Vê duû : khi thç cáön coï tênh dáùn âiãûn ráøt cao âãø duìng trong ngaình âiãûn læûc, luïc laûi yãu cáöu coï âäü cæïng låïn âãø laìm caïc loaûi duûng cuû càõt goüt kim loaûi, khi laûi cá[r]
(1)Giáo trình vật liệu học
(2)MỞ ĐẦU
Trong lịch sử phát triển xã hội loài người sử dụng nhiều loại vật liệu khác nhau, với tính sử dụng chúng ngày cao Đầu tiên thời kỳ đồ đá, sau tiến đến thời đại đồ đồng, đồ sắt.v v Cho đến ngày loạt loại vật liệu : composit, ceramit, pôlyme v.v Các loại vật liệu (đặc biệt kim loại & hợp kim, với loại vật liệu mới) góp phần thúc đẩy phát triển xã hộ loài người cách nhanh chóng
Ngày lĩnh vực cơng nghiệp, quốc phịng, đời sống địi hỏi vật liệu sử dụng cần phải có nhiều tính chất khác Ví dụ : cần có tính dẫn điện rẩt cao để dùng ngành điện lực, lúc lại yêu cầu có độ cứng lớn để làm loại dụng cụ cắt gọt kim loại, lại cần có độ bền lớn để làm cấu kiện xây dựng, phải có tính dẻo cao để cán, dập, kéo nguội, hay cần độ bền cao khối lượng riêng nhỏ để dùng công nghiệp hàng khơng Tất u cầu đáp ứng vật liệu kim loại loại vật liệu
Môn vật liệu học trang bị cho sinh viên kiến thức loại vật
liệu : tinh thể, hợp kim, bán dẫn ion, cộng hóa trị kiến thức xử lý nhiệt chúng Mục đích mơn học giúp cho sinh viên hiểu rõ loại vật liệu khác dựa mối quan hệ cấu trúc (liên kết hóa học, kiểu mạng tinh thể) lý tính, thực hành thí nghiệm để xác định tính vật liệu biết lựa chọn vật liệu phù hợp đáp ứng nhu cầu sử dụng sau Khi nghiên cứu vật liệu dựa vào bốn cực sau : Kết cấu cấu trúc, tính chất, tổng hợp phương pháp gia cơng hiệu sử dụng Một sản phẩm gồm hàng chục loại vật liệu khác tạo nên Ví dụ tơ RENAULT CLIO 1,2 RN Pháp gồm mười loại vật liệu sau tạo nên :
1- Thép 40,9% 2-Thép hình 10,9%
2-Gang 11,3% 4-Hợp kim nhơm 4,2%
5-Cạc kim loải maìu khạc 3,9%
6-Chất dẻo 10,2% 7-Chất dẻo đàn hồi 3,4%
8-Vật liệu hữu khác 3,4%
9-Thuíy tinh 4,2% 10-Sån 1,7%
11-Chất lỏng 5,9%
Yêu cầu người kỹ sư ngành khí ngồi khả hiểu biết chuyên môn
sâu ngành học, cịn phải nắm tính chất loại vật liệu để từ sử dụng cách hợp lý nhằm nâng cao tuổi thọ máy móc, cơng trình, hạ giá thành sản phẩm
Môn học kế thừa kiến thức nhiều lĩnh vực khác : tinh thể học,
(3)CHƯƠNG : CẤU TẠO CỦA KIM LOẠI VAÌ HỢP KIM
Trong bảng tuần hồn ngun tố hố học Menđêlêep , có 100 ngun tố nguyên tố kim loại chiếm 3/4 Trong chương nghiên cứu cấu trúc mạng tinh thể , xếp nguyên tử mật độ chúng khoảng cách mặt tinh thể
1.1.CẤU TẠO MẠNG TINH THỂ LÝ TƯỞNG CỦA KIM LOẠI NGUYÊN CHẤT :
1.1.1 Khái niệm đặc điểm kim loại :
1- Định nghĩa : Kim loại vật thể sáng , dẻo , rèn , có tính dẫn điện dẫn nhiệt cao
Bất kim loại bề mặt chưa bị xy hố lấp lánh sángì ta thường gọi ánh kim Hầu hết kim loại dẻo , kéo sợi , dát mỏng dễ dàng , dẫn điện dẫn nhiệt tốt Tuy tất kim loại thoả mãn tính chất Ví dụ : stibi (Sb) dịn khơng thể rèn , pradeodim (Pr) dẫn điện
Tiêu chuẩn để phân biệt kim loại phi kim hệ số nhiệt độ điện trở Kim
loại có hệ số nhiệt độ điện trở dương (khi nhiệt độ tăng điện trở tăng) cịn với phi kim loại hệ số âm (khi nhiệt độ tăng điện trở giảm)
t0C
Âä
ü dá
ùn âiã
ûn
t0C
Âä
ü dá
ùn âiã
ûn
Hình 1.1- Hệ số nhiệt độ điện trở.
