bai giang vat lieu co khi

GIÁO TRÌNH MƠN HỌC: VẬT LIỆU CƠ KHÍ TRÌNH ĐỘ: TRUNG CẤP, CAO ĐẲNG MỤC LỤC MỤC LỤC Cấu tạo liên kết nguyên tử 11 1.1.Khái niệm cấu tạo nguyên tử 11 1.2.Các dạng liên kết nguyên tử chất rắn .11 2.Sắp xếp nguyên tử vật chất: .13 2.1.Chất khí: 13 2.2.Chất rắn tinh thể: 13 2.3.Chất lỏng, chất rắn vô định hình vi tinh thể: 14 3.Khái niệm mạng tinh thể .15 3.1.Tính đối xứng 16 3.2.Ô sở- ký hiệu phương, mặt 17 3.3.Mật độ nguyên tử 18 4.Cấu trúc tinh thể điển hình chất rắn 18 4.1.Chất rắn có liên kết kim loại 18 4.2.Chất rắn có liên kết đồng hố trị .21 4.3.Chất rắn có liên kết ion 22 4.4.Cấu trúc polyme .22 4.5.Dạng thù hình 22 5.Đơn tinh thể đa tinh thể 23 5.1.Đơn tinh thể 23 5.2.Đa tinh thể 23 5.3.Textua .24 6.Sự kết tinh hình thành tổ chức kim loại 25 6.1.Điều kiện xảy kết tinh 25 6.2.Hai trình kết tinh 26 6.3 Sự hình thành 28 Chương 32 HỢP KIM VÀ BIẾN ĐỔI TỔ CHỨC 32 1.Cấu trúc tinh thể hợp kim 32 1.1.Khái niệm hợp kim 32 1.2.Dung dịch rắn 32 1.3.Pha trung gian 35 2.Giản đồ pha hệ hai cấu tử 36 2.1.Quy tắc pha ứng dụng 36 2.3.Giản đồ pha loại I: 37 2.4.Giản đồ pha loại II 38 2.5.Giản đồ pha loại III 38 2.6.Giản đồ pha loại IV 40 2.7.Quan hệ dạng giản đồ pha tính chất hợp kim .40 3.Giản đồ pha Fe - C (Fe - Fe3C) 42 3.1.Tương tác Fe - C .42 3.2.Giản đồ pha Fe- C (Fe- Fe3C) tổ chức 43 3.3.Phân loại 46 Chương 48 NHIỆT LUYỆN 49 Khái niệm nhiệt luyện thép 49 1.1.Sơ lược nhiệt luyện 49 1.2.Ý nghĩa nhiệt luyện 51 2.Các tổ chức đạt nung nóng làm nguội thép 51 2.1.Các chuyển biến xảy nhiệt luyện 51 2.2.Các chuyển biến xảy nung 51 2.3.Các chuyển biến xảy làm nguội 53 3.Ủ thường hoá thép 57 3.1.Ủ thép .57 3.2.Thường hoá thép .58 4.Tôi thép .59 4.1.Định nghĩa mục đích: 59 4.2.Chọn nhiệt độ thép 61 4.3.Tốc độ tới hạn độ thấm 61 4.4.Các phương pháp tơi thể tích công dụng 64 5.Ram thép 67 5.1.Mục đích – ý nghĩa 67 5.2.Các phương pháp ram .68 6.Các khuyết tật xảy nhiệt luyện thép 69 6.1.Biến dạng nứt .69 6.2.Ơxy hóa cacbon 70 6.3.Độ cứng không đạt 71 6.4.Tính giòn cao 71 Chương 72 VẬT LIỆU KIM LOẠI 73 Thép Cácbon .73 1.1.Khái niệm thép cácbon 73 1.2.Phân loại thép cacbon .74 1.2.1 Thép cacbon kết cấu 75 1.2.2 Thép cacbon dụng cụ 79 2.Thép hợp kim 80 2.1.Khái niệm thép hợp kim 80 2.2 Phân loại .81 2.2.1 Thép hợp kim kết cấu 83 2.2.2 Thép hợp kim dụng cụ 83 2.2.3 Thép hợp kim có tính chất lý-hóa đặc biệt 85 91 3.1.Khái niệm chung 91 3.2.Phân loại gang 92 3.2.4 Gang dẻo .97 3.2.5 Gang hợp kim 99 Chương 101 HỢP KIM MÀU VÀ PHI KIM 102 Hợp kim màu 102 1.1 Nhôm hợp kim nhôm .102 1.1.2 Hợp kim nhôm 105 1.2 Đồng hợp kim đồng 107 1.2.2.1 Đồng thau (Latông) 108 1.2.2.2 Đồng (Brôn) 109 1.3 Niken hợp kim Niken .111 1.4 Kẽm hợp kim kẽm 111 2Gỗ 112 2.1Cấu tạo gỗ .113 2.1.1Cấu tạo thô 113 2.1.2Cấu tạo vi mô 114 2.2Các tính chất vật liệu gỗ 115 2.2.2Tính chất học 116 2.2.3Phân loại gỗ 118 2.3.2Hư hại gỗ nấm 118 2.3.3Hư hại gỗ côn trùng 118 2.4Bảo quản gỗ 118 2.4.2Phòng chống hà 120 2.1.1Phơi sấy gỗ 121 3Chất dẻo 121 3.1Khái niệm chung 121 3.2Tính chất lý nhiệt chất dẻo 122 3.3Các phương pháp chế biến sản phẩm từ chất dẻo 123 4Vật liệu Compozit 123 4.1Khái niệm tính chất