Câu hỏi ôn tập vật liệu ky thuật cơ khíSo sánh, phân loại hợp kim nhôm, hợp kim đồng.Hãy so sánh các đặc tính của nhôm nguyên chất và đồng nguyên chất. Nêu công dụng của chúng.So sánh gang xám, gang cầu, gang dẻoHãy so sánh tính chất chung, công dụng của vật liệu vô cơ và hữu cơ. Hãy nêu cơ tính, công dụng của các loại compozit cốt sợi phổ biến.
CÂU HỎI ÔN TẬP MÔN VẬT LIỆU KỸ THUẬT CƠ KHÍ Vật liệu thường sử dụng cơng nghiệp chia thành nhóm Hãy nêu tính chất điển hình vật liệu kim loại, vật liệu vô cơ, vật liệu hữu ) 1.Vật liệu kim loại: Ceramic( Vật liệu vô cơ): Polyme (Vật liệu hữu cơ) Compozit: VLKL tổ hợp chủ yếu nguyên tố KL VLVC có nguồn gốc vô hợp chất kim loại, silic với kim (oxit, nitrit, cacbit) gồm khoáng vật đất sét, xi măng, thủy tinh VLHC có nguồn gốc hữu mà thành phần chủ yếu cacbon, hydro kim có cấu trúc đại phân tử: tạo thành kết hợp loại vật liệu Các tính chất điển hình VLKL: Các tính chất điển hình VLVC ceramic là: Đắt đắt; Rẻ rẻ; Rẻ rẻ; Có ánh kim, phản xạ ánh sáng, khơng cho ánh sáng thường qua, dẻo dễ biến dạng (cán, kéo, rèn, ép); Khá nặng; Khối lượng riêng nhỏ; Dẫn điện, dẫn nhiệt cao; Dẫn điện, nhiệt (cách điện, cách nhiệt); Dẫn nhiệt dẫn điện kém; Có độ bền học hóa học Cứng, giịn, bền nhiệt Dễ uốn dẻo đặc biệt độ cao nhiệt độ cao; VLKL thông dụng: thép, gang, đồng, nhơm, titan, niken…., hợp kim chúng ◦Ví dụ: KL- polyme; KL-Ceramic; polymeceramic Bền hóa học nhiệt độ thường khí quyển, nóng chảy phân hủy nhiệt độ thấp Câu 2: so sánh mạng tinh thể điển hình ? Mạng lập phương tâm khối ( thể tâm) A2 Mạng lập phương tâm mặt (diện tâm) A1 Số lượng nguyên tử ô riêng biệt N=9 N=14 Mạng sáu phương( lục giác ) xếp chặt A3 N=17 Số lượng nguyên tử mạng tinh thể n=2 Thông số mạng a=b=c (1 thơng số mạng ) Các kim loại có kiểu mạng Fe,Cr,W,Mo… n=4 n=6 a=b=c (1 thông số mạng) Fe,Cu,Ni,Al,Pb a=b;c (2 thông số mạng ) Zn,Mg,Be,Ti,Co… Mật độ mặt 78,5% 91% Mật đọ khối 74% 73% Bán kính nguyên tử Các đặc trưng tính vật liệu -Độ bền: khả kim loại chiu tác dụng ngoại lực mà không bị phá hỏng +Giới hạn đàn hồi : Là ứng suất lớn tác dụng lên mẫu σđh= Fđh/So [MPa] +Giới hạn chảy :σc ứng suất tối thiểu mà xảy q trình chảy dẻo σc = Fc/S0 [MPa] +Giới hạn bền kéo :σk ứng suất tối đa mà mẫu chịu trước bị phá huỷ đứt σk = Fk/S0 [MPa] +Giới hạn bền mỏi: - Giới hạn bền mỏi giới hạn vật liệu bị phá hủy tác động tải trọng thay đổi có chu kỳ -Độ dẻo (δ%) -Là khả vật liệu thay đổi hình dáng, kích thước (hoặc khả biến dạng VL) mà không bị phá hủy chịu lực tác dụng bên -Độ dai va đập(aₖ) -Là khả vật liệu chịu tải trọng va đập mà ko bị phá hủy - Độ cứng (HB; HR; HV) -Là khả vật liệu chống biến dạng dẻo cục có vật khác cứng tác dụng lên bề mặt Cơ tính Tính chất vật lý Tính chất hóa học Tính chất cơng nghệ Độ bền Khối lượng riêng Tính chịu ăn mịn Tính đúc Độ dẻo Độ dai va đập Độ cứng Tính nóng chảy Tính giãn nở Tính dẫn nhiệt Tính dẫn điện Từ tính Tính chịu nhiệt Tính chịu axit Tính rèn Tính hàn Tính cắt gọt Câu Trình bày biến dạng vật