Đề cương Vật liệu cơ khí

1 ĐỀ CƯƠNG VẬT LIỆU CƠ KHÍ Câu 1:Vật liệu trong kĩ thuật: là những vật liệu rắn được sử dụng để:  Chế tạo các chi tiết, máy móc, dụng cụ xây dựng công trình  Thay thế các bộ phận trên cơ thể người  Thể hiện các ý đồ nghệ thuật Phân loại: dựa vào các tính chất đặc trưng chia làm 4 loại chính:  Vật liệu kim loại + dẫn điện dẫn nhiệt tốt + có ánh kim + các nguyên tử liên kết với nhau nhờ các nguyên tử tự do  Vật liệu vô cơ + dẫn điện dẫn nhiệt kém +không biến dạng dẻo +rất bền vững về mặt hoá học, nóng chảy ở nhiệt độ cao + thành phần là hợp chất của kim loại kết hợp với các loại như oxit, cacbit  Vật liệu hữu cơ (polime) + dẫn điện nhiêt kém + giòn ở nhiệt độ thường + có khả năng biến dạng dẻo ở nhiệt độ cao + bền vững hoá học ở nhiệt độ thường + thành phần chủ yếu là C,H  Vật liệu kết hợp (compozit) + là sự kết hợp của 2 hay nhiều loại vật liệu có tính chất khác nhau để được loại vật liệu có tính chất mới hoàn toàn mà mỗi loại vật liệu nếu đứng riêng thì không có được Câu 2 : Mạng tinh thể lập phương tâm khối  Hình vẽ  Quan hệ :  Số nguyên tử : n=2  Số phối vị : k=8  Khoảng cách nguyên tử gần nhau nhất :d=  Bán kính nguyên tử : r=d/2=  Mật độ xếp chặt : + mật độ xếp chặt khối : M v = + mật độ xếp chặt mặt : M s =  Lỗ hổng: ( hình vẽ) + lỗ hổng khối 4 mặt : 1 2 3 5 + lỗ hổng khối 8 mặt : 1 2 3 4 5 6 Câu 3 : Mạng tinh thể lập phương tâm mặt : ô cơ bản là khối lập phương  Quan hệ :  Số nguyên tử :  Số phối vị :  Khoảng cách nguyên tử gần nhau nhất :  Bán kính nguyên tử : 2  Mật độ xếp chặt : + khối : 74% + mặt : 91%  Lỗ hổng : + khối 4 mặt : 1 4 6 5 + khối 8 mặt : 1 2 3 4 5 6 Câu 4 :Mạng tinh thể lục giác xếp chặt  Quan hệ :  Số nguyên tử : n=6  Số phối vị : k=12  Khoảng cách nguyên tử gần nhất :d=a  Bán kính nguyên tử : r=d/2=a/2  Mật độ xếp chặt: + khối: + mặt:  Lỗ hổng: + khối 4 mặt: 1 2 3 5, 1 2 3 4 + khối 8 mặt: 1 2 3 4 5 6 Câu 5: Các dạng sai lệch trong mạng tinh thể:  Sai lệch điểm: là sai lệch mặt có kích thước rất nhỏ ( cỡ vài thông số mạng) theo 3 chiều không gian có dạng 1 điểm hoặc bao quanh 1 điểm + phân loại: Nút trống và nguyên tử xen kẽ Nguyên tử tạp chất thay thế và xen kẽ  Sai lệch đường: là dạng sai lệch có kích thước nhỏ theo 2 chiều và lớn theo chiều còn lại(có dạng đường thẳng hoặc đường cong)  phân loại: Lệch biên: là mô hình dùng bán mặt tinh thể ABCD chèn vào nửa phía trên của tinh thể hoàn chỉnh thì các nguyên tử nằm về 2 phía cuae ABCD sẽ bị xê dịch khỏi vị trí cân bằng của nó sinh ra lệch biên Lệch xoắn:hình dung bằng cách trượt ép khi các tinh thể hoàn chỉnh theo nửa mặt phẳng ABCD rồi xê dịch 2 mép ngoài sao cho mặt nguyên tử nằm ngang thứ nhất bên phải trùng với mặt thứ 2 bên trái làm cho các nguyên tử nằm gần AB xê dịch khỏi vị trí cũ và các ngyên tử trong vùng sai lệch mạng theo hình xoắn ốc.  Sai lệch mặt: là sai lệch có kích thước nhỏ theo 1 chiều và lớn theo 2 chiều còn lại  phân loại: Biên giới hạt: là vùng giáp ranh giữa các hạt tinh thể có chứa sai lệch Siêu hạt: là những vùng tinh thể có kích thươc rất nhỏ bé trong hạt tinh thể với cấu trúc khá hoàn chỉnh có hướng lệch nhau 1 góc nhỏ cỡ vài phút đến 1 độ  Sai lệch khối: là sai lệch có kích thước lớn hơn theo cả 3 chiều trong mạng tinh thể. Câu 6: Hồi phục và kết tinh laị Sau khi kim loại trải qua biến dạng dẻo, kim loại tồn tại dưới dạng ứng suất dư, trạng thái nhiệt động của hệ là không ổn định với mức năng lượng tự do cao ví vậy sao khi trải qua biến dạng dẻo thì kim loại luôn có xu hướng trở về trạng thái ổn định với mức năng