Tổng hợp kiến thức vật liệu

TỔNG HỢP KIẾN THỨC VẬT LIỆU MỤC LỤC Chương TỔNG QUAN Giới hạn bền tính theo công thức: .12 Chương TỔNG QUAN 1.1 KHÁI NIỆM VỀ VẬT LIỆU 1.1.1 Khái niệm chung Vật liệu theo cách hiểu phổ biến vật rắn mà người dùng để chế tạo máy móc, thiết bị, dụng cụ, v.v… ngành công nghiệp, nông nghiệp, giao thông vận tải, xây dựng công trình, nhà cửa hay thay phận thể người để thể ý đồ nghệ thuật, v.v Vật liệu học khoa học ứng dụng quan hệ thành phần, cấu tạo tính chất vật liệu, nhằm giải vấn đề kỹ thuật quan trọng nhất, liên quan đến việc tiết kiệm vật liệu, giảm khối lượng thiết bị máy móc dụng cụ, nâng cao độ xác, độ tin cậy khả làm việc chi tiết máy dụng cụ Cơ sở lý thuyết vật liệu học phần tương ứng vật lý hóa học khoa học vật liệu phát triển đường thực nghiệm Việc đưa phương pháp thực nghiệm để nghiên cứu cấu tạo (cấu trúc) tính chất cơ, lý vật liệu tạo điều kiện để môn vật liệu học tiếp tục phát triển Nghiên cứu tính chất vật lý mật độ, độ dẫn điện, độ dẫn nhiệt, v.v… hay tính độ bền, độ dẻo, độ cứng, môđun đàn hồi, tính công nghệ độ chảy loãng, khả gia công cắt gọt, tính làm việc tính chống ăn mòn, tính chống mài mòn mỏi, tính dòn lạnh, tính bền nhiệt, vật liệu cho phép xác định lĩnh vực ứng dụng hợp lý vật liệu khác nhau, nhiên có tính đến đòi hỏi tính kinh tế Tóm lại, vật liệu học môn khoa học phục vụ cho phát triển sử dụng vật liệu, sở đề biện pháp công nghệ nhằm cải thiện tính chất sử dụng thích hợp ngày tốt Nó liên quan trực tiếp đến tất người làm việc lĩnh vực chế tạo, gia công sử dụng vật liệu 1.1.2 Phân loại vật liệu Dựa theo tính chất đặc trưng, người ta phân biệt ba nhóm vật liệu vật liệu kim loại, vật liệu vô - ceramíc vật liệu hữu - polyme Tuy nhiên năm gần xuất nhóm vật liệu quan trọng thứ tư vật liệu kết hợp vật liệu compozít 1.1.2.1 Vật liệu kim loại Thành phần chủ yếu hợp kim gồm: KL+ kim KL khác Là vật thể dẫn nhiệt, dẫn điện tốt, phản xạ ánh sáng với màu sắc đặc trưng, không cho ánh sáng qua, dễ biến dạng dẻo (cán, kéo, rèn, ép) Có độ bền học, bền vững hóa học, trừ nhôm (Al), kim loại thông dụng khác như: Fe, Cu, nặng, nhiệt độ chảy biến đổi phạm vi từ thấp đến cao nên đáp ứng yêu cầu đa dạng kỹ thuật Ðặc điểm cấu trúc vật liệu kim loại xếp trật tự nguyên tử để tạo thành mạng tinh thể với độ xếp chặt cao liên kết với nhờ khí điện tử tự Trong mạng tinh thể luôn tồn khuyết tật số điều kiện chúng chuyển hoàn toàn sang trạng thái không trật tự thuộc dạng vô định hình Vật liệu kim loại chia làm hai nhóm lớn: − Kim loại hợp kim sắt vật liệu mà thành phần chủ yếu có nguyên tố sắt Thuộc nhóm chủ yếu thép gang − Kim loại hợp kim không sắt loại vật liệu mà thành phần chúng không chứa chứa sắt Thí dụ đồng, nhôm, kẽm, niken loại hợp kim chúng Nhóm có tên gọi kim loại hợp kim màu 1.1.2.2 Vật liệu vô – ceramíc Là hợp chất kim loại, silic với kim: thành phần cấu tạo vật liệu vô - ceramíc chủ yếu hợp chất kim loại Mg, Al, Si, Ti, phi kim dạng ôxýt, cácbít, hay nitrít, với liên kết bền vững kiểu ion kiểu đồng hóa trị có xếp trật tự để tạo thành mạng tinh thể có xếp không trật tự trạng thái thủy tinh hay vô định hình Tên gọi ceramíc bắt nguồn từ tiếng Hylạp "keramikos" có nghĩa "vật nung" nên chế tạo vật liệu loại thường phải qua nung nóng, thiêu kết Các vật liệu vô - ceramíc truyền thống kể đến là: gốm vật liệu chịu lửa, thủy tinh & gốm thuỷ tinh, ximăng & bêtông Ngày