dựng, c¢ khí,

d n dÿng các sÁn phẩm cāa Ceramics nh¤ : g¿ch chịu lửa, gám să, thāy tinh, bê tông, nám

2 Vai tr căa v¿t lißu trong cußc sßng

- Để y dựng và phát triển nÁn kinh t¿ quác d n vững m¿nh c n phÁi phát triển công nghiáp nặng , trong đó ngành ch¿ t¿o c¢ khí là quan trọng nhÃt

- Để ch¿ tao các lo¿i máy móc thi¿t bị c¢ khí phÁi có vÁt liáu , trong đó kim lo¿i là vÁt liêu chā y¿u Så d kim lo¿i là vÁt liáu đ¤ợc sử dÿng chā y¿u cāa ngành ch¿ t¿o c¢ khí båi nó có nhiÁu tính chÃt và ¤u điểm quan trọng, ¤u viát h¢n hẳn so vái các lo¿i vÁt liáu khác

- Ngày nay, ngành công nghiáp vÁt liáu phát triển m¿nh mẽ vái nhiÁu lo¿i vÁt liáu khác nhau nh¤: Gỗ , thuỷ tinh , chÃt dẻo , Vái các tính năng ngày càng tát và sÁn l¤ợng ngày càng cao, nh¤ng v¿n không thay th¿ hoàn toàn đ¤ợc cho kim lo¿i và hợp kim

Hình 1.3 Các sÁn phẩm từ Ceramic

- Do đó, bên c¿nh viác nghiên cău thay th¿ các kim lo¿i và hợp kim bằng các vÁt liáu phi kim lo¿i có tính năng thích ăng, ng¤ãi ta v¿n ti¿p tÿc nghiên cău để tìm ra những kim lo¿i và hợp kim có những tính năng ¤u viát nh¤ : Nhẹ, bÁn, chịu ăn m n, chịu nhiát, chịu va đÁp ,

* Viác nghiên cău và sÁn uÃt các lo¿i gang , thép v¿n là trọng t m cāa công nghiáp vÁt liáu nói riêng và cāa nÁn kinh t¿ quác d n nói chung đái vái tÃt cÁ các n¤ác

có nÁn công nghiáp phát triển

II C Ãu t¿o căa kim lo¿i và hÿp kim

1 Kim lo¿i

a Khái niám vÁ kim lo¿i

+ Kim lo¿i là vÁt liáu sáng dẻo có thẻ rèn đ¤ợc, có tính d¿n đián, nhiát cao

Ph¤¢ng dián hóa học kim lo¿i là nguyên tá dß nh¤ãng đián tử trong các phÁn ăng hóa học

+ Liên k¿t kim lo¿i : Kim lo¿i có cÃu tao m¿ng tinh thể liên k¿t å trong kim lo¿i đ¤ợc gọi là liên k¿t kim lo¿i

b CÃu t¿o cāa kim lo¿i

+ M¿ng tinh thể và ô c¢ bÁn

- Trong kim lo¿i các kim lo¿i đ¤ợc sắp ¿p mßt cách trÁt tự tu n hoàn trong không gian

- Các nguyên tử trong kim lo¿i đ¤ợc sắp ¿p mßt cách có trÁt tự các nguyên tử đÁu nằm trên mặt phẳng song song cách đÁu gọi là mặt tinh thể, tÁp hợp vô sá những mặt tinh thể nh¤ th¿ nó lÁp thành m¿ng tinh thể

Hình 1.4 M¿ng tinh thể và ô c¢ bÁn

- Toàn bß m¿ng không gian có thể em nh¤ đ¤ợc t¿o thành những hình khái nhß nhÃt đ¢n giÁn giáng nhau mà cách sắp ¿p các ph n tử là đ¿i dián chung cho toàn m¿ng những

