Bài giảng vật liệu học nghề hàn

Chương mở đầu: I. Khái niệm về vật liệu II. Vai trò của vật liệu Chương 2: Lý thuyết về hợp kim I. Khái niệm về hợp kim II. Các tổ chức của hợp kim FeC III. Giản đồ trạng thái FeC Chương 3: Gang I. Khái niệm Gang II. Phân loại Gang Chương 4: Thép Bài 1: Thép các bon I. Khái niệm II. Phân loại III. Ưu, nhược điểm và phạm vi ứng dụng Bài 2: Thép hợp kim I. Khái niệm II. Các đặc tính của thép hợp kim III. Phân loại và kí hiệu thép hợp kim Bài 3: Hợp kim cứng I. Khái niệm II. Phân loại III. Tính chất IV. Công dụng Chương 5: Kim loại và hợp kim màu Bài 1: Khái niệm và tính chất I. Khái niệm II. Các loại kim loại màu và hợp kim màu III. Tính chất chung của kim loại và hợp kim màu Bài 2: Đồng và hợp kim đồng I. Đồng nguyên chất II. Hợp kim đồng Bài 3: Nhôm và hợp kim nhôm I. Nhôm nguyên chất II. Hợp kim nhôm Bài 4: Hợp kim làm ổ trục I. Yêu cầu II. Hợp kim làm ổ trục có nhiệt độ chảy thấ III. Hợp kim làm ổ trục có nhiệt độ chảy cao Chương 6: Nhiệt luyện và hóa nhiệt luyện Bài 1: Nhiệt luyện thép I. Khái niệm II. Các phương pháp nhiệt luyện III. Các khuyết tật xảy ra khi nhiệt luyện Bài 2: Hóa nhiệt luyện I. Khái niệm II. Thấm cacbon III. Các phương pháp thấm khác Chương 7: Vật liệu phi kim loại Bài 1: Chất dẻo và Gỗ I. Chất dẻo II. Gỗ Bài 2: Compozit I. Khái niệm II. Phân loại III. Ứng dụng của vật liệu compozit

TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ QUỐC TẾ VABIS HỒNG LAM KHOA HÀN MÔ ĐUN/ MÔN HỌC: VẬT LIỆU CƠ KHÍ MÃ SỐ: MH 09 NGHỀ: HÀN Trình độ (Trung cấp/ Cao đẳng nghề) Vũng tàu – 2012 Giáo trình lưu hành nội ` LỜI NÓI ĐẦU “Vật liệu học” môn học kỹ thuật sở quan trọng ngành khí nói chung với ngành Hàn nói riêng Nó cung cấp kiến thức chất cách thay đổi tính chất loại vật liệu dùng ngành kỹ thuật Trên sở giúp biết cách lựa chọn sử dụng vật liệu cách đắn, phù hợp, đồng thời biết phương pháp biến đổi tính chất vật liệu cho phù hợp với yêu cầu sử dụng điều kiện kỹ thuật khác Môn “Vật liệu học” môn phong phú lý thuyết lẫn thực tế sản xuất Lý thuyết môn học dựa thành tựu vật lý học đại, hoá học, tinh thể học… nên sâu rộng Các loại vật liệu vật liệu kim loại sử dụng rộng rãi nhiều ngành kỹ thuật khác nhau, nên có tính thực tế cao Do việc áp dụng lý thuyết để giải vấn đề thực tế sản xuất vô quan trọng Bởi trình học tập học sinh phải biết liên hệ chặt chẽ lý thuyết học với tượng thực tế Cuốn tài liệu góp phần giúp bạn nghiên cứu cụ thể loại vật liệu chủ yếu thực tế ngành khí nói chung ngành Hàn nói riêng Là lần đầu biên soạn tránh khỏi thiếu sót mong bạn đọc đóng góp ý kiến góp ý để hoàn thiện tài liệu Tôi xin chân thành cảm ơn! ` MỤC LỤC: Tên chương mục Chương mở đầu: I Khái niệm vật liệu II Vai trò vật liệu Chương 2: Lý thuyết hợp kim I Khái niệm hợp kim II Các tổ chức hợp kim Fe-C III Giản đồ trạng thái Fe-C Chương 3: Gang I Khái niệm Gang II Phân loại Gang Chương 4: Thép Bài 1: Thép bon I Khái niệm II Phân loại III Ưu, nhược điểm phạm vi ứng dụng Bài 2: Thép hợp kim I Khái niệm II Các đặc tính thép hợp kim III Phân loại kí hiệu thép hợp kim Bài 3: Hợp kim cứng I Khái niệm II Phân loại III Tính chất Trang 4~5 5~6 6~9 9~15 9~12 12~14 14~15 IV Công dụng ` Chương 5: Kim loại hợp kim màu Bài 1: Khái niệm tính chất I Khái niệm II Các loại kim loại màu hợp kim màu III Tính chất chung kim loại hợp kim màu Bài 2: Đồng hợp kim đồng I Đồng nguyên chất II Hợp kim đồng Bài 3: Nhôm hợp kim nhôm I Nhôm nguyên chất II Hợp kim nhôm Bài 4: Hợp kim làm ổ trục I Yêu cầu II Hợp kim làm ổ trục có nhiệt độ chảy thấ III Hợp