nay, nhiều loại vật liệu vô - ceramíc tìm thấy có tính quí nhẹ, chịu nhiệt tốt, bền vững hóa học có tính chống mài mòn tốt ứng dụng ngày nhiều công nghiệp điện, điện tử hàng không vũ trụ 1.1.2.3 Vật liệu hữu – polyme Có nguồn gốc hữu cơ, thành phần hóa học chủ yếu C, H kim, có cấu trúc phân tử lớn - Nhẹ, dẫn nhiệt, dẫn điện - Nói chung dễ uốn dẻo, đặc biệt nâng cao nhiệt độ nên bền nhiệt thấp - Bền vững hóa học nhiệt độ thường khí Vật liệu hữu – polyme bao gồm chất hữu chứa bon có cấu trúc đa phân tử với hai nguyên tố thành phần chủ yếu bon hydrô chứa thêm ôxy, clo, nitơ, liên kết với mạch phân tử kích thước lớn xếp trật tự gọi trạng thái tinh thể không trật tự – trạng thái vô định hình Tuy nhiên chúng có cấu trúc hỗn hợp vừa tinh thể vừa vô định hình Ngoài vật liệu hữu tự nhiên cao su, xenlulo v.v phần lớn vật liệu hữu sử dụng rộng rãi công nghiệp sống polyme tổng hợp, chúng sản phẩm trình trùng hợp (polyme hóa) phân tử đơn (monome) tùy theo nguồn gốc chất trùng hợp, chúng có tên gọi khác polyetylen (PE), polypropylen (PP) hay polystyren (PS), v.v 1.1.2.4 Vật liệu kết hợp – compozit Là loại vật liệu kết hợp hai hay nhiều loại vật liệu khác với tính chất đặc trưng khác hẳn nhau, mang đặc tính tốt vật liệu thành phần Ví dụ: bê tông cốt thép kết hợp thép (vật liệu kim loại) có tính chịu tải trọng kéo tốt bê tông (là vật liệu vô cơ) có tính chịu nén tốt, bê tông cốt thép loại vật liệu kết cấu vừa chịu kéo vừa chịu nén tốt Kim loại Compozít Hữu polyme Vô ceramíc 333 Hình 1.1 Sơ đồ minh họa nhóm vật liệu quan hệ chúng Bán dẫn; Siêu dẫn; Silicon; Polyme dẫn điện Sự kết hợp kim loại với polyme, polyme với ceramíc, ceramíc với kim loại, v.v… sở để chế tạo loại vật liệu kết hợp-compozít với tính khác phục vụ tốt ngành công nghiệp sản xuất khí nói chung Một số vật liệu kết hợp - compozít ứng dụng ngành hàng không có hiệu sợi thủy tinh độ bền cao sợi bon Ngoài bốn nhóm vật liệu vừa nêu có nhóm vật liệu khác có tính thành phần riêng biệt như: - Bán dẫn, siêu dẫn nhiệt độ thấp, siêu dẫn nhiệt độ cao, chúng nằm trung gian kim loại ceramic (trong hai nhóm đầu gần với kim loại hơn, nhóm sau gần với ceramic hơn) - Silicon nằm trung gian vật liệu vô với hữu cơ, song gần với vật liệu hữu 1.2 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN VẬT LIỆU Lịch sử phát triển khoa học vật liệu gắn liền với lịch sử phát triển loài người, chia làm giai đoạn lớn sau: 1.2.1 Giai đoạn tiền sử loài người Từ hàng ngàn, hàng vạn năm trước công nguyên người nguyên thủy biết sử dụng công cụ lao động để trì phát triển cộng đồng, ngày họ biết sử dụng vật liệu có sẵn tự nhiên : − Vật liệu vô đất sét, đá, loại khoáng vật v.v − Vật liệu hữu da, sợi thực vật, gỗ, tre v.v − Vật liệu kim loại vàng, bạc, đồng tự nhiên sắt thiên thạch v.v Trong giai đoạn này, vật liệu sử dụng đa phần dạng nguyên thủy, không qua chế biến Các vật dụng chế tạo chủ yếu cắt, mài, đập hay nghiền v.v Tại thời kỳ riêng người Ai Cập cổ, người Babylon, người La Mã người Trung Quốc biết chế tạo gạch để xây cất cách phơi khô đất sét nắng 1.2.2 Giai đoạn chế tạo sử dụng vật liệu theo kinh nghiệm Phải trải qua thời gian lâu, nghĩa sau hàng nghìn năm để tích lũy quan sát ngẫu nhiên kinh nghiệm, thực thí nghiệm cách rời rạc mò mẫm, người thời trước Công nguyên tạo nhiều kiện quan trọng lĩnh vực vật liệu Có thể kể vài ví dụ: Trước Công nguyên khoảng 6.000 năm, người ta