lượng bé hơn, để thực hiện chuyển biến đó cần phải 3 nung nóng và tuỳ theo nhiệt độ nung từ thấp tới cao thì chuyển biến sẽ trải qua 2 gd là hồi phục và kết tinh lại  Hồi phục: khi ta nung nóng kim loại biến dạng dẻo lên đến t 0 =0,3.t 0 nc . Giai đoạn này có sự thay đổi về cấu trúc lệch và tính chất mà không thay đổi trạng thái biến dạng dẻo của tổ chức hạt + về cấu trúc: có sự suy giảm về khuyết tật điểm + cơ tính: thay đổi là không đáng kể, ứng suất dư sẽ giảm, độ bền giảm, độ cứng giảm tối đa từ 10-15%, độ dẻo dao tang, khả năng chống nứt tang  Kết tinh lại: + nhiệt độ để kết tinh lại là nhiệt độ nung tối thiểu cho phép hình thành hạt tinh thể mới và nhiệt độ kết tinh lại = (0,5-0,8).t o nc. + khi nung kim loại nên tới nhiệt độ nêu trên sẽ xảy ra sự kết tinh lại đó là sự sinh ra của các hạt mới hoàn thiện hơn và sự lớn lên của chúng tạo ra các hạt tương đối đồng trục Giai đoạn kết tinh lại trải qua 2 giai đoạn: + gd1: kết tinh lại lần 1 là sự sinh ra của các hạt mới hoàn thiện +gd2: kết tinh lại lần 2 khi ta tang nhiệt đọ nung và thời gian giữ nhiệt giữ nhiệt kết tinh lại lần 2 bắt đầu bằng sự lớn lên tự phát của tinh thể mới đề làm giảm năng lượng tự do, hạt lớn lên bằng cách dịch chuyển nguyên tử từ hạt này sang hạt khác qua biên giới hạt do vậy 1 số hạt nhỏ sẽ mất đi và một số hạt sẽ lớn lên và tạo ra tổ chức cân bằng ổn định. Câu 7: Phương hướng nâng cao độ bền của vật liệu  Nguyên tắc chung: + chế tạo các vật liệu hoàn toàn không có sai lệch và đạt được độ bền lý thuyết + tạo ra 1 cấu trúc gồm nhiều cản trở chuyển động của lệch mạng tinh thể để chống lại biến dạng dẻo và tăng độ bền của vật liệu.  Khả năng thực tế: - Làm giảm mật độ lệch bằng cách chế tạo vật liệu đơn tinh thể có đường kính nhỏ cỡ µm đến nm tuy nhiên công nghệ rất phức tạp - Làm tăng mật độ lệch:  Tạo ra cấu trúc tinh thể gồm nhiều sai lệch mạng để cản trở chuyển động của lệch  Thực hiện biến dạng dẻo của vật liệu để làm tăng thêm mật độ lệch và số chướng ngại để làm tăng độ bền của vật liệu  Làm nhỏ hạt và siêu hạt từ đó làm tăng biên giới siêu hạt và tinh thể để làm tăng số chướng ngại  Tạo ra trường ứng suất đàn hồi bằng các khuyết tật điểm  Hoá bền vật liệu như nhiệt luyện  Dùng vật liệu kết hợp trong đó nền là vật liệu dẻo, cốt là dạng sợi và hạt có độ bền cao  Hoá bền bề mặt chi tiết bằng cách tạo ra ứng suất nén dư để ngăn cản các vết nứt lớn lên và hoá nhiệt luyện Câu 8: Trình bày phương pháp thử cơ tính của vật liệu:  Phương pháp thử kéo: - Mục đích: để xác định đặc tính bền và dẻo của vật liệu - Mẫu thử: theo TCVN 197-85 có tiết diện tròn - Phương pháp: đưa mẫu thư vào máy thử kéo vạn năng kéo mẫu cho đến khi đứt thì máy sẽ vẽ được biểu đồ thử kéo  Phương pháp thử độ cứng: 4 - Độ cứng là khả năng chống lại biến dạng dẻo cục bộ ở vị trí ta ấn vào vật cứng hơn - Thử độ cứng Brinen: được sử dụng để đo vật liệu nền là đồng và nhôm  Phương pháp: ấn lực P qua viên bi bằng thép được tôi cứng vào bề mặt mẫu thử. Đo đường kính vết lõm trên mặt mẫu bằng kính lúp  HB= - Thử độ cứng Rocven: để đo vật liệu cứng  Phương pháp: ấn lực P qua viên bi bằng théo tôi hay mũi kim cương hình nón có α=120 0 lên bề mặt mẫu thử. Đo chiều sâu vết lõm ngay trên máy thử, với 1 vạch = 0,002  HR=  Ưu điểm: đo vết lõm bé nên đo được vật mỏng hay để kiểm tra OTK, không phải đo chiều sâu thủ công - Thử độ cứng Vicke:  Pp: ấn tải trọng P nhỏ qua mũi kim cương hình tháp 4 mặt có α=136 0 . Đo đường chéo vật lõm bằng kính lúp d  HV=  Ưu điểm: đo vết lõm nhỏ nên đo được chi tiết mỏng để nghiên cứu khoa học - Thử độ cứng knoop  Đo vật liệu cứng giòn: ấn lực P qua mũi kim cương co cấu tạo để vết lõm trên mẫu là hình thoi. Đo đường chéo l của vết lõm  HK= - Thử độ cứng tế vi:  Mẫu được mài bóng, tẩm thực để làm nổi bật các hạt tinh thể  Dùng mũi ấn Vicke: P=0,5-> 200G  Đo đường chéo vết lõm bằng kính hiển vi kim loại học  Để đo vùng hẹp của vật liêu.  