kim làm ổ trục có nhiệt độ chảy cao Chương 6: Nhiệt luyện hóa nhiệt luyện Bài 1: Nhiệt luyện thép I Khái niệm II Các phương pháp nhiệt luyện III Các khuyết tật xảy nhiệt luyện Bài 2: Hóa nhiệt luyện I Khái niệm II Thấm cacbon III Các phương pháp thấm khác Chương 7: Vật liệu phi kim loại Bài 1: Chất dẻo Gỗ I ` 15~20 15~17 17~18 18~20 20 21~24 21~23 23~24 24~28 24~26 Chất dẻo II Gỗ Bài 2: Compozit 26~28 I Khái niệm II Phân loại III Ứng dụng vật liệu compozit TÀI LIỆU THAM KHẢO Vật liệu học – Lê Công Dưỡng (Nhà xuất Khoa học kỹ thuật Hà Nội 2000) Vật liệu học – Nghiêm Hùng (Nhà xuất Khoa học kỹ thuật) Giáo trình Vật liệu công nghệ kim loại – PGS-TS Hoàng Tùng (Nhà xuất Giáo Dục) ` CHƯƠNG MỞ ĐẦU A.Mục tiêu học: Sau học xong học người học có khả năng: - Xác định dạng vật liệu tồn đời sống sản xuất - Phân biệt ưu, nhược điểm dạng vật liệu từ lựa chọn loại vật liệu phù hợp cho trình sản xuất B.Nội dung: Vật liệu học khoa học nghiên cứu mối quan hệ cấu trúc tính chất vật liệu, sở đề biện pháp công nghệ nhằm cải thiện tính chất sử dụng thích hợp ngày tốt I.Khái niệm vật liệu: Vật liệu dung để vật rắn mà người sử dụng để chế tạo dụng cụ, máy móc, thiết bị, xây dựng công trình thay phận thể…Như chất lỏng, chất khí cho dù quan trọng song đối tượng nghiên cứu môn học Dựa theo cấu truc, tính chất đặc trưng, người ta phân biệt bốn nhóm vật liệu sau: - Vật liệu kim loại: Vật liệu kim loại thường tổ hợp chủ yếu nguyên tố kim loại, nhiều điện tử chung không thuộc nguyên tử Các tính chất điển hình vật liệu kim loại là: + Dẫn điện dẫn nhiệt tốt + Có ánh kim, phản xạ ánh sang, không cho ánh sáng thường qua, dẻo , dễ biến dạng dẻo (cán, kéo, rèn, ép) + Có độ bền học cao, độ bền hóa học + Trừ nhôm kim loại khác nặng + Nhiệt độ nóng chảy từ thấp lên cao nên đáp ứng yêu cầu cao kỹ thuật + Giá thành vật liệu đắt - Ceramic ( vật liệu vô cơ): Vật liệu có nguồn gốc vô cơ, hợp chất kim loại, silic với kim (oxit, nitrit, cacbit), bao gồm khoáng vật đất sét, xi măng, thủy tinh Các tính chất điển hình vật liệu vô – Ceramic là: + Khá nặng + Dẫn nhiệt dẫn điện ` + Cứng, giòn, bền nhiệt độ cao + Độ bền hóa học cao vật liệu kim loại vật liệu hữu + Giá thành rẻ - Polyme (vật liệu hữu cơ): Vật liệu có nguồn gốc từ hữu cơ, thành phần chủ yếu cacbon., hydro kim, có cấu trúc đại phân tử tính chất điển hình: + Dẫn điện nhiệt + Khối lương riêng nhỏ + Dễ uốn dẻo, đặc biệt nhiệt độ cao + Bền vững hóa học nhiệt độ thường khí quyển, nóng chảy phân hủy nhiệt độ thấp - Compozit: kết hợp hai hay ba loại vật liệu kể trên, mang hầu hết đặc tính tốt vật liệu thành phần Ví dụ: Bê tong cốt thép vừa chịu kéo tốt (đặc tính thép) lại chịu nén cao (đặc tính bê tông) Hiện thường dùng compozit hệ kép: Kim loại-polyme, Kim loạiCeramic, Polyme-Ceramic II Vai trò vật liệu: Cho đến vật liệu kim loại thực có vai trò định tiến hóa loài người Kim loại hợp kim chiếm vị trí chủ đạo chế tạo công cụ máy móc thường dùng:Công cụ cầm tay, dụng cụ, máy công cụ, máy móc nói chung, ô tô…và sản xuất vũ khí Như vật liệu kim loại có tầm quan trọng hàng đầu sản xuất khí, giao thông vận tải, lượng, xây dựng quốc phòng Cùng với vật liệu kim loại, ngành vật liệu chất dẻo – polymer, vật liệu vô –Ceramic, Compozit không ngừng phát triển để đáp ứng cho nhu cầu ngày lớn xã hội CÂU HỎI ÔN TẬP Nêu khái niệm vật liệu ? Trình bày loại vật liệu thường gặp ? ` Ch¬ng 2: lý thuyÕt hîp kim A.Mục tiêu học: Sau học xong học người học có khả năng: - Biết khái niệm hợp kim, yếu tố cấu thành hợp kim - Biết trình thành tổ chức pha, giới