Vật liệu cơ bản và xử lý nhiệt trong chế tạo máy giáo trình dùng cho các hệ đào tạo cử nhân và trung cấp kỹ thuật hoàng tùng, phạm minh phương, bùi văn hạnh

THƯ VIỆN DẠI HỘC NHA TRANG M PGS TS H O À N G TÙNG 671 PGS IS PHẠM M IN H PHƯƠNG H 407T TS BÙI V Ă N HANH VẬT LIỆU Cờ BẢN& XỬLYNHIẸT — ٠ ٠ ‫ ﻣ ﻎ ﺀ ﺀ‬٠‫ ﺓﻩ ﻫﻪ ﺱﺀ ﻭﻣ ﺺ‬٠‫ﴄ ﻩ‬ tk ‫ ﺟ ﺴ ﻢ ﻣﺶﺀ‬، ‫ﲡﺔ‬ X in v u i lịỉig: Khơng xé sách KhOng gạch, viết, vẽ lê.n sách ٠٠ ^ xu ^ b^ ^ í a h c ^ ^ v ầ k ỹ t o u At C X PGS I'S HOẢNÍỈ TÙNG F(‫؛‬s TS PHẠM MINH PHƯONG TS BỪI VÃN HẠNH VẬT LIỆU C BẢN & XỬLÝ NHIỆT TRONCCHẾTẠO MÁY (Giáo trình cho hệ đào tạo cử nhân trung cấp kỹ thuật) ịĩRƯƯĨ-IÚiìẠỈ ;iỤCNlÌAiro.ivD THƠ NHÀ XUẤT BẢN KHOA HỌC V ỈỆ M vA KỶ THUẬT HÀ NÔI - 2007 Tác giả: PGS TS HOÀNG TÙNG PGS TS PHẠM MINH PHU3NG TS BÙI VÃN HẠNH Chịu ìn k li nhiệm xnứt hỏn: PGS TS TÔ ĐẢNG HẢI Biên lập sửa bơng: Vẽ bìa: NGUYỄN t h ị d iệ u t h ú y HƯƠNG LAN In 500 khổ 16 X 24cm Cơng ty TNHH Bao bì & In Hải Nam Quyết định xuất số: 476-2007/CXB/55-I8/KHKT In xona nộp lưu chiểu quý IV nãm 2007 LỜI NÓI ĐẦU Việt Nam ngành cong nghiệp, dặc biệt ngành klìí, thưịmg ngày dều gắn vởi vột Uệu cản dến cdc vạt Uệu có linh ndng da dạng vởì chát ‫ﺍﺍ‬، ợng ng‫ﻻﺓ‬ cao lỉiện kim loại (sắt, nhom, dồng, ) hợp kim (thép, gang, hợp kim nhôm, đồng, titan, ) dược dùng rộng rãi ngành công nghiệp Các kim loại, dặc biệt la νά cdc hợp kim cíta dd dang dóng val trò qnan trọng phát triển ngành cơng nghiệp mặt kinh íếvà kỹ thuật Cdc vột liệu klm loai diíợc dítng rộng rdl dể chẽ' tao ma١ÿmóc νά cơng СЦ la chung có tinh tốt đảm bảo dược yêu cầu dề Nói chung vật liệu kim loại có độ bền độ cứng cao, độ dẻo độ dai tốt, máy móc dùng dược lâu, mịn Một số kim loai hợp kim có nhĩùĩg tinh chat vật lý đặc biệt như: dẫn điện dẫn nhiệt tất, có từ tinh dặc biệt, chiu nhiệt tốt Song song với phat triển kim loại hợp кип, vật lỉệii khác (compozit, kim loai hột, chất dẻo, ) phát triển đưc/c sử diitig công nghiệp ỉ)ể sử diitig kim loại, hợp kirn loai vật liệu khác sản xuất cong nghiệp cách hợp lý thi kỹ sư, cán kỹ thuật, kể cong nhan cần có nlỉữnq kiến thức sốvật liệu thông diing D ểdúp ibìg phấn íhi/c tếtrên cluing tơi hiêìĩ soạn giáo trìtilì Vật liệu xử tý nhiệt tó mổn học kỹ th u ệ sở trinh bày vê cấu lạo bên tinh chíìt vật liệu kim loại} hợp kim vật liệu kháCy phụ thuộc tinh chíít vào cấu lạo bên chúngẹ Dựa mối quan hệ dó ngưịri ta llẻ.n hdnh tlm lOl cdc họp klm có linh chdt mong muốn phương pháp gia cong nhiệt dểcải thiện tinh chất Cita kim loại, hợp kim Đểriárnị cao chất lượng vật liệu kim loại, nhưcác sản phẩm kim loại, hợp kim vật lìệiỉ klỉác rigưcri ta dã sử diing công nghệ xử lý nhiệt Cong nghệ x iý ĩihiẽt trinh him thtt^ dổi tinh chttt vột liệu kim loai bàng each tha‫ ؟