Giáo trình vật liệu kỹ thuật

§iÒu nµy thÓ hiÖn râ sù x¾p xÕp c¸c nguyªn tö trong vËt tinh thÓ lµ tu©n theo mét quy luËt x¸c ®Þnh... ViÖc nghiªn cøu trªn toµn bé m¹ng lµ khã kh¨n vµ kh«ng cÇn thiÕt[r]

(1)

KHOA CƠ KHÍ - ĐĨNG TÀU

BỘ MÔN CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU TẬP BÀI GIẢNG VẬT LIỆU KỸ THUẬT

Chủ biên: Lê Văn Cương

Tel: (031)3829890 Mobile: 0904.174883 E-mail: levcuong_kdt@yahoo.com.vn

Page: 1

A4 (210 x 297) mm

Ths Lê Văn Cơng - Chủ biên

VËt liÖu kü thuËt

(2)

BỘ MƠN CƠNG NGHỆ VẬT LIỆU TẬP BÀI GIẢNG VẬT LIỆU KỸ THUẬT

Page: 2

A4 (210 x 297) mm

môc lục

Mục lục

Bài mở đầu

Phần I Vật liệu học sở

Chơng CÊu t¹o tinh thĨ

Ch−ơng Kết tinh từ thể lỏng kim loại 37 Ch−ơng Cấu tạo hợp kim giản đồ trạng thái 59 Ch−ơng Biến dạng dẻo tính kim loại 76

PhÇn II NhiƯt lun thÐp 96

Ch−ơng Giản đồ trạng thái sắt - cacbon 96 Ch−ơng Các chuyển biến xảy nung làm nguội thép 106 Ch−ơng Các ph−ơng pháp nhiệt luyn thộp 128

Chơng Hóa bền bề mặt thép 156

Phần III Các vật liệu kim loại 173

Chơng Gang nhiệt luyện gang 173

Ch−¬ng 10 ThÐp cacbon 186

Ch−¬ng 11 ThÐp hợp kim 195

Chơng 12 Hợp kim màu 242

Câu hỏi ôn thi 255

(3)

Page: 3

A4 (210 x 297) mm

Bµi mở đầu

Vt liu hc l mụn khoa hc khảo sát chất vật liệu, mối quan hệ cấu trúc tính chất chúng, từ đề ph−ơng pháp chế tạo sử dụng thích hợp

1 Mục đích, u cầu, nội dung mơn học môn học liên quan

1.1 Mục ớch

- Trang bị kiến thức cấu trúc, tổ chức tính chất kim loại - Các phơng pháp gia công nhiệt luyện áp dụng cho kim loại (thép gang) - Các loại vật liệu kim loại: công dụng, thành phần, tính chất kí hiệu

1.2 Yêu cầu

- Hiểu quy luật chuyển biến kim loại

- BiÕt chän vµ thay thÕ vËt liƯu theo tiêu chuẩn khác

- Lập đợc quy trình gia công nhiệt luyện cho chi tiết điển hình - Hiểu đợc kí hiệu vật liệu kim loại

1.3 Nội dung môn học

Phần 1: Lí thuyết kim loại Chơng 1: Cấu tạo tinh thể Chơng 2: Sự kết tinh

Ch−ơng 3: Cấu tạo hợp kim giản đồ trạng thái Ch−ơng 4: Biến dạng kim loại

PhÇn 2: Nhiệt luyện thép

Chơng 5: Hợp kim sắt - cacbon

Chơng 6: Các phản ứng xảy nung làm nguội thép Chơng 7: Nhiệt luyện thép

Chơng 8: Hóa bền bề mặt thép Phần 3: Các vật liệu kim loại

Chơng 9: Gang nhiƯt lun gang Ch−¬ng 10: ThÐp cacbon

Ch−¬ng 11: ThÐp hỵp kim

(4)

Page: 4

A4 (210 x 297) mm

1.4 Các môn học liên quan - Lý thuyết nhiệt động - Hóa lí v vt lớ cht rn

2 Sơ lợc lịch sử phát triển

* Giai đoạn sử dụng vật liệu tự nhiên

* Giai đoạn sử dụng vËt liƯu theo kinh nghiƯm: - Ch−a cã c¬ së khoa häc

- Tác động đến vật liệu theo c s khoa hc

3 Các phơng pháp nghiên cứu môn học

- Phơng pháp thử tính - Phơng pháp hóa phân tích

- Phơng pháp phân tích quang phổ - Phơng pháp huỳnh quang

4 Tài liệu tham khảo

(5)