hạn nhiệt độ pha, thành phần nguyên tố có tổ chức - Giải thích giản đồ trạng thái sắt cacbon B.Nội dung: I Khái niệm hợp kim: Hợp kim vật thể nhiều nguyên tố mang tính kim loại (Dẫn điện, dẫn nhiệt cao, dẻo, dễ biến dạng, có ánh kim) Hợp kim cấu tạo thành sở kim loại: hai hay nhiều kim loại lại với Pha: Là phần tử hợp kim có cấu trúc, kiểu mạng, thông số mạng, tính chất cơ-lý- hoá xác định ngăn cách với pha khác bề mặt phân chia Một tập hợp pha trạng thái cân gọi hệ hợp kim Nguyên tố (cấu tử): Là vật chất độc lập có thành phần không thay đổi, tạo nên pha hệ Nguyên tố nguyên tố hóa học hợp chất hóa học có tính ổn định cao II Các tổ chức hợp kim Fe – C Các tổ chức pha a Tổ chức Xementit (Xe): Là hợp chất hóa học Fe C C chiếm 6,67% Đây tổ chức có độ cứng cao, tính công nghệ kém, độ dòn lớn nên chịu mài mòn tốt Tổ chức Xe chia làm loại : - Xementit thứ (XeI): Được tạo thành từ hợp kim lỏng làm nguội từ 16000C - 11470C - Xementit thứ hai (XeII): Được tạo thành từ dung dịch rắn Ostenit làm nguội từ 11470C - 7270C - Xementit thứ ba (XeIII): Được tạo thành từ dung dịch rắn Pecnit làm nguội từ 7270C – 00C ` b Tổ chức Ferit (F,α): Là dung dịch rắn xen kẽ C hoà tan Fe, có mạng tinh thể lập phương thể tâm - Lượng C hòa tan Ferit nhỏ: + Ở 7270C hòa tan 0,02% + Ở 00C hòa tan 0,006%C - Nồng độ giảm lượng hòa tan giảm nên coi Ferit Fe nguyên chất - Ferit dẻo, mềm có độ bền thấp c Tổ chức Ostennit (O, γ, Os): Là dung dịch rắn xen kẽ C Fe, có mạng tinh thể lập phương diện tâm - Lượng C hòa tan tối đa: 0.8% 7270C; 2,14% 11470C - Không tồn 7270C có tính dẻo, dai dễ biến dạng Các tổ chức pha a Peclit (P): Là hỗn hợp học tích Pherit Xementit, tạo thành từ Ostennit làm nguội 7270C - Tính chất học Peclit tùy thuộc vào lượng Pherit Xementit phụ thuộc vào hình dạng Xementit + Nếu Xementit có dạng gọi Peclit + Nếu Xementit có dạng hạt gọi Peclit hạt b Ledeburit (Le): Là hỗn hợp học tích Ostennit xementit - Ở 11470C 4,3%C hình thành nên tích thể Ledeburit - Ledeburit có độ giòn, độ cứng cao III Giản đồ trạng thái Fe – C ` D A L B H J L +XeI E 1147 C G C Le +XeI S Peclit(P) F+XeIII A1=7270C F P XeII F+P Q P+XeII P+XeII+Le 100%C 0,8%C 2,14%C Ledeburit(Le) XeII + Le F F Xementit(Xe) L+ K XeI+P+Xe 4,3%C L 6,67%C %C Hình 2.1 Giản đồ trạng thái Fe-C Trong : Le = P + Xe P = F + Xe - ABCD đường lỏng - AHJECF đường đặc - ECF đường tinh với điểm E điểm tinh - PSK đường tích với điểm S điểm tích CÂU HỎI ÔN TẬP Nêu khái niệm hợp kim ? Trình bày giản đồ trạng thái Fe-C ? ` 10 - Gang xám: Tuy chịu áp lực lớn số vòng quay lại nhỏ Thường dùng loại gang có Peclit nhỏ mịn đóng vai trò cứng Cũng dùng gang cầu, gang dẻo với Peclit để làm ổ trượt - Đồng thiếc: Ổ trượt làm đồng thiếc chịu áp lực lớn tốc độ vòng quay cao gang xám nên dùng làm ổ trượt quan trọng Trong thực tế thường dùng đồng thiếc phức tạp để làm bạc lót ổ có yêu cầu chống mài mòn ma sát Đồng chì thường dùng làm ổ trượt quan trọng, chịu tải cao tốc độ lớn ổ trượt động máy bay, động diezen, tuôcbin… CÂU HỎI ÔN TẬP Nêu khái niệm kim loại hợp kim ? Phân loại phạm vi hợp kim làm ổ trục ? ` 37 Ch¬ng 6: hãa nhiÖt luyÖn A.Mục tiêu: Sau học xong chương người học có khả năng: - Biết phương pháp nhiệt luyện hóa nhiệt luyện cho vật liệu - Biết công nghệ nhiệt luyện hóa nhiệt luyện - Giải thích nguyên nhân xảy khuyết tât nhiệt luyện hóa nhiệt luyện Bài 1: Nhiệt luyện thép I Khái niệm: Định nghĩa: Nhiệt luyện phương pháp công nghệ nung nóng kim loại hợp kim đến nhiệt độ xác định, giữ nhiệt thời gian cần thiết làm nguội với tốc độ thích