Phương pháp thử va chạm và thử mỏi - Pp thử va chạm: để xác định sự phá huỷ giòn của vật liệu làm việc dưới tải trọng va đập, với mẫu thử theo TCVN312-69 có rãnh khía - Phương pháp thử mỏi: mỏi là hiện tượng lực biến đổi theo chu kì, sức chịu mỏi của vật liệu là số lần đổi chiều của lực tác dụng mà nó chịu được  Thí nghiệm: dùng máy tạo lực biến đổi theo chu kì, dùng 6 đến 10 mẫu giống nhau, cho máy quay các mẫu đến khi tìm được một giới hạn mà mẫu không bị phá huỷ và chịu được 10 7 chu kì  Xác định được giới hạn mỏi là ứng suất lớn nhất mà vật liệu chịu được khi tác dụng lên nó 1 tải trọng biến đổi Câu 9: khái niệm về sự kết tinh và cấu tạo tổ chức của thỏi đúc  Khái niệm về sự kết tinh: là quá trình chuyển pha từ trạng thái lỏng sang trạng thái rắn tinh thể, nó ảnh hưởng đến tổ chức và tính chất của vật liệu - Điều kiện để có kết tinh: năng lượng tự do của pha rắn G R phải nhỏ hơn năng lượng tự do của pha lỏng G L tức là phải có sự chênh lệch năng lượng tự do thể tích của pha đó - Quá trình kết tinh xáy ra qua 2 giai đoạn:\  Giai đoạn tạo mầm tinh thể  Giai đoạn lớn lên của mầm thành hạt tinh thể.  Cấu tạo tổ chức thỏi đúc: Hình vẽ: 5 Gồm 3 vùng - Vùng 1: sát với khuôn: tổ chức gồm các hạt rất nhỏ có trục định hướng bất kì nằm sít chặt nhau, có cơ tính tốt nhưng vùng này mỏng nên ít tác dụng  Giải thích: do độ mấp mô của thành khuôn đúc nên hạt tinh thể lớn lên theo hướng bất kì. Do tinh thể kết tinh với độ nguội lớn nên tạo ra hạt nhỏ. Do có nhiều mầm kí sinh với thành khuôn - Vùng 2: vùng trung gian  Tổ chức gồm có hạt hạt dài định hướng vương góc với thành khuôn, tinh thể đều trục, cấu tạo sít nhau nhưng dễ bị nứt khi gia công áp lực do có sự tích tụ tạp chất, có nhiệt độ nóng chảy thấp.  Giải thích: do độ nhấp nhô của thành khuôn đã bị mất, vì đã có lớp kim loại vùng 1 kết tinh nhỏ mịn, nên kim loại kết tinh với độ quá nguội nhỏ hơn vùng ngoài - Vùng 3: vùng trung tâm:  Tổ chức gồm các hạt tinh thể đều trục nhưng hạt tinh thể lớn  Giải thích: do thành khuôn đã bị nóng lên rất nhiều lên tốc độ tản nhiệt qua thành khuôn là rất chậm do đó kết tinh hầu như không đồng thời và không chịu ảnh hưởng của phương tản nhiệt Câu 10: giản đồ trạng thái của hệ hợp kim 2 nguyên  Gdo trạng thái loại 1: là giản đồ trạng thái 2 nguyên hoa tan vô hạn vào nhau ở thể lỏng và không hoà tan vào nhau ở thể rắn. - Đặc điểm: có phản ứng cùng tinh, B là điểm cùng tinh có pha lỏng hợp chất  Giản đồ trạng thái loại 2: - Là giản đồ trạng thái 2 nguyên hoà Tan vào nhau vô hạn ở thể lỏng và thể rắn  Giản đồ trạng thái loại 3: - Là giản đồ trạng thái 2 nguyên hoà tan vô hạn vào nhau ở thể lỏng và hoà tan có hạn ở thể rắn - Đặc điểm:  α tiết ra do nguyên B hoà tan vào nền pha A  β pha A sinh ra trên nền pha B  α=A(B) dung dịch rắn hoà tan có hạn  β=B(A) dung dịch rắn hoà tan có hạn - có phản ứng cùng tinh tại điểm A (L ->(α+β)  giản đồ trạng thái loại 4: là giản đồ trạng thái 2 nguyên hoà tan vô hạn vào nhau ở trạng thái lỏng, không hoà tan vào nhau ở thể rắn và tạo ra hợp chất hoá học ổn định - đặc điểm: Tạo ra hợp chất hoá học ổn định: A m B n có phản ứng cùng tinh L->(A+ A m B n ) L->(B+ A m B n ) Câu 11: Cấu tạo và