biết luyện đồng từ quặng để chế tạo công cụ lao động vũ khí Những cục xỉ đồng với tuổi 8.500 năm, mà người ta phát cao nguyên Anotolia Thổ Nhĩ Kỳ nói lên xuất sớm nghề luyện đồng từ quặng trái đất Sắt thép xuất sớm Vào khoảng kỷ 15 trước Công nguyên người ta biết sử dụng công cụ thép sau khoảng kỷ, người Hy Lạp La Mã biết sử dụng phương pháp nhiệt luyện thép để làm tăng độ cứng cho thép Kỹ thuật đạt đỉnh cao vào thời trung cổ với kiếm tiếng Damascus (Syrie) ngày bí mật công nghệ Các nhà khảo cổ học khai quật Ninevia - kinh đô đồ sứ cổ Assiria cung điện vua Sargon đệ nhị kỷ thứ VIII trước Công nguyên phát kho chứa khoảng 200 sản phẩm sắt mũ sắt, lưỡi cưa công cụ rèn v.v Một kỳ tích công nghệ luyện kim nhân loại cổ xưa tìm thấy cột trụ sắt tiếng Ấn độ gần nguyên chất (nó chứa tới 99,72% sắt) nặng tới 6,5 tấn, cao 7m xây dựng từ năm 415 để tưởng niệm vị vua Chanđragupta đệ nhị Những lò luyện sắt có Trung Quốc Ai cập xuất từ 3.000 năm trước Công nguyên Vào cuối kỷ thứ XVIII kỹ thuật chế tạo thép với qui mô lớn xuất hiện, mà nhờ người sử dụng phổ biến để chế tạo máy nước, tầu thủy, xây dựng cầu cống, nhà cửa đường sắt v.v Một công trình thép đồ sộ phải kể đến tháp Effen thủ đô Pari Pháp Tháp nặng 7.341 cao tới 320 m xây dựng xong năm 1889 niềm tự hào biều tượng văn minh nước Pháp mà kỳ quan giới Ngoài phát triển mạnh vật liệu kim loại nêu trên, vật liệu vô có bước tiến sớm Từ kỷ XV trước Công nguyên, Ai Cập, Babylon La Mã người ta biết sử dụng hỗn hợp đá nghiền với vôi tới đầu kỷ XIX xi măng portlan xuất Anh, Mỹ, Nga sau kỹ thuật đúc bê tông cốt thép sử dụng xây dựng xuất Mỹ vào năm 1875 ngày loại vật liệu ngày sử dụng rộng rãi công trình xây dựng cầu đường, nhà cửa v.v 1.2.3 Giai đoạn chế tạo sử dụng vật liêu theo kiến thức khoa học Người ta sâu tìm hiểu chất vật liệu, tìm hiểu nguyên nhân hình thành tính chất khác chúng Chính nhờ kiến thức khoa học mà người đánh giá định tính chiều hướng phát triển vật liệu định hướng công nghệ chế tạo vật liệu với tính chất mong muốn Có thể kể vài bước tiến bật công nghệ vật liệu: − Năm 1930 công nghệ chế tạo hợp kim nhôm cứng có tên Ðuara (duaralumin) xuất nhờ trình hóa già biến cứng − Năm 1940 công nghệ chế tạo chất dẻo polyme đời nhờ trình trùng hợp − Năm 1955 công nghệ chế tạo bán dẫn kỹ thuật tinh luyện tạo lớp chuyển tiếp − Năm 1965 loạt vật liệu đời thép xây dựng vi hợp kim hóa, thép kết cấu độ bền cao đặc biệt xuất vật liệu kết hợp compozít − Năm 1975 chế tạo vật liệu nhớ hình − Năm 1980 chế tạo thành công kim loại thủy tinh v.v… Bất kỳ sáng tạo người phải sử dụng vật liệu, phải khai thác đặc tính khác vật liệu Các kiện bật:  Cột thép New Dehli, 6,5 khoảng TK SCN, không gỉ?  Luyện thép quy mô CN → TK 19 tạo tháp Eiffel cao 320m, nặng 7341  Bê tông cốt thép, năm 1875 (Hoa kỳ), gốm Việt nam Trung hoa lâu đời  Sử dụng vi tính → máy tính → công nghệ cao với kinh tế tri thức → ?  Cơ khí (vật liệu kim loại) → máy tính học (vài chục phép tính/phút)  Đèn điện tử → máy tính điện tử MИHCK22 (vài trăm phép tính/phút)  Bán dẫn (vi xử lý) (90 - 130)MHz → 200MHz (P) → (330 - 400)MHz (PII) → (400 -700)MHz (PIII), PIV → 1GHz, ?  