liệu Có loại biến dạng chính: biến dạng đàn hồi biến dạng dẻo Biến dạng dẻo biến dạng vật liệu chịu thay đổi hình dạng khơng thể đảo ngược tác dụng lực bên ( bỏ tải vật liệu khơng trở hình dáng ban đầu ) Biến dạng đàn hồi: có khả tự phục hồi (khi tải đặt vào gỡ bỏ, vật liệu trở ngun hình dạng ban đầu nó) độ biến dạng thường nhỏ ( trừ số nhựa cao su) Câu So sánh dung dịch rắn thay dung dịch rắn xen kẽ Dung dịch rắn thay dung dịch trạng thái rắn hình thành nguyên tử chất tan thay nguyên tử dung môi Loại dung dịch rắn tạo thành nguyên tử chất tan đủ lớn để thay nguyên tử dung môi mạng tinh thể Hơn nữa, kích thước nguyên tử chất tan gần tương tự với kích thước ngun tử dung mơi Dung dịch rắn xen kẽ dung dịch trạng thái rắn hình thành nguyên tử chất tan lọt vào lỗ nguyên tử dung môi mạng tinh thể Các dung dịch rắn hình thành nguyên tử chất tan đủ nhỏ để vào lỗ mạng tinh thể Ngồi ra, kích thước ngun tử ngun tử chất tan phải khoảng 40% kích thước nguyên tử dung môi để tạo thành loại mạng tinh thể Điều kiện cần để hai kim loại hòa tan vơ hạn vào - Đường kính ngun tử sai khác ít, 8%, từ 8-15% hịa tan có hạn, > 15% khơng thể hồ tan vào - Các tính chất lý, hố gần giống nhiệt độ chảy; - Có hố trị Cùng kiểu mạng Vẽ giản đồ trạng thái hợp kim Fe-C 8 Khái niệm gang Theo tổ chức tế vi, người ta phân gang làm loại, loại nào? Hãy xác định giản đồ trạng thái * Khái niệm _ Gang hợp kim sắt với Cacbon có thành phần Cacbon 2,14% < C < 6,67% Trong thực tế, lượng Cacbon gang thường khoảng 2-4% _ Ngồi ra, cịn có ngun tố thường gặp Mn, Si, P, S Mo _ Nhiệt độ nóng chảy gang thấp thép, nấu chảy gang dễ thực * Phân Loại _ Theo tổ chức tế vi, người ta phân gang làm loại gang có grafít gang trắng _ Gang có grafít: loại gang phần lớn toàn lượng Cacbon dạng tự (grafit) với hình dạng khác nhau: tấm, cụm, cầu Tuỳ theo hình dạng graphit, lại chia thành loại: Gang xám, gang dẻo gang cầu _ Gang trắng: gang có cacbon tồn dạng Xe (Fe3C- Xementit) Như vậy, tổ chức gang trắng tương ứng với giản đồ trạng thái Fe-C có chứa hỗn hợp tinh Le (Leđeburit) *Xác định giản đồ trạng thái Gang tương ứng với giản đồ pha Fe - C (Fe - Fe3C) gang trắng, sử dụng cứng, giịn, khơng thể gia cơng cắt Theo khác tổ chức ta gặp ba loại gang trắng sau Gang trắng trước tinh với thành phần cacbon 4,3% bên trái điểm C, có tổ chức peclit + xêmentit thứ hai + lêđêburit Gang trắng tinh có 4,3%C ứng điểm C hay lân cận, với tổ chức lêđêburit Gang trắng sau tinh với thành phần > 4,3%C bên phải điểm C, có tổ chức lêđêburit + xêmentit thứ So sánh gang xám, gang cầu, gang dẻo 10 Phân loại thép bon, thép hợp kim A Thép Cacbon: hợp kim Fe-C với lượng C ≤ 2,14% Ngồi cịn có số tạp chất Mn ≤ 0,8%; Si ≤ 0,4%; P ≤ 0,05%; S ≤ 0,05% Theo tổ chức tế vi Theo phương pháp luyện kim Theo phương pháp khử ôxy:được phân chia thép sôi, thép lặng thép nửa lặng Theo độ tạp chất có hại P,S: chất lượng thường P,STính đúc Gia cơng đúc : Tnc- cao nấu chảy Tính hàn : tốt Khó Ứng dụng: Ứng dụng: Sản xuất dây cáp điện Sản