Cấu tạo : - Trong các ô c¢ bÁn kiểu m¿ng này có các nguyên tử nằm å các nút (đãnh) cāa

hình lÿc lăng hai nguyên tử nằm å trung t m hai mặt đáy và ba nguyên tử nằm å trung

t m cāa ba khái lăng trÿ tam giác

- Các kim lo¿i có kiểu m¿ng này : Zn, Cu , Mg ,

+ Sự bi¿n đổi m¿ng tinh thể cāa kim lo¿i

a

Hình 1.5 : Ô c¢ bÁn m¿ng lÁp ph¤¢ng thể t m

Hình 1.6 : Ô c¢ bÁn m¿ng lÿc ph¤¢ng dày đặc

ä tr¿ng thái rắn khi điÁu kián ngoài trãi thay đổi ( áp suÃt , nhiát đß v.v ) tổ chăc kim lo¿i thay đổi theo Ngh a là d¿ng ô c¢ bÁn thay đổi hoặc thông sá m¿ng có giá trị thay đổi ng¤ãi ta gọi đó là sự bi¿n đổi m¿ng tinh thể

Ví dÿ : Sự chuyển bi¿n thù hình cāa sắt

2 Hÿp kim

a Khái niám vÁ hợp kim

Hợp kim là mßt d¿ng vÁt chÃt đ¤ợc bằng cách nÃu chÁy hay liên k¿t mßt kim lo¿i vái mßt hay nhiÁu các nguyên tá khác Hợp kim mang tính kim lo¿i (d¿n nhiát cao, d¿n đián, dẻo, dß bi¿n d¿ng, có ánh kim Thành ph n cāa hợp kim đ¤ợc biểu dißn bằng o

/o trọng l¤ợng

b Đặc tr¤ng cho hợp kim là: Pha, há tháng (há), nguyên

- Pha : Là mßt tổ ph n đồng nhÃt cāa hợp kim há tháng chúng có thành ph n đồng nhÃt cùng tr¿ng thái nh¤: lßng cùng lßng, rắn cùng rắn , nh¤ng phÁi cùng kiểu mÁng Chúng ngăn cách nhau bằng bÁ mặt ph n chia

Hình 1.6 S¢ đồ bi¿n đổi m¿ng tinh thể cāa sắt

Hợp kim luôn có những đặc tính v¤ợt trßi so vái kim lo¿i nguyên chÃt hợp thành Ví

dÿ, thép (hợp kim cāa sắt) có đß bÁn v¤ợt trßi so vái kim lo¿i hợp thành cāa nó là sắt Đặc tính vÁt lý cāa hợp kim không khác nhiÁu kim lo¿i đ¤ợc hợp kim hoá, nh¤ mÁt đß,

đß kháng cự, tính đián và há sá d¿n nhiát, nh¤ng các đặc tính c¢ khí cāa hợp kim có khác nh¤: nh¤ đß bÁn kéo, đß bÁn cắt, đß căng, khÁ năng cháng ăn m n

Hợp kim không có mßt điểm nóng chÁy nhÃt định mà có mßt miÁn nóng chÁy bao gồm tr¿ng thái các khái chÃt rắn h a l¿n vái khái chÃt lßng Điểm nhiát đß bắt đ u chÁy đ¤ợc gọi là đ¤ãng đông đặc và hoàn thành viác hóa lßng hoàn toàn gọi là đ¤ãng pha lßng trong giÁn đồ tr¿ng thái cāa hợp kim

3 Các d¿ng cÃu t¿o căa hÿp kim Hÿp kim có cÃu t¿o ở các d¿ng sau

a Dung dịch đặc

Hợp kim có cÃu t¿o là dung dịch đặc khi nguyên tử cāa các nguyên tá thành ph n

có kích th¤ác g n giáng nhau Khi k¿t tinh, các hợp kim này t¿o thành các m¿ng tinh thể trong đó có nguyên tử cāa các nguyên tá thành ph n

Hình 1.7 M¿ng tinh thể hợp kim

a - M¿ng tinh thể cāa sắt thay th¿

b - M¿ng tinh thể cāa dung dịch đặc thay th¿

c - M¿ng tinh thể cāa dung dịch đặc en kẽ

Có hai lo¿i dung dịch đặc :