Máy hút bụi: gỗ (hộp) → kim loại (trụ) → polyme (cầu) công suất gấp 10, kích thước 1/3 Xu hướng phát triển vật liệu : Ôtô (Mỹ) 1978: thép (60)%, polyme (10-20)%, HK Al (3-5)%, VL khác lại 1993: thép (50-60)%, polyme (10-20)%, HK Al (5-10)%, VL khác lại Polyme, compozit xu hướng tăng, kim loại → giảm quan trọng Tuy nhiên có nhiều loại vật liệu trình nghiên cứu Hình 1.1 Phân bố vật liệu phòng thí nghiệm có nhiều triển vọng ứng dụng rộng rãi vào thực tế tương lai 1.3 NHỮNG TÍNH CHẤT CƠ BẢN CỦA VẬT LIỆU 1.2.1Ba yêu cầu vật liệu Vật liệu nói chung vật liệu dùng khí nói riêng sử dụng rộng rãi công nghiệp để chế tạo chi tiết máy, dụng cụ, kết cấu công trình tạo nên sản phẩm cho sống v.v Tuy nhiên chế tạo sử dụng, cần phải dựa vào yêu cầu kỹ thuật để lựa chọn vật liệu thích hợp, bảo đảm chất lượng tính kinh tế sản phẩm Ba yêu cầu vật liệu sau:  Thứ yêu cầu tính sử dụng Ðể bảo đảm sản phẩm khí sử dụng (tức làm việc thực tế) vật liệu chế tạo phải có tính, lý tính, hóa tính v.v cho sản phẩm sử dụng bền lâu với độ tin cậy thời gian dự kiến  Thứ hai tính công nghệ vật liệu 10 - Thấm cacbon - nitơ thể khí: Về bản, cách thấm không khác thấm cacbon thể khí nhiều có nhiều ưu điểm hơn, tạo pha cabon - nitrit (Fe3CN) phân tán, cứng làm tăng tính chống mài mòn, thời gian thấm ngắn, suất cao, thời gian sử dụng thiết bị thấm kéo dài nên phương pháp thường áp dụng rộng rãi thường sử dụng sản xuất chi tiết ôtô, máy kéo, động Ngoài phương pháp thấm cacbon, nitơ, cacbon - nitơ, người ta thấm số nguyên tố khác Bo, Cr, Al, Si nhằm đạt mục đích khác người sử dụng CHƯƠNG GANG VÀ NHIỆT LUYỆN GANG 9.1 Giới thiệu chung gang 9.1.1 Định nghĩa - Theo thành phần hoá học: Gang hợp kim Fe với C mà thành phần C > 2,14% - Theo tổ chức tế vi: Gang hợp kim Fe với C mà tổ chức có Le Các cách định nghĩa tương ứng với trạng thái cân giả ổn định theo giản đồ trạng thái Fe - Fe3C 9.1.2 Phân loại Trong trình sử dụng để tiện phân loại người ta dựa vào tổ chức tế vi gang Trên sở đó, gang phân thành loại sau: - Gang trắng: Là gang có cacbon tồn dạng Xe(Fe3C) Như vậy, tổ chức tế vi gang trắng hoàn toàn phù hợp với giản đồ giả ổn định Fe - Fe3C luôn có chứa hỗn hợp tinh Le - Gang xám, cầu, dẻo loại gang phần lớn hay toàn cacbon dạng tự - graphit với hình dạng khác nhau: tấm, cầu, Trong tổ chức Le, tổ chức tế vi không phù hợp với giản đồ trạng thái Fe - C Tổ chức tế vi gang có Graphit Xe Người ta chia tổ chức hai phần: phần 155 phi kim loại - Graphit kim loại gồm F Xe Khi tất cacbn dạng tự kim loại tổ chức gồm có F, phần cacbon dạng liên kết kim loại tổ chức F - P; P P - Xe Chính đặc điểm tổ chức tế vi mà loại gang có tính công dụng khác 9.1.3 Cơ tính tính công nghệ - Cơ tính: Nhìn chung gang loại vật liệu có độ bền dẻo thấp, độ dòn cao Xe pha cứng dòn, tồn với lượng lớn tập trung gang trắng làm dễ dàng cho tạo vết nứt tác dụng tải trọng kéo Do đó, gang trắng có độ bền kéo thấp độ dòn cao Trong gang xám, dẻo, cầu tổ chức Graphit lỗ hổng có sẵn gang, nơi tập trung ứng suất lớn, làm gang bền Mức độ tập trung ứng suất phụ thuộc vào hình dạng graphit, lớn gang xám với graphit dạng bé gang cầu với graphit dạng cầu tròn Vì vậy, gang cầu có độ bền cao nhất, tính dẻo tốt loại gang Song có mặt graphit gang có số ảnh hưởng tốt đến tính tăng khả chống mòn ma sát, làm tắt rung động dao động cộng hưởng - Tính công nghệ Gang có tính đúc tính gia công cắt không tốt: loại gang thường dùng có thành phần gần tinh nên nhiệt độ chảy thấp, độ chảy lỏng cao yếu tố quan trọng tính đúc, graphit gang xám, dẻo cầu làm phôi dễ gãy vụn gia công cắt 9.1.4 Công dụng Nói chung gang có tính tổng hợp không cao thép