chung 123 4.2Phân loại vật liệu Compozit 124 4.3Một số vật liệu compozit thông dụng 126 4.3.1 Ứng dụng vật liệu polyme compozit .126 4.3.2 Ứng dụng chế tạo ôtô phương tiện giao thông mặt đất 126 4.3.3 Ứng dụng lĩnh vực đóng tàu .127 4.3.4 Ứng dụng hàng không vũ trụ 127 4.3.5 Các ứng dụng quan trọng khác vật liệu polyme compzozit 128 DANH MỤC BẢNG Bảng Nội dung tổng quát phân bổ thời gian Bảng Tọa độ điểm giản đồ trạng thái Fe-C 44 Bảng Độ cứng số loại thép sau ủ thường hoá: 59 Bảng Môi trường 64 Bảng màu nhiệt độ ram tương ứng: .66 Bảng màu thép nung 69 Bảng Phân nhóm A 76 Bảng Phân nhóm 77 Bảng công dụng số loại thép cacbon kết cấu chất lượng tốt .78 Bảng 10 ký hiệu nguyên tố hoá học 82 Bảng 11 tính ứng dụng số loại thép không rỉ chịu axít 86 Bảng 12 ứng dụng số loại thép bền nhiệt .87 Bảng 13 số loại thép bền nhiệt dùng làm bulông đai ốc 88 Bảng 14 ứng dụng số loại thép chịu nhiệt độ cao 89 Bảng 15đặc tính số loại hợp kim giãn nở nhiệt đặc biệt 90 Bảng 16 tính cơng dụng số loại gang xám 93 Bảng 17 tính số loại gang cầu 95 Bảng 18 tính cơng dụng số loại gang dẻo .98 Bảng 19 tính ứng dụng số loại gang hợp kim chịu nhiệt .99 Bảng 20 thành phần hố học số loại hợp kim nhơm đúc 105 Bảng 21 thành phần hoá học số loại đuara 106 Bảng 22 đồng nguyên chất phạm vi sử dụng 107 Bảng 23 ứng dụng loại đồng thau 108 Bảng 24 ứng dụng số loại đồng Cu-Sn .110 DANH MỤC HÌNH Hình sơ đồ biểu diễn liên kết đồng hóa trị 12 Hình Liên kế t ion .12 Hình Sơ đồ mạng tinh thể 14 Hình Cấu trúc khối tứ diện .15 Hình Cấu tạo mạng tinh thể 15 Hình Tính đối xứng vật thể .16 Hình Các phương điển hình 17 Hình Ơ sở mạng lập phương tâm khối (a,b), 19 Hình Ơ sở mạng lập phương tâm mặt (a,b), 20 Hình 10 Liên kết kim loại 21 Hình 11 Mơ hình đơn tinh thể .24 Hình 12 Textua 25 Hình 13 Phát triển mầm .28 Hình 14 Dung dịch rắn 33 Hình 15 sơ đồ thay để tạo dung dịch rắn hồ tan vơ hạn kim loại A B 34 Hình 16 Sơ lệch dung dịch rắn hoà tan 34 Hình 17 Giản đồ pha loại I 38 Hình 18 Giản đồ pha loại II 38 Hình 19 Giản đồ pha loại III 39 Hình 20 Giản đồ pha loại IV .40 Hình 21 Quan hệ pha tính chất hợp kim 41 Hình 22 Giản đồ trạng thái Fe-C 43 Hình 23 Tổ chức tế vi Ferit 45 Hình 24 Tổ chức tế vi Ôstenit .45 Hình 25 Tổ chức tế vi 46 Hình 26 Khoảng nhiệt độ ủ, thường hố cho thép cacbon 60 Hình 27 Sơ đồ giải thích độ thấm tơi 63 Hình 28 Anh hưởng Cacbon đến tính thép (ở trạng thái thường) .73 Hình 29 Các dạng chủ yếu thép cán 76 Hình 30 Tổ chức gang cầu 94 Hình 31 Tổ chức tế vi gang dẻo 97 Hình 32 Ba mặt cắt thân 113 Hình 33 Mặt cắt ngang thân 113 Hình 34 Mẫu thí nghiệm kéo .117 Hình 35 Sơ đồ mẫu thí nghiệm uốn 117 Hình 36 Các dạng khuyết tật gỗ .118 Chương CẤU TRÚC VÀ CƠ TÍNH VẬT LIỆU Mục tiêu: Trình bày đầy đủ đặc điểm, cấu tạo kim loại hợp kim Phân biệt kim loại hợp kim thường dùng ngành khí chế tạo Trình bày tính chất lý hố, tính cơng nghệ kim loại hợp kim Mô tả phương pháp đo độ cứng đơn giản, đo trực tiếp sản phẩm mà khơng phá hỏng chúng Đo độ cứng HB, HRC vật liệu Nội dung chính: Cấu tạo liên kết nguyên tử 1.1 Khái niệm cấu tạo nguyên tử Nguyên tử = hạt nhân + electron = (proton + nơtron) + electron nơtron