Bài tập 1 trang 4Một số thành tựu nổi bật của cuộc cách mạng vật liệu hiện đại.Những điểm nóng trong vật liệu hiện nay là: vật liệu nano (để chế tạo những vật cực nhỏ), vật liệu siêu dẫn (cho phép dòng điện cường độ cực lớn chạy qua vì gần như không có điện trở), vật liệu sinh học, vật liệu điện tử, vật liệu quang điện.Bài tập 2 trang 4 Vai trò của vật liệu cơ khí trong quá trình công nghiệp hóahiện đại hóa ở nước ta
BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO - - BÁO CÁO BÀI TẬP VẬT LIỆU HỌC GVHD: PHẠM THỊ HỒNG NGA Tp.Hồ Chí Minh, ngày 03 tháng 11 năm 2014 Bài tập trang Một số thành tựu bật cách mạng vật liệu đại Những điểm nóng vật liệu là: vật liệu nano (để chế tạo vật cực nhỏ), vật liệu siêu dẫn (cho phép dòng điện cường độ cực lớn chạy qua gần khơng có điện trở), vật liệu sinh học, vật liệu điện tử, vật liệu quang điện Nanocellulose – loại vật liệu siêu bền, siêu nhẹ, dẫn điện Chính tính chất tạo nên siêu vật liệu với tiềm to lớn thay đổi giới Ứng dụng Nanocellulose: _Màn hình dẻo: Lợi dụng tính chất nhẹ bền, đặc biệt suốt Nanocellulose, làm vật liệu lý tưởng thay cho thủy tinh hay nhựa để sản xuất hình hiển thị Nanocellulose tạo thành hình linh hoạt mạnh mẽ bền vững nên hoàn toàn uốn cong thành hình dạng Áo giáp siêu bền siêu nhẹ: Người ta định hình chuỗi nanocellulose thành dạng sợi tinh thể nanocellulose, sợi có khả chịu lực gấp lần so với thép Điều đặc biệt để nanocellulose trở thành vật liệu lý tưởng để chế tạo áo giáp trọng lượng nhẹ vô động, nên có khả tạo áo giáp bảo vệ toàn thể nhẹ Bộ giáp có khả biến bạn thành siêu anh hùng Iron Man, nhung trường hợp Nanocellulose Man Chúng ta có quyền hi vọng đội quân Nanocellulose Man thời gian không xa Những xe nhẹ, nhanh làm việc hiệu hơn: Nếu trước sợi Cacbon vật liệu số nhằm tăng hiệu suất cho xe có lẽ nanocellulose đảm nhận nhiệm vụ Vốn dĩ nanocellulose nhẹ bền sợi cacbon, lại có giả thành sản xuất rẻ áp dụng cơng nghệ sản xuất từ tảo xanh, nanocellulose lựa chọn hàng đầu thay cho sợi Cacbon để chế tạo chi tiết cho xe nhẹ Vật liệu siêu dẫn: Các nhà nghiên cứu đến từ đại học Cambridge tạo loại vật liệu siêu dẫn nhiệt độ cao với khả tạo từ trường có độ lớn 17,6 Tesla, phá vỡ kỷ lục thiết lập phòng thí nghiệm cách thập kỷ Được phát lần vào năm 1911, vật liệu siêu dẫn lớp vật liệu bao gồm thuỷ ngân chì Khi làm lạnh xuống điểm tuyệt đối (- 273 độ C), chúng dẫn điện với điện trở Ngày nay, vật liệu sử dụng để chế tạo nam châm điện cực mạnh dùng thiết bị ảnh hố cộng hưởng từ tính (MRI), tàu đệm từ maglev thiết bị tạo từ trường hình xuyến Tokamak lò phản ứng hạt nhân Trong tương lai, vật liệu siêu dẫn dùng để tăng hiệu suất cho lưới điện khả truyền dẫn lượng điện lớn với tỉ lệ thất thoát thấp Các vật liệu siêu dẫn nhiệt độ cao chứa đồng GdBaCuO sử dụng số ứng dụng định Một ví dụ máy gia tốc hạt Large Hedron Collider dùng hệ thống