BÀI GIẢNG VẬT LIỆU HỌC CƠ KHÍ

MÔN VẬT LIỆU HỌC CƠ KHÍCHƯƠNG 1: CẤU TRÚC TINH THỂ VÀ SỰ HÌNH THÀNH CHƯƠNG 2: BIẾN DẠNG DẺO VÀ CƠ TÍNH CHƯƠNG 3: HỢP KIM VÀ GIẢN ĐỒ PHA CHƯƠNG 4: NHIỆT LUYỆN THÉP CHƯƠNG 5: THÉP VÀ GANG

Trang 1

MÔN VẬT LIỆU HỌC CƠ KHÍ

CHƯƠNG 1: CẤU TRÚC TINH THỂ VÀ SỰ HÌNH THÀNH

CHƯƠNG 2: BIẾN DẠNG DẺO VÀ CƠ TÍNH

CHƯƠNG 3: HỢP KIM VÀ GIẢN ĐỒ PHA

CHƯƠNG 4: NHIỆT LUYỆN THÉP

CHƯƠNG 5: THÉP VÀ GANG

CHƯƠNG 6: HỢP KIM MÀU VÀ BỘT

CHƯƠNG 7: VẬT LIỆU VÔ CƠ – CERAMIC

CHƯƠNG 8: VẬT LIỆU POLYME

CHƯƠNG 9: VẬT LIỆU COMPOZIT

1

Trang 2

CHƯƠNG 1: CẤU TẠO KIM LOẠI VÀ HỢP KIM

NỘI DUNG CƠ BẢN “CHƯƠNG 1” CẦN NẮM VỮNG

- Mô tả mạng (A2), (A1), (A3), ?

Trang 3

1.1 Cấu tạo mạng tinh thể của kim loại nguyên chất(TH TNC)

1.1.1 Các đặc tính của kim loại

a Định nghĩa kim loại

KL là vật thể sáng, có độ dẻo cao nên có tính gia công tạo

hình bằng biến dạng tốt (rèn, dập, cán, kéo ), có tính dẫn

điện và dẫn nhiệt tốt.

b Cấu tạo nguyên tử kim loại

Proton(P), Notron(N), electoron(e)

c Phân loại kim loại

- KL đen: Thép và gang

- KL màu: Au, Ag, Al, Cu, Zn

Trang 4

1.1 Cấu tạo mạng tinh thể của kim loại nguyên chất(TH TNC)

1.1.2 Các dạng liên kết nguyên tử

a Liên kết cộng hóa trị

Trang 5

Trang 6

Trang 7

Trang 8

1 2 Sắp xếp nguyên tử trong vật chất(TH-TNC)

1.2.1 Trật tự không hoàn toàn – chất khí

Trong chất khí, nguyên tử sắp xếp hỗn loạn, không có trật tự Khoảng cách nguyên tử không cố định mà nó phụ

thuộc vào thể tích của bình chứa

1.2.2 Trật tự lý tưởng – chất rắn tinh thể

Trong chất rắn tinh thể mỗi nguyên tử có vị trí hoàn toàn xác định với các nguyên tử bên cạnh hay ở gần - trật tự gần, và

cả với những nguyên tử khác ở xa hơn - trật tự xa

H 1.1 Cấu trúc mạng tinh thể lập phương (đơn giản).

- Do có sắp xếp trật tự nên chất rắn tinh thể có cấu trúc tinh

thể được xác định bằng kiểu mạng tinh thể,

Trang 9

1.2.3 Chất lỏng, chất rắn vô định hình và tinh thể

a Chất lỏng:

Chất lỏng có cấu trúc giống tinh thể chất rắn là các nguyên tử có xu hướng tiếp xúc nhau trong những nhóm nhỏ

của một không gian hình cầu cỡ 0,25nm nên không chịu nén Nguyên tử sắp xếp có trật tự nhưng không ổn định, dễ bị

phá vỡ bởi dao động nhiệt và dễ hình thành với các nguyên tử khác

b Chất rắn vô định hình

Mộ số chất ở trạng thái lỏng có độ sệt cao các nguyên tử không có đủ độ linh hoạt để sắp xếp lại theo chuyển pha lỏng -

rắn, chất rắn tạo thành không có cấu trúc tinh thể - Chất rắn vô định hình VD SiO2

c Chất rắn vi tinh thể

Khi làm nguội rất nhanh từ trạng thái Lỏng – rắn ( ∼ 10000C)thu được cấu trúc tinh thể hạt rât nhỏ cỡ nm

Trang 10

1.3 Khái niệm về mạng tinh thể

1.3.1 tính đối xứng

Trong mạng tinh thể bao giờ cũng mạng tính đối xứng( trục, tâm, mặt đối

xứng)

1.3.2 Ô cơ sở

Được xây dựng trên ba vectơ đơn vị a, b, c tương ứng với ba trục toạ độ

Ox, Oy, Oz đặt trên ba cạnh của ô như H1.2

Mô đun của ba vectơ đó a, b, c là kích thước của ô cơ sở còn gọi là

hằng số mạng hay thông số mạng, vì chúng đặc trưng cho từng nguyên tố hoá

học hay đơn chất Các góc α, β, γ hợp bởi các vectơ đơn vị

Chỉ số phương: Đường chéo [111], [110], [100]

Chỉ số miller của mặt tinh thể:

Mặt tinh thể là Mp được tạo nên bởi ít nhất 3 nút mạng, có thể coi tinh

thể gồm các mặt tinh thể giống nhau, song song với nhau và cách đều nhau Ký

hiệu bằng chỉ số (h, k, i)

Trang 11

1.3.3 Mật độ nguyên tử:

+ Mật độ Sắp xếp Ml = l / L; Ms = s / S; Mv = v / V;

Với; l, s, v lần lượt là chiều dài, diện tích, thể tích bị nguyên tử (ion)chiếm chỗ,

L, S, V lần lượt là tổng chiều dài, diện tích, thể tích đem xét

+ Số sắp xếp: Số sắp xếp (còn gọi là số phối trí hoặc số toạ độ) là số lượng nguyên tử cách đều gần nhất một nguyên tử đã cho Số sắp xếp càng

lớn chứng tỏ mạng tinh thể càng dày đặc

+ Lỗ hổng: Lỗ hổng là không gian trống bị giới hạn bởi hình khối nhiều mặt mà mỗi đỉnh khối là tâm nguyên tử, ion nút mạng Kích thước lỗ hỏng được đánh giá bằng đường kính hay bán kính của quả cầu lớn nhất có thể đặt lọt vào không gian trống đó Hình dạng, kích thước lỗ hổng phụ thuộc vào cấu trúc (kiểu) mạng Kích thước lỗ hỏng đóng vai trò quyết định cho phép các nguyên tử khác loại hoà trộn vào, đặc biệt là á kim vào KL.

Trang 12

1.4 Cấu trúc tinh thể điển hình của chất rắn

1.4.1 Cấu trúc tinh thể của chất rắn với liên kết kim loại

Chú ý: với mạng chính phương

tâm khối A2 thì các cạnh ô cơ

sở a=b≠c, đó là kiểu mạng của mactenxit khi tôi (chương 4)

Trang 13

Trang 14

Trang 15

Trang 16

Trang 17

Trang 18

Chú ý:

- Nếu c/a =1,57-1,64 xếp chặt

- Nếu ngoài khoảng trên là không xếp chặt

Trang 19

Trang 20

1.4.2 Dạng thù hình

Trang 21

Trang 22

1.5 Sai lệch mạng tinh thể (Tự học - tự NC)

1.5.1 Sai lệch điểm

Trang 23

Trang 24

Trang 25

Trang 26

Trang 27

1.6 Đơn tinh thể và đa tinh thể

1.6.1 Đơn tinh thể

(Tự học –Tự nghiên cứu)