hợp để làm thay đổi tổ chức bên làm thay đổi tính chất chúng theo ý muốn Đặc điểm - Không nung nóng đến trạng thái chảy lỏng hay chảy lỏng cục chi tiết nhiệt luyện Phải đảm bảo cho kim loại hợp kim trạng thái rắn, hình dạng, kích thước không thay đổi - Nhiệt làm thay đổi tổ chức bên kim loại hợp kim từ dẫn đến thay đổi tính chất chúng II Các phương pháp nhiệt luyện: Ủ: - Định nhĩa: Là phương pháp nung nóng chi tiết đến nhiệt độ xác định, giữ nhiệt làm nguội chậm để đạt tổ chức cân với độ cứng, độ bền thấp - Đặc điểm: + Nhiệt độ ủ quy luật tổng quát, phương pháp ủ ứng với nhiệt độ định + Làm nguội với tốc độ chậm + Chi tiết sau ủ có độ bền, độ cứng thấp nhất, độ dẻo, độ dai cao - Mục đích + Giảm độ cứng để dễ gia công cắt gọt + Tăng độ dẻo để dễ dập, cán, kéo ` 38 + Giảm khử bỏ ứng suất bên + Làm đồng thành phần hoá học + Làm nhỏ cấu trúc hạt Thường hoá - Định nghĩa: Là phương pháp nhiệt luyện nung nóng thép đến khoảng nhiệt độ tới hạn, giữ nhiệt làm nguội không khí để đạt tổ chức gần cân - Đặc điểm: Độ cứng sau thường hoá cao sau ủ - Mục đích: + Tăng độ cứng thép cacbon thấp để dễ cắt gọt + Làm nhỏ hạt để tiến hành nhiệt luyện kết thúc + Làm mạng tinh thể dạng lưới thép Hàm lượng C (%) Hình 6.1 Khoảng nhiệt độ ủ thường hoá Tôi thép - Định nghĩa: Là phương pháp nhiệt luyện nung nóng thép đến nhiệt độ cao nhiệt độ tới hạn, giữ nhiệt làm nguội nhanh để nhận tổ chức không ổn định có độ cứng cao - Mục đích: + Tăng độ cứng tính chống mài mòn cho thép, từ làm tăng tuổi thọ cho chi tiết máy dụng cụ + Tăng độ bền đồng thời tăng khả chịu tải cho chi tiết ` 39 Hàm lượng C (%) Hình 6.2 Khoảng nhiệt độ thép C Ram - Định nghĩa: Là phương pháp nhiệt luyện thép qua đến nhiệt độ thấp nhiệt độ tới hạn, giữ nhiệt làm nguội - Mục đích: + Giảm ứng suất bên để không gây gẫy, vỡ, hư hỏng chi tiết làm việc + Tạo cho vật liệu có tổ chức khác, có tính thích hợp với điều kiện làm việc chi tiết Thông thường có loại ram là: Ram thấp, ram trung bình ram cao III Các khuyết tật xảy nhiệt luyện Biến dạng nứt Là tượng chi tiết bị cong vênh nứt sau nhiệt luyện Hiện tượng chủ yếu ứng suất bên gây lên Để ngăn ngừa tượng phải đảm bảo tốc độ nung làm nuội quy định Còn để khắc phục ta tiến hành uốn nắn sau ủ hay thường hoá Ôxi hoá thoát cacbon * Khái niệm - Ôxi hoá tượng bề mặt thép có vẩy oxit làm sai lệch kích thước xấu bề mặt chi tiết - Thoát cacbon tượng cacbon lớp bề mặt chi tiết bị giảm cacbon bị cháy làm cho tính lớp bề mặt giảm * Nguyên nhân: ` 40 + Nhiệt độ nung cao so với quy định + Xác định nhầm mác thép nên tính toán nhiệt độ nung sai Môi trường nung chúa nhiều khí oxy * Khắc phục: Tiến hành thường hoá thấm cacbon lại *Ngăn ngừa: + Xác định nhiệt độ nung với mác thép + Khử bớt oxy môi trường nung + Bảo vệ bề mặt chi tiết nung Độ cứng không đạt * Khái niệm: Là tượng độ cứng cao thấp so với độ cứng mà thép đạt ứng với loại thép phương pháp nhiệt luyện cho * Nguyên nhân: + Tốc độ làm nguội không + Xác định nhầm mác thép + Nhiệt độ nung thấp so với quy định * Ngăn ngừa: + Xác định nhiệt độ nung với mác thép + Đảm bảo tốc độ làm nguội theo quy định * Khắc phục: Tiến hành lại trước phải ủ thường hoá Tính dòn cao * Khái niệm: Là tượng sau thép dòn độ cứng đạt bình thường qui định * Ngăn ngừa: Nung nóng nhiệt độ theo quy định * Khắc phục: Ủ làm cho hạt thép nhỏ mịn sau tiến hành ` 41 Bài 2: Hóa nhiệt luyện I Khái niệm - Định nghĩa: Hoá nhiệt luyện phương pháp làm bão hoà vào bề mặt thép hay nhiều nguyên tố để làm thay đổi thành phần hoá học bề mặt thép, làm thay đổi tổ chức tính chất lớp bề mặt theo mục đích định - Mục đích: + Nâng cao độ cứng, tính chống mài mòn độ bền mỏi chi tiết với hiệu cao so với bề mặt thấm cacbon, nitơ,… + Nâng cao tính chống ăn mòn điện hoá hoá học thấm crôm, nhôm, silic II Thấm cacbon - Định nghĩa: Là phương pháp hoá nhiệt luyện làm bão hoà cacbon vào bề mặt thép cacbon thấp làm tăng thành phần cacbon lớp bề mặt chi tiết - Mục đích: Làm cho bề mặt có độ cứng tính chống mài mòn cao, lõi dẻo dai Do chi tiết chịu đựng tốt tải trọng va đập * Người ta chia thấm cacbon làm thể: - Thể rắn: Chất thấm chủ yếu than gỗ hay mùn cưa Cách tiến hành: Hỗn hợp chất thấm chộn cho vào hộp thấm với chi tiết đóng bịt kín hộp (các chi tiết cách cách thành hộp khoảng 25 – 40mm), đưa hộp vào lò nung + Nhiệt độ thấm: 920 – 9500C + Tốc độ thấm: 0,1 – 0,15mm/h + Quá trình thấm: Hấp thụ C < 0,25%, khuếch tán C sâu vào tạo nên chiều dày lớp thấm + Ưu điểm: Đơn giản dễ thực + Nhược điểm: Thời gian thấm lâu ảnh hưởng tới suất chất lượng, Hộp thấm chóng hỏng, điều kiện làm việc độc hại + Dùng sản xuâts đơn loạt nhỏ - Thể lỏng: Nhúng chi tiết hỗn hợp muối nóng chảy 840 - 860 0C ( NaCO3, NaCl, SiC ), SiC dùng Tốc đôh thấm 0,3 – 0,4mm/h + Ưu điểm: Thời gian thấm ngắn, lớp thấm đồng ` 42 + Nhược điểm: Không điều chỉnh nồng độ C bề mặt, khó thao tác lò, Khó khí hoá tự động hoá, suất thấp, không thấm chi tiết lớn - Thể khí: Dùng khí CO Cacbon hiđrô (C2H2, C2H6…), dầu hoả… để điều chỉnh nồng độ thấm nhằm khống chế lường C bề mặt + Cho chi tiết vào lò kín cho luồng khí chất thấm có nhiệt độ cao chất lỏng + Nhiệt độ thấm: 900 – 9300C + Tốc độ thấm: gấp – lần thấm C thể rắn + Ưu điểm: Thao tác đơn giản, thời gian thấm rút ngắn, khống chế nồng độ lớp thấm xác, ngay, có thao tác phụ, điều kiện lao động tốt + Nhược điểm: Dễ tạo muội than phủ lên chi tiết, ngăn cản trình thấm Do cần khống chế chặt chẽ thành phần thấm lò Thiết bị thấm dắt tiền III Các phương pháp thấm khác a Thấm Nitơ - Thấm nitơ phương pháp hoá nhiệt luyện làm bão hoà nitơ vào bề mặt thép nhằm mục đích nâng cao độ cứng tính chống mài mòn Ngoài chống ăn mòn, tạo ứng suất nén dư bề mặt nên nâng cao giới hạn mỏi - Thấm nitơ áp dụng cho chi tiết cần độ cứng tính chống mài mòn cao, làm việc nhiệt độ tới 500 - 600 0C, song chịu tải trọng không lớn số chi tiết trục, bánh răng… b Thấm Bo: Lớp thấm Bo có độ cứng cao tới 1300 - 1500HB Tính chống mài mòn đặc biệt cao, ổn định, có tính chống ăn mòn môi trường khác song phương pháp lại khó thực c Thấm Crôm: Lớp thấm Crôm cứng, có tính chống mài mòn, chống ăn mòn cao Ứng dụng cho khuôn dập, chi tiết chống ăn mòn d Thấm nhôm: Lớp thấm nhôm không cứng chống ôxi hoá tốt nhiệt độ cao Được áp dụng cho động phản lực, ghi lò, hộp nung… e Thấm Silic: Làm tăng độ cứng, tính chống mài mòn chống ăn mòn môi trường axit f Thấm Xianua: Là phương pháp bão hoà đồng thời C N vào bề mặt the4ps để nâng cao độ cứng tính chống mài mòn ` 43 CÂU HỎI ÔN TẬP Nêu khái niệm nhiệt luyện ? Nêu khái niệm hóa nhiệt luyện ? ` 44 Ch¬ng 7: VËt liÖu phi kim lo¹i A.Mục tiêu: Sau học xong chương người học có khả năng: - Phân biệt loại vật liệu phi kim loại, tính chất, thành phần - Biết phạm vi ứng dụng loại vật liệu Bài 1: Chất dẻo Gỗ I Chất dẻo Khái niệm Chất dẻo vật liệu dùng để sản xuất hàng loạt sản phẩm có hình dạng, kích thước khuôn ép quy định Chất dẻo sử dụng ngày rộng rãi ngành công nghiệp sinh hoạt người làm bao bì bảo quản, chi tiết máy ngành khí, ngành điện, điện tử… Chất dẻo cấu tạo hai thành phần chất dính kết chất độn - Chất độn thường dạng