các tổ chức trên giản đồ trạng thái Fe – C  cấu tạo: hình vẽ  tổ chức trên giản đồ - tổ chức 1 pha  dung dịch long tồn tại trên đường lỏng là dung dịch hoà tan vô hạn của C vào Fe 6  xemantit là hợp chất hoá học ổn định của Fe và C, khi hàm lương C là 6,67% có công thức hoà học là Fe 3 C, có kiểu mạng phức tạp trực thoi 8 mặt có độ cứng và độ giòn cao, có 3 loại Xê 1 (Fe 3 C I ) được tiết ra từ pha lỏng khi làm nguội theo được CD Xê 2 (Fe 3 C II ) được tiết ra từ pha rắn ˠ khi làm nguội theo được ES Xê 3 (Fe 3 C III ) được tiết ra từ pha rắn α khi làm nguội theo được PG  pherit(α) là dung dịch rắn hoà tan xen kẽ của cacbon trong sắt α có kí hiệu là (α) có kiểu mạng lập phương tâm khối, đây là pha dẻo dai tồn tại trong khu vực GQPO  austenit (ˠ) là dung dịch rắn hoà tan xen kẽ của cacbon trong sắt ˠ có kiểu mạng lập phương tâm mặt, là pha dẻo dai tồn tại trong khu vực NJESG  Ferit(δ) là dung dịch rắn hoà tan xen kẽ của cacbon trong sắt δ có kiểu mạng lập phương tâm khối, tồn tại trong khu vực AHN, đây là pha khá là mềm dẻo do %C thấp - Tổ chức 2 pha:  Peclit là hỗn hợp cơ học cùng tích của pherit α và Xê II hình thành từ austenit tại nhiệt độ A1, tại điểm S, Austenit sinh ra peclit gồm α+Fe 3 C II . Pec lit có 2 loại là peclit tầm có xê dạng hình tấm và peclit hạt có xê dạng hình hạt. Cơ tính của peclit phụ thuộc vào kích thước của hạt hay tấm Xê, peclit là tổ chức khá bền và dẻo dai  Ledeburit: là hỗn hợp cơ học cùng tích được tạo nên từ việc làm nguội pha lỏng có thành phần là 4,3%C ở nhiệt độ 1147 o C ở trên nhiệt độ A1 có Lê I =(ˠ+xê I )\ ở dưới nhiệt độ A1 có Lê II =(α+Xê II ) trong tổ chức Lê hàm lượng Xê chiếm tới 60% nên nó rất cứng và giòn Câu 12: chuyển biến peclit thành austenite khi nung nóng  Nhiệt động của chuyển biến: - Tuân theo quy luật năng lượng tự do, khi nhiệt độ t>A1 thì có Gγ< Gp nên có sự chuyển biến từ P->γ - Tuân theo cơ chế khuếch tán từ tổ chức 2 pha sang tổ chức 1 pha - Có sự chuyển biến kiểu mạng từ lập phương tâm khối và trực thoi 8 mặt sang lập phương tâm mặt  Cơ chế của chuyển biến: tuân theo cơ chế sinh mầm và phát triển mầm - Giai đoạn 1 sự hình thành mầm austenit: mầm aus được hình thành duy nhất trên bề mặt của P giáp ranh với tấm Xê vì ở đó có nhiệt độ nóng chảy thấp hơn trong từng hạt có có độ linh động nguyên tử lớn hơn trong từng hạt nên nguyên tử sẽ khuếch tán mạnh hơn, liên kết với nhau tạo rap ha mới gọi là mầm aus - Giai đoạn 2: sự lớn lên của mầm austenit thành tinh thể: do sự khác nhau về cấu trúc giữa aus và Xê nên các mầm aus sẽ phát triển nhanh hơn về phía pherit tức là pherit α sẽ hoà tan vào aus trước sau đó Xê mới hoà tan vào Aus và cuối cùng Aus sẽ hoà tan đồng đều hoá về thành phần cacbon  Động học của chuyển biến: - Là mô tả mói quan hệ giữa phần vật chất đã chuyển sang pha mới và thời gian ở các nhiệt đó khác nhau - Chuyển biến này phụ thuộc vào các yếu tố sau:  Biến thiên năng lượng tự do thể tích giữa P và austenite  Nhiệt độ nung  Hệ số khuếch tán nguyên tử  Tố độ tạo mầm và cấp độ phát triển mầm Hình vẽ: 7 Từ hình vẽ ta thấy các điểm a là các điểm bắt đầu của quá trình chuyển biến, các điểm c là các điểm kết thúc quá trình chuyển biến, các điểm này phụ thuộc vào tốc đô nung nóng V nếu tốc độ nung càng lớn thì các điểm a, c cang cao và ngược lại. Vì vậy trong nhiệt luyện phải chú ý đến tốc độ nung hợp lý cho từng loại thép để đạt được hạt Aus là nhỏ để có lợi về cơ tính  Đặc điểm của chuyển biến: - Là chuyển biến khuếch tán nguyên tử C và Fe - Là chuyển biến hoàn toàn, P chuyển biến hoàn