không mang điện proton mang đ iện dươ ng = đ iện tích electron ngun tử trung hồ - Cấu hình electron (electron configuration) rõ: số lư ợng tử (1, 2, ), ký hiệu phân lớp (s, p, d ), số lư ợ ng electron thuộc phân lớ p (số mũ ký hiệu phân lớp) - Ví dụ : Cu có Z = 29 có cấu hình electron 1s22s22p63s23p63d104s1 qua biết số electron ngồi (ở đ ây 1, hóa trị 1) - Các kim loại chuyển tiếp: Fe có Z = 26: 1s22s22p63s23p63d64s2 1.2 Các dạng liên kết nguyên tử chất rắn Các loại vật liệu khác tồn dạng liên kết riêng Sự c củ a dạng liên kết nguyên nhân tạo nên tính chất khác a Liên kết đồng hóa trị Là liên kế t hai (hoặc nhiều) nguyên tử góp chung mộ t số electron hó a trị đ ể có đủ tám electron lớ p ngồi Ví dụ: Hình sơ đồ biểu diễn liên kết đồng hóa trị  Giecmani (Ge, z =32) có 4e lớ p ngồi (4s2, 4p2), ngun tử góp chung (hình 1.1b) Liên kết giữ a nguyên tử loại (từ IVB, VIIB Cl, Ge) loại đ ồng cự c, giữ a nguyên tố khác loại CH4 loại dị cự c  Mê tan (CH4) Cacbon (z = 6), có 4e lớ p ngồi ngun tử H để nguyên tử góp cho electron làm cho lơ p electron đ ủ (hình 1.1c) b Liên kế t ion Kim loại nhóm IB (Cu, Ag, Au), IIB (Zn, Cd, Hg), nguyên tố: VIB (O, S ), VIIB (H, F, Cl, Br, I) Các ôxit kim loạ i Al2O3, MgO, CaO, có xu mạnh vớ i tạo liên kết ion  Liên kết ion mạnh lớp ngồi chứa e, nhân nằm gần hạt nhân  Liên kết không định hướng (định hư ớng xác suất liên kết lớn theo phư ng nố i tâm nguyên tử ), vật liệu có liên kết ion tính giòn cao Hình Liên kế t ion c Liên kết kim loại:  Định nghĩa: liên kết cation kim loại nhấn chìm đám mây electron tự  Năng lượng liên kết tổng hợp ion kim loại có vị trí xác định Các ngun tố nhóm Ia có tính kim loại đ iển hình, dịch sang bên phải tính chất kim loại giảm, tính đồ ng hóa trị liên kết tăng  Tính chất kim loại: Liên kết tạo cho kim loại tính chất đ iển hình: Ánh kim hay vẻ sáng, dẫn nhiệt dẫn đ iện tốt tính dẻo, dai cao d Liên kết hỗn hợp : Thự c liên kết chất, vật liệu thơng dụng thường mang tính hỗn hợp nhiều loại Ví dụ : Na Cl có tính âm điện 0,9 3,0 Vì liên kết Na Cl NaCl gồm khoảng 52% liê n kết ion 48% liên kế t đ ồng hó a trị e Liên kết yếu (Vander Waals): Do khác tính âm đ iện tạo thành phân tử phân cự c Các cự c trái dấu hút tạo liên kết Vander Waals Liên kết yếu, dễ bị phá vỡ tăng nhiệt độ Sắp xếp nguyên tử vật chất: 2.1 Chất khí: Trong chất khí có xếp nguyên tử cách hỗn loạn khô ng có hình dạng, kích thước xác định 2.2 Chất rắn tinh thể: Cũng vớ i vật liệu tinh thể kể làm nguội từ trạng thái lỏng nhanh (trên 104đ ộ /s) nhận cấu trúc tinh thể ng vớ i kích thư c hạt nhỏ (cỡ nm), đ ó vật liệu có tên gọ i vi tinh thể (còn gọ i finemet hay nanomet) Tóm lại vật liệu có ba kiểu cấu trú c: tinh thể (thư ng gặp nhất), vơ đ ịnh hình vi tinh thể (ít gặp) Phòng chống nấm trùng nhằm mục đích kéo dài tuổi thọ gỗ đạt cách bảo vệ chúng khỏi bị ẩm nhờ biện pháp sau: Sơn quét, ngâm chiết kiềm ngâm tẩm chất hóa học Người ta dùng loại mỡ, sơn dầu trùng hợp để sơn quét gỗ khô Ngâm chiết kiềm biện pháp tách nhựa cách ngâm gỗ nước lạnh, nước nóng thả trơi bè mảng sơng, suối Các chất hóa học dùng để ngâm tẩm chất gây độc cho nấm côn trùng, bền vững, không hút ẩm không bị nước rửa trôi Nhưng chúng phải không độc người gia súc, khơng ăn mòn gỗ kim loại, dễ ngấm vào gỗ, có mùi dễ chịu Các chất chống mục, mọt có loại tan nước (thuốc muối) Có loại khơng tan nước (thuốc dầu) loại bột nhão Chất tan nước dùng để xử lý gỗ trình sử dụng không chịu tác dụng nước ẩm Các loại chất hay dùng florua natri (NaF) flosilicat natri (Na2SiF6), sunfat đồng (CuSO4), dinitrofenolat natri NaF chất bột màu, tan nước khơng mùi, khơng phá hoại gỗ kim loại Nó sử dụng dạng dung dịch có nhiệt độ 15 C để tẩm quét gỗ Không nên sử dụng NaF hỗn hợp với vôi, bột phấn thạch cao Na2SiF6 chất bột tan nước Tác dụng giống NaF Nó sử dụng trạng thái dung dịch nóng hỗn hợp với florua natri theo tỷ lệ : dùng cấu tử bột nhão silicat Dinitrofenolat natri không bay hơi, không hút ẩm, không ăn mòn kim loại, trạng thái khơ dễ bị nở Nó sử dụng dạng dung dịch để xử lý bề mặt sản phẩm gỗ dùng xa nguồn điện Các chất không tan nước (thuốc dầu) dễ chảy có mùi khó chịu nên việc sử dụng bị hạn chế Chúng dùng dể tẩm quét sản phẩm gỗ trời, đất nước Các loại thuốc dầu gồm có: creozot than đá than bùn, nhựa than đá, dầu antraxen dầu phiến thạch Dầu creozot, chất lỏng màu đen nâu, chất chống mục, mối mọt tốt, bị rửa trôi, không hút ẩm, không bay hơi, không phá hoại gỗ kin loại, cháy, khó thấm vào gỗ (chỉ - mm), mùi hắc, tạo mặt gỗ lớp bền làm gỗ khó khơ Khi dùng creozot phải đun nóng đến 50 - 60 C Không nên dùng dầu creozot để tẩm gỗ bên nhà kho thực phẩm, cơng trình ngầm kết cấu gần nguồn cháy Dầu antraxen chất lỏng xanh vàng, có tác dụng chống mục, mối mọt mạnh; bay chậm, ngâm chiết kiềm yếu, không phá hoại gỗ kim loại Dầu antraxen sản xuất từ guđrơng than đá Tính chất phạm vi sử dụng giống creozot Bột nhão phân loại bitum loại silicat Bột nhão bitum gồm có 30 - 50% florua natri, - 7% bột than bùn, khoảng 30% bitum dầu lửa mác III IV khoảng 30% dầu xanh Loại dễ cháy, bền nước, có mùi khó chịu Bột nhão bitum dùng để sơn quét chi tiết nằm môi trường ẩm ướt lòng đất lộ thiên Bột nhão silicat chứa khoảng 15- 20% flosilicat natri, 65- 80% thủy tinh lỏng, - 2% dầu creozot đến 20% nước Bột nhão silicat khơng bền nước khơng cháy Nó sử dụng công nghiệp xây dựng nhà cho nơi khô Các phương pháp sử dụng thuốc quét phun, tẩm bể nóng - lạnh bể có nhiệt độ cao, tẩm áp lực v.v Quét phun có tác dụng bảo vệ bề mặt Tẩm gỗ bể nóng - lạnh loại thuốc muối thuốc dầu tiến hành sau: Đầu tiên ngâm gỗ bể chứa dung dịch thuốc có nhiệt độ đến 98 C giữ - giờ, sau chuyển sang bể lạnh có nhiệt độ dung dịch muối tan 0 15 - 20 C chất dầu 40 - 60 C Phương pháp có hiệu tẩm gỗ sấy khơ đến mức độ ẩm lớp gỗ bìa khơng lớn 30% Tẩm gỗ bể có nhiệt độ cao (chứa petrolatum) dùng để bảo quản gỗ ướt Gỗ ngâm vào bể chứa petrolatum chảy lỏng có nhiệt độ 120 - 140 C giữ thời gian để nung sấy nóng, sau chuyển sang bể lạnh chứa thuốc dầu có nhiệt độ 65 75 C giữ 24 - 28 Tẩm gỗ áp lực tiến hành nồi thép hình trụ (nồi chưng) chứa thuốc nước thuốc dầu với áp lực làm việc - atm Đầu tiên người ta chất gỗ xẻ vào nồi chưng đóng kín để tạo chân khơng sau bơm thuốc vào nâng áp lực lên 6-8 at, lại hạ áp lực xuống áp lực bình