bột, dạng sơ, dạng chúng góp phần làm giảm đáng kể giá thành vật liệu, làm tăng tính có nhược điểm làm tăng độ hút ẩm, giảm tính cách điện - Chất dính kết thường hợp chất hữu cơ, chất dính kết định đặc điểm công nghệ chế tạo sản phẩm chất dẻo Phân loại chất dẻo Theo tính chất liên kết chất dẻo chia thành: - Chất dẻo nhiệt rắn: Khi đốt nóng tính chảy mềm, không hoà tan - Chất dẻo nhiệt dẻo: Có cấu trúc mạch thẳng mạch nhánh Các chất dẻo nhiệt dẻo thường sử dụng là: + Chất dẻo có độ dẻo cao PP, PE dùng làm bao gói sản phẩm, làm chai, lọ mềm + Chất dẻo có độ suốt PMA, PS… thường dùng làm kính máy bay, dụng cụ đo lường + Chất dẻo PVC dùng rộng rãi để chế tạo ống, bọc dây điện, cáp điện Loại bền xăng hoá chất ` 45 - Các loại keo dán: Có độ bám dính tốt dùng để gắn kết vật liệu dán kim loại, da, giấy… Ưu, nhược điểm chất dẻo a Ưu điểm - Khối lượng riêng nhỏ - Độ bền hoá học tốt - Cách điện, cách âm tốt - Tính bám dính tốt - Dễ dàng gia công b Nhược điểm - Không dẫn điện, dẫn nhiệt - Khả chịu nhiệt không bị lão hoá II Gỗ Gỗ nguyên liệu dùng nhiều lĩnh vực công nghiệp xây dựng, giao thông, chế tạo máy tiêu dùng Cấu tạo thân gỗ Thân gỗ có cấu tạo gồm vỏ cây, lớp hình thành phát triển gỗ vỏ mới, phần gỗ, vòng năm ( biểu thị gỗ năm, tức năm gỗ thêm vòng tròn), tia gỗ xuất phát từ tuỷ gỗ lan phía, mạch gỗ, tuỷ gỗ (còn gọi lõi, ruột cây) Có thể nói, gỗ cấu tạo tế bào liên kết Phần lớn tế bào gỗ xếp thành chuỗi dọc theo thân cây, hợp thành thớ gỗ Tính chất chung gỗ a Tính chất lý học - Gỗ có tính hút ẩm, gỗ hút ẩm làm thay đổi kích thước, thể tích ( bị trương nở) - Gỗ có tính hút nước thẩm thấu nước - Có tính co rút giãn nở: Gỗ khô hút nước từ độ ẩm 0% đến bão hoà, gỗ giãn nở tối đa - Tính dẫn điện dẫn nhiệt: Khi tỷ trọng gỗ cao, độ ẩm lớn tính dẫn nhiệt mạnh Gỗ dẫn nhiệt theo dọc thớ gấp - 2,5 lần theo chiều ngang thớ Khi gỗ hoàn toàn khô trở thành vật liệu cách điện Để tăng độ cách điện người ta tẩm gỗ dung dịch prafin loại keo nhân tạo b Tính chất học ` 46 Do đặc điểm gỗ có cấu tạo không đồng theo chiều, nên nhìn chung gỗ có khối lượng riêng lớn, khả chịu lực lớn Cường độ chịu lực theo dọc thớ lớn Gỗ chịu kéo tốt chịu uốn tĩnh, nén dọc cắt dọc Ưu, nhược điểm gỗ a Ưu điểm - Gỗ nhẹ chắc, vật liệu thiên nhiên dễ kiếm, chuyên chở thuận tiện, gia công dễ dàng, dễ lắp ghép - Sức chịu đựng gỗ cao, sức chịu nén cao gạch bê tông - Cách điện tốt b Nhược điểm - Gỗ cấu tạo không đồng nhất, dễ hút ẩm, đễ cháy - Gỗ có nhiều khuyết tật tự nhiên mắt gỗ, nứt, cong vênh - Gỗ dễ bị mục, dễ bị mối mọt ` 47 Bài 2: COMPOZIT I Khái niệm: Định nghĩa: Vật liệu Compozit vật liệu tổ hợp từ hai hay nhiều vật liệu có chất khác Vật liệu tạo thành có đặc tính trội vật liệu thành phần Đặc tính chung - Compozit thường có hai pha: Pha liên tục toàn khối kết cấu gọi nền, pha phân bố gián đoạn đựơc bao bọc gọi cốt hay vật liệu tăng cường + Nền pha liên tục, đóng vai trò liên kết toàn phần tử cốt tạo thành khối thống hình thành sản phẩm theo thiết kế đồng thời che, phủ, bảo vệ cốt khỏi phá huỷ môi trường bên Các loại thường dùng là: Nền chất dẻo, kim loại, gốm + Cốt pha không liên tục Compozit, đóng vai trò tạo nên độ bền, độ đàn hồi độ cứng cho Compozit Các loại cốt thường dùng cốt chất vô cơ, cốt hữu cơ, cốt sợi kim loại Hình 7.1 Vật liệu Compozit - Cơ tính vật liệu compozit phụ thuộc vào: + Cơ tính vật liệu thành phần + Luật phân bố hình học vật liệu cốt + Tác dụng tương hỗ vật liệu thành phần - Đặc trưng hình học vật liệu cốt xác định hình dạng, kích thước, độ tập trung phương phân