toàn thành γ Câu 13: chuyển biến Aus thành Peclit khi làm nguội chậm  Nhiệt động của chuyển biến: - Tuân theo quy luật năng lượng tự do, khi nhiệt độ t<A1 thì có Gγ> Gp nên có sự chuyển biến từ γ=>P - Tuân theo cơ chế khuếch tán từ tổ chức 1 pha sang tổ chức 2 pha - Có sự chuyển biến kiểu mạng từ lập phương tâm mặt sang lập phương tâm khối và trực thoi 8 mặt  Cơ chế chuyển biến: tuân theo cơ chế sinh mầm và phát triển mầm chia làm 2 giai đoạn: - Gd1: sự hình thành mầm peclit: Xê được hình thành trước ở vùng biên giới giữa các hạt Aus, sự hình thành mầm Xê sẽ làm giảm nồng đọ C dọc theo ranh giới của các hạt Aus và Xê tạo điều kiện hình thành mầm Phelit α, từ đó lại làm tăng nồng độ C dọc theo ranh giới giữa Phelit và Aus tạo điều kiện hình thành mầm Xê - Gd 2: sự lớn lên của mầm peclit thành hạt peclit: các tấm peclit sẽ khuếch tán mạnh nên các tấm P sẽ dài ra đến khi gặp chướng ngại thì dừng lại cho đến khi hết thể tích của Aus còn lại  Động học của chuyển biến phụ thuộc vào: - Chênh lệch năng lượng tự do thể tích của 2 pha peclit và aus - Hệ số khuếch tán nguyên tử của C và thép  Cả 2 yếu tố này đều ảnh hưởng đến tốc độ chuyển biến và phụ thuộc vào nhiệt độ, ngoài ra nó còn phụ thuộc vào thời gian và độ quá nguội Hình vẽ: Từ hình vẽ ta thấy - Đường a là đường bắt đầu quá trình chuyển biến - Đường b là đường kết thúc quá trình chuyển biến - Biểu đồ chia làm 5 vùng:  Vùng Aus chưa chuyển biến  Vùng từ trục chính đến đường a là vùng tồn tại Aus quá nguội  Vùng giữa 2 đường a, b là vùng chuyển biến ˠ -> P  Vùng bên phải đường b là vùng tồn tại các sản phẩm: P  Vùng 5 là vùng dưới nhiệt độ 220 o C (nhiệt độ M đ ) là vùng chuyển biến Mactenxit  Đặc điểm của chuyển biến: - Là chuyển biến khuếch tán nguyên tử C vào Fe - Là chuyển biến với tốc độ tang dần và cực đại ở 50% Peclit - Là chuyển biến hoàn toàn, γ chuyển biến hoàn toàn thành P Câu 14: Chuyển biến Aus thành Mactenxit khi làm nguội nhanh Mac là dung dich rắn xen kẽ quá bão hoà của C trong ferit α có kiểu mạng chính phương thể tâm và độ cứng cao.  Nhiệt động của chuyển biến: 8 - Để có chuyển biến xảy ra thì cần có điều kiện năng lượng tự do G M <G γ khi làm nguội nhanh ở nhiệt độ T<T Mđ - Có chuyển biến kiểu mạng từ lập phương tâm mặt sang chính phương thể tâm - Không tuân theo cơ chế khuếch tán - Chuyển biến xảy ra không hoàn toàn nên tổ chức nhận được là γ=> M=γ dư  Cơ chế của chuyển biến: - Là chuyển biến của sự xê dịch nguyên tử Fe, động lực để kích thích nguyên tử Fe thực hiện xê dịch là do trường nhiệt độ gây ra - Mặt khác do sự chênh lệch về thể tích riêng giữa M vừa hình thành và γ chưa chuyển biến cũng gây ra trường ứng suất kích thích các nguyên tử Fe chưa chuyển biến thực hiện chuyển biến xê dịch đến khi trường ứng suất này triệt tiêu nhau thì kết thúc chuyển biến, và sau chuyển biến còn lại lượng γ dư  Động học chuyển biến: Biểu đồ: - Tốc độ chuyển biến phụ thuộc vào nhiệt độ và đạt max ngay tại thời điểm đầu tiên sau đó giảm rất nhanh - Chỉ có quá trình hình thành M mà không có quá trình lớn lên, tốc đọ hình thành mầm M là rất lớn - Chuyển biến này xảy ra không hoàn toàn tức là còn 1 lượng γ dư  Đặc điển của chuyển biến: - Là chuyển biến khuếch tán nguyên tử C va Fe, xảy ra ở nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ T Mđ chuyển biến xảy ra liên tục khi làm nguội trong khoản nhiệt độ bắt đầu chuyển biến - M được hình thành với tôc độ rất lớn - Độ lớn của γ sẽ quyết định kích thước của hạt M khi hình thành - Là chuyển biến không hoàn toàn Câu 15: Chuyển biến khi ram