cáp điện dài 10km có lõi vật liệu siêu dẫn nhiệt độ cao chứa đồng Tuy nhiên, vật liệu dễ vỡ việc phải tạo từ trường mạnh khiến vật liệu phát nổ Cardwell cộng khắc phục trở ngại cách gia cố GdBaCuO với lớp thép không ghỉ dày 3mm điều chỉnh cấu trúc micro vật liệu để tăng hiệu truyền dẫn điện nhiệt Kết vật liệu vốn giòn gốm lại có khả chịu lực tương đương Graphen - Kỉ nguyên quang điện Phần lớn lượng thông tin đại giới truyền tải qua khoảng cách lớn dạng ánh sáng laser hồng ngoại Bởi vậy, thiết bị đầu cuối có thiết bị gọi tách sóng quang học để chuyển tín hiệu quang học thành tín hiệu điện Bộ tách sóng quang học graphen tích hợp vào chip CMOS silicon tăng tốc độ xử lý lên hàng ngàn lần, kích thước cực nhỏ lại tiết kiệm điện triệt để Bởi vậy, giới đưa dự báo kỉ nguyên quang điện tử có tên “graphen” Graphen đem đến đột phá mạnh mẽ, phải nhắc đến tốc độ nhận xử lý tín hiệu tăng lên hàng ngàn lần Thậm chí tách sóng quang học từ graphen tạo hao hụt phía sau graphen xét mặt tốc độ khả đáp ứng (độ trễ) Ưu điểm thứ graphen kích thước nhỏ đến khó tin, chip centimet vng chứa đến 20.000 tách sóng Trên lý thuyết, chíp tiếp nhận 20.000 đường tín hiệu độc lập cấu chuyển đổi có độ phân giải cực cao Khó khăn lớn khơng phải việc tạo tách sóng quang học từ ghraphen mà tích hợp vào chip Chúng ta đơn giản đổi tách sóng sử dụng chip cũ Xét nhiều mặt chuyển đổi hồng ngoại phải chuyển tín hiệu quang học để sử dụng máy tính Nhiều vi xử lý hệ thống phải kết nối với nhanh tiêu tốn điện Hạn chế lớn graphen độ nhạy Trong mà tốc độ chuyển đổi q nhanh đáp ứng ánh sáng có cường độ thấp lại tệ, tệ 10 lần so với đối thủ germani Tuy nhiên nhà nghiên cứu tự tin khả tìm phương pháp để giải vấn đề Bài tập trang Vai trò vật liệu khí q trình cơng nghiệp hóa-hiện đại hóa nước ta Vật liệu ngành khí có vị trí đặc biệt quan trọng phát triển kinh tế Trên giới khơng có quốc gia thực thành cơng nghiệp cơng nghiệp hóa, đại hóa mà lại khơng có ngành khí mạnh, phát triển ngành khí vừa tảng vừa động lực cho phát triển tất ngành nghề khác nhau.Trong xã hội, có tác động tích cực đến ngành dịch vụ thơng qua phát triển mạng lưới phân phối, thu hút số lượng lao động xã hội, tham gia vào trình phân cơng lao động hợp tác quốc tế Phát triển ngành khí cho phép nước tiết kiệm khoản ngoại tệ lớn dành cho nhập máy móc thiết bị hàng năm (những năm gần Việt Nam nhập bình quân hàng năm 10 tỷ USD máy móc thiết bị) phát huy mạnh cạnh tranh nguồn nhân lực nước phát triển Việt Nam q trình cơng nghiệp hóa, đại hóa đất nước với mục tiêu phần đấu đến năm 2020 trở thành nước cơng nghiệp Cơng nghiệp hóa, đại hóa mà nội dung xây dựng kinh tế mà sản phẩm chủ yếu sản xuất máy móc, thiết bị đại ngành khí có vai trò quan trọng, Việt Nam đất nước xuất phát điểm nơng, có số dân lớn khơng thể tiến hành nghiệp cơng nghiệp hóa, đại hóa máy móc, thiết bị nước ngồi tức