Đang tải... (xem toàn văn)
Giáo trình sử dụng trong giảng dạy ở trường ĐHBK Hà Nội . Kiến thức đầy đủ , giáo trình dễ đọc dễ hiểu . Phục vụ các các bạn tự học tại nhà . Tài liệu quan trọng cho các bạn ngành kỹ thuật ( công nghệ chế tạo máy )
Mở đầu – Giới thiệu chung Vật liệu gì? vật rắn sử dụng để chế tạo dụng cụ, máy móc, thiết bị, xây dựng cơng trình…… Vai trò vật liệu Mở đầu – Giới thiệu chung Vai trò vật liệu Mở đầu – Giới thiệu chung Cấu trúc Kiểm tra, đánh giá Gia công/ Chế tạo Tính chất Cơng sử dụng •Khoa học vật liệu nghiên cứu mối quan hệ cấu trúc tính chất vật liệu •Kỹ tht Vật liệu : thiết kế ( tạo ra) cấu trúc ®đạt tính chất mong muốn Mở đầu – Giới thiệu chung nhóm vật liệu chính: • Kim loại • Ceramic • Polymer • Composite Kim loại Các nhóm vật liệu khác: Composite 1- VL bán dẫn 2- VL siêu dẫn Polymer Ceramic 3- VL silicon 4- VL polymer dẫn điện 5- VL có cấu trúc nano Mở đầu – Giới thiệu chung Vật liệu kim loại: nguyên tố KL, cấu trúc mạng tinh thể Đặc điểm: - dẫn nhiệt, dẫn điện cao, - có ánh kim, phản xạ ánh sáng với màu sắc đặc trưng - dẻo, dễ biến dạng dẻo (cán, kéo, rèn, ép), - bền học, bền hóa học Mở đầu – Giới thiệu chung Ceramic (VL vô cơ): nguồn gốc vô cơ, hợp chất KL, silic với kim: ơxit, nitrit, cacbit (khống vật đất sét, ximăng, thủy tinh…) Đặc điểm: - dẫn nhiệt dẫn điện (cách nhiệt cách điện) - cứng, giòn, bền nhiệt độ cao - bền hóa học vật liệu kim loại vật liệu hữu Mở đầu – Giới thiệu chung Polyme (VL hữu cơ): nguồn gốc hữu cơ, thành phần hóa học chủ yếu cacbon, hyđrơ kim, có cấu trúc đại phân tử Đặc điểm: - rẻ - dẫn nhiệt, dẫn điện kém, - khối lượng riêng nhỏ, - nói chung dễ uốn dẻo, đặc biệt nhiệt độ cao, - bền vững hóa học nhiệt độ thường khí quyển; - nóng chảy, phân hủy nhiệt độ tương đối thấp Mở đầu – Giới thiệu chung Compozit: tạo thành kết hợp hai hay ba loại vật liệu kể trên, mang đặc tính tốt vật liệu thành phần Ví dụ: bê tơng cốt thép (vô - kim loại) Mở đầu – Giới thiệu chung Nội dung môn học: nghiên cứu mối quan hệ tính chất cấu trúc vật liệu (chủ yếu vật liệu kim loại) - Cấu trúc : xếp thành phần bên - Tính chất: - học (cơ tính) - vật lý (lý tính) - hóa học (hố tính) - cơng nghệ sử dụng - Mục đích: + Đảm bảo yêu cầu tính chất sản phẩm hiệu kinh tế + Nghiên cứu vật liệu mới: phải có kiến thức vật liệu cũ nghiên cứu vật liệu Mở đầu – Giới thiệu chung Cấu trúc vĩ mô (tổ chức thô đại; macrostructure): hình thái xếp phần tử lớn với kích thước quan sát mắt thường (giới hạn 0,3mm) kính lúp (0,01mm) Cấu trúc vi mơ (tổ chức tế vi; microstructure): hình thái xếp nhóm nguyên tử hay phân tử với kích thước cỡ micromet hay cỡ hạt tinh thể với hỗ trợ kính hiển vi quang học (cỡ 0,15 µm) hay kính hiển vi điện tử (cỡ 10nm) 10 3.2 Giản đồ pha hai cấu tử 3.2.3 Giản đồ pha loại Hợp kim X 3.2 Giản đồ pha hai cấu tử 3.2.3 Giản đồ pha