có tính đúc tốt rẻ nên dùng người ta dùng gang để làm nhiều chi tiết máy như: bệ máy, vỏ, nắp, phận phải di chuyển hay dùng gang cầu để làm trục khuỷu thay cho thép 9.1.5 Sự hình thành graphit gang 156 Các loại gang có thành phần cacbon giống (>2%) có loại tạo nên Xe gang trắng, có loại lại tạo nên Graphit Trong gang, graphit có dạng chủ yếu: tấm, cầu, dạng graphit gang xám dạng tự nhiên 9.1.5.1 Graphit Graphit có mạng lục giác, nguyên tử cacbon xếp thành lớp một: khoảng cách nguyên tử lớp gần -1,42A0; lớp lại xa -3,4A0 Do cấu trúc nên tạo thành từ trạng thái lỏng, graphit phát triển nhanh (theo phương mặt có mật độ nguyên tử lớn), làm lớp dài, rộng nhanh để có dạng (phiến) cong Chính vậy, graphit dạng tự nhiên graphit gang 9.1.5.2 Sự tạo thành graphit gang Để xét khả tạo thành graphit gang h•y xét yếu tố lượng tự công nghệ tạo mầm graphit Xe * Điều kiện lượng: Năng lượng tự Graphit luôn nhỏ Xe khoảng nhiệt độ Như vậy, phương diện tạo thành Graphit có lợi Nhưng lượng tự yếu tố định chiều hướng trình, kết tính Graphit có thực hay không phụ thuộc vào công tạo mầm 157 * Công tác mầm: Công tạo mầm Xe nhỏ Graphit nhiều Do phương diện này, tạo thành Xe có lợi sở dĩ, công tạo mầm Graphit lớn Xe do: - Về thành phần hoá học: Graphit có 100%C, Xe có 6,67%C gang lỏng khoảng 34%C,  B có trình phân hoá Xe trình Gr hoá nhiệt độ cao Giai đoạn gọi giai đoạn Gr hoá lần thứ nhất, xảy trình Gr hoá Xe tinh - Làm nguội chậm từ 1000C xuống 7000C từ B > C có trình xảy Graphit giữ nguyên, 2,14  P0,8 + Xe6,67 Nếu trình ủ dừng lại C nhận gang dẻo P Để gang dẻo F phải tiếp tục ủ - Giữ lâu nhiệt độ 7000C từ C  E, Xe tích P bị phân hoá theo phản ứng 163 Fe3C6,67 0,02 + G100 Sau Xe tích phân hoá hết, gang có tổ chức F + G tức gang dẻo F (Nếu từ E làm nguội nhanh thu gang dẻo F; dừng D sau nguội nhanh thu gang dẻo P - F) 9.2.2.3 Cơ tính gang dẻo - Do Gr dạng tương đối tập trung nên gang dẻo có độ bền kéo cao gang xám gang cầu - Có độ cứng độ bền tương đối cao gần thép - Tính đúc cao thép nên dùng để sản xuất chi tiết lớn, phức tạp chịu tải trọng cao thay cho thép sản xuất hàng loạt 9.2.2.4 Ký hiệu - Theo TCVN: GZa-b - Theo tiêu chuẩn Nga: Ka-b a: ứng suất kéo (N/mm2) b: độ dãn dài tương đối (%) 9.2.3 Gang cầu Gang cầu hay gọi gang có độ bền cao với Gr cầu, loại gang có độ bền cao nhất, đồng thời chịu tải trọng va đập 9.2.3.1 Tổ chức tế vi Tổ chức tế vi gang cầu giống gang xám, song khác Gr có dạng hình cầu Theo tổ chức tế vi kim loại có loại gang cầu: F, F+P P 9.2.3.2 Thành phần hoá học cách sản xuất vật đúc gang cầu * Thành phần hoá học: - Về bản, thành phần hoá học gang cầu giống gang xám song khác Mg Ce với lượng nhỏ Quá trình biến tính gang lỏng để nhân gang có Gr cầu trình tương đối phức tạp Mg nguyên tố có lực mạnh với oxi nên dễ 164 bị cháy Trong trình Mg chưa đủ tác dụng cầu hoá Gr nhiều Mg lại làm gang hoá trắng - Thành phần hoá học gang cầu sau biến tính gồm:  3,6% C; 2 3% Si; 0,5 1% Mn, gần % Ni; 0,04  0,08 % M lượng P, S nhỏ * Cách sản xuất vật đúc gang cầu: Gang cầu thu trực tiếp từ trình đúc Để đảm bảo trình gang đem cầu hoá phải đáp ứng yêu cầu sau: - Phải có đủ hàm lượng Si để Gr hoá - Phải có nguyên tố cầu hoá làm thúc đẩy tạo Gr dạng cầu phân tán (sử dụng Mg dạng hợp kim Mg - Ni để tránh bị cháy Mg) 9.2.3.3 Cơ tính gang cầu Gang cầu dạng gọn nhất, chia cắt kim loại tập trung ứng suất cả, làm giảm tính kim