Page: 5

A4 (210 x 297) mm

phÇn I vật liệu học sở

Chơng Cấu tạo tinh thÓ

Tuỳ theo điều kiện tạo thành (nhiệt độ, áp suất …) t−ơng tác phần tử cấu thành (dạng lực liên kết …), vật chất tồn trạng thái rắn, lỏng khí (hơi) Tính chất vật rắn (vật liệu) phụ thuộc chủ yếu vào lực liên kết cách xắp xếp phần tử cấu tạo nên chúng Trong ch−ơng khái niệm đ−ợc đề cập là: cấu tạo nguyên tử, dạng liên kết cấu trúc tinh thể, không tinh thể vật rắn

1.1 Cấu tạo nguyên tử dạng liên kết vËt r¾n

Trong phần khảo sát khái niệm cấu tạo nguyên tử dạng liên kết chúng, yếu tố đóng vai trị định với cấu trúc tính chất vật rắn, vật liệu

1.1.1 CÊu t¹o nguyªn tư

Ngun tử theo quan điểm cũ bao gồm hạt nhân điện tử quay chung quanh theo quỹ đạo xác định Tuy nhiên với mô hình khơng giải đ−ợc khó khăn nảy sinh, đặc biệt việc xác định xác quỹ đạo điện tử áp dụng học sóng để nghiên cứu cấu tạo nguyên tử thấy theo hệ thức bất định Heisenberg:

∆x ∆p ≥ h

∆x ∆v ≥

m

h (1.1)

Trong đó:

∆x: độ bất định phép đo toạ độ vi hạt

∆p: độ bất định phép đo xung l−ợng vi hạt

(6)

Page: 6

A4 (210 x 297) mm

áp dụng nguyên lý cho điện tử nguyên tử thấy muốn xác

định vị trí điện tử ∆x ≤ 10-4 àm (là cỡ kích th−ớc ngun tử) ∆v ≥ 106 m/s tức lớn tốc độ chuyển động điện tử nguyên tử theo mơ hình cổ điển Vì khơng thể có khái niệm quỹ đạo điện tử mà nói đến xác suất tồn thể tích

Theo quan điểm học l−ợng tử sau giải ph−ơng trình sóng Schrodinger với mơ hình ngun tử cụ thể giải đ−ợc vấn đề cấu tạo lớp vỏ điện tử nguyên tử Với nguyên tử cụ thể theo mơ hình với số điện tử z xác định có cấu tạo lớp vỏ điện tử đ−ợc thể qua bốn số l−ợng tử là:

- Số l−ợng tử n = 1, 2, 3, xác định mức l−ợng lớp vỏ điện tử Ví dụ: n = lớp K, n = lớp L, n = lớp M n = lớp N

- Số l−ợng tử ph−ơng vị l = 0, 1, 2, , n-1 xác định số phân lớp mức l−ợng Ví dụ: l = 0, 1, 2, t−ơng ứng với phân lớp s, p, d , f

- Số l−ợng tử từ m = 0, ± 1, ± 2, ± l xác định khả định h−ớng mô men xung l−ợng quỹ đạo theo từ tr−ờng bên

- Số l−ợng tử Spin S = ± 1/2 xác định khả định h−ớng ng−ợc chiều véc tơ mô men xung l−ợng Ngoài việc phân bố điện tử với trạng thái (n, l, m) xác định phải tuân theo nguyên lý loại trừ Pauli có hai điện tử với Spin ng−ợc Dựa vào ngun lý dự đốn đ−ợc số điện tử cho phép mức l−ợng (lớp phân lớp) qua viết đ−ợc cấu hình lớp vỏ điện tử nguyên tử theo số thứ tự z chúng hệ thống tuần hoàn Meldeleev (cũng số điện tử ngun tử mơ hình lý t−ởng)

VÝ dô: Cu cã z = 29 ta có cấu tạo lớp vỏ điện tử là:

{ {

N M

10 L

6 K

22s 2p 3s 3p 3d 4s

s

1 12314243

ở điện tử chuyển từ mức lợng sang mức

(7)