bố… + Khi vật liệu cốt lòng vật liệu compozit phân bố theo thể tích ta đựơc vật liệu đồng ` 48 + Khi vật liệu cốt lòng vật liệu compozit phân bố không compozit bị phá huỷ nơi tập trung vật liệu cốt trước làm cho độ bền vật liệu bị giảm - Với vật liệu compozit cốt sợi phương sợi định tính dị hướng vật liệu II Phân loại Phân loại theo hình dạng vật liệu thành phần a Vật liệu compozit cốt sợi Khi vật liệu cốt sợi ta có vật liệu compozit cốt sợi, sợi sử dụng liên tục gián đoạn việc tạo vật liệu dị hướng theo ý muốn ta làm đựơc có khả tạo vật liệu có tính khác ta ý tới: - Bản chất vật liệu thành phần, - Tỷ lệ vật liệu tham gia, - Phương sợi Đặc điểm vật liệu compozit cốt sợi phần tử cốt hạt thường cứng b Vật liệu compozit cốt hạt Khi vật liệu có dạng hạt, hạt khác sợi chỗ kích thước ưu tiên hạt dùng để cải thiện số tính vật liệu tăng khả chịu nhiệt, chịu mòn, giảm co ngót… Có trường hợp sử dụng để làm giảm giá thành sản phẩm mà không thay đổi tính vật liệu Phân loại theo chất vật liệu thành phần a Compozit hữu cơ: Gồm nhựa, hạt vật liệu cốt dạng: - Sợi hữu cơ: Gồm Polyamit, Kevlar… - Sợi khoáng: Thuỷ tinh, cacbon… - Sợi kim loại: Bo, nhôm… b Compozit kim loại với vật liệu cốt dạng: - Sợi kim loại: Bo - Sợi khoáng: Cacbon, SiC c Compozit khoáng với vật liệu cốt dạng: - Sợi kim loại: Bo, - Hạt kim loại: Chất gốm kim, - Hạt gốm: Cacbua, nitơ… III Ứng dụng vật liệu COMPOZIT Ứng dụng công nghiệp chế tạo ôtô ` 49 Vật liệu compozit sử dụng ngành chế tạo ôtô đem lại kết tốt là: - Giảm trọng lượng, tiết kiệm nhiên liệu, chịu ăn mòn tốt - Tăng độ bền chi tiết, giảm chi phí sản suất - Giảm độ ồn, rung động, thay đổi sử dụng tiện nghi dễ dàng - Giảm nguy hiểm cho người xảy tai nạn - Giảm vốn đầu tư cho thiết bị sản suất Trong ngành chế tạo công nghiệp nhẹ Hàng loạt bánh răng, truyền động, trục vít, bánh vít… làm vật liệu compozit thay cho vật liệu kim loại Vật liệu compozit đáp ứng yêu cầu mà chế độ làm việc đòi hỏi như: - Không hoà tan, không trương nở, không chứa cấu tử có khả tác dụng với xăng, hoá chất, dung môi… - Có độ bền độ cứng thích hợp - Có khả tự bôi trơn để giảm ma sát - Độ chịu mài mòn cao, không gây cào xước bề mặt trục quay Trong đóng tàu, thuyền Vật liệu Compozit sử dụng làm vật liệu kết cấu, đựơc phối hợp nhiều tính chất đặc biệt độ bền riêng lớn, tuổi thọ cao, bền môi trường axit nước biển Đơn giản sử dụng, sửa chữa, cách điện, dẫn nhiệt thấp so với kim loại Ngoài độ bền dẻo loại vật liệu lưu ý sử dụng kết cấu mà kim loại thông thường Cho đến vật liệu compozit sử dụng vào đóng tàu ngầm Quân sự, tàu hàng với kết cấu đa dạng: Thành tàu, cột buồm, phao, thùng chứa… Đặc biệt xuồng cứu sinh chế tạo từ nhựa compozit không no phủ lớp chất chống cháy ưu tuyệt đối không loại vật liệu sánh kịp Trong công nghiệp chế tạo máy bay tàu vũ trụ Với ưu tỷ trọng nhẹ nên sử dụng lĩnh vực làm giảm trọng lượng kết cấu, tăng khối lượng vận chuyển, giảm tiêu hao nhiên liệu Trong công nghiệp điện - điện hoá Vật liệu compozit có khả nhiễm từ, khó cháy, không dẫn điện ứng dụng chế tạo vật liệu điện ` 50 CÂU HỎI ÔN TẬP Nêu khái niệm vật liệu phi kim loại ? Phân loại vật liệu phi kim loại ứng dụng chúng ? ` 51 [...]