- Dung dịch đ c thay thế (Hb): Ví dÿ: Cu và Ni : Nguyên tử Ni đẩy mßt sá nguyên tử Cu

ra khßi nút m¿ng tinh thể và thay th¿ vào vị trí đó

- Dung dịch đ c xen kẽ (Hc): Nguyên tử cāa các nguyên tá hoà tan

Ví dÿ: C, O2 , Bo, Nằm giữa en kẽ vào những lỗ hổng cāa giữa các nút m¿ng tinh thể cāa nguyên tá kim lo¿i c¢ bÁn (dung môi)

c Hỗn hợp c¢ học: Hợp kim có cÃu t¿o là hỗn hợp c¢ học khi nguyên tử cāa các

nguyên tá thành ph n khác nhau vÁ kích th¤ác và m¿ng tinh thể

III- Tính chÃt chung căa kim lo¿i và hÿp kim

1 Tính chÃt v¿t lý

a Vẻ sáng m t ngoài : Chia ra làm 2 lo¿i : Kim lo¿i màu và kim lo¿i đen

- Kim lo¿i đen và hợp kim đen : Là Fe và hợp kim cāa Fe vái C ( thép , gang )

- Kim lo¿i màu và hợp kim màu : Là tÃt cÁ các kim lo¿i và hợp kim c n l¿i

b Khối l°ợng riêng : Là sá đo khái l¤ợng vÁt chÃt chăa trong mßt đ¢n vị thể tích cāa vÁt

d Tính nóng chảy: Là tính chÃt cāa kim lo¿i sẽ chÁy loãng khi nung nóng và khi làm

ngußi

e Tính dẫn điện: Là khÁ năng d¿n đián cāa kim lo¿i và hợp kim

f Tính truyền nhiệt: Là khÁ năng truyÁn nhiát cāa kim lo¿i và hợp kim khi đát nóng và

khi làm ngußi

g Tính nhiệt nung: Là nhiát l¤ợng c n thi¿t để làm tăng nhiát đß cāa kim lo¿i lên 10

C

2 Tính chÃt hóa hác

a Khái niệm: Tính chÃt hoá học là khÁ năng cāa kim lo¿i và hợp kim cháng l¿i tác dÿng

hóa học cāa môi tr¤ãng ung quanh

b Các đ c tr°ng: Tính chÃt hóa học cāa kim lo¿i và hợp kim biểu hián å hai d¿ng chā

a Khái niệm: Tính c¢ học cāa kim lo¿i hay c n gọi là c¢ tính là khÁ năng cháng l¿i tác

dung cāa lực bên ngoài lên kim lo¿i

- Đß đàn hồi: Là khÁ năng cāa kim lo¿i và hợp kim có thể trå l¿i hình dáng hoặc tr¿ng thái ban đ u sau khi bß lực tác dÿng

4 Tính công nghß

a Khái niệm: Tính công nghá cāa kim lo¿i và hợp kim là khÁ năng mà chúng có thể thực

hián đ¤ợc các ph¤¢ng pháp công nghá để sÁn uÃt các sÁn phẩm khác nhau

b Các đ c tr°ng: Tính đúc , tính hàn , tính gia công cắt gọt , gia công áp lực , tính

nhiát luyán

Mßt kim lo¿i hay hợp kim nào đó mặc dù có những tính chÃt rÃt quan trọng nh¤ng tính công nghá kém thì cũng rÃt khó đ¤ợc sử dÿng rßng rãi vì khó ch¿ t¿o thành phẩm C¢ tính cāa kim lo¿i và hợp kim có thể ác định đ¤ợc bằng cách thí nghiám các m¿u vÁt trên các thi¿t bị chuyên dùng nh¤ : Máy thử kéo nén, máy thử đß căng

CH£¡NG 2 : GANG, THÉP

Māc tiêu: Học ong ch¤¢ng này ng¤ãi học có khÁ năng:

- hát biểu đ°ợc khái niệm, ph n loại về gang và các yếu tố ảnh h°ởng đến tính chất của gang, thép

- Trình bày đ°ợc lý thuyết chung về công dung, tính chất, thành phần, kí hiệu của một số loại gang và thép