Page: 7

A4 (210 x 297) mm

Theo sè lợng tử n ta có bảng số lợng điện tử (số trạng thái lợng) số lớp phân lớp nh sau:

1s - K

2s 2p - L

3s 3p 3d - M 4s 4p 4d 4f - N

B¶ng 1.1 Số lợng điện tử lớp phân lớp (số ngoặc số trạng thái có thể)

Số điện tử Số lợng

tư chÝnh n

Ký hiƯu líp ®iƯn tư

Ký hiƯu

ph©n líp Ph©n líp Líp

1 K s (1)

s (1)

2 L

p (3)

8

s (1)

p (3)

3 M

d 10 (5)

18

s (1)

p (3)

d 10 (5)

4 N

f 14 (7)

32

1.1.2 C¸c dạng liên kết vật rắn

Theo điều kiện bên (P, T) vật chất tồn ba trạng thái: rắn, lỏng, - Trạng thái rắn: có trật tù (trËt tù xa)

- Trạng thái lỏng: có trật tự (trật tự gần) - Trạng thái hơi: hỗn độn, khơng có trật tự

§é bỊn cđa vËt liệu trạng thái rắn phụ thuộc vào dạng liên kết vật rắn

1.1.2.1 Liên kết cộng hoá trÞ

(8)

Page: 8

A4 (210 x 297) mm

(s2p6) Nh tạo liên kết cộng hoá trị tạo lớp cđa nguyªn

tử có tám điện tử, với dạng liên kết nh− có đặc điểm sau:

- Là loại liên kết có định h−ớng, nghĩa xác suất tồn điện tử tham gia liên kết lớn theo ph−ơng nối tâm nguyờn t (hỡnh 1.1)

Hình 1.1 Liên kết cộng hoá trị khí Cl2

- Cng liên kết phụ thuộc mạnh vào mức độ liên kết điện tử hoá trị với hạt nhân Ta thấy rõ, bon dạng thù hình kim c−ơng có liên kết cộng hố trị mạnh điện tử hoá trị liên kết trực tiếp với hạt nhân Ng−ợc lại với Sn điện tử hoá trị nằm xa hạt nhân nên có liên kết cộng hố trị yếu

- Liên kết cộng hố trị xảy nguyên tử nguyên tố (đồng cực) thuộc nhóm từ IV A đến VII A (ví dụ Cl2, F2, Br2, ) nguyên tử nguyên tố khác (dị cực) thuộc nhóm III A V A II A VI A (GaAs, GaP, )

1.1.2.2 Liªn kÕt Ion

Là loại liên kết mạnh, hình thành lực hút điện tích trái dấu (lực hút tĩnh điện Coulomb) Liên kết xảy nguyên tử cho bớt điện tử lớp trở thành Ion d−ơng nhận thêm điện tử để trở thành Ion âm Vì liên kết Ion th−ờng xảy thể rõ rệt với nguyên tử có nhiều điện tử hố trị (á kim điển hình) ngun tử có điện tử hố trị (kim loại điển hình) Ví dụ LiF, NaCl, Al2O3, Fe2O3,

Cũng giống liên kết cộng hoá trị, liên kết Ion mạnh (bền vững) nguyên tử chứa điện tử Và dạng liên kết khơng định h−ớng

A B

(9)

Page: 9

A4 (210 x 297) mm

Năng lợng liên kết tính công thức:

r A

U= (1.2)

Và lực liên kết:

2

r B dr du

F= =− (1.3)

Trong đó:

A vµ B: Các số phụ thuộc vào phần tử liên kết r: Khoảng cách phần tử liên kết

Dấu (-) lợng lực liên kết có xu hớng làm giảm khoảng cách phần tử liên kết

1.1.2.3 Liên kết kim loại

Đặc điểm chung nguyên tử nguyên tố kim loại có điện tử hố trị lớp ngồi cùng, chúng dễ (bứt ra) điện tử tạo thành Ion d−ơng bị bao quanh mây điện tử tự Các ion d−ơng tạo thành mạng xác định, đặt không gian điện tử tự chung, mơ hình liờn kt kim loi