thường, rút thuốc thừa rỡ gỗ Khi tẩm gỗ thuốc dầu cần phải đun thuốc trước để nhiệt độ thùng tẩm khơng thấp nhiệt độ quy định 2.1.2 Phòng chống hà Để phòng chống hà người ta thường dùng biện pháp sau: - Dùng gỗ cứng (thiết mộc), gỗ dẻo quánh (tếch), gỗ có chứa nhựa (bạch đàn), v.v Những loại gỗ cứng, quánh làm hà khó đục, sợ nhựa nên hà khơng bám vào - Để nguyên lớp vỏ - Bọc gỗ lớp vỏ kim loại - Bọc kết cấu gỗ ống xi măng, ống sành - Dùng creozot, CuSO4, v.v Ở nước ta dùng phương pháp cổ điển thui cho gỗ cháy sém lớp mỏng bên Phương pháp sau năm phải thui lại 2.1.1 Phơi sấy gỗ Sấy gỗ biện pháp làm giảm độ ẩm gỗ, ngăn ngừa mục nát, tăng cường độ, hạn chế thay đổi kích thước hình dáng trình sử dụng, biện pháp phơi sấy gỗ sử dụng sấy tự nhiên, sấy phòng, sấy điện, sấy chất lỏng đun nóng Trong sấy tự nhiên sấy phòng chủ yếu Sấy tự nhiên tiến hành trời, mái che kho kín Tùy theo thời tiết, thời gian sấy để hạ độ ẩm từ 60% xuống 20% dao động khoảng 15 60 ngày Sấy tự nhiên khơng đòi hỏi trang thiết bị đặc biệt, không tiêu tốn nhiên liệu điện Nhưng sấy tự nhiên có nhược điểm như: Cần diện tích lớn, phụ thuộc vào điều kiện thời tiết, không loại trừ mục, sấy đến độ ẩm định Sấy phòng tiến hành phòng sấy riêng có khơng khí nóng ẩm khí lò có nhiệt độ 40 - 105 C Trong sấy phòng với chế độ sấy thích hợp cho phép rút ngắn thời gian sấy mà gỗ không bị cong vênh, nứt tách, giảm thấp độ ẩm gỗ (nhỏ 16%) Nhược điểm sấy phòng phải có thiết bị phòng sấy, chi phí nhiên liệu điện nhân lực Với gỗ xẻ phải để nơi khơ ráo, thống, xếp gỗ sàn Kê cách - cm, kê phẳng, sàn cách mặt đất  50 cm, cột chống sàn làm bê tông gỗ tẩm thuốc hóa học Chất dẻo 3.1 Khái niệm chung a Định nghĩa Chất dẻo vật liệu nhân tạo, sản xuất từ chất hữu Là vật liệu có khả chịu biến dạng chịu tác dụng nhiệt, áp suất giữ biến dạng thơi khơng tác dụng b Thành phần chất dẻo Chất dẻo hỗn hợp nhiều chất: Pôlyme: thành phần chất dẻo Chất hoá dẻo: đưa thêm vào với lượng 10  20% để tăng tính dẻo cải thiện tính tạo hình nhiệt độ thấp Chất độn: đưa vào để nâng cao tính giảm giá thành (bột gỗ, mica, thuỷ tinh, amiăng…) Chất ổn định: chất hữu khác để trì cấu trúc phân tử ổn định tính chất, làm cho tính chất lão hố chất dẻo chậm lại Các chất phụ gia đặc biệt: Chất bơi trơn: có tác dụng làm cho chất dẻo khơng bị dính vào khn tạo hình chi tiết Chất tạo màu: có tác dụng làm cho chất dẻo có màu sắt theo ý muốn Chất làm rắn: có tác dụng làm cho chất dẻo thể loãng trở thành rắn nguội c Công dụng Chất dẻo ngày sử dụng rộng rãi công nghiệp đời sống Hầu khơng có ngành cơng nghiệp mà không dùng chất dẻo để chế tạo vật liệu phụ Đặc biệt lĩnh vực điện vô tuyến điện, chất dẻo sử dụng nhiều có tính cách điện tốt Đối với chi tiết máy có yêu cầu độ bền vừa phải, nhẹ, khơng bị ăn mòn… chất dẻo loại vật liệu thích hợp Chất dẻo dùng làm bình chứa, phận băng truyền, cánh bươm, bánh răng, bánh vít…ngồi chất dẻo dùng để phủ lên bề mặt kim loại để chống ăn mòn kim loại tăng vẽ đẹp chi sản phẩm Vì vậy, tiết kiệm thép khơng rỉ kim loại màu Trong đời sống, chất dẻo dùng để sản xuất đồ dùng sinh hoạt gia đình sản phẩm ngành cơng nghiệp nhẹ 3.2 Tính chất lý nhiệt