... gang A.Mục tiêu bài học: Sau khi học xong bài học này người học có khả năng: - Phân biệt được các loại gang, tính chất, thành phần của các nguyên tố có trong gang - Giải thích được các kí hiệu gang theo tiêu chuẩn Việt nam và theo ISO - Biết được phạm vi ứng dụng của từng loại gang I Khái niệm: 1 Định nghĩa Gang là hợp kim Fe – C có hàm lượng C lớn hơn 2,14% và nhỏ hơn 6,67% Trong thành phần của gang... hỏi hình dạng phức tạp bằng phương pháp đúc, chi tiết có thành mỏng và nguội nhanh - Gang dẻo thường có giá thành cao vì khó đúc và thời gian ủ lâu CÂU HỎI ÔN TẬP 1 Nêu khái niệm gang, 2 Phân loại và phạm vi ứng dụng ? ` 15 Ch¬ng 4: thÐp A.Mục tiêu: Sau khi học xong chương này người học có khả năng: - Phân biệt được các loại thép, tính chất, thành phần của các nguyên tố có trong thép - Giải thích được... xây dựng được cung cấp dưới dạng bán thành phẩm như tấm, thanh, dây, chữ I, L, O … ở trạng thái thường hóa không qua nhiệt luyện Người ta phân thép xây dựng ra làm 3 nhóm A, B, C để dễ dàng lựa chọn thép khi sử dụng: + Nhóm A đánh giá về cơ tính như độ bền, độ dẻo, độ cứng… + Nhóm B đặc trưng về thành phần hóa học + Nhóm C đặc trưng cả về cơ tính và thành phần hóa học - Kí hiệu: Theo TCVN kí hiệu thép... cắt gọt, tạo hình, tính hàn tốt, khi nhiệt luyện đạt được cơ tính theo yêu cầu + Tính kinh tế: Giá thành rẻ, được sử dụng nhiều trong sản xuất - Kí hiệu: Theo TCVN thép hợp kim được kí hiệu bằng một hệ thống chữ và số Phần chữ là kí hiệu nguyên tố hợp kim bằng chính kí hiệu hoá học của nguyên tố đó, phần số là kí hiệu thành phần cacbon và nguyên tố hợp kim - số ở đầu kí hiệu thành phần cacbon trung... TCVN thép bền nóng có kí hiệu tương tự các loại thép trên ` 24 Bài 3: Hợp kim cứng I Khái niệm Hợp kim cứng là loại vật liệu điển hình với độ cứng, độ chịu nhiệt rất cao khoảng 800 - 10000C Thành phần chủ yếu của hợp kim cứng là Cacbit Vonfram (WC), Cacbit Titan (TiC) và một lượng nhỏ Coban (Co) làm chất dính kết II Phân loại Có thể chia thành 3 nhóm: - Nhóm một Cacbit: Gồm có WC và Co Ví dụ: WC2, WC3,... lo¹i vµ hîp kim A.Mục tiêu: Sau khi học xong chương này người học có khả năng: - Phân biệt được các loại kim loại mau, tính chất, thành phần của nó - Giải thích được các kí hiệu kim loại màu theo tiêu chuẩn Việt nam, ASTM hoặc theo ISO - Biết được phạm vi ứng dụng của kim loại màu Bài 1: Khái niệm và tính chất I Khái niệm: Người ta quy ước chia các kim loại và hợp kim thành hai nhóm - Nhóm thứ nhất là... người ta sử dụng hợp kim nhôm có thành phần Si cao và lượng Cu, Mg thấp b Hợp kim nhôm gia công bằng áp lực Loại hợp kim này rất dễ biến dạng dẻo, thành phần gồm có Al, Cu và có thể có thêm nguyên tố Mg trong thành phần của nó - Nếu thành phần của nhôm chỉ có nhôm và khoảng 4%Cu thì có độ cứng và độ bền thấp Để tăng bền có thể nung nóng hợp kim tới khoảng 5200C ` 34 - Nếu thành phần của hợp kim có thêm... bền cơ học, độ bền hoá học, độ dẻo dai tốt, chịu nóng và là chất bắt từ - Tính chất vật lí của niken: + Khối lượng riêng ở 200C là 8,9(g/cm3) + Nhiệt độ nóng chảy: Ở 14550C làm nóng chảy 99,94%Ni + Nhiệt độ sôi là 33770C + Hệ số dẫn nhiệt ở 00 - 1000C là 0,14 cal/cm.s.0C + Điện trở suất với niken cứng là 0,0092 Ω.mm2 /m - Ứng dụng: Niken được dùng để chế tạo dây niken, các tấm niken, các bán thành phẩm... dạng và hợp kim đúc b.Theo thành phần hoá học: Các hợp kim đồng được chia làm đồng thanh và đồng thau * Đồng thau: Đồng thau là hợp kim của đồng và kẽm, trong đó thành phần kẽm không vượt quá 45% Đồng thau được chia làm hai loại là đồng thau đơn giản và đồng thau phức tạp - Đồng thau đơn giản: Là hợp kim chủ yếu có hai nguyên tố là đồng và kẽm + Nếu trong đồng thau có chứa thành phần kẽm khoảng Zn 39% thì có độ bền, độ cứng cao nhưng độ dẻo lại thấp hơn loại có chứa Zn < 39% - Đồng thau phức tạp: Là hợp kim nhiều nguyên, ngoài hai nguyên tố đồng và kẽm thành phần của nó còn có các