Hình 1.2 Liên kết kim lo¹i

Liên kết kim loại th−ờng rõ rệt với ngun tử có điện tử hố trị (do dễ điện tử) Các nguyên tử thuộc nhóm I có điện tử hố trị kim loại điển hỉnh, thể rõ rệt liên kết kim loại Càng dịch sang phải bảng hệ thống tuần hoàn, tính đồng hố trị liên kết tăng lên xuất liên kết hỗn hợp “kim loại - đồng hoá trị” Cấu trúc tinh thể chất với liên kết kim loại có tính đối xứng cao

Ion d−¬ng

(10)

Page: 10

A4 (210 x 297) mm

Liên kết kim loại dạng hỗn hợp: gồm lực hút điện tích trái dấu lực đẩy điện tích dấu

Năng lợng liên kết liên kết kim loại tính công thức:

{ { {

III II

2 I

r C r

B r A

U=− + + (1.4)

Với A, B, C hệ số

I: Năng lợng hút điện tích trái dấu

II, III: Năng lợng đẩy điện tích dấu

1.1.2.4 Liên kết hỗn hỵp

Thực tế, tồn dạng liên kết tuý có kiểu liên kết Liên kết đồng hoá trị tuý xảy tr−ờng hợp đồng cực Khi liên kết dị cực, điện tử hố trị góp chung, tham gia liên kết đồng thời chịu hai tác dụng trái ng−ợc:

- Bị hút hạt nhân

- B hút hạt nhân nguyên tử thứ hai để tạo điện tử chung

Khả hút điện tử hạt nhân đ−ợc gọi tính âm điện nguyên tử Sự khác tính âm điện nguyên tử tham gia liên kết liên kết đồng hoá trị làm cho đám mây điện tử bị biến dạng tạo ngẫu cực điện tiên đề cho liên kết ion Tính chất liên kết ion lớn sai khác tính âm điện nguyên tử cao Do khẳng định tất liên kết dị cực hỗn hợp liên kết ion đồng hố trị

1.1.2.5 Liªn kÕt u (liªn kÕt Vander Waals)

(11)

Page: 11

A4 (210 x 297) mm

tăng nhiệt độ) Vì vật rắn có liên kết Vander Waals có nhiệt độ nóng chảy thấp (n−ớc đá nóng chảy 00C)

Hình 1.3 Quá trình tạo thành liên kết Vander Waals a: Trung hoà b: Phân cực c: Tạo liên kết

Năng lợng liên kÕt:

6

r A

U=− (1.5)

Và lực liên kết:

7

r B

F=− (1.6)

1.2 CÊu t¹o tinh thĨ lý t−ëng cđa vËt r¾n

Các vật rắn tự nhiên đ−ợc phân thành hai nhóm vật rắn tinh thể vật vơ định hình Việc phân loại để tạo thuận lợi cho qúa trình mơ hình hố nghiên cứu vật liệu Các vật liệu kim loại loại vật liệu kết cấu chủ yếu vật có cấu tạo tinh thể Do để nghiên cứu cấu tạo chúng tr−ớc hết cần tìm hiểu khái niệm vật tinh thể vật vô định hình

1.2.1 Vật tinh thể vật vơ định hình

Theo quan điểm vật lý chất rắn, vật rắn đ−ợc gọi vật tinh thể chúng đồng thoả mãn điều kiện sau:

- Là vật ln tồn với hình dáng xác định khơng gian, hình dáng bên ngồi chúng thể phần tính chất bên

a,

b,

(12)

Page: 12

A4 (210 x 297) mm

- Vật tinh thể ln ln tồn nhiệt độ nóng chảy (hoặc kết tinh) xác định Có nghĩa nung nóng vật tinh thể ln có nhiệt độ chuyển biến từ trạng thái rắn sang trạng thái lỏng xác định Điều làm nguội vật tinh thể từ thể lỏng

- Vật tinh thể bị đập gãy (phá huỷ), bị gãy theo mặt xác định bề mặt vết gãy không nhẵn bóng Tính chất thể rõ rệt khác biệt tính chất vật tinh thể với vật vơ định hình

- Vật tinh thể ln có tính dị h−ớng, có nghĩa tính chất (cơ, lý, hố tính) theo ph−ơng khác ln có khác biệt Điều thể rõ xắp xếp nguyên tử vật tinh thể tuân theo quy luật xác định