‬dổi (Yii/ trúc bên thay doi thành phần hoíí học lớp bé tn ệ kim loai mà khOng liim thav dổi hlnh ddng vti kich thước chi tiết V/ írong chếíạo khi, xử lý nhiệt dóng vai trị quan trọng vi khơng nhữìỉg lạo cho ch‫ ﺍ‬l ié'l sau gia công C.Ơ linli chái cản 1 ‫ ﺣﺎﺍﺍ‬nhu độ c(íng١ độ bẻn ١ độ dẻo dai, khả chống mài mòn, chong ăn mòn, V.V.M rnà lảm tăng tinh cơng nghệ vật liệu Do dó nói xii lý nhiệt yếu tố công nghệ quan trọng định chất lượng sản phẩm cơng nghiệp nói chung Các cán kỹ thuật (kểcả cong nhan) thiết kế vả chẻ tạo cúc kết cấu máy phdi có hiểu biết dầy đủ vé loại vật liệu thường dùng (gang, thép, ỉìợp kim nhôm, dồng, họp kim ổ truc, vật liệu khác, ) phương pháp xử lỷ nhiệt íhích hợp Trong hồn cảnlĩ cung ầ g vật tư khơng đáp ầ g dímg số hiệu, nắm v ầ g tinh chất vật liệu, cán kỹ thuật, cơng nhan chọn củc so hiệu khác (loại khác) tương dương đểthay Môn học vật liệu xử lý nhiệt môn học sở kỹ thuật thực l ‫ ﺍ‬ễ n ١‫ ﺍﱂ‬١‫ ﻻﺅﺭ‬l٣ong trinh học ph‫ ﺍ ﺍﺓ‬uôn liên hệ ѴСЛ thực tẻ' gia cOng sừ dung.ầồng thời giảì thìcli tuợng vột 1‫ ﻻ‬bằng 1‫ ﻵ‬thu‫ﻻ‬ẻ't da học Ngodi p ‫ ﺍ‬ι‫ ﺓ‬n 1‫ﻵ‬ thuyết, học sinh cần thực thi nghiệm tập nhằm củng có kiến thức dược học cung nhưgỉúp làm quen với íhực tế Giáo trinh gồm sáu chương Trong chương ỉ chương trinh bày lý thuyết sở kim loại hợp kim Chương ,‫ و‬và trinh bày loại vật liệu kim loại th u ^ g dUng ‫ ﺍ‬lhép٠gang kim loại màu ١.Trong chuong trinh ba‫ ﻻ‬bdn chdi cách tien hành phưcmg pháp xử lý nhiệt kim loại.Chương trinh bày số vật liệu phi kim loại (chất dẻo, cao su, conipoiit ) th ầ g dìmg cơng nghiệp chế tạo máy Sau chương đểu có cảu hỏi ơn tập Cuốn sách dược biên soạn theo nội dung giáo trinh Cong nghệ kim loại, Cơ dại cương, Kim loai học Nhiệt luyện, Vật liệu hoc, Công nghệ Nhiệt luyện dã dạy nhiều năm trư ầ g Đại hoc Bách khoa ỉỉà nội giáo trinh tương tự nước Nó dùng cho hệ đào tạo trung cấp, cử nhản kỹ thuật cong nghiệp Trong trinh bien soạn, chung tỏi nhận dược giiíp dỡ chán tinh bạn đồng nghiệp Nhân dịp xin chân thành cảnĩ ơn Chúng xin trán cảm ơn moi ‫ؤز‬kiến đóng góp hạn dọc Các ỷ kiê'n xin giíi Ran biẻn lộp, Nhà xuat bdn Khoa học thuộl 70 'Irdn Hung Dạo, Hà Nội Các tác giả C h itij ‫ا‬ KHAI NIỆM Cơ BẢN VÊ KIM LOẠI VA HỢP KIM vạ( liệu tlUng ١rt,ng uOng ngliiệp da dạng, nhiÊn ki 1 1loại \'à lir.