thép:  Nhiệt động của chuyển biến: Hình vẽ - Thép sau khi thực hiện chuyển biến ˠ -> M có tổ chức là M+γ dư , tổ chức này không ổn định và có trạng thái ứng suất dư lớn  Xu hướng hệ sẽ trở về ổn định theo quy luật năng lượng tự do để phù hợp với điều kiện làm việc - Khi nhiệt độ T> nhiệt độ A1 thì ta có điều kiện năng lượng tự do là Gp<G M thì sẽ sinh ra chuyển biến M->P Gp<G γdư thì sẽ sinh ra chuyển biến γ dư ->P  Cơ chế của chuyển biến: - Nguyên tắc xác định chuyển biến  Do sự co giãn của mẫu thép tôi khi nung từ nhiệt độ thấp đến nhiệt độ 727  V riêng của M>V của P>Vγ vì vậy nếu thế tích của mãu giảm đi chứng tỏ M chuyển biến, nếu thế tích mẫu tang lên chứng tỏ γ chuyển biến - Các giai đoạn của chuyển biến: Hình vẽ: Gd1: nung từ 1=> 170 o C  Nung từ 0=> 80, kích thước của mẫu chưa thay đổi, chuyển biến chưa xảy ra  Nung từ 80=> 170, kích thước mẫu giảm đi chứng tỏ M bắt đầu chuyển biến nghĩa là có sự tiết ra cacbon Phương trình: 9 Gd2: nung từ 170 đến 260, kích thước của mẫu tang, chứng tỏ γ dư chuyển biến Phương trình: Gd3: nung từ 260 đến 400, kích thước của mẫu tiếp tục giảm chứng tỏ M R vừa hình thành tiếp tục chuyển biến Phương trình: Gd4: nung từ 400 đến dưới 727, kích thước của mẫu tiếp tục giảm chậm và hầu như không có chuyển biến gì và chỉ có quá trình thay đổi về kích thước của hạt Xê và P để đưa về trạng thái cân bằng và ổn định Phương trình:… Câu 16: các phương pháp tôi thép:  Định nghĩa: là phương pháo nhiệt luyện nung nóng théo đến nhiệt độ chuyển biến pha để làm xuất hiện tổ chức Aus sau đó giữ nhiệt 1 thời gian thích hợp rồi làm nguội nhanh với tốc độ làm nguội>= tốc độ tới hạn thì nhận được tỏ chức M có độ cứng cao  Mục đích: - Làm tăng độ cứng từ đó làm tang tính chống mài mòn để kéo dài tuổi thọ làm việc của chi tiêt máy - Làm tăng độ bền nhằm nâng cao khả năng chịu tải trọng  Mục đích này thực hiện được sau khi kết hợp với phương pháp ram tiếp theo  Các phương pháp tôi thép: hình vẽ - Phương pháp tôi thể tích: là phương pháp nung nóng toàn bộ chi tiết đến nhiệt độ tôi sau đó giữ nhiệt rồi làm nguội toàn bộ chi tiết trong môi trường tôi - Các phương pháp tôi thể tích:  Tôi trong 1 môi trường: (đường a)  Định nghĩa: thép được nung đến nhiệt độ tôi, giữ nhiệt rồi làm nguội trong 1 môi trường với tốc độ làm nguội>= tốc độ tới hạn để Aus hoàn toàn biến thành M  Ưu điểm: đơn giản dễ cơ khí hoá, tự động hoá và được sử dụng rộng rãi, phổ biến  Nhược điểm: với các chi tiết có nồng độ C có hình dạng phức tạp, có thành mỏng dễ bị cong vênh và nứt nẻ  Tôi trong 2 môi trường: (đường b)  Théo được nung đến nhiệt độ tôi, giữ nhiệt và làm nguội trong 1 môi trường sau đó được tôi trong môi trường thứ 2 yếu hơn đến khi nguội hẳn với tốc độ tôi >= tốc độ tôi tới hạn  Ưu điểm: làm giảm ứng suất dư của chi tiết nên tránh được sự cong vênh, nứt nẻ vì vậy dùng để tôi thép có nồng độ C cao  Nhược điểm: khó xác định được nhiệt độ chuyển giữa môi trường 1 sang môi trường 2, cần thợ giàu kinh nghiệm, áp dụng cho sx đơn chiếc và khó cơ khí tự động hoá trong quá trình tôi  Tôi phân cấp: ( đường c)  Thép được nung đến nhiệt độ tôi, giữ nhiệt trong 1 thời gian nhất định sau đó làm nguội trong môi trường thứ 2( không khí) 10  Ưu điểm: xác định được nhiệt độ chuyển môi trường không sợ M được hình thành trong mt 1, ứng suất dư bên trong chi tiết là thấp có thể đồng thời nắn sửa chi tiết bị cong vênh khi cần  Nhược điểm: không áp dụng được đối với các chi tiết có thiết diện lớn vì ở nhiệt độ từ 300 đến 400 tốc độ làm nguội là chậm nên không đạt đượctốc