Bài giảng vật liệu học chương 2 lý thuyết chung về vật liệu kim loại

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM O0o BÀI GIẢNG VẬT LIÊU HỌC GV: NGUYỄN THANH ĐIỂU 03/03/2016 2:36 CH NỘI DUNG Tuần thứ 1: tiết  Giới thiệu học phần, yêu cầu người học  Chương 1: Giới thiệu vật liệu khí Tuần thứ 3: tiết  Chương 2: Lý thuyết chung vật liệu kim loại Tuần thứ 5: tiết  Chương 3: Thép nhiệt luyện thép 03/03/2016 2:36 CH NỘI DUNG Tuần thứ 6: tiết  Chương 4: Gang Graphite thông dụng  Chương 5: Kim loại hợp kim màu Tuần thứ 8: tiết  Chương 6: Chất dẻo Tuần thứ 10: tiết  Chương 7: Vật liệu composite 03/03/2016 2:36 CH TUẦN THỨ Nội dung giảng dạy lớp(6 tiết) + Quá trình kết tinh kim loại + Khái quát hợp kim + Các pha hợp kim, dung dịch rắn, pha xen kẽ, pha điện tử; cấu trúc pha tổ chức tế vi + Các tính chất học vật liệu kim loại: độ bền, độ dẻo, độ cứng, độ dai va đập + Hợp kim Fe-C giản đồ trạng thái 03/03/2016 2:36 CH TUẦN THỨ Các nội dung cần tự học: + Các loại giản đồ pha hai cấu tử bản: loại I, loại II, loại III,… + Quá trình kết tinh hợp kim điển hình: trước tinh, tinh, sau tinh + Phân loại hợp kim Fe – C dựa giản đồ pha cân giả ổn định + Từ Web sites internet, chọn tải ba báo liên quan, dịch sang tiếng Việt ba 03/03/2016 2:36 CH TUẦN THỨ Bài tập, tiểu luận: + Bài tập: (1) Từ giản đồ pha loại I, II, III, trình bày trình kết tinh hợp kim điển hình làm nguội đủ chậm từ trạng thái lỏng, nêu rõ: đồ thị trình kết tinh, pha hợp kim nhiệt độ thường, tính chất hợp kim trạng thái cân + Tiểu luận: (1) Quá trình kết tinh hợp kim Fe – C, 0.4% C, 0.8% C, 1.2% C làm nguội đủ chậm từ trạng thái lỏng Nêu nhận xét tổ chức tế vi tính chất hợp kim +Tiểu luận: (2) Quá trình kết tinh hợp kim Fe – C cân giả ổn định, 3.0% C, 4.3%C, 5.0% C làm nguội đủ nhanh Nêu nhận xét tổ chức tế vi tính chất hợp kim 03/03/2016 2:36 CH Chương 2: Lý thuyết chung vật liệu kim loại I Sự kết tinh kim loại nguyên chất  Kết tinh trình chuyển biến kim loại từ trạng thái lỏng sang trạng thái rắn Khi kết tinh có biến đổi từ trạng thái xếp không trật tự thành có trật tự( cấu trúc tinh thể), xảy nhiệt độ định kim loại ◦ kim loại( hay hợp kim) chế tạo trạng thái lỏng làm nguội khuôn đúc, tức kết tinh, sau qua dạng gia công khác nhau( rèn, dập, cán…) để làm thành bán thành phẩm, sản phẩm ◦ Kết tinh bước khởi tạo hình thành tổ chức: hạt với cấu trúc tinh thể Các quy luật chuyển biến pha trạng thái rắn(nhiệt luyện, kết tinh lại) trạng thái lỏng 03/03/2016 2:36 CH Chương 2: Lý thuyết chung vật liệu kim loại I Sự kết tinh kim loại nguyên chất I.1 Điều kiện xảy kết tinh Trong tự nhiên