a) Kim loải b) Phi kim loải
Ta giải thích đặc điểm kim loại dựa vào lý thuyết cổ điển cấu tạo
nguyên tử Kim loại có ánh kim có ánh sáng chiếu vào điện tử hấp thụ lượng Do có lượng cao hơn, bị kích thích nhảy lên phân mức lượng Tại mức lượng khơng ổn định điện tử tồn thời gian ngắn sau trở mức lượng cũ Khi chúng thải bớt phần lượng dạng xạ làm cho kim loại lấp lánh sáng Tính dẫn điện dẫn nhiệt giải thích tương tự Cịn tính dẻo giải thích dựa vào liên kết kim loại
2 Phán loải kim loải :
Trong thực tế tồn nhiều phương pháp phân loại kim loại,
những phương pháp thường sử dụng
(4)Kim loại nặng kim loại có khối lượng riêng lớn g/cm3 Ví dụ sắt
(b = 7,8) , vaìng (b = 19,5) , thuíy ngán (b = 13,1)
Kim loại nhẹ kim loại có khối lượng riêng nhỏ g/cm3 Ví dụ nhơm
(b = 2,7) , ti tan (b = 4,5) , man gan (b = 1,73 )
b - Theo nhiệt độ nóng chảy : kim loại chia làm hai nhóm
Kim loại có nhiệt độ nóng chảy cao : sắt (1539oC) , vonphram (3410oC) , titan
(1668oC), đồng (1085oC)
Kim loại có nhiệt độ nịng chảy thấp : chì (327oC) , nhôm ( 657oC) , stibi (631oC)
c - Theo tính chất hoạt động :
Kim loại kiềm : natri ,kali, liti
Kim loại chuyển tiếp : sắt , crôm ,mangan ,vanadi
1.1.2 Liên kết kim loại :
Trong kim loại phần lớn
nguyên tử nhường bớt điện tử để trở thành ion dương điện tử trở thành điện tử tự Các điện tử không bị chi phối nguyên tử Giữa ion dương với điện tử với tồn lực đẩy , ion điện tử sinh lưc hút Sự cân lực sở liên kết kim loại Đây dạng liên kết quan trọng kim loại, nhờ mối liên kết mà kim loại có tính dẻo cao
+ + + + + + + + + + + + + + + + - - - -
-Hình 1.2- Liên kết kim loại. 1.1.3 Các tính chất kim loại :
Trong phần ta nghiên cứu tính chất sử dụng khí
chủ yếu Ngồi cịn xem xét thêm vài tính chất khác
1-Cơ tính : Nhiều kim loại có tính tổng hợp tốt thỏa mãn yêu cầu chế tạo khí Nhưng thực tế không sử dụng kim loại nguyên chất mà chủ yếu dùng hợp kim Cơ tính kim loại hợp kim đánh giá tiêu sau :
*Độ bền tĩnh : xác định giới hạn bềnV b ,giới hạn chảyVc giới hạn đàn hồi
Vđh Đơn vị đo theo hệ SI N/m
2
, đơn vị nhỏ nên thường dùng MN/m2
hay MPa (trong thực tế hay dùng KG/mm2)
*Độ cứng : xác định loại độ cứng Brinen (HB), Rockwell (HRA,HRB,HRC) Vicker (HV)
*Độ dẻo : xác định độ dãn dài tương đốiG % độ thắt tỷ đối< %
*Độ dai : xác định công phá hủy đơn vị tiết diện mẫu , thường ký hiệu ak, đơn
(5)(6)MUÛC LUÛC
1.4.Giản đồ pha hợp kim hai cấu tử 30
Chương : Biến dạng dẻo tính 47 2.2.Các đặc trưng tính 61
2.3.Nung kim loại qua biến dạng dẻo 70
2.4.Biến dạng nóng 71
Chương : Ăn mòn bảo vệ vật liệu 73
3.1.Khái niệm ăn mòn kim loại 73
3.2.Cạc dảng àn moìn kim loải 74
3.3.Bảo vệ kim loại chóng ăn mịn 80
3.4.Sự ăn mòn vật liệu gốm 85
3.5.Sự thối hố vật liệu pơlyme 86
Chương : Nhiệt luyện thép 87
4.1.Khái niệm nhiệt luyện thép 87
05
16
6.5.Gang hợp kim 130
hương : Khái niệm chung thép 131
7.1.Khái niệm chung thép 131
7.2.Khái niệm thép hợp kim 135
Chương : Thép kết cấu 143