loại Cơ tính gang cầu phụ thuộc chủ yếu vào tổ chức kim loại - Có độ bền định, độ cứng cao (tương đương với thép) - Có độ dẻo dai tương đối cao nên chịu trọng chu kỳ tốt - Tính đúc cao, có tính chất nên gang cầu sử dụng để sản xuất chi tiết phức tạp thay cho thép 9.2.3.4 Ký hiệu - Theo TCVN: GCa-b - Theo TC Nga: Ba-b a: ứng suất kéo k [kg/mm2] b: độ giãn dài tương đối (%) 9.3 Nhiệt luyện gang Đối với gang, nhiệt luyện có ý nghĩa quan trọng Theo trên, gang dẻo chế tạo cách ủ từ gang trắng, ủ gang dẻo nội dung quan trọng nhiệt luyện gang Trong phần ta trình bày phương pháp nhiệt luyện áp dụng gang xám gang cầu 165 9.3.1 Nhiệt luyện gang xám Khi nhiệt luyện gang xám làm biến đổi tổ chức kim loại biến đổi lớp vỏ biến trắng thành gang xám mà làm biến đổi dạng graphit kích thước Đối với gang xám thường áp dụng dạng nhiệt luyện sau: 9.3.1.1 ủ khử ứng suất bên Khi kết tinh, làm nguội chuyển biến tổ chức nên vật đúc ứng suất nhiệt ứng suất tổ chức, ứng suất thường làm biến dạng làm nứt vật đúc Đối với nhiều chi tiết ứng suất bên không cho phép không bảo đảm độ xác máy Để làm hoàn toàn ứng suất bên trong, người ta tiến hành nung nóng vật đúc lên tới 500 - 5500C giữ nhiệt làm nguội chậm lò đến 2000C sau làm nguội không khí Không nên đưa nhiệt độ ủ lên 5500C giữ nhiệt lâu làm graphit hoá gây giảm độ cứng, độ bền gang 9.3.1.2 ủ làm lớp vỏ biến trắng Đối với nhiều vật đúc gang xám làm nguội nhanh, bề mặt có lớp vỏ gang trắng cứng, khó gia công cắt Để làm lớp phải tiến hành ủ nhiệt độ cao 850 - 8800C lúc có trình phân hoá xêmentit thành graphit auxtenit, trình nguội xêmentit II xêmentit cùn tinh lại phân hoá thành graphit Kết cuối lớp bề mặt gang xám với kim loại ferit hay ferit - peclit tuỳ theo mức độ graphit hoá nhiều hay 9.3.1.3 ủ để thay đổi kim loại - ủ để giảm cacbon liên kết: Lượng cacbon liên kết kim loại có ảnh hưởng lớn đến tính Khi giảm lượng cacbon liên kết, ví dụ từ 0,6 - 0,8% (nền peclit) xuống 0% (nền ferit) tính dẻo tăng lên Giảm lượng cacbon liên kết cách biến dạng tự do, tức thực graphit hoá xêmentit theo phản ứng Fe3C  F +G 166 Đương nhiên nhiệt độ ủ phải thấp A1 để xêmentit tích phân hoá hết Thường tiến hành ủ khoảng 7000C - ủ để tăng cacbon liên kết: Gang xám có kim loại peclit có tính cao nhất, nhiều trường hợp vật đúc có tổ chức ferit ferit - peclit nhiệt luyện thành peclit Đặc điểm ủ để tăng cacbon liên kết phải nung gang lên nhiệt độ tới hạn A1 Khi nung nóng nhiệt độ A1 A3 kim loại gang với tổ chức ferit, ferit - peclit chuyển biến thành auxtenit, cong graphit giữ nguyên Giữ nhiệt lâu, graphit hoà tan vào auxtenit giới hạn b•o hoà nhiệt độ đ• cho Nếu thời gian giữ nhiệt tính toán thích hợp cho lượng cacbon auxtenit tới giới hạn tính toán thích hợp cho lượng cacbon auxtenit tới giới hạn khoảng 0,6 0,8% làm nguội với tốc độ vừa phải để hạn chế graphit hoá auxtenit biến thành peclit ta nhận gang xám peclit 9.3.1.4 Tôi ram Mục đích ram gang xám để tăng độ bền, độ cứng tính chống mài mòn, hiệu không lớn thép không biến đổi graphit Khi nung nóng để tôi, kim loại gang xám chuyển biến theo giản đồ trạng thái Fe-C nhiệt độ chọn tính toán theo tổ chức gang có tổ chức auxtenit - graphit, giữ nhiệt thời gian thích hợp để graphit hoà tan vào auxtenit để pha đạt tới 0,6-0,8%C Rồi sau làm nguội nhanh để mactenxit có độ cứng cao - graphit Độ cứng gang xám sau luôn thấp thép tích sau 510HRC