trình tự phát xảy theo chiều giảm lượng tự do( theo chiều có lượng dự trữ bé hơn) - Sự chuyển động chất điểm( nguyên tử, ion), lượng dự trữ đặc trưng lượng tự F Vậy kết tinh thực tế xảy nhiệt độ thấp nhiệt độ kết tinh lý thuyết Ts 03/03/2016 2:36 CH Chương 2: Lý thuyết chung vật liệu kim loại I Sự kết tinh kim loại nguyên chất I.2 Hai trình kết tinh: I.2.1 Tạo mầm: trình sinh phần tử rắn có cấu trúc tinh thể với kích thước đủ lớn, cố định lại kim loại lỏng gọi mầm Mầm tự sinh: phần tử rắn sinh kim loại lỏng Mầm ký sinh: xuất phần tử có sẵn kim loại lỏng( nguyên tố tạp chất khó chảy oxyt , nitrit, bụi tường lò cố ý đưa phẩn tử rắn vào để giúp kết tinh nhanh, ) Tạo mầm ký sinh dể tạo mầm tự sinh, rth (ký sinh)< rth (tự sinh) 03/03/2016 2:36 CH Chương 2: Lý thuyết chung vật liệu kim loại I Sự kết tinh kim loại nguyên chất I.2.2 Quá trình phát triển mầm: sau tạo mầm, trình mầm phát triển, lớn lên thành hạt tinh thể - Khi mầm đạt kích thước tới hạn(rth) mầm phát triển lớn lên để giảm lượng tự - Các mầm sinh không đạt rth bị tan vào kim loại lỏng 03/03/2016 2:36 CH V GIẢN ĐỒ TRẠNG THÁI CỦA HỢP KIM Fe - C 5.3.Các điểm (nhiệt đô)̣ tới hạn GĐTT Fe - C 5.3.1 Khi nung nóng thực tế( có thêm chữ ‘c’): - Nhiệt độ cao nhiệt độ tới hạn - Ac1 - A1 =∆Tc1 - Ac3 - A3 = ∆Tc3 - Accm - Acm =∆Tccm  Trong đó: ∆Tc1; ∆Tc3 ; ∆Tccm gọi độ nung Độ nung phụ thuộc vào tốc độ nung, tốc độ nung lớn, độ nung lớn END 03/03/2016 2:36 CH V GIẢN ĐỒ TRẠNG THÁI CỦA HỢP KIM Fe - C 5.3.Các điểm (nhiệt đô)̣ tới hạn GĐTT Fe - C 5.3.1 Khi làm nguội thực tế( có thêm chữ ‘r’): Nhiệt độ thấp nhiệt độ tới hạn - A1 - Ar1 = ∆Tr1 - A3 - Ar3 = ∆Tr3 - Acm - Arcm = ∆Trcm  Trong đó:∆Tr1; ∆Tr3 ; ∆Trcm gọi độ nguội Độ nung phụ thuộc vào tốc độ nguội Tốc độ nguội lớn, độ nguội lớn Phần tính chất học vật liệu sinh viên tự đọc END 03/03/2016 2:36 CH VI Các đặc trưng tính và ý nghĩa: - Cơ tính cho biết khả chịu tải vật liệu điều kiện tương ứng, sở tính toán sức bền, khả sử dụng vào mục đích định Các đặc trưng tính xác định mẫu chuẩn - Thường gặp độ bền, độ dẻo, độ cứng, độ dai va đập, độ dai phá hủy 03/03/2016 2:36 CH  03/03/2016 2:36 CH  03/03/2016 2:36 CH  03/03/2016 2:36 CH  Giảm 03/03/2016 2:36 CH  03/03/2016 2:36 CH II 5: Độ cứng: khả chống biến dạng dẻo cục bộ vật liệu tác dụng tải trọng thông qua mũi đâm * Thử độ cứng chi tiết phương pháp có ý nghĩa thực tế áp dụng rộng rãi lý do: - Nhanh, cần vài chục giây - Không phá hủy mẫu, tiến hành trực tiếp chi tiết - Đo xong dùng lại chi tiết 03/03/2016 2:36 CH II 5: Độ cứng: sơ đồ tác dụng phương pháp đo độ cứng a Brinen, b.Rôcvel,c Vicke 03/03/2016 