Trang 28

Trang 29

1.6.2 Đa tinh thể

Trang 30

Trang 31

Trang 32

Trang 33

Trang 34

Trang 35

Trang 36

Trang 37

Trang 38

Trang 39

Trang 40

- Khi khuôn được làm nguội mãnh liệt vùng 2 sẽ

Trang 41

NỘI DUNG CHÍNH:

+ Biểu đồ tải trọng - biến dạng, giải thích biến dạng đàn hồi, biến dạng dẻo và phá huỷ?

+ Đặc trưng cơ tính về độ bền (tĩnh) của vật liệu (khái niệm, các chỉ tiêu, các biện pháp hoá bền vật liệu)?

+ Đặc trưng cơ tính về độ cứng của vật liệu (đặc điểm, các thang đo độ cứng) ?

Trang 42

Trang 43

Trang 44

Trang 45

- Khi tải trọng đặt vào nhỏ, F < Fđh, độ biến dạng (biểu thị độ giãn dài Δl) tỷ lệ bậc nhất với tải trọng, khi bỏ tải trọng biến dạng mất đi - đó là

biến dạng đàn hồi.

- Khi tải trọng đặt vào lớn, F > Fđh, độ biến dạng tăng nhanh theo tải trọng, khi bỏ tải trọng biến dạng không bị mất đi mà vẫn còn lại một

phần - đó là biến dạng dẻo.

- Nếu tiếp tục tăng tải trọng đến giá trị cao nhất Fb, lúc

đó trong KL xảy ra biến dạng cục bộ (hình thành cổ

thắt), tải trọng tác dụng giảm đi mà biến dạng vẫn tăng

(cổ thắt hẹp lại) dẫn đến đứt và phá huỷ ở điểm c.

Trang 46

Đk: - các mặt nguyên tử này phải có mật độ nguyên tử lớn nhất

(hay khoảng cách nguyên tử nhỏ nhất) và nhờ đó có liên kết

vững chắc nhất

đ/n:- Trượt là sự chuyển dời tương đối giữa các phần của tinh

thể theo những mặt và phương nhất định gọi là mặt và

phương trượt

- Khoảng cách giữa hai mặt có mật độ nguyên tử lớn nhất này cũng là lớn nhất (do mật độ khối không thay đổi) do đó

có liên kết yếu nhất, dễ bị đứt, vì thế hai mặt này dễ dịch chuyển đi với nhau.

Trang 47

- Vậy mặt trượt là mặt (tưởng tượng) phân cáchgiữa hai mặt nguyên tử dày đặc nhất mà theo đó sự trượt xảy ra.

Trang 48

Trang 49

Trang 50

Trang 51

Trang 52

Trang 53

Trang 54

Trang 55

Trang 56

Trang 57

Trang 58

Trang 59

Trang 60

Trang 61

Trang 62

Trang 63

Trang 64

Trang 65

Trang 66

2.2.3 Độ dai va đập

Trang 67

Trang 68

Trang 69

2.2.4 Độ cứng (Tự học –Tự nghiên cứu)

