BÀI GIẢNG VẬT LIỆU KHOA KỸ THUẬT

CHƯƠNG 1: NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ SỞ I Cấu trúc tinh thể kim loại Khái niệm chung: - Kim loại vật thể sáng, có ánh kim, dẻo, rèn được, có tính dẫn điện dẫn nhiệt cao, có hệ số nhiệt điện trở dương VD: Fe, Cu, Al, Ag, Au, , Ce(xêri) dẫn điện CHƯƠNG 1: NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ SỞ - Số điện tử hố trị lớp điện tử ngồi ít, thường có 1-2 điện tử Chúng liên kết yếu với hạt nhân, nên dễ bị bứt thành điện tử tư do, nguyên tử trở thành ion dương - Sự tồn điện tử tự định nhiều tính chất quan trọng kim loại như: vẻ sáng (ánh kim); tính dẻo; tính dẫn điện dẫn nhiệt + Vẻ sáng: Bức xạ tạo ánh sáng gọi ánh kim (Các điện tử tự bị kích động đạt mức lượng cao không ổn định bị ánh sáng chiếu vào) + Tính dẻo: Mây điện tử có tác dụng lớp đệm để ion dương trượt với bị biến dạng (phụ thuộc vào cấu trúc mạng tinh thể) CHƯƠNG CHƯƠNG 1: 1: NHỮNG NHỮNG KHÁI KHÁI NIỆM NIỆM CƠ CƠ SỞ SỞ + Tính dẫn điện: Khi đặt kim loại vào hiệu điện thế, điện tử tự chuyển động theo hướng định tạo nên dòng điện + Tính dẫn nhiệt: Khi nhiệt độ tăng ion dương mây điện tử dao động mạnh truyền động cho CHƯƠNG 1: NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ SỞ Liên kết kim loại: - Là liên kết mạng ion dương xác định với điện tử tự Năng lượng liên kết tổng hợp lực đẩy lực hút tĩnh điện ion dương mây điện tử tự CHƯƠNG 1: NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ SỞ Cấu tạo tinh thể lý tưởng kim loại nguyên chất: 3.1 Các khái niệm mạng tinh thể: Mô tả cấu tạo tinh thể dựa khái niệm mạng không gian Mọi kim loại từ trạng thái lỏng đông đặc lại thành vật thể rắn có cấu tạo tinh thể, ngun tử ln vị trí định, có qui luật, theo dạng hình học định khác hẳn chất vơ định hình a, Mạng tinh thể - Là mạng không gian tạo nên ion, nguyên tử xếp theo quy luật chặt chẽ, tạo thành dạng hình học định CHƯƠNG 1: NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ SỞ b Ơ sở (ơ bản) - Mạng tinh thể gồm vô số ô nhỏ xếp liên ba chiều không gian Các ô nhỏ gọi sở (ơ bản) + Ô sở phần nhỏ đặc trưng đầy đủ cho tính chất mạng tinh thể CHƯƠNG 1: NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ SỞ c Thơng số mạng tinh thể - Là kích thước mạng tinh thể + Từ thông số mạng tính khoảng cách mạng; + Thông số mạng xác định theo kích thước cạnh sở; + Đơn vị đo Ăng-strôn (Å) 1Å = 10-8 cm CHƯƠNG 1: NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ SỞ d, Nút mạng: Tương ứng với tọa độ trục ox, oy, oz vị trí cân mà nguyên tử, ion dao động xung quanh e, Phương: Là đường thẳng qua nút mạng, cần biết hai nút mạng xác định phương cho Các phương song song với có tính chất hồn toàn Trong mạng tinh thể hệ lập phương có ba phương điển z hình: + Phương đường chéo khối + Phương đường chéo mặt y + Phương cạnh x CHƯƠNG 1: NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ SỞ f, Mặt tinh thể: - Mạng tinh thể gồm mặt song song cách - mặt tinh thể + Mặt tinh thể tạo (ít 3) nút mạng + Các mặt tinh thể song song có tính chất hồn tồn Các mặt thẳnh góc (dọc, ngang) chéo CHƯƠNG 1: NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ SỞ g, Mật độ nguyên tử mạng tinh thể: - Là đại lượng đánh giá mức độ xếp xít chặt chất điểm kiểu mạng Bao gồm: mật độ theo phương, mật độ mặt mật độ khối + Mật độ theo phương: - Là mức độ xít chặt nguyên tử theo phương định Phương có khoảng cách nguyên tử nhỏ phương có mật độ lớn 10 CHƯƠNG 1: NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ SỞ Sự kết tinh thỏi đúc: Ba vùng tinh thể thỏi đúc: - Vỏ lớp hạt nhỏ đẳng trục - Vùng lớp hạt tương đối lớn hình trụ kéo dài vng góc với thành khuôn - Vùng vùng hạt lớn đẳng trục: kim loại lỏng kết tinh với ∆T nhỏ nên hạt trở nên lớn.Phương tản nhiệt qua thành khuôn không rõ ràng nên hạt lại phát triển theo phương 51 CHƯƠNG 1: NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ SỞ Các dạng khuyết tật vật đúc: rỗ co, lõm co, rỗ khí, thiên tích -Rỗ co nằm biên hạt tạo nên co kl lỏng, phân bố rải rác khắp vật đúc làm giảm mật độ kl, xấu tính vật đúc -Lõm co phần kết tinh sau thiếu kl lỏng tạo nên lỗ hổng, phải cắt bỏ -Rỗ khí: kl lỏng hòa tan lượng khí, kết tinh khơng kịp tạo nên túi rỗng nhỏ làm vật đúc bị nứt sử dụng 52 CHƯƠNG 1: NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ SỞ IV Biến dạng dẻo kết tinh lại: Biến