mactenxit gang xám chuyển biến giống ram mactenxit thép graphit giữ nguyên không chuyển biến Ram thấp (150  2000C) gang xám có tổ chức mactenxit ram - graphit Ram trung bình (300 4500C) gang xám có tổ chức trôxtit ram - graphit Ram cao (500  6500C) gang xám có tổ chức xoocbit ram - graphit 9.3.1.5 Hoá bền bề mặt 167 Đối với gang xám thường hoá bền bề mặt cách bề mặt hoá nhiệt luyện, thường không áp dụng biện pháp hoá bền bề mặt khí (phun bi, lăn ép ) Tôi bề mặt gang xám thường tiến hành cách nung nóng dòng điện cảm ứng có tần số cao Nhiệt độ thường áp dụng 850 - 9500C Tôi cao tần nâng cao độ cứng tính chống mài mòn, độ bền mỏi thời hạn làm việc Tổ chức tốt gang xám đem bề mặt kim loại peclit nhỏ mịn graphit phân tán Phương pháp hoá nhiệt luyện áp dụng cho gang xám thường thấm nitơ, thấm xyanua 9.3.2 Nhiệt luyện gang cầu Để nâng cao hiệu sử dụng sau đúc xong vật đúc gang cầu thường đem nhiệt luyện 9.3.2.1 ủ Có nhiều phương pháp ủ gang cầu ủ khử ứng suất tiến hành nhiệt độ 500 - 6000C Cách ủ giống gang xám, không làm biến đổi tổ chức tế vi Đối với nhiều vật đúc gang cầu, Mg có tác dụng hoá trắng nên chỗ thành mỏng thường bị biến trắng, cứng dòn, cần phải tiến hành ủ nhiệt độ cao, khoảng 850 - 8800C nhiệt độ cao tác dụng graphit hoá xêmentit graphit tạo thành cầu hoá tiếp tục nâng cao thêm tính Ngoài ra, tiến hành phương pháp ủ để cố định cách liên kết, làm gang cầu có peclit nâng cao độ bền có ferit nâng cao Thường tiến hành ủ gang cầu với kim loại peclit hạt có tính tổng hợp tốt 9.3.2.2 Tôi ram Nguyên tắc gang cầu không khác gang xám Đặc biệt gang cầu người ta nhận thấy đẳng nhiệt để nhận tổ chức gồm bainit chủ yếu, auxtenit dư, mactenxit graphit tạo tính tổng hợp tốt, có độ bền cao độ dẻo, dai định 9.3.2.3 Hoá bền bề mặt Thường tiến hành cao tần, thấm nitơ, thấm xyanua thấm bo 168 Tôi cao tần cho gang cầu peclit tổ chức sau ram thấp đạt mactenxit kim nhỏ mịn graphit cầu với độ cứng đạt tới HRC có tính chống mài mòn cao Thấm nitơ thấm xyanua có tác dụng tốt gang cầu, nâng cao tính chống mài mòn, chống mỏi 169 [...]... ] ρ U t.S 22 Với ρ là điện trở suất của vật liệu mẫu (Ω.cm) Các vật liệu rắn có độ dẫn điện trải rộng trên 27 cỡ số Căn cứ vào khả năng dẫn điện, các vật liệu rắn được chia thành ba loại: vật liệu dẫn điện, vật liệu bán dẫn và vật liệu cách điện Các vật liệu dẫn điện có độ dẫn điện cỡ 107 (Ωcm)-1, thường các kim loại là những vật liệu dẫn điện tốt Các vật liệu cách điện còn được gọi là các điện môi... mà không bị phá hủy Thông thường mỗi vật liệu có tính ổn định hóa học ứng với từng môi trường nhất định Tính năng hóa học cơ bản của vật liệu có thể chia thành mấy loại sau:  Tính chịu ăn mòn: Tính chịu ăn mòn của vật liệu là độ bền của vật liệu đối với sự ăn mòn của các môi trường xung quanh  Tính chịu nhiệt: 24 Tính chịu nhiệt của vật liệu là độ bền của vật liệu đối với sự ăn mòn của ôxy trong... năng (xác suất) phá hủy dòn bằng cách chế tạo ra vật liệu kết cấu có đủ độ dẻo và độ dai va đập 1.2.2.6 Tuổi thọ Tuổi thọ của vật liệu đặc trưng cho khả năng của vật liệu chống lại sự phát triển dần của phá hủy, đảm bảo duy trì khả năng làm việc của chi tiết trong thời gian đã định Ðây là chỉ tiêu có tính chất tổng hợp của vật liệu Làm tăng tuổi thọ của vật liệu có nghĩa là làm giảm tốc độ phá hủy đến... nhiệt độ cao đến vùng nhiệt độ thấp của vật liệu Ðặc trưng cho khả năng dẫn nhiệt của vật