chất dẻo Chất dẻo có trọng lượng riêng nhỏ (0,9  2g/cm3), số chất dẻo có trọng lượng riêng tới 56g/cm3 có loại chất dẻo nhẹ 0,02g/cm loại chất dẻo nhẹ có độ xốp cao nên có tính cách nhiệt cách âm tốt Chất dẻo có độ bền học cao, có độ bền nhiệt, có tính chống ăn mòn tốt, hệ số ma sát nhỏ tính cách điện tốt Chất dẻo khơng bị ăn mòn axít Một ưu điểm lớn chất dẻo có tính cơng nghệ cao Tuy nhiên, chất dẻo có nhược điểm, thường bị hoá già theo thời gian thường làm biến đổi tính chất ban đầu 3.3 Các phương pháp chế biến sản phẩm từ chất dẻo Chất dẻo ngày sử dụng rộng rãi cơng nghiệp đời sống Hầu khơng có ngành công nghiệp mà không dùng chất dẻo để chế tạo vật liệu phụ Đặc biệt lĩnh vực điện vô tuyến điện, chất dẻo sử dụng nhiều có tính cách điện tốt Đối với chi tiết máy có yêu cầu độ bền vừa phải, nhẹ, khơng bị ăn mòn… chất dẻo loại vật liệu thích hợp Chất dẻo dùng làm bình chứa, phận băng truyền, cánh bươm, bánh răng, bánh vít…ngồi chất dẻo dùng để phủ lên bề mặt kim loại để chống ăn mòn kim loại tăng vẽ đẹp chi sản phẩm Vì vậy, tiết kiệm thép không rỉ kim loại màu Trong đời sống, chất dẻo dùng để sản xuất đồ dùng sinh hoạt gia đình sản phẩm ngành cơng nghiệp nhẹ Vật liệu Compozit 4.1 Khái niệm tính chất chung a Khái niệm: Compozit tổ hợp từ vật liệu có chất khác nhau, không tan vào nhau, phân cách ranh giới pha, kết hợp lại nhờ can thiệp kỹ thuật người theo sơ đồ thiết kế trước Vật liệu tạo thành có đặc tính trội thành phần xét riêng lẻ b Đặc điểm: Vật liệu Compozít coi vật liệu kết hợp gồm nhiều pha khác mặt hoá học Chúng không tan vào nhau, phân cách ranh giới, chúng kết hợp nhân tạo nhờ can thiệp kỹ thuật người Compozít thơng thường có hai pha: pha liên tục toàn khối kết cấu gọi nền, pha phân bố gián đoạn bao bọc gọi cốt Tỷ lệ pha, hình dáng, kích thước phân bố cốt tuân theo điều kiện kỹ thuật thiết kế Mặt khác, tính chất học compozít lựa chọn thích hợp phát huy tính chất ưu việt pha thành phần (lưu ý bao gồm tất tính chất pha thành phần) 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 mơi trường bên ngồi Các loại thường dùng là: chất dẻo, nên kim loại, gốm Cốt pha khơng liên tục compozít, đóng vai trò tạo nên độ bền, độ đàn hồi, độ cứng cho compozít Các loại thường dùng: cốt chất vô ( sợi cacbon, sợi thuỷ tinh), cốt kim loại (như sợi thép không rỉ, bột vônfram, bột Môlipđen…) 4.2 Phân loại vật liệu Compozit a Phân loại Thông thường phân loại theo đặc trưng cốt  Theo chất có: - Compozit chất dẻo - Compozit kim loại - Compozit hỗn hợp nhiều pha  Theo đặc điểm cấu trúc cốt có: - Compozit cốt hạt - Compozit cốt sợi - Compozit cấu trúc Cốt: pha không liên tục, tạo nên độ bền, môđun đàn hồi cao cho compozit, cốt phải bền, nhẹ Cốt kim loại, ceramic polyme Nền: pha liên tục có tác dụng:  Liên kết toàn phần tử thành khối thống  Tạo hình chi tiết theo thiết kế  Che phủ, bảo vệ cốt tránh hư hỏng tác động bên Liên kết - cốt  Liên kết học, nhờ lực ma sát cốt  Liên kết nhờ thấm ướt lượng sức căng bền mặt  Liên kết phản ứng, phản ứng tạo hợp chất dính chặt cốt với Đây loại liên kết tốt b Compozit hạt Compozít hạt: loại có đặc điểm phân tử cốt hạt thường cứng nền, thường