2:36 CH  03/03/2016 2:36 CH  03/03/2016 2:36 CH 5.1.2: Độ cứng Rôcvel HR(HRC,HRA,HRB): - Đo độ cứng Rôcvel HR tiên lợi và nhanh, kết qua đo cho máy và đo vật liệu từ tương đối mềm đến cứng, đo chổ, đo lớp bề mặt - Độ cứng Rôcvel theo thang C,A ký hiệu HRC, HRA đo mũi kim cương hình nón đo thép tôi, lớp hoá-nhiệt luyện - Độ cứng Rôcvel theo thang B ký hiệu HRB, HRB đo mũi bi thép tôi đo thép ủ, thường hoá, gang đúc 03/03/2016 2:36 CH 5.1.2: Độ cứng Vicke HV: - Là loại độ cứng có phương pháp đo Brinen có khác biệt sau: + Mũi đâm kim cương hình tháp bốn mặt với góc đỉnh, hai mặt đối diện 136 độ + Vicke dùng để đo độ cứng cho vật liệu từ mềm đến cứng cho cả mẫu mỏng(0.30.5mm), coi độ cứng chuẩn nghiên cứu khoa học 03/03/2016 2:36 CH Công dụng độ cứng : - Biết khả làm việc chi tiết máy: + Phù hợp tốt cho cắt gọt: 160-180(HB) + Mọi chi tiết lò xo, khuôn dập nóng: 45-45(HRC) + Mọi bánh tải trọng nhỏ,tốc độ chậm: 52-58(HRC) + Bánh tải trọng lớn, tốc độ cao: hộp số xe ôtô, gắn máy, dụng cụ cắt gọt, khuôn dập nguội, ổ lăn,đĩa ma sát… lớn 60-62(HRC) 03/03/2016 2:36 CH [...]... 03/03 /20 16 2: 36 CH Chương 2: Lý thuyết chung về vật liệu kim loại II Sự kết tinh của kim loại nguyên chất II.5 Cấu tạo thỏi đúc: a Ba vùng tinh thể của thỏi đúc + Vùng 3: Kim loại lỏng ở giữa kết thúc sau cùng, thành khuôn đã nóng lên nhiều do đó: - ∆T↓  hạt lớn - Nhiệt tản đều theo mọi phương đẳng trục 03/03 /20 16 2: 36 CH Chương 2: Lý thuyết chung về vật liệu kim loại II Sự kết tinh của kim loại. . .Chương 2: Lý thuyết chung về vật liệu kim loại I Sự kết tinh của kim loại nguyên chất I.3 Sự hình thành hạt:  Mỗi mầm lớn lên thành một hạt  Mầm mới vẫn tiếp tục sinh ra trong khi các mầm đạt rth đang phát triển đến khi hết kim loại lỏng(các hạt gặp nhau quá trình kết tinh kết thúc) 03/03 /20 16 2: 36 CH Chương 2: Lý thuyết chung về vật liệu kim loại I Sự kết tinh của kim loại nguyên chất... phục: lựa chọn hợp lý các nguyên tố khi tạo hợp  kim 03/03 /20 16 2: 36 CH Chương 2: Lý thuyết chung về vật liệu kim loại III Hợp kim: III.1 Khái niệm về hợp kim: - Hợp kim là vật liệu mang tính kim loại, bao gồm hai hay nhiều nguyên tố, trong đó nguyên tố chính là kim loại, nguyên tố phụ có thể là kim loại hay á kim - Thành phần nguyên tố hoá học trong hợp kim thường được biểu thị bằng % trọng lượng, cũng... mỏng, 2 vùng sau phụ thuộc vào điều kiện làm nguội khuôn  Nguội mãnh liệt thì vùng 2 sẽ Lấn át vùng 3, thậm chí mất vùng 3(Hb) tổ chức này gọi là xuyên tinh khó biến dạng dẻo, không phù hợp với thỏi cán  Nguội chậm thì vùng 3 lại lấn át vùng 2 tinh thể có dạng hình cầu thỏi đúc trở nên dể cán.