Trang 70

Trang 71

Trang 72

Trang 73

Trang 74

Trang 75

Trang 76

Trang 77

Trang 78

Trang 79

Trang 80

Trang 81

Trang 82

Trang 83

CHƯƠNG 3: HỢP KIM & GIẢN ĐỒ PHA

83

Trang 84

84

1 Tăn độ bền, độ cứng để chịu tải cao: tuy nhiên thường làm giảm độ dẻo

gây ra giòn song vẫn còn đủ tốt khi sử dụng(HK có thể tạo hình bằng biến

dạng dẻo, đúc; HK có tính gia công cắt cho độ nhẵn bóng, chính xác nhất

định; nhiều HK nhạy cảm với nhiệt luyện: VF thép

2 Tính công nghệ đa dạng và thích hợp:

3 Nhiều trường hợp luyện hợp kim đơn giản và giá rẻ hơn: VF luyện HK Fe-C

, pha Zn vào Cu

Trang 85

85

Trang 86

• Trạng thái cân bằng(ổn định): khi các pha của nó đều có năng lượng tự do nhỏ nhất trong các điều kiện về nhiệt độ, áp suất và thành phần xác định, phụ thuộc vào năng lượng dự trữ của hệ cũng như sự sắp xếp các nguyên tử, phân tử Ttrong các điều kiện cấu trúc, tính chất của hệ không thay đổi, nó cứ tồn tại mại như vậy

• Trạng thái không cân bằng(không ổn định): khi thay đôi nhiệt độ, áp suất và thành phần xác định -> tăng năng lượng tự do -> hệ không cân bằng, lúc đó hệ chuyển dnag hệ cân bằng mới có NL tự do cao hơn -> chuyển biến pha Dùng để tạo ra vật liệu có độ bền, cứng cao Nó được hình thành với Vng cao, nhiều Hk đặc biệt là thép sử dụng(làm việc ở trạng thái này)

• Trạng thái giả ổn định: Trạng thái này cân bằng hay ổn định tuyệt đối chỉ tồn tại trên lý thuyết, đồi hỏi làm nguội

vô cùng chậm ở mức khó xảy ra, ngay cả khi nung nóng trong phạm vi nào đó

86

Trang 87

87

Trang 88

88

Trang 89

89

Trang 90

90

Trang 91

91

Trang 92

92

Trang 93

93

Trang 94

94

Trang 95

95

Trang 96

96

Trang 97

97

Trang 98

98

Trang 99

99

Trang 100

100

Trang 101

101

Trang 102

102

Trang 103

103

Trang 104

104

Trang 105

105

Trang 106

106

Trang 107

107

Trang 108

108

Trang 109

Trang 110

Trang 111

Trang 112

Trang 113

Trang 114

Trang 115

Trang 116

Trang 117

Trang 118

Trang 119

H 3.2 Giản đồ đường cong hình chữ “C” của thép cùng tích

Trang 120

Trang 121

Trang 122

Trang 123

Trang 124

Trang 125

Trang 126

4.2.5.

Trang 127

4.2.5.

Trang 128

4.2.5.

Trang 129

Có nhiều phương pháp ủ mà mỗi phương pháp chỉ đạt được một, hai hay ba trong số năm mục đích sau:

1) Giảm độ cứng thép để dễ gia công cắt

2) Tăng độ dẻo để dễ biến dạng (dập, cán, kéo) nguội

3) Làm giảm hay làm mất ứng suất bên trong gây nên bởi gia công cắt, đúc, hàn, biến dạng dẻo

4) Làm đồng đều thành phần hoá học trên vật đúc bị thiên tích

5) Làm nhỏ hạt thép

Theo chuyển biến peclit → austenit xảy ra khi nung nóng, chia ra hai nhóm ủ: có và không có chuyển biến pha

Trang 130

b Các phương pháp ủ không có chuyển biến pha

Trang 131

c Các phương pháp ủ có chuyển biến pha

Ủ hoàn toàn

Áp dụng cho thép trước cùng tích với cacbon khoảng 0,30 ữ 0,65% với đặc điểm nung nóng thép tới trạng hoàn toàn là austenit, tức > Ac3: T0ủ = Ac3 + (20 ữ

300C).Mục đích:- Làm nhỏ hạt:

Làm giảm độ cứng và tăng độ dẻo để dễ cắt gọt dập nguội

Ủ không hoàn toàn

Áp dụng cho thép dụng cụ có thành phần cacbon cao ≥ 0,70% (các thép cùng tích, sau cùng tích và thép trước cùng tích với 0,70%C) Đặc điểm là nung thép tới trạng thái không hoàn toàn là austenit tức > Ac1 nhưng < Accm: T0ủ = Ac1 + (20 ữ 30 0C) = 750 ữ 760 0C.