dạng thay đổi hình dáng kích thước vật thể tải trọng,phản ứng hóa học, chuyển pha hay giản nở nhiệt Có hình thức biến dạng: - Biến dạng đàn hồi - Biến dạng dẻo - Biến dạng phá hủy Sơ đồ biểu đồ tải trọng-biến dạng điển hình kl 53 CHƯƠNG 1: NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ SỞ Sơ đồ biến đổi mạng tinh thể tăng tải trọng a) Ban đầu, b) biến dạng đàn hồi, c) biến dạng dẻo, c) phá hủy 54 CHƯƠNG 1: NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ SỞ Biến dạng dẻo đơn tinh thể: kl bị biến dạng dẻo hai hình thức trượt song tinh a Trượt: chuyển động tương phần tinh thể theo mặt phương định gọi mặt trượt phương trượt Sơ đồ biểu diễn trượt a) Hình dạng đơn tinh thể mạng trướt trượt b) Sau trượt 55 CHƯƠNG 1: NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ SỞ  Khả trượt: mặt phương tinh thể có mật độ ntử lớn liên kết vững có khả tồn bền tác dụng tải trọng Sự trượt xảy kết hợp mặt phương trượt gọi hệ trượt Các hệ trượt kiểu mạng thường gặp 56 CHƯƠNG 1: NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ SỞ Số cách trượt ( hệ trượt chính): - Mạng lptt có 12 ( mặt x phương ) hệ trượt - Mạng lpdt có 12 ( mặt x phương) hệ trượt - Mạng lgxc có ( mặt x phương ) hệ trượt Kl có kiểu mạng có nhiều mặt trượt phương trượt có khả biến dạng dẻo nhiều Kl có số cách trươt kl có phương trượt nhiều dẻo 57 CHƯƠNG 1: NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ SỞ  Ứng suất trượt: biến dạng dẻo có thành phần ứng suất tiếp phương trượt có tác dụng gây trượt Trượt đơn tinh thể a) Sự định hướng hệ trượt với ngoại lực, b) Xê dịch tạo bậc nhỏ 58 CHƯƠNG 1: NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ SỞ  Quá trình trượt: b) Tinh thể sau trượt với bậc thang biến dạng dẻo c) Đường trượt dải trượt tổ chức tế vi 59 CHƯƠNG 1: NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ SỞ b) Song tinh: chuyển động hai phần mạng tinh thể theo mặt phương định để sau hai phần mạng tinh thể đối xứng qua mặt ( mặt song tinh ) Biến dạng dẻo đa tinh thể: kl đa tinh thể bị biến dạng dẻo hai hình thức trượt song tinh có đặc điểm khác đơn tinh thể: - Các hạt tinh thể bị xoay theo biên giới hạt cản trở trượt → khó biến dạng - Các hạt kl bị biến dạng không chịu trạng thái ứng suất khác - Kl có cấu trúc hạt nhỏ chịu biến dạng lớn kl hạt thô to 60 CHƯƠNG 1: NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ SỞ  Sơ đồ tổ chức tế vi điển hình vật liệu bị biến dạng:  Sau bd dẻo mạng tinh thể bị xơ lệch nên tính kl thay đổi nhiều: tăng độ cứng, độ bền, giảm độ dẻo, dai… 61 CHƯƠNG 1: NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ SỞ Sự kết tinh lại: Cơ cấu giống trình kết tinh xảy trạng thái rắn Làm nhanh trình kết tinh lại cách nung kl đến to phù hợp cho kl cụ thể Khi nung kl từ to thấp đến cao kết tinh lại trải qua giai đoạn nhau: - Giai đoạn phục hồi: (80 – 150o) mạng tinh thể, số tính chất ban đầu phục hồi, khử bỏ ứng suất bên Sự kết tinh chưa xảy ra, tổ chức hạt chưa thay đổi - Giai đoạn kết tinh lại lần thứ nhất: (> 150 ) hình thành hạt tinh thể hồn tồn mới, tính chất ban đầu kim loại khôi phục - Gai đoạn kết tinh lại lần hai: sau kết tinh lại lần thứ tiếp tục tăng nhiệt độ đến 3004000C hạt nhỏ sát nhập tạo hạt lớn, chất lượng kim loại giảm 62 63 CHƯƠNG 1: NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ SỞ Nhiệt độ kết tinh lại: Nhiệt độ kết tinh lại nhỏ phụ thuộc vào nhiệt độ nóng chảy kim loại Tktlmin = 0,4 Tnc Gia cơng nóng kim loại áp lực: Nhiệt độ gia công hay lớn nhiệt độ kết tinh lại Đặc điểm kim loại sau gia cơng nóng áp lực: - Cơ tính nâng cao - Kim loại mang tính dị hướng - Độ hạt thu phụ thuộc vào tốc độ biến dạng tốc độ kết tinh lại 64 ... triển dài theo hướng định, bao gồm: + Lệch biên; + Lệch xoắn; Lệch biên 26 Lệch xoắn BỘ MÔN VẬT LIỆU KỸ THUẬT 27 CHƯƠNG 1: NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ SỞ 4.3 Sai lệch mặt – lệch (khuyết tật mặt) - Là loại... chất cơ, lý, vật liệu thay đổi đột ngột + Thay đổi thể tích + Thay đổi tính chất 20 CHƯƠNG 1: NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ SỞ 3.4 Đơn tinh thể da tinh thể: a, Đơn tinh thể: + Khái niệm: Một vật tinh thể... nhiên, để có đơn tinh thể kim loại người ta phải nuôi; + Chủ yếu sử dụng công nghiệp bán dẫn vật liệu điện; + Có tính dị hướng (là khác tính chất cơ, lý, hố theo phương khác nhau), theo hướng