Ng−ợc lại với vật tinh thể vật vô định hình Vật vơ định hình vật khơng tồn hình dạng xác định khơng gian (có hình dáng vật chứa nó) Khơng có nhiệt độ nóng chảy kết tinh xác định, khơng thể tính dị h−ớng Một số vật vơ định hình tiêu biểu nh− nhựa đ−ờng, parafin, thuỷ tinh

Tuy nhiên việc phân biệt rõ ràng rạch rịi vật tinh thể vật vơ định hình mang tính t−ơng đối Với phát triển vật lý đại, ranh giới vật tinh thể vật vơ định hình trở nên khơng rõ ràng, ví dụ với vật liệu kim loại tiến hành nguội nhanh với tốc độ nguội lớn (đến hàng triệu 0C/s) ta thu đ−ợc kim loại có độ hạt nhỏ thể tính chất vật vơ định hình

1.2.2 CÊu t¹o tinh thĨ lý tởng vật rắn 1.2.2.1 Khái niệm mạng tinh thĨ

Qua xem xét tính chất vật tinh thể, thấy rằng, tính chất bị chi phối định cách xắp xếp nguyên tử (hoặc ion, phân tử) vật rắn Vì để nắm rõ đ−ợc mối quan hệ ứng dụng nghiên cứu, xử lý vật liệu cần vào quy luật xắp xếp nguyên tử vật tinh thể Do ta có khái niệm mạng tinh thể

(13)

Page: 13

A4 (210 x 297) mm

vật liệu sử dụng Nh− để xây dựng mơ hình mạng tinh thể, ta cần phải xác định đ−ợc hệ toạ độ đơn vị đo xây dng mng tinh th

Phơng pháp xây dựng mạng tinh thĨ:

Để xây dựng mơ hình mạng tinh thể tr−ớc hết ta chọn nguyên tử (ion, phân tử) (từ gọi chất điểm) làm gốc Từ chất điểm gốc ta kẻ ba trục toạ độ qua ba chất điểm gần (không mặt phẳng) làm ba trục toạ độ Nh− trục toạ độ hệ trục toạ độ Decarte thu đ−ợc có hàng loạt chất điểm cách Qua chất điểm ta dựng đ−ờng thẳng song song với trục toạ độ Các đ−ờng thẳng cắt tạo thành mơ hình mạng tinh th (hỡnh 1.4)

Hình 1.4 Mô hình mạng tinh thĨ

Với mơ hình mạng tinh thể nh− vậy, thấy để xác định vị trí mạng tinh thể, ta có véc tơ định vị là:

c j b n a m

rn = + + (1.7)

Trong đó:

a: Véc tơ đơn vị theo trục Ox, có trị số khoảng cách hai chất điểm gần theo trục Ox

b: Véc tơ đơn vị theo trục Oy c: Véc tơ đơn vị theo trục Oz

m, n, j: Chỉ số theo ba trục toạ độ Ox, Oy, Oz

z

x y

α β

γ

(14)

BỘ MƠN CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU TẬP BÀI GIẢNG VẬT LIỆU KỸ THUẬT

Page: 14

A4 (210 x 297) mm

Nh− mơ hình mạng tinh thể đ−ợc xác định có sáu thơng số ba véc tơ đơn vị a, b, c ba góc α (zOx, yOx), β (zOy, yOx), γ (zOy, zOx) Từ cách xây dựng nh− trên, thấy mạng tinh thể có tính chất sau:

- Mạng tinh thể vô tận, không tồn khái niệm kích th−ớc mạng mà có giá trị xác định véc tơ đơn vị góc định vị (do số l−ợng nguyên tử vật rắn vô tận)

- Khi dịch chuyển mạng tinh thể khoảng cách khoảng cách hai chất điểm theo ph−ơng nối hai chất điểm đó, mạng tự trùng lặp với Khoảng cách gọi chu kỳ lặp mạng Nếu khoảng cách đ−ợc đo theo trục toạ độ đ−ợc gọi chu kỳ mạng hay thông số mạng

- Mạng tinh thể mơ hình khơng gian, tồn nhiều yếu tố đối xứng khác - Tuỳ thuộc vào thông số xác định mạng tinh thể (a, b, c, α, β, γ) có kiểu mạng khác có quy luật xắp xếp chất điểm khác