loại Hợp kim X3 3.3 Giản đồ pha Fe-C (Fe-Fe3C) Tương tác Fe C: có nhiều tương tác - Sự hoà tan C vào Fe: dạng dung dịch rắn xen kẽ - Fea(A2): hoà tan (0,02%C) - Feg (A1): hoà tan nhiều (2,14%C) - Fed(A2): hồ tan (0,1%C) -Tương tác hố học Fe C cacbit Fe: Fe3C - Tạo hỗn hợp học: Cùng tinh tích C Fe rnt = 0,067 nm rnt = 0,156nm 3.3 Giản đồ pha Fe-C (Fe-Fe3C) a+Fe3CIII (P) g+XeII Fe P+XeII g+XeII+(g+Fe3C) P+XeII+(P+Fe3C) (g+Fe3C) L+XeI (g+Fe3C)+Fe3C (P+Fe3C)+XeI a+P Fe3C 3.3 Giản đồ pha Fe-C (Fe-Fe3C) Chuyển biến tinh: 11470 với hợp kim có %C > 2,14 L4,3 ( g + Fe3C) Chuyển biến tích: 7270 g0,8à [a + Fe3C] Chuyển biến tinh Chuyển biến tích 3.3 Giản đồ pha Fe-C (Fe-Fe3C) Các tổ chức pha GĐP Fe-Fe3C Ferít (Fea ) Dung dịch rắn hoà tan C Fea ( giới hạn hoà tan 0,02%C 7270C) Dẻo, mềm, bền Austenit (Feg ) Dung dịch rắn hoà tan C Feg ( giới hạn hoà tan 2,14%C 11470C) Dẻo, mềm Xêmentit (Fe3C ) - XeI: sinh từ Lỏng Dạng thẳng, thô tô tổ chức - XeII: sinh từ Feg giảm nồng độ C g Có thể tạo lưới bao quanh biên hạt giảm dẻo dai hợp kim - XeIII: sinh từ Feado giảm nồng độ C a 3.3 Giản đồ pha Fe-C (Fe-Fe3C) Ferit Austenit 142 3.3 Giản đồ pha Fe-C (Fe-Fe3C) Các tổ chức hai pha GĐP Fe-Fe3C Peclit (P ) hỗn hợp tích F Xe sinh từ Austenit 7270C 0,8%C thành phần pha P: 88%F + 12%Xe loại P, P P hạt Lêđêburit (Le ) hỗn hợp tinh Austenit Xe tạo thành từ pha lỏng 4,43%C 11470C 3.3 Giản đồ pha Fe-C (Fe-Fe3C) P P hạt Lêđêburit 144 Phân loại thép-gang Thép: hợp kim Fe-C với hàm lượng C < 2,14% Đặc điểm: - Khi nung nóng đạt tổ chức pha As có độ dẻo cao, dễ biến dạng - Có thể coi thép VL dẻo, BD nguội, nóng - Tính đúc Gang: hợp kim Fe-C với hàm lượng C > 2,14% Đặc điểm: - Khi nung nóng khơng đạt tổ chức pha As biến dạng nguội, nóng - Có khả điền đầy khn tốt tính đúc cao - Tính dẻo gang Phân loại thép-gang theo GĐP - Thép trước tích - Théo tích - Thép sau tích - Gang trước tinh - Gang tinh - Gang sau tinh Thép trước tích 0,38%CX635 147 Thép sau tích 1,4%CX1000 148 Các điểm tới hạn thép -Nhiệt độ chuyển biến trạng thái rắn HK Fe-C ®điểm tới hạn, ký hiệu chữ A®là sở để xác định chế độ nhit luyn -Cỏc im: A1 : 7270C đnhit chuyn bin cựng tớch ASđ [F+Xe] = [a+Xe] A3: 911-727oC ( đường GS) : AS® F ( nguội) kết thức hòa tan F As nung • Am: 1147-727oC ( đường ES): As ®XeII làm nguội kết thúc hòa tan XeII vào As nung 149 Cần nắm vững • • • • • • • • • Dung dịch rắn ( thay thế-xen kẽ)-Tính chất Pha trung gian (phân biệt với hợp chất hóa học) Giản đồ pha- cấu tạo- cơng dụng Qui tắc cánh tay đòn (tính thành phần pha) Sự hình thành (hoặc hòa tan) pha qua đường chuyển pha giản đồ pha nung nóng làm nguội Giản đồ pha Fe-C- Thuộc lòng phần thép ( nhiệt độ, %C, đường chuyển pha (A1, A3, Am), pha) Phản ứng tinh, tích Tính nhiệt độ A3 Am thép Thép gang theo giản đồ pha- tổ chức tế vi- tính chất thép gang 150