(Hc) 03/03 /20 16 2: 36 CH Chương 2: Lý thuyết chung về vật liệu kim loại  03/03 /20 16 2: 36 CH Chương 2: Lý thuyết. .. cùng + vùng 2 + vùng 3 03/03 /20 16 2: 36 CH Chương 2: Lý thuyết chung về vật liệu kim loại II Sự kết tinh của kim loại nguyên chất II.5 Cấu tạo thỏi đúc: a Ba vùng tinh thể của thỏi đúc + Vùng ngoài cùng là lớp hạt nhỏ đẳng trục: do kim loại lỏng tiếp xúc với thành khuôn nguội nên được kết tinh với độ quá nguội ∆T lớn, mặt khác do tác dụng của bề mặt khuôn nên hạt tạo thành khá nhỏ mịn + Vùng 2: vuông... giúp tạo mầm ký sinh dễ dàng *Tác động vật lý: Rung siêu âm bẻ gãy tinh thể hạt nhỏ Đúc ly tâm hạt nhỏ 03/03 /20 16 2: 36 CH Chương 2: Lý thuyết chung về vật liệu kim loại II Sự kết tinh của kim loại nguyên chất (SV tư đọc phần này) II.5 Cấu tạo thỏi đúc: a Ba vùng tinh thể của thỏi đúc Các thỏi đúc thường có tiết diện tròn hoặc vuông, chúng được đúc trong khuôn kim loại, đôi khi khuôn được làm nguội... thoát khí khi kết tinh bằng cách tạo ra sự lưu động của kim loại lỏng, khử khí tốt trước khi rót khuôn, sấy khô khuôn cát và mẻ nấu phải được sấy khô trước khi nấu luyện hoặc đúc trong chân không 03/03 /20 16 2: 36 CH Chương 2: Lý thuyết chung về vật liệu kim loại II.5 Cấu tạo thỏi đúc: b Các khuyết tật của vật đúc: Thiên tích: Là sự không đồng nhất về thành phần và tổ chức của sản phẩm đúc do tích tụ... đúc là → tăng n và giảm v 03/03 /20 16 2: 36 CH Chương 2: Lý thuyết chung về vật liệu kim loại I Sự kết tinh của kim loại nguyên chất I.4 Các phương pháp tạo hạt nhỏ khi đúc: b Các phương pháp làm nhỏ hạt: * Nguội nhanh: ∆T tăng(độ quá nguội) số mầm(n) và tốc độ phát triển mầm(v) đều tăng, nhưng n tăng nhanh hơn v làm nhỏ hạt Giải pháp: thay khuôn cát bằng khuôn kim loại Nhược điểm: Gây ứng suất... nứt chi tiết, không có hiệu quả với chi tiết lớn 03/03 /20 16 2: 36 CH Chương 2: Lý thuyết chung về vật liệu kim loại I Sự kết tinh của kim loại nguyên chất I.4 Các phương pháp tạo hạt nhỏ khi đúc: * Biến tính: - Làm tăng số lượng mầm ký sinh bằng việc sử dụng các chất biến tính Ví dụ: cho bột Al (lượng nhỏ) vào thép lỏng để kết hợp với Oxy, nitơ  Al2O3 , nitrit(AlN) khó chảy tạo nên các phần tử rắn nhỏ... saukích thước các hạt không đồng nhất  Biên giới hạt bị xô lệch là nơi các nguyên tử sắp xếp không trật tự, có nhiệt độ nóng chảy thấp và chứa nhiều tạp chất 03/03 /20 16 2: 36 CH Chương 2: Lý thuyết chung về vật liệu kim loại I Sự kết tinh của kim loại nguyên chất I.3 Sự hình thành hạt: a Hình dạng hạt: phụ thuộc vào phương thức nguội  Nguội đều theo mọi phương hạt có dạng đa cạnh hay cầu( cơ tính tốt