Mạng tinh thể lý t−ởng mạng mà đáp ứng hoàn hảo quy luật xắp xếp chất điểm vị trí, xác suất bắt gặp chất điểm một, chất điểm hoàn toàn giống kích th−ớc chất

Nh− xây dựng mạng tinh thể cho vật rắn bất kỳ, có mơ hình khơng gian vơ tận xắp xếp chất điểm Việc nghiên cứu tồn mạng khó khăn khơng cần thiết Chính để thuận lợi cho nghiên cứu tinh thể, ng−ời ta tiến hành nghiên cứu từ phần tử nhỏ cấu tạo nên mạng tinh th ú l cỏc ụ c bn

Ô mạng tinh thể:

(15)

Page: 15

A4 (210 x 297) mm

cøu tÝnh chất mạng tinh thể vô tận đợc chuyển nghiên cứu thông qua ô có kích thớc hình dáng cụ thể

Nh với t cách ô mạng tinh thể, cần phải thoả mÃn nguyên tắc sau:

- Ơ phải đảm bảo đặc tr−ng hồn chỉnh cho cấu tạo kiểu mạng, bao gồm thoả mãn điều kiện đối xứng tinh thể (đối xứng g−ơng, đối xứng tâm, đối xứng trục quay) đỉnh phải có chất điểm

- Đỉnh ô phải có chất điểm - Thể tích ô phải nhỏ nhÊt

Với kiểu mạng tinh thể có đặc tr−ng nó, thơng qua ô xác định đ−ợc kiểu mạng tinh thể Để phân loại mạng tinh thể ng−ời ta chia thành:

- HƯ m¹ng tinh thể phân loại theo hình khối ô (ví dụ lập phơng, lục giác )

- Kiểu mạng tinh thể hình thức phơng pháp xắp xếp chất điểm ô mạng

(16)

Page: 16

A4 (210 x 297) mm

Bảng 1.2 14 kiểu mạng Bravais Kiểu

Hệ

Đơn giản Đáy tâm Thể tâm Diện tâm Quan hệ thông số mạng

Tam tµ x x a ≠ b ≠ c

900

Đơn tà x x a b ≠ c

α = β = 900, γ≠ 900

Trùc giao x a ≠ b ≠ c

α = β = γ = 900

MỈt thoi x x x x a = b = c

α≠β≠γ≠ 900

Lơc gi¸c x a = b ≠ c

α = β = 900, γ =

1200

LËp ph−¬ng x x x a = b = c

α = β = γ = 900 ChÝnh

ph−¬ng x a = b α = β = ≠ c γ = 900

1.2.2.2 Một số kiểu mạng tinh thể thờng gặp kim lo¹i

* Mạng lập ph−ơng thể tâm (A2, K8): Xét ô mạng khối lập ph−ơng, nguyên tử bố trí đỉnh v tõm ca

Hình 1.5 Mạng lập phơng thể tâm mặt xếp sít nguyên tử

- Thông số mạng (chu kì mạng): a

- Số nguyên tử ô (số nguyên tö thuéc khèi nV): nnt

a

2 a

a

(17)

Page: 17

A4 (210 x 297) mm

nnt = nV =

8 + = (nguyªn tư) (1.8)

- Số xếp K: số nguyên tử gần quanh nguyên tử K =

- Cách xếp nguyên tử: nguyên tử đợc xếp xít theo đờng chéo khối (hình 1.5)

- Bán kính nguyên tử: r nt r nt =

4 a

(1.9)

- Lỗ hổng mạng tinh thể: nguyên tử hình cầu, xếp sít mà không bị biến dạng tồn lỗ hổng

Các lỗ hổng mạng lập phơng thể tâm: Lỗ hổng khối tám mặt nằm tâm mặt bên, lỗ hổng khối bốn mặt thuộc cạnh bên

ý nghĩa: cho phép xâm nhập khuếch tán vật chất tinh thể phép tạo hợp kim

- Mật độ mặt mạng tinh thể: tỷ lệ tiết diện nguyên tử thuộc mặt phẳng giới hạn ô so với diện tích mặt (chỉ tính cho mật độ nguyên tử dày mặt bền vững)