8.1.Khái niệm chung thép kết cấu 143
Trang
Mở đầu
Chương 1: Cấu tạo kim loại hợp kim
1.1.Cấu tạo mạng tinh thể lý tưởng kim loại nguyên chất
1.2.Cấu tạo kim loại lỏng điều kiện kết tinh 15
1.3.Cấu tạo hợp kim 24
2.1.Biến dạng đàn hồi biến dạng dẻo 47
4.2.Các tổ chức đạt nung nóng làm nguội thép 89
4.3.Ủ thường hố thép 103
4.4.Täi thẹp
4.5.Ram theïp 113
4.6.Các dạng hỏng xảy nhiệt luyện thép 114
Chương : Các phương pháp hoá bền bề mặt 116
5.1.Tơi bề mặt
5.2.Hố nhiệt luyện 119
Chỉång : Cạc loải gang 125
6.1.Khái niệm chung gang 125
6.2.Gang xạm 126
6.3.Gang 127
6.4.Gang cầu 129
(7)8.2.Thép thấm bon 144 8.3.Thép hoá tốt 146 8.4.Thép đàn hồi 148
8.5.Thẹp cọ cäng dủng riãng 149
8.6.Thép có cơng dụng đặc biệt 151
hỉång : Thẹp dủng củ 154
9.1.Thép hợp kim làm dụng cụ cắt 154
9.2.Thép làm dụng cụ biến dạng nguội 159
9.3.Thép làm dụng cụ biến dạng nóng 160
9.4.Thẹp lm dủng củ âo 161
hương 10 :Kim loại hợp kim màu 163 10.1.Nhôm hợp kim nhôm 163
10.2.Đồng hợp kim đồng 167
10.3.Hợp kim làm ổ trục 170
hương 11: Các vật liệu khác 174
11.1.Vật liệu composit 174
11.2.Vật liệu ceramic 178 11.3.Vật liệu polyme 179
2
11.5.Cao su 187
11.6.Xi màng vaì bã täng 190
C
C C
(8)TAÌI LIỆU THAM KHẢO
1-Vật liệu học - Lê Công Dưỡng - NXB Khoa học kỹ thuật- 1997
2-Kim loại học nhiệt luyện - Nghiêm Hùng - NXB Đại học THCN - 1979 3-Giáo trình vật liệu học - Nghiêm Hùng -Trường đạ
4-Kim loại học nhiệt luyện - Trường đại học Bách k
i hoüc Bạch khoa H näüi - 1999 hoa H Näüi - 1988
5-Sách tra cứu thép gang thông dụng - Nghiêm Hùng - Trường đại học bách khoa Hà nội - 1997
6-Sử dụng vật liệu phi kim loại ngành khí - Hồng Trọng Bá - NXB Khoa học kỹ thuật - TP Hồ Chí Minh - 1995
7-Vật liệu compozit - Trần Ích Thịnh - NXB Giáo dục - Hà nội - 1994
8-Vật liệu composite học công nghệ - Nguyễn Hoa Thịnh - Nguyễn Đình Đức - NXB khoa học kỹ thuật Hà Nội - 2002
9-Ăn mòn bảo vệ kim loại - W.A.Schultze - Phan Lương Cầm - Trường đại học Bách khoa Hà Nội - 1985
10-Ceramic - And Carbon - Matrix composites - Acadeician V.I Trefelov -Institute for Problems of Materials Science - Kiev - 1995
11Des matẹriaux (Deuxime ẹdition revue et augmentẹe) Jean Marie DORLOT, Jean -Paul BAILON, Jacques MASOUNAVE Ẹditions de L'eïcole Polytechnique de Montreïal - 1985
12-Technique de l'ingeïnieur traiteï mateïriaux meïtalliques - Centre Francais d'exploitation
13-Metallovedenie i termiteskaia abrbotka metallov - I.M Lakhtin - Maxcva - 1979 14- Element of X - ray crystallography - Azaroff L.V - Megraw - Hill Book Co Newyor - 1968
15- Geïnie des mateïriaux - Jean Bernard Guillot- EÏcole centrale Paris - 2000-2001 16-Introduction aì la science des mateùriaux - Jean-P.Mercier, Geùrald Zambelli, Wỗlfred Kurz - 1999 (Presses Polytchniques et Universitair Romands)
17- Geïnie des mateïriaux (Travaux dirigẹs) - Jean Bernard Guillot - 1999-2000 - Ẹcle centrale Paris
18- Mateïriaux composites - Cour et compleïment -Philipe Bompard 1993-1994 - EÏcole centrale Paris