Ủ cầu hóa

Là dạng đặc biệt của ủ không hoàn toàn, nhiệt độ nung dao động tuần hoàn trên dưới Ac1: nung lên 750 ữ 760 0C giữ nhiệt khoảng 5 phút làm nguội xuống 650 ữ 660 0C giữ nhiệt khoảng 5 phút , lặp đi lặp lại nhiều lần nó sẽ xúc tiến nhanh quá trình cầu hoá xêmentit để tạo thành peclit hạt.

Trang 132

Ủ đẳng nhiệt Đối với thép HK cao do austenit quá nguội có tính ổn định quá lớn (đường cong chữ “C” dịch sang phải rất mạnh), nên dù làm nguội chậm cùng lò cũng không đạt được tổ chức peclit mà ra các tổ chức cứng hơn peclit - xoocbit, xoocbit, xoocbit - trôxtit nên thép không đủ mềm để dễ gia công cắt Muốn vậy để nhận được tổ chức peclit, ta làm nguội đẳng nhiệt ở nhiệt độ < Ac1, ở nhiệt độ khoảng 500C trong thời gian nhất định.

Áp dụng: cho thép HK cao để rút ngắn thời gian ủ.

Ủ khuếch tán Là phương pháp nung nóng thép lên đến nhiệt độ rất cao 1100 – 11500C trong nhiều giờ (10 - 15 giờ) để làm tăng khả năng khuếch tán, làm đều thành phần hoá học giữa các vùng trong bản thân mỗi hạt Áp dụng: cho thép HK cao khi bị đúc thiên tích phải làm đều thành phần Tuy nhiên sau khi ủ xong hạt rất to nên sau đó phải đưa đi cán nóng hoặc ủ lại theo một trong ba phương pháp trên.

Trang 133

3.3.2 Thường hoá thép

a Định nghĩa

Nhiệt độ: giống như ủ hoàn toàn nhưng được áp dụng cho cả thép sau cùng tích: T0th = Acm + (30 − 500C) cho thép trước cùng tích T0th = Accm + (30 − 500C) cho thép sau cùng tích - Tốc độ nguội: nhanh hơn đôi chút, trong không khí tĩnh - đây là cách làm nguội thông thường, đơn giản nhất nên có tên là thường hoá - Tổ chức và cơ tính: tổ chức đạt được gần cân bằng với độ cứng cao hơn ủ đôi chút

b Mục đích và lĩnh vực áp dụng

Mục đích gần giống với ủ, thường nhằm vào ba mục đích sau

1) Đạt độ cứng thích hợp để gia công cắt cho thép cacbon thấp (≤ 0,25%)

2) Làm nhỏ xêmentit chuẩn bị cho nhiệt luyện kết thúc

3) Làm mất lưới xêmentit II của thép sau cùng tích

Trang 134

2) Nâng cao độ bền và sức chịu tải của chi tiết máy

Tuy nhiên nếu cacbon quá thấp ≤ 0,10% hiệu quả tăng độ bền thấp, còn ≥ 0,65% thì lại có tính giòn cao nên khó tăng độ bền được Vậy để đạt độ bền cao mà không bị giòn thường dùng thép 0,15 ữ 0,65% qua tôi + ram

Sau khi tôi kết hợp với ram ở nhiệt độ cao hơn tuy độ cứng, tính chống mài mòn giảm đi, song do mất hoàn toàn ứng suất bên trong và đạt hỗn hợp F - Xê hạt ở các độ phân tán khác nhau sẽ đạt được các kết hợp cơ tính khác nhau: giới hạn bền, giới hạn đàn hồi cao đến giới hạn chảy cao cùng với độ dẻo, dai thích hợp với điều kiện làm việc khác nhau của chi tiết máy.

Định dạng
Số trang	231
Dung lượng	29,96 MB