- hận biết đ°ợc một số loại gang và thép, kim loại và hợp kim màu

I - Gang và các lo¿i gang th¤ãng dùng

1.Giái thißu chung vÁ gang

a Khái niám:

Gang là hợp kim cāa Fe - C, hàm l¤ợng cácbon lán h¢n 2,14 nh¤ng cao nhÃt cũng nhß h¢n 6,67C Cũng nh¤ thép trong gang chăa t¿p chÃt Si, Mn, S, P và các nguyên tá khác

d Các y¿u tá Ánh h¤ång đ¿n tính chÃt cāa gang

- Cacbon (C): Nguyên tá này t¿o ra cùng vái Fe các tổ chăc trong gang Cacbon càng nhiÁu thì Graphít hóa càng m¿nh, nhiát đß chÁy càng giÁm (nhiát đß nóng chÁy hoàn toàn cāa gang thÃp nhÃt khi C = 4,43 å nhiát đß 11470C làm tính đúc càng tát ) Nh¤ng tăng hàm l¤ợng cacbon sẽ làm giÁm đß bÁn , tăng gi n

N¿u cacbon chăa trong gang å d¿ng hợp chÃt hóa học Xêmentít (Fe3C) thì gang đó gọi là gang trắng, n¿u cacbon å d¿ng tự do Graphít thã gang đó gọi là gang ám Sự t¿o thành các lo¿i gang khác nhau phÿ thußc vào thành ph n hóa học và tác đß ngußi cāa nó

- Silíc (Si) : Si là nguyên tá Ánh h¤ång rÃt nhiÁu đ¿n cÃu trúc tinh thể cāa gang , vì nó thúc đẩy sự t¿o thành Graphít hóa do đó trong gang ám thành ph n Si cao khoÁng 1 ø 4,25 

- Mangan (Mn): Mn trong gang thúc đẩy sự t¿o thành gang trắng và ngăn cÁn sự Graphít hóa Båi vÁy gang trắng th¤ãng chăa 2 ø 2,5 Mn , trong gang ám l¤ợng Mn

< 1,3

- Phát pho (P) :P là nguyên tá có h¿i trong gang nó làm giÁm đß bÁn , tăng đß gi n cāa gang Tuy nhiên P l¿i có tác dÿng tăng tính chÁy loãng , tác dÿng này ng¤ãi ta dùng để đúc các t¤ợng vad các chi ti¿t có hình thù phăc t¿p , nh¤ng không chịu va đÁp ( P < 0,1 đái vái những chi ti¿t máy quan trọng )

- L¤u huỳnh (S) :S là nguyên tá có h¿i trong gang, nó làm giÁm tính đúc và c¢ tính trong gang S làm giÁm đß bÁn và tăng đß gi n, do đó trong gang S < 0,15

C = 4,3 - Gang trắng cung tinh Le ( P + XeI )

C > 4,3 - Gang trắng sau cùng tinh Le + XeI

H u h¿t ng¤ãi ta chã dùng gang trắng chăa khoÁng 3,0 ø 3,5C vì nhiÁu cacbon gang sẽ

gi n Gang trắng là gang mà chăa ít các nguyên tá thúc đẩy sự Graphít hóa Trong thực t¿ gang chã chăa : 3,3 ø 3,4C; 0,4 ø 1,2Si; 0,25 ø 0,8Mn; 0,06 ø 0,2S; 0,5 ø 0,2P

+ Tinh chất: Do cacbon å d¿ng Xêmentít (Fe3C) nên gang trắng rÃt căng và gi n Thành ph n C trong gang trắng càng lán thì gang trắng càng lán và gi n Gang trắng rÃt căng nên không thể gia công c¢ khí đ¤ợc nên chã sử dung chi ti¿t bằng gang trắng å d¿ng đúc

+ Công dụng: Do gang trắng rÃt căng nên nó đ¤ợc làm các chi ti¿t yêu c u có đß căng

cao, làm viác trong điÁu kián chịu mài m n nh¤ các bi nghiÁn å trong các máy nghiÁn quÁ lô, máy l¤ỡi cày, vành bánh e