độ tới hạn - Tôi đẳng nhiệt: giống như tôi phân cấp nhưng giữ nhiệt ở nhiệt đọ đẳng nhiệt để chuyển biến xảy ra hoàn toàn nhận được tổ chức ổn định là bainit hoặc truttit tại vùng sp có độ cứng, độ dai va đập cao  Nhược điểm: thời gian giữ nhiệt lâu nên không kinh tế và chỉ áo dụng cho chi tiết nhỏ và théo hợp kim cao - Tôi bề mặt:  Định nghĩa: là pp tôi bộ phận chỉ có bề mặt chi tiết được tôi để làm tăng độ cứng bề mặt chi tiết, chống mài mòn, còn bên trong lõi là không thay đổi  Nguyên lý: nung nóng rất nhanh bề mặt chi tiết đến t o tôi còn bên trong lõi là không được nung rồi tiến hành làm nguội nhanh, nên chỉ có lớp bề mặt là được tôi  Đặc điểm: năng suất cao, thời gain ngắn nên rất kinh tế, chất lượng lớp tôi là tốt, giảm được cong vênh và biến dạng vủa chi tiết, dễ cơ khí hoá và tự động hoá. Nhược điểm là khó khăn khi tôi các chi tiết phức tạp, không kinh tế khi tôi với số lượng ít. Câu 17: các phương pháp ủ thép:  Định nghĩa: là phương pháp nhiêt luyện khi ta nung nóng thép đến nhiệt độ xác định và giữ nhiệt tại nhiệt độ này trong 1 thời gian xác định sau đó tiến hành làm nguội chi tiết với tốc độ chậm để nhận được các tổ chức trên giản đồ trạng thái Fe-C  Mục đích:\ - Tạo ra độ cứng thích hợp ho chi tiết để thực hiện gia công áp lực ở trạng thái nguội - Giảm hoặc khử hoàn toàn ứng suất dư - Làm đồng đều hoá thành phần hoá học - Làm nhỏ hạt tinh thể  Các phương pháp ủ thép:  ủ không có chuyển biến pha - ủ non( ủ thấp)  bp: thực hiện ở nhiệt độ 200 đến 600 nhiệt độ giữ nhiệt càng cao thì khử ứng suất dư càng triệt để, pp này không làm thay đổi độ cứng và kích thước hạt của thép  ủ ở nhiệt độ 200-300 thì khử được 1 phần us dư  ủ ở nhiệt độ 300 – 600 thì khử được hoàn toàn us dư  mục đích: để làm giảm hoặc khử bỏ hoàn toàn ứng suất dư bên trong vật đúc và các sp bằng thép đã qua gia công cơ - ủ kết tinh lại:  bp: với thép C thường ủ ở 600-700 o C  mục đích: khôi phục lại tính dẻo, làm giảm độ cứng của thép bị biến dạng nguội  nhược điểm: do nhiệt độ ủ cao nên hạt tinh thể lớn gây ra giòn théo nên ít được dùng.  ủ có chuyển biến pha - ủ hoàn toàn:  bp: nhiệt độ nung phải > nhiệt độ A3 và Am để đạt được tổ chức hoàn toàn là Aus, trong thực tế thường dùng cho thép trước cùng tích với %C>0,3%, với T=A3+(20÷30) o C  mục đích: để làm nhỏ hạt tinh thể, làm giảm độ cứng và tăng độ dẻo dai để dập nguội và gia công cắt gọt chi tiết [...]... tương đối đều tang Thép bột ép có cơ tính đạt gần bằng thép nấu chảy và có thể tiến hành nhiệt luyện thép bột như tôi, ủ,… - Vật liệu bột trên cơ sở của đồng và hợp kim đồng: dùng để chế tạo bạc xốp tự bôi trơn và màng lọc - Vật liệu bột trên cơ sở của nhôm và hợp kim nhôm: dùng để chế tạo các chi tiết làm việc ở nhiệt độ từ 300500oC  Vật liệu bột làm bằng hợp kim xốp và thấm: là loại vật liệu bột... dàng từ khâu chọn vật liệu 16 Bảo đảm tính đồng đều về kích thước tổ chức và tính chất Có thể tạo ra vật liệu có độ hạt siêu nhỏ và phân bố đều Có thể tạo ra một số sản phẩm đặc biệt mà các phương pháp khác không làm được Nguyên công chế tạo đơn giản Nhược điểm: Khó chế tạo sản phẩm kích thước lớn Giá thành sản phẩm cao Phân loại và công dụng: Vật liệu bột kết cấu: Vật liệu bột trên cơ sở của sắt và... loại vật liệu trong kĩ thuật cơ khí ……….1 Câu 2: Mạng tinh thể lập phương tâm khối…………………………….1 Câu 3: Mạng tinh thể lập phương tâm mặt…………………………….1 Câu 4: Mạng tinh thể lục giác xếp chặt……………………………… 2 Câu 5: Các dạng sai lệch trong mạng tinh thể…………………………2 Câu 6: Giai đoạn hồi phục và kết tinh lại………………………………2 Câu 7: Phương hướng nâng cao độ bền của vật liệu ……………… 3 Câu 8: Các phương pháo thử cơ tính... hợp kim bột Ni-Si hay Mo, W, Co, được dùng trong các tuốc pin phản lực  Màng lọc: dùng để tách các hạt rắn lẫn trong dung dịch lỏng, khí, tách hỗn hợp long trong không khí, trộn khí vào trong chất lỏng - Cấu tạo: được sx từ vật liệu bột có dạng hình cầu kích thước đều nhau, có đường kính nhỏ, các hạt tinh thể có độ xốp từ 35-40%, đường kính trung bình của lỗ xốp = 1/16 đường kính nhỏ nhất của hạt... %Pb Câu 25: Vật liệu bột  Khái niệm: là bột kim loại, hợp kim ở dạng rời rạc, có kích thước nhỏ cỡ µm đến mm, nguyên liệu ban đầu là kim loại ở dạng bột Bằng phương pháp cơ lý hoá, bột kim loại sẽ được ép thành sơ bộ thành khối sau đó thiêu kết ở nhiệt độ = 2/3 nhiệt độ nóng chảy của kim loại đó trong vòng 15-120 phút  Đặc điểm:  Ưu điểm: - Tiết kiệm nguyên liệu vì có hệ số sử dụng nguyên liệu là cao... nung đến nhiệt độ thấm cũng xảy ra 3 giai đoạn như trên so sánh : với chất thấm ở thế khí :chất lượng lớp thấm tốt hơn có thể điều chỉnh thời gian thấm ngắn hơn từ 2-4h, dễ dàng cơ khí hoá tự động hoá và điều kiện lao động nhẹ nhàng với chất thấm ở thể rắn : khó điều chình %C thời gian thầm dài, khó cho quá trình cơ khí và tự động hoá Câu 20 :các loại gang điển hình : gang trắng : định nghĩa : là gang... xe máy, oto,… - Loại trên cơ sở thép sắt: để tang khả năng chịu tải, dùng làm bạc trên cơ sở sắt, sắt đồng+bột graphit Có khả năng bôi trơn tương đương brong thiếc nhưng khả năng chịu tải cao hơn, máy không bị kẹt ngay cả khi trời băng giá - Loại trên cơ sở hợp kim nhôm nhẹ, rẻ nhưng công nghệ chế tạo phức tạp, chịu tải kém, dùng thay thế cho các loại bạc trên cơ sở nhựa hữu cơ - Loại bạc xốp làm việc... gang cầu peclit : P+Gcầu kí hiệu : Gc+σbềnkéo+δ trong đó :……………… cơ tính : có độ bền, độ dẻo cao có thể gia công cơ khí được do graphit dạng hình cầu nên ít xảy ra hiện tượng tập trung ứng suất khi chịu tải công dụng : được sử dụng để chế taọ các chi tiết chịu lực lớn, chịu tải trọng va đập, chịu mài mòn như trục cán, trục khuỷu động cơ, bánh răng… gang dẻo : là gang có graphit tập trung thành từng... bột làm bằng hợp kim xốp và thấm: là loại vật liệu bột sau khi thiêu kết có độ xốp chiếm 15-35% về thể tích, các lỗ rỗng phân bố đều và thông với nhau ra bề mặt ngoài, nên dùng làm bạc xốp tự bôi trơn và màng lọc  Loại bạc xốp tự bôi trơn: là loại bạc xốp được chế tạo từ vật liệu bột sau đó đem tẩm dầu trong môi trường chân không ở 70oC Khi làm việc, trục quay gây ra ma sát với bạc làm bạc nóng lên,... pherit : α+Gtấm gang xám pherit peclit : α+P+Gtấm gang xám peclit : P+Gtấm kí hiệu : Gx+δbềnkéo+δbềnuốn trong đó :…………………………………… cơ tính : độ bền thấp, tính dẻo rất thấp độ bền kéo thấp, độ bền nén không ảnh hưởng cơ tính của gang xám phụ thuộc vào tổ chức nền kim loại để tăng cơ tính cho gang xám : dùng hợp kim hoá, dingf chất biến tính, nhiệt luyện công dụng : được sử dụng phổ biến để chế tạo các chi . ĐỀ CƯƠNG VẬT LIỆU CƠ KHÍ Câu 1 :Vật liệu trong kĩ thuật: là những vật liệu rắn được sử dụng để:  Chế tạo các chi tiết, máy móc, dụng cụ xây dựng công trình  Thay thế các bộ phận trên cơ. yếu là C,H  Vật liệu kết hợp (compozit) + là sự kết hợp của 2 hay nhiều loại vật liệu có tính chất khác nhau để được loại vật liệu có tính chất mới hoàn toàn mà mỗi loại vật liệu nếu đứng riêng. màng lọc - Vật liệu bột trên cơ sở của nhôm và hợp kim nhôm: dùng để chế tạo các chi tiết làm việc ở nhiệt độ từ 300- 500 o C  Vật liệu bột làm bằng hợp kim xốp và thấm: là loại vật liệu bột