dùng axít, nitơrít, cácbít… Trong loại có: hạt thơ hạt mịn  Compozit hạt thô Rất đa dạng sử dụng phổ biến lĩnh vực công nghiệp, xây dựng, …  Compozit hạt mịn Là loại có tính đặc biệt bền nóng ổn định nóng Được sản xuất cung cấp dạng bán thành phẩm: tấm, ống, dây,… Ví dụ: Hợp kim cứng loại compozít hạt Cơban cốt phần tử hạt cácbít Vơnfram, cácbít Titan Hợp kim cứng có độ cứng độ chịu nhiệt cao dùng để chế tạo dụng cụ cắt gọt, khn ép… Bê tơng loại compozít hạt ximăng cốt đa, sỏi, cát Đặc điểm:  Nền thường kim loại hợp kim, cốt có kích thước < 0.1 , bền, cứng có tính ổn định nhiệt cao  Tương tác - cốt xảy mức độ vi mơ với kích thước ngun tử, phân tử  Cơ chế hố bền: cốt nhỏ mịn phân tán kìm hãm lệch, làm tăng độ bền cứng vật liệu c Compozit cốt sợi Compozít cốt sợi: loại có độ bền mô đun đàn hồi riêng cao, thường dùng vật liệu phải tương đối dẻo, cốt sợi phải có độ bền, độ cứng vững cao, nga phụ thuộc vào hình dáng, kích thước phân bố sợi Các dạng compozít sợi thường dùng là:  Compozít Polyme - sợi thủy tinh, thường dùng phương tiện vận tải đặc biệt vỏ tàu, xe hơi, lout sàn công nghiệp,…Đặc biệt ô tô, có sức cạnh tranh cao nhờ giảm khối lượng giảm tiêu hao nhiên liệu  Compozít kim loại - sợi Ví dụ: nhơm, đồng, magiê sợi cacbon, Bo, cácbít Silíc Loại chịu nhiệt cao, dùng để chế tạo chi tiết tua bin  Compozit cacbon – cacbon: 2.1 Một số vật liệu compozit thông dụng 4.3.1 Ứng dụng vật liệu polyme compozit Hiện nay, lĩnh vực ứng dụng vật liệu compozit phong phú, từ sản phẩm đơn giản bồn tắm, thùng chứa nước, lợp… chi tiết kết cấu phức tạp có yêu cầu đặc biệt máy bay, tàu vũ trụ Những ứng dụng quan trọng vật liệu compozit qui lĩnh vực lớn sau đây: 4.3.2 Ứng dụng chế tạo ôtô phương tiện giao thông mặt đất Việc sử dụng vật liệu compozit chế tạo ô tô đem lại hiệu sau đây; + Giảm trọng lượng, tiết kiệm nhiên liệu, tăng thơng số sử dụng, chịu ăn mòn tốt + Tăng độ lớn chi tiết, giảm chi phí sản xuất + Giảm độ ồn độ rung, tăng độ tiện nghi + Giảm nguy hiểm cho người xảy tai nạn + Giảm vốn đầu tư cho thiết bị sản xuất Hiện hầu hết loại ô tô đua nhiều chi tiết ô tô vận tải hành khách chế tạo từ vật liệu compozit 4.3.3 Ứng dụng lĩnh vực đóng tàu Vật liệu polyme compozit dạng chất dẻo tăng cường sợi thủy tinh ứng dụng rộng rãi công nghiệp đóng tàu từ thời điểm bắt đầu sử dụng vật liệu vào cơng nghiệp năm 1940 Độ bền riêng lớn, tuổi thọ cao, bền với môi trường nước biển, đơn giản sử dụng sửa chữa, độ dẫn nhiệt thấp so với kim loại Ngoài vật liệu cho phép người thiết kế tàu sử dụng độ mềm dẻo vật liệu vào kết cấu mà kim loại thơng thường khơng có Đối với tàu chiến đặc biệt tàu ngầm tiếng động động chân vịt trở ngại lớn thiết kế sử dụng tàu, thật ra, chân vịt tàu ngầm nghiên cứu kỹ phương diện thiết kế hình dạng, vật liệu, thủy động lực học âm học Nó chế tạo hợp kim nickel, nhơm đồng, có đường kính m, nặng 40 Thời gian cần để hoàn thành chân vịt 12 tháng Hợp kim nầy có khả chống rung hiệu tiếng ồn gây tác động nước khối kim loại khổng lồ nặng 40 giảm thiểu Chân vịt compozitdùng sợi carbon nhà khoa học kỹ sư thiết kế đặc biệt lưu tâm Đây thách thức lớn lời giải cho việc chống rung