Trong thực t¿ ng¤ãi ta sÁn uÃt gang trắng để luyán thép và mßt ph n để làm gang dẻo

b Gang ám

+ Tổ chức tế vi: Gang ám là gang mà Graphít å d¿ng tÃm, vÁ tổ chăc t¿ vi gồm có các

tÃm Graphít ph n bá trên nÁn kim lo¿i Tuỳ thußc và măc đß Graphít hóa mà ta có măc

đß gang ám sau :

- Gang ám Ferít là gang gồm các tÃm Graphít ph n bá trên nÁn Ferít

- Gang ám Ferít Péclít là gang gồm các tÃm Graphít ph n bá trên nÁn Ferít Péclít

- Gang ám Péclít là gang gồm các tÃm Graphít ph n bá trên nÁn Péclít

+ Kí hiệu của gang xám

Theo TCVN : ký hiáu GX có hai chã tiêu k + u ( kG/ mm2 )

- GX 12 - 28 (gang ám có k = 120 N/mm2, u = 280 N/mm2); GX 15 - 32 ;

GX 18 - 36

+ Công dụng: Gang ám dß ch¿ t¿o, tính đúc tát, đ¤ợc sử dÿng rÃt rßng rãi trong công

nghiáp nh¤ ch¿ t¿o đßng c¢&

c Gang c u

+ Tổ chức tế vi: Gang c u là gang Graphít d¿ng c u tổ chăc gồm những quÁ c u ph n bá

trên nÁn kim lo¿i

+ Thành phần: Thành ph n hỗn hợp cũng giáng nh¤ gang ám nh¤ng trong đó có chăa

các nguyên tá để g y c u hóa Để nhÁn đ¤ợc gang d¿ng c u ng¤ãi ta dùng chÃt bi¿n tính

để g y c u hóa là Mg Thành ph n gang c u giáng nh¤ gang ám nh¤ng nó có thành

ph n Mg Gồm :

3,0 ø 3,7C; 1,8 ø 3,0Si; 0,5 ø 1,2Mn;

0,03 ø 0,1Mg ; < 0,02P ; < 0,04S

+ C¡ tính: Do Graphít d¿ng c u là d¿ng thu gọn nhÃt nó ít làm chia cắt pha nÁn do vÁy

gang c u là gang có đß bÁn cao nhÃt trong các lo¿i gang Nó có dẻo = 5 ø 15

+ Ký hiệu : Theo TCVN : GC Có hai chã tiêu b + đß dãn dài (   ) (kG/mm2

)

GC 40 - 10 ; GC 45 - 5 ; GC 50 - 2 ; GC 60 - 2

+ Công dụng: Gang c u là gang có c¢ tính cao nhÃt, tính đúc tát nên sử dÿng rßng rãi

Dùng thay th¿ mßt sá chi ti¿t máy bằng thép

d Gang dẻo

+ Tổ chức tế vi: Gang dẻo là gang có tổ chăc nh¤ gang ám và gang c u nh¤ng Graphít

có d¿ng cÿm

+ Thành phần: Để nhÁn đ¤ợc gang dẻo thì tr¤ác h¿t phÁi đúc thành gang trắng Sau đó

dùng mßt quá trình ā đặc biát để bi¿n gang trắng thành gang dẻo

Thép cacbon là hợp kim cāa Fe - C vái hàm l¤ợng cacbon nhß h¢n 2,14 Ngoài

ra trong trong thép c n chăa mßt l¤ợng t¿p chÃt nh¤ : Si , Mn , S , P ,

b Ph n lo¿i thép Thép đ¤ợc ph n thành hai lo¿i chính đó là :

+ Thép cacbon : Dùng trong các ngành ch¿ t¿o máy nói chung và ngành y dựng

+ Thép hợp kim : Dùng ch¿ t¿o các dÿng cÿ cắt gọt , dÿng cÿ đo , cácchi ti¿t máy yêu c u

có đß bÁn , đß dẻo cao Trong nhóm thép hợp kim có thép hợp kim đặc biát , là các thép

từ tính , thép không gã , thép chịu nhiát Tuỳ theo l¤ợng P , S chăa trong thép mà ng¤ãi