% 100 S S n % 100 S S M mat nt S mat nt S = Σ = (1.10) Trong đó:

nS: Số nguyên tử thuộc mặt

nS =

4 + =

S1nt: Diện tích tiết diện (mặt cắt) nguyên tử thc mỈt

S1nt = π.r2nt = π

2 a        

Smat: Diện tích mặt tính mật độ mặt Smat = a.a = a2

Thay vào biểu thức ta có:

% , 83 % 100 S S n M mat nt S

(18)

Page: 18

A4 (210 x 297) mm

ý nghĩa: đánh giá mức độ liên kết nguyên tử mặt xét, mật độ mặt lớn mặt bền vững

- Mật độ khối mạng tinh thể: tỉ lệ phần trăm thể tích nguyên tử với thể tích

% 100 V V n % 100 V V M ocoban nt V ocoban nt v = Σ = (1.11) Trong đó:

V1nt: ThĨ tÝch cđa mét nguyªn tư

3

3 nt

1 a

16 a r

V  = π

      π = π =

Vocoban: ThĨ tÝch cđa mét «

Vocoban = a3

Thay vào biểu thøc trªn ta cã:

% 68 % 100 a a 16 % 100 V V n M 3 ocoban nt V v = π = =

ý nghĩa: cho biết mức độ điền đầy vật chất kiểu mạng, cho biết sơ đánh giá khối l−ợng riêng vật liệu có kiểu mạng

- Những kim loại có kiểu mạng A2: Fe(), Cr, W, Mo

* Mạng lập ph−ơng diện tâm (A1, K12): Xét ô mạng khối lập ph−ơng, nguyên tử bố trí đỉnh tâm mặt bên

H×nh 1.6 Mạng lập phơng diện tâm mặt xếp sít nguyªn tư

a a

a

(19)

BỘ MƠN CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU TẬP BÀI GIẢNG VẬT LIỆU KỸ THUẬT

Page: 19

A4 (210 x 297) mm

- Thông số mạng: a = = γ =900

- Sè nguyªn tư mét ô (số nguyên tử thuộc khối nV): nnt

nnt = nV =

8 + = (nguyªn tư) (1.12)

- Số xếp K: số nguyên tử gần quanh nguyên tử K = 12

- Cách xếp nguyên tử: nguyên tử đợc xếp xít theo đờng chéo mặt bên khối (hình 1.6)

- Bán kính nguyên tử: r nt

r nt =

4 a

(1.13) - Mật độ mặt mạng tinh thể:

% 100 S S n % 100 S S M mat nt S mat nt S = Σ = (1.14) Trong đó:

nS: Số nguyên tử thuộc mặt

nS =

4 + =

S1nt: DiÖn tích tiết diện (mặt cắt) nguyên tử thuộc mặt S1nt = π.r2nt = π

2 a        

Smat: Diện tích mặt tính mật độ mặt

Smat = a.a = a2

Thay vµo biĨu thøc trªn ta cã:

% , 78 % 100 a a % 100 S S n M 2 mat nt S S =         π = =

- Mật độ khối mạng tinh thể:

% 100 V V n % 100 V V M ocoban nt V ocoban nt v = Σ = (1.15) Trong đó:

(20)

Page: 20

A4 (210 x 297) mm

3

3 nt

1 24 a

2 a r

V  = π

      π = π =

Vocoban: Thể tích ô

Vocoban = a3

Thay vào biểu thức ta cã:

% 74 % 100 a a 24 % 100 V V n M 3 ocoban nt V v = = =

- Những kim loại cã kiĨu m¹ng A1: Fe(γ), Ni, Mn, Au

* Mạng lục giác xếp chặt (A3, L12): Các nguyên tử nằm đỉnh, hai mặt đáy hình trụ lục giác tâm ba khối nng tr tam giỏc khỏc

Hình 1.7 Mạng lục giác xếp chặt mặt xếp sít nguyên tử - Thông số mạng: a, c

663 , a c

= : Độ phơng m¹ng tinh thĨ

α = β = 900; γ = 1200

- Số nguyên tử ô (số nguyên tử thuộc khối nV): nnt nnt = nV =

2

12 + + = (nguyªn tư) (1.16)

- Số xếp K: số nguyên tử gần quanh nguyên tử K = 12

- Cách xếp nguyên tử: nguyên tử đ−ợc xếp xít theo mặt đáy khối (hỡnh 1.7)

- Bán kính nguyên tử: r nt

a