ĩp ki 1 ciía uliUiig vần dư(.,o sử dụng nliiều nliat (7() 80 ‫ب‬%) kliOi lưong, v'i vần pliải liiểu bìÊ.t nliững tinh cliất co ١'à pliạiii vi sử dụng vliUiig 11 KHÁI n i Ẹ m v ề v ậ t l iệ u c On g N G in p Vt IẻầU núi chung ! nhng V't rn nià c()n ngườ‫ ؛‬sử dụng dể chế tạo dụng cụ, máy П()С١t!i‫؛‬â bị \'à ngny dể thay số phận cùa thể thổ ý đổ nghệ thuật I)ựa theo cấu t٢úc - tinh chất dặc ti^)g, ngưi^i ta phân nhOin ١.'ật tiệu chínti: - Vật !lệu k‫؛‬m lí.)ạ‫؛‬ - Ceramic (vật l‫؛‬ệu \'ơ cư) - !)ymc (vật hệu hữu ССУ) - Conipozit (vật hệu kết h(.yp) Niiồì cổ nhOm phụ k!iỌ g!idp vào brin ^ιόιη nhu: bán dẳn, siCu dán nh‫؛‬،:t độ thấp, s‫؛‬èu dần nhiệt độ cao: s‫؛!؛‬con, vặt liộu nanO 12 KHAI NIỆM VỀ VẬT LIỆU KIM LOẠI Kiiii loại vật tliể sáng (cổ ánli kiiii), c(١tliổ rèn dược (do cổ tínli dCo), cd tinh dần diện, dán nliiệt tOl, cổ liệ số nhỉộl diện trO ،lifting Ihện dâ tìiii dược І1 ГЛ1I()0 nguyén tố, d،'i hon 3/4 kiiii loại; btìiig tuầii liồn nguyCn t،١ ' liố !i(.١ c, cliUng ntiii trái dififtig dậiii nét (bảiig 1.1) Ngoài số nguyên tố cO ١'ị tri trung gian kíiii loại ١’à kini, dO iiguyCn lO bán dần: Ge, Si Các nguyCii tốcbii lại kiiii: c, o, H, Ν.13 ; klií tr،í: IIc, Nc, \r, Kr ١’à lialOzcii: 1", Cl, llr, ! (bẻn pliải dirííng dậm nét) Iliực tếdiưa c،') tiCu cliuẩn tliật r،') rệt pliihi biệt kiiii loại kiiii 1'rong kiiii І0 1 І ІІ.ІІ pliâii ra: kiiii loại dcii \’à kiiii loại màu - Kim loại den sắl hợp kim Ircn sở sál, ví dụ: ihcp gang - Kim loại màu bao gồm kim loại lại Irong bảng luần hoàn h(٠ yp kim Ircn sở chúng 1.3 CẤU TẠO MẠNG TINH THE L3X Cấu tạo ng٢ uyên tử k im lo i - Đậc điểm cấu tạo nguyên tử kim loại: nguyên tử hệ thống phức lạp gồm hạt nhân (chứa prỗtơn + nơtrơn) mang diện lích dương diện tử mang diện tích âm quay quanh hạt nhân Đặc diêm kim loại số diện lử hố trị (thưímg -r 2e : e cleclron), diôn lử liên kết yếu với hạt nhân, dỗ bứt khỏi hạt nhân trở thành diện tử tự nguyên tử trở thành ion dương Đặc tính điện tử dinh nhiều dến lứih chất dặc trưng kim loại 1.3.2 Cấu tạo tỉn h th ể k im lo٠ạ i ٠ Một sỏ khái niệm Tất kim loại hợp kim trạng thái rắn dều vật thể C() cấu tạo mạng tinh thể Các nguyên tử (ion) chiếm vị trí định khơng gian tạo thành mạng tinh thể Hình 1.1 Mạng lập phương đơn giản a) mang tinh thể, b) mặt tỉnh thể c) ỏ Ị X d Ị r iỊ II n i Ịq o a ìỊ οι QÁ uni 69 ni iq o a ‫وج‬ ‫ور‬ ‫ ؛‬Ш \0Ц он 19 ỊpỌJƠ SỊp ‫ح‬ ‫ح‬ то ‫وو‬ λο Ịq o Ị ‫وة‬ q i ỊỊỌ p e b ‫ع‬ CD Ρ9 PO ỊƠỌJP ٠ ‫ة‬ '‫ج‬ ٠ ٠ ‫ي‬ ٧ ‫وع‬ пз u e u ie s Ζ9 LUS q e u jo jd ‫وﻟﻢ‬ i ٧d iU Ịp ọ u ‫و‬ PH u j ip o a z e J d 69 ‫دد‬ иэх ΘΟ ‫وج‬ - Mạng linh thổ gồm mặt nguyên tử xốp s٠ng s()ng cách dcu nh٤ iư - gp‫ إ‬là mặt íình thể - Đưèrng thảng di qua nguyCn tử (ion) tiếp lục di qua nguyCn tử (iơn) klìác gpi phương tinh thể - Phần thể tích nhỏ dặc t٢ưng ch loại mạng tinh thể đổ dược gọi ổ Nếu xếp liCn tiếp ‫ ة‬cơ theo chiổu không gian dược tồn mạng linh thể (hình 1.1) - Thong sốrnạtĩg kích thước cùa mạng tinh thể١lừ dó I‫؛‬nh khoảng cách mạng Đơn vị thường dUng àngslrôn١(‫ل‬ ،\‫ﻻ‬ ) hay kilo íchxi (kx) Hẹ lập phư(mg có thOng sớ mạng cạnh a cùa khốí Hệ lục giác có haỉ thOng số mạng a c u a Các d n g ô b ả n m n g tin h th ể k im l i ‫ة‬ Cơ dưc;c dặc l ^ g cho kiểu mạng tinh thể kin) loại Iheo linh toán Bravais thi tất có 14 kiểu mạng tinh thể khác thuộc hẹ ٢rong !٦ kim loại thường dUng cồng nghiệp kl)í٠thưímg gặp ba kiểu n)ạng linh thể là: lập phương thể lâm (cOn gọi lập phương lâm kl)ối ký hỉệu Α2 Iptk)‫ ؛‬lập phương dỉện tâm (còn gọ٤lập phương lâm mặt ký hiệu AI Ipim) (liình 1.3) Ô sở mạng sáu phư(mg xếp chạt (ký hiệu A3 hoậc spxc), (hlnh 1.4) a Ім р phương tâm khối (ký hiệu Α2, Iptk): có ‫ ة‬các kim loạí: íCa,(2r,٧ (hlnh 2) ‫د‬ ‫ز‬- а) b) с) Hình 1,2 sở mạng lập phương tâm khốỉ o lập pliưctiig lâm kĩìốì ٧(‫ اﻵ‬cạĩìlì lă a, lác nguveiì lử nàm dỉiilì Iruiig lâm kli(A)i١‫ ة ؛ﻟﻤﺈ)(ا‬này 1(3 ‫أ‬1‫ا ةا‬1‫(ى‬٠ )٠ ‫ أ‬kv !1 ‫؛‬hàng Ộ٧ ‫ ج‬ h Lập phương tâỉìỉ mặt (kỷ lỉiệii ،٩./ lỊ)tm): 1(3 kim !ơạ‫؛‬: Fc-f, ‫\ا‬Cu, NI, 1١ Pb ) ١ liình 1.3 () ca sở !à liìnli !ặp pliyng V(31 iạn!ì a, nguyCn lử nằm (V(Jinli \'à ٨ 3i Ô n٤ ١ y d)Irung I٤ ١ m jnặt hên Wi(':‫؛‬i (JU(;c ký lìiộu hàng E - hình 1.3 - - ‫ا‬ ١ # ‫ا‬ ‫؛‬٠ ٠ ٠ ][/ ‫ إ ' ر ا ا‬- ٠- - ‫ل‬ Hình 1.3, ỏ sở mạng lập phương tâm mặt c sáu phương xếp chặt (ký hiệu ،4‫و‬ spxc}‘ 1(3 C'ái kim loại: Zn, Cci, Mg Ô sở đâv h ìỂ lục giác \'(3ì cạnh a c (gồm sáu lầng l٢ụ lam giác dểu)١các nguyCn tử 12 dinh, cdc mặl dáy \'à nguyên lử nằm ‫ ؤ‬tâm khớỉ lăng 1‫ا‬٦‫ ﻟﻢ‬lam gỉác cách dều nliau, hìnli 1.4 Hình ۶٠4 sỏ mạng sáu phương xếp chặt d.'lình ‫خ؛)ا‬.١‫ أ‬dổi ihii liínli chu kiin l()ụ‫؛‬ Kim loại cdc nhiệt độ, á.p suấl khác nliau 1(3 k.iố٠ u mạng khác nhau, dư()c g(‫؛ر‬ línli ihU hình cUa kim logi Ví dụ Fe, Co, Mn, vSii, 'Ic, Cc Bảng 6.1 (tiếp) Mác nhơm 7075 Thành phần hố học Trạng thái ٢٢ 2í ٢٠٦٠٢٠ MPa » ơb,min, MPa ,min, % 5.6Zn-2.5Mg o 105 230 17 1٠6Cu-0٠3Cr 500 570 11 T6 ơ.i.min, MPa Tương đương với mác rOCT B95 160 Đúc 295.0 356.0 390.0 413.0 4.5CU-1.0SÌ T6 ٠kh.cát 165 250 - 7.0Si٠0.3Mg T6 ٠kh.cát 160 230 1,5 ٠٠ T6 ٠ly tâm 180 260 ٠٠ T6,kh.cát 270 280