liệu là độ dẫn nhiệt λ với thứ nguyên là W/m.K Trong vật rắn, nhiệt được truyền bởi sóng dao động mạng (phôtôn) và điện tử tự do Các kim loại thường dẫn nhiệt tốt, ngược lại các vật liệu khác như gốm, vật liệu phi kim và polyme dẫn nhiệt kém, nên chúng thường được dùng làm vật liệu cách nhiệt 4 Tính chất điện Một... của vật liệu Ðể đánh giá mức độ mòn, người ta thường dùng: − Tốc độ mài mòn Vh là tỉ số giữa lượng mài mòn và thời gian mài mòn − Cường độ mài mòn jh là nghịch đảo của tốc độ mòn Giá trị vận tốc mài mòn càng nhỏ thì tuổi thọ làm việc của vật liệu càng cao 1.2.2.2 Tính chất vật lý Tính chất vật lý hay còn được gọi là lý tính của vật liệu là những tính chất của vật liệu thể hiện qua các hiện tượng vật. .. trong những đặc tính quan trọng nhất của vật liệu rắn là khả năng dẫn điện của nó  Tính dẫn điện Tính dẫn điện của vật liệu là khả năng truyền dòng điện của vật liệu Ðặc trưng cho khả năng dẫn điện của kim loại là độ dẫn điện σ với đơn vị đo (Ωcm)-1 Các kim loại đều là vật dẫn điện tốt Dẫn điện tốt nhất là bạc, sau đó đến đồng và nhôm Hợp kim nói chung và các vật liệu phi kim có tính dẫn điện kém hơn... thể khí đặc biệt ở nhiệt độ cao  Tính chịu axít: Tính chịu axít của vật liệu là độ bền của vật liệu đối với sự ăn mòn của axít 1.2.2.4 Tính công nghệ Tính công nghệ là khả năng của vật liệu cho phép gia công nóng hay gia công nguội Tính công nghệ bao gồm các tính chất sau:  Tính đúc: Tính đúc của vật liệu là khả năng điền đầy vật liệu lỏng vào lòng khuôn và nó được đặc trưng bởi độ chảy loãng, độ... các vật liệu nặng nhẹ khác nhau để tiện việc lựa chọn vật liệu mà còn có thể giải quyết những vấn đề thực tế Thí dụ, những vật lớn, thép hình khó cân được khối lượng, nhưng biết được khối lượng riêng của vật liệu và đo được kích thước của chúng, người ta có thể tính được thể tích nên có thể không cần cân cả vật mà ta vẫn tính được khối lượng của chúng 2 Nhiệt độ nóng chảy Nhiệt độ nóng chảy của vật liệu. .. chất cơ bản của vật liệu Trong khuôn khổ của môn học, cuốn sách này chỉ đề cập đến hai yêu cầu cơ bản ban đầu với những tính chất cơ học, tính chất vật lý, tính chất hóa học, tính công nghệ đồng thời sơ lược về độ tin cậy và tuổi thọ của vật liệu 1.2.2.1 Tính chất cơ học Tính chất cơ học (hay còn được gọi là cơ tính) của vật liệu là những đặc trưng cơ học biểu thị khả năng của vật liệu chịu tác dụng... 107 còn hợp kim nhôm thì NG = 106 (xem thêm chương 5 phần phá hủy mỏi) f Tính chống mài mòn Mài mòn là quá trình phá hủy dần lớp bề mặt chi tiết của vật liệu bằng cách tách các hạt khỏi bề mặt do tác dụng của ma sát Người ta xác định sự mài mòn theo sự thay đổi kích thước hoặc khối lượng của vật liệu 19 Khả năng của vật liệu chống lại sự mài mòn trong những điều kiện ma sát nhất định của vật liệu được ... nhóm vật liệu vật liệu kim loại, vật liệu vô - ceramíc vật liệu hữu - polyme Tuy nhiên năm gần xuất nhóm vật liệu quan trọng thứ tư vật liệu kết hợp vật liệu compozít 1.1.2.1 Vật liệu kim loại... suất vật liệu mẫu (Ω.cm) Các vật liệu rắn có độ dẫn điện trải rộng 27 cỡ số Căn vào khả dẫn điện, vật liệu rắn chia thành ba loại: vật liệu dẫn điện, vật liệu bán dẫn vật liệu cách điện Các vật liệu. .. làm việc vật liệu cao 1.2.2.2 Tính chất vật lý Tính chất vật lý hay gọi lý tính vật liệu tính chất vật liệu thể qua tượng vật lý thành phần hóa học chúng không bị thay đổi Lý tính vật liệu gồm