bàn tay người khác, phát triển khí trở nên có ý nghĩa cấp thiết hết Ngành khí Việt Nam có thời kỳ thuộc loại mạnh khu vực đáp ứng đến 50% nhu cầu kinh tế Hiện nay, với trình mở cửa kinh tế hội nhập với kinh tế khu vực giới sóng đầu tư ạt chảy vào Việt Nam, công ty sản xuất sản phẩm khí (cơ khí thiết bị, thiết bị đóng tàu, lắp ráp ô tô…) Việt Nam bắt đầu tìm đối tác chiến lược để hình thành nên liên doanh sản xuất lắp ráp thiết bị khí Tuy nhiên, xuất phát từ kinh tế nông nghiệp, sở vật chất kỹ thuật nguồn nhân lực yếu nên sản phẩm khí ngành khí Việt Nam nói chung đến nhỏ bé - giá trị kim ngạch thấp, manh mún, thiếu vốn, thiều nguồn cung cấp nguyên vật liệu, máy móc thiết bị phần lớn lạc hậu nhiều bất cập khác Cho nên chất lượng sản phẩm thấp, mẫu mã đơn điệu, giá trị gia tăng sản phẩm chưa cao, hạn chế thị trường xuất chưa đáp ứng tiêu chuẩn so với ngành khí giới Xu hướng tồn cầu hóa, hội nhập kinh tế quốc tế diễn mạnh mẽ tất quốc gia, lĩnh vực kinh tế Việt Nam với tư cách thành viên thứ 150 Tổ chức Thương Mại Thế giới (WTO) phải tìm cách phát triển ngành khí để tạo động lực cạnh tranh thị trường Quốc tế cho ngành khí nói riêng ngành cơng nghiệp khác nói chung, đồng thời tạo thêm nhiều công việc cho người lao động trình chuyển cần giảm tỷ lệ lao động nông nghiệp chuyển sang lao động công nghiệp Bài tập trang 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 Hình 3.10 Dạng tổng quát giản đồ pha loại II (a) giản đồ pha hệ Cu - Ni (b), hệ Al2O3 - Cr2O3 (c) Là giản đồ pha hệ hai cấu tử với tương tác hòa tan vơ hạn vào nhau, có dạng tổng qt trình bày hình 3.10a hệ điển hình có kiểu hệ đồng - niken (Cu - Ni) hình 3.10.b hệ Al2O3 - Cr2O3 hình 3.10c, có dạng hai đường cong khép kín, đường đường lỏng, đường đường rắn, đường rắn vùng tồn dung dịch rắn α có thành phần thay đổi liên tục Các hợp kim hệ có quy luật kết tinh giống nhau: “nếu lấy đơn vị đo lượng cấu tử thành phần khó chảy tiên hợp kim lỏng kết tinh dung dịch rắn giàu hơn, pha lỏng lại bị nghèo đi, song làm nguội chậm tiếp tục dung dịch rắn tạo thành biến đổi thành phần theo hướng nghèo cuối đạt thành phần hợp kim” Hãy xét kết tinh hợp kim cụ thể 35%Ni + 65%Cu hình 3.11 - Ở 1300oC ứng với điểm (nằm vùng L), hợp kim trạng thái lỏng (chưa kết tinh), trạng thái tồn điểm Ở 1270oC ứng với điểm (chạm vào đường lỏng), hợp kim bắt đầu kết tinh dung dịch rắn α2’’ (49%Ni) Tiếp tục làm nguội chậm, lượng α nhiều lên, L thành phần hai pha biến đổi tương ứng theo đường rắn đường lỏng theo chiều giảm Ni (là cấu tử khó chảy hơn) - Có thể tính dễ dàng tỷ lệ hai pha nhiệt độ xác định, ví dụ điểm 3, 1250oC Với ba tọa độ: hợp kim - 35%Ni hai pha: lỏng 3’ - 30%Ni, dung dịch rắn α3’’ - 43%Ni Hình 3.11 Sơ đồ biểu diễn hình thành tổ chức kết tinh trạng thái cân hợp kim 35%Ni + 65%Cu L3’ / α3’’ = 33’’ / 33’ = (43 - 35) / (35 - 30) = / 5, L3’ = 33’’ / 3’3’’ = (43 - 35) / (43 - 30) = / 13 = 0,615 hay 61,5%, α3'' = 33’ / 3’3’’ = (35 - 30) / (43 - 30) = / 13 = 0,385 hay 38,5% - Đến 1220oC ứng với điểm (chạm vào đường rắn), dung dịch rắn α có thành phần ứng với điểm tức thành phần hợp kim, đoạn 33’’ (bên phải) khơng tức khơng pha lỏng (lúc coi giọt lỏng ứng với điểm 4’ với 23%Ni, giọt lỏng kết tinh xong kết tinh coi kết thúc) Như lúc đầu có khác xa, song q trình kết tinh dung dịch rắn tạo thành biến đổi thành phần hợp kim Tuy nhiên điều đạt kết tinh cân tức làm nguội chậm chậm nhờ kịp xảy khuếch tán làm thành phần Nếu làm nguội nhanh, không kịp khuếch tán làm thành phần, hạt dung dịch rắn tạo thành có nhiều lớp với thành phần khác nhau: trung tâm giàu cấu tử khó chảy cả, gần biên giới nghèo Hiện tượng gọi thiên tích thân hạt Để tránh phải tiến hành nguội chậm đúc hay khắc phục cách ủ khuếch tán vật đúc nhiệt độ gần đường rắn Trong giản đồ loại I xảy thiên tích với kiểu khác gọi thiên tích theo khối lượng hai cấu tử có khối lượng riêng khác rõ rệt, cấu tử kết tinh trước nhẹ lên, nặng chìm xuống thỏi Để tránh phải tiến hành nguội nhanh đúc bị thiên tích loại khơng có cách khắc phục Bài tập trang Chọn thép xác định trình nhiệt luyện để chế tạo chi tiết bánh răng: Phương pháp để nhiệt luyện đạt yêu cầu sau: +) thiết bị: lò cao tần +) vòng cảm ứng: tùy theo kích cỡ bánh răng, bánh nhỏ sản phẩm đặt lọt vòng cảm ứng, bánh lớn tơi +) đồ gá: bánh lớn phải dùng trục quay, bánh nhỏ dùng giá treo lên xuống theo chiều thẳng đứng +) phương pháp nhiệt luyện : phun, sử dụng ống giống vòng cảm ứng, mặt khoan nhiều lỗ nhỏ, sử dụng bơm nước để tạo thành vòng phun Nếu bánh nhỏ, vòng cảm ứng vòng phun, chi tiết cụm vòng cảm ứng di chuyển, nung nóng đến đâu tơi đến đó; tốc độ di chuyển (có thể coi tốc độ nung) tùy thuộc vào lò phải đảm bảo bề mặt chi tiết nung đến nhiệt độ ~ 840 – 860 độ C Đối với bánh lơn, vòng cảm ứng phải chế tạo theo biên dạng răng, khoảng cách vòng cảm ứng cách bề mặt nhỏ tốt (chú ý không để chạm); bề mặt đạt nhiệt độ tiến hành phun nước làm mát (nước phun tốt), xong thứ xoay bánh để nhiệt luyện tiếp xong toàn Tốc độ nung tính tốn tương tự bánh nhỏ Trong thực tế, lò có tần số > 90Hz, độ thấm tơi khoảng mm, vòng cảm ứng thiết kế tốt, thời gian nung < 3s tất nhiên khơng có thời gian giữ nhiệt .. .Bài tập trang Một số thành tựu bật cách mạng vật liệu đại Những điểm nóng vật liệu là: vật liệu nano (để chế tạo vật cực nhỏ), vật liệu siêu dẫn (cho phép dòng điện... gần khơng có điện trở), vật liệu sinh học, vật liệu điện tử, vật liệu quang điện Nanocellulose – loại vật liệu siêu bền, siêu nhẹ, dẫn điện Chính tính chất tạo nên siêu vật liệu với tiềm to lớn... vấn đề Bài tập trang Vai trò vật liệu khí q trình cơng nghiệp hóa -hiện đại hóa nước ta Vật liệu ngành khí có vị trí đặc biệt quan trọng phát triển kinh tế Trên giới khơng có quốc gia thực thành