giảm tiếng ồn, giảm thời gian sản xuất, giảm tiêu hao nhiên liệu, tăng vận tốc, tăng linh hoạt thao tác chiến đấu 4.3.4 Ứng dụng hàng không vũ trụ Theo số liệu thống kê hãng sản xuất máy bay Airbus, sử dụng chất dẻo tăng cường sợi cabon sản xuất loại máy bay A380 có thay đổi cách chi phí cho vật liệu sản xuất Do chất dẻo cacbon đắt nên giá thành máy bay tăng từ 20,5-73,8% song chi phí sản xuất lại giảm từ 79,5-22,9% Nếu tính chung hiệu kinh tế cao Vấn đề quan trọng giảm trọng lượng kết cấu, nhờ mà giảm tiêu hao nhiên liệu, tăng khối lượng vận chuyển tầm bay xa Trong ngành vũ trụ, việc chế tạo chi tiết tàu vũ trụ vật liệu compozit sợi cacbon phổ biến có vật liệu đáp ứng yêu cầu công nghệ kỹ thuật mà chi tiết đòi hỏi Với mép cánh tàu vũ trụ yêu cầu kỹ thuật vật liệu phải chịu nhiệt độ cao bền vững với tải khí động lực học thay đổi nhiệt độ lớn bề mặt chi tiết bị va chạm Đối với loa động tên lửa nhờ có vật liệu compozit sợi cacbon mà phân quan trọng vòng 15 năm trở lại có thay đổi lớn kích cỡ, cấu trúc hình dáng Vật liệu compozit cacbon-cacbon xem vật liệu tốt để làm chóp khí động tên lửa Những chóp làm từ vật liệu compozit cacbon có độ bền cao với xy hóa khơng khí nhiệt độ cao, thử nghiệm gần cho thấy chóp khí làm loại vật liệu giữ hình dáng bảo vệ thiết bị bên tên lửa làm việc điều kiện nhiệt độ 2760oC vận tốc lớn 5370m/s 4.3.5 Các ứng dụng quan trọng khác vật liệu polyme compzozit Vật liệu polyme compozit sở sơi cacbon tương thích tốt với mơ thể sống, vật liệu sợi cacbon dùng đê chế tạo thiết bị y tế, phận thay xương, chất hàn răng, vỏ sọ não Các loại vải cabon băng vết bỏng làm cho chúng mau lành gỡ thay băng róc, khơng gây thương tổn cho vết thương vừa lành Những năm gần polyme compozit sợi cacbon dùng để chế tạo thiết bị viễn thơng đặc biệt anten có hệ số giãn nở nhiệt thấp, độ cứng cao dẫn nhiệt tốt Ngồi có độ bền hóa học cao, compozit polyme sợi cacbon dùng nhiều cơng nghiệp hóa chất để chế tạo ống dẫn, bể chứa, loại máy bơm, loại bình chứa hóa chất thiết bị khác phải làm việc mơi trường hóa học độc hại Đối với ngành luyện kim vật liệu compozit chế tạo khuôn đúc áp lực cho việc dập nóng kim loại hợp kim khó nóng chảy Các khn đúc vật liệu có độ bền lý cao, chịu nhiệt độ cao, bền với ứng suất nóng, lại nhẹ có thời gian sử dụng lâu khuôn đúc làm từ vật liệu truyền thống Câu hỏi Trình bày khái niệm thép cacbon ? Trình bày phân loại thép ? Trình bày thép hợp kim? Tài liệu Tham khảo Nguyễn Hoành Sơn (2000) Vật liệu khí NXB Giáo dục Phạm Thị Minh Phương - Tạ Văn Thất (2000) Công nghệ nhiệt luyện NXB Giáo dục ... liệu Compozit 123 4.1Khái niệm tính chất chung 123 4.2Phân loại vật liệu Compozit 124 4.3Một số vật liệu compozit thông dụng 126 4.3.1 Ứng dụng vật liệu polyme compozit... tử kim loại lỏng, sức căng bề mặt đơn vị diện tích Khi tạo n nhóm ngun tử xếp có trật tự lượng hệ thống biến đổi lượng là: F = - nvFv + ns Coi nhóm nguyên tử trật tự có dạng hình cầu bán kính... proton mang đ iện dươ ng = đ iện tích electron nguyên tử trung hồ - Cấu hình electron (electron configuration) rõ: số lư ợng tử (1, 2, ), ký hiệu phân lớp (s, p, d ), số lư ợ ng electron thuộc