xuất dây cáp điện Xây dựng: nhôm, lợp, nội thất Sản xuất hợp kim Công nghệ thực phẩm: Thùng đựng, bao gói Đồ gia dụng Đồ dùng gia đình: xoong, nồi Sản xuất hợp kim Sản xuất hóa chất 12 So sánh, phân loại hợp kim nhơm, hợp kim đồng Hợp kim nhơm Để có độ bền cao người ta phải hợp kim hóa nhơm tiến hành nhiệt luyện Khối lượng riêng nhỏ (~2,7g/cm³) nên nhôm hợp kim nhôm nặng 1/3 thép, tính chất đặc biệt trọng thiết bị cần chế tạo phải trọng đến trọng lượng (trong ngành hàng không, vận tải ) Tính chống ăn mịn khí quyển: Do đặc tính ơxy hố biến lớp bề mặt nhơm thành ơxít nhơm (AlO) xít chặt chống ăn mịn cao khí quyển, chúng dùng đa ngành mà khơng cần sơn bảo vệ Để tăng tính chống ăn mịn, người ta làm cho lớp xít nhơm bảo vệ dày thêm cách anot hố Tính dẫn điện: Tính dẫn điện nhơm 2/3 đồng (kim loại), nhôm nhẹ nên chúng sử dụng nhiều truyền dòng điện dây nhơm nhẹ 1/2; bị nung nóng Tính dẻo: Rất dẻo, nên thuận lợi cho việc kéo thành dây, tấm, lá, băng, màng, ép chảy thành có biên dạng đặc biệt (dùng cho khung cửa, loại tản nhiệt thuận tiện sản Hợp kim đồng -Cơ tính, tính cơng nghệ: hợp kim đồng tính tương đối cao, độ dẻo, độ dẫn điện, dẫn nhiệt cao độ ổn định hóa học tốt Tính cơng nghệ tốt, ma sát mà giữ đặc tính tốt đồng -Thành phần nguyên tố tạo nên hợp kim đồng Zn,Sn, Al, Be, Mn, Ni…chúng nâng cao độ bền cho đồng, ảnh hưởng độ dẻo phạm vi nồng độ xác định Đây điểm đặc biệt hợp kim đồng xuất) Nhiệt độ nóng chảy: Tương đối thấp nên thuận tiện cho việc nấu chảy đúc, làm nhôm hợp kim nhôm không sử dụng nhiệt độ cao 300-400 độ C Độ bền, độ cứng: Thấp Phân loại: Phân loại +Nhóm hơp kim khơng hóa bền nhiệt luyện: hệ Al-Mn Al-Mg +La tông(L)đồng thau: hợp kim đồng với kẽm LCu90Zn10 +Nhóm hợp kim biến dạng hóa bền nhiệt luyên: hệ Al-Cu hệ Al-CuMg(Đura) +Brông(B)đồng thanh:là hợp kim đồng với nguyên tố khác trừ Zn, Cu-Sn gọi đồng thiếc, Cu-Al đồng nhôm, Cu-Be đồng berili, Cu-Pb đồng chì, +Hợp kim nhơm đúc: *Silumin đơn giản(Al-Si) *Silumin phức tạp(Al-Si-Mg(Cu)) +Các hợp kim nhôm đúc khác : hợp kim Al-Cu tính đúc kém; Hợp kim Al-Mg 13 Cho ký hiệu vật liệu sau: Gang, thép (12Cr2NiWSi, 18Cr2Ni4WA, 15CrV, 30CrMnTi,) hợp kim cứng (nhóm cacbit WCCo8, cacbit WCTiC30Co4, 3cacbit WCTiC8TaC12Co9), đồng (BcuSn10Pb1, BCuSn6Zn5Pb4, BcuBe2.5, BCuPb30), thép ổ lăn (OL100Cr2SiMn, OL100Cr2), đồng thau (LCu80Zn20, LCuZn29SnlPb3), hợp kim nhơm đúc (AlSi9Mg, AlSi6MgMnCu7), 90W9Cr4V2Mo - Giải thích ký hiệu trên; - Xác định % hàm lượng nguyên tố công thức; - Các loại vật liệu để chế tạo chi tiết nào? - - +Giai thích ký hiệu: - 30CrMnTi - thép kết cấu nhóm thép crom-mangan-titan 30CrMnTi +Hàm lượng nguyên tố: có C (cacbon=0.3%), (Crơm) Cr=1%,(mangan) Mn=1% (Titan) Ti=1% +Ứng dụng: dùng để sản xuất chi tiết ô tô máy kéo (bánh rang hộp số, bánh rang cầu sau, trục quan trọng….) - - LCuZn29SnlPb3 +Giai thích ký hiệu: LCuZn29Sn1Pb3: L đồng thau (la tông) phức tạp +Hàm lượng nguyên tố: có 29% Zn (kẽm), 1% Sn (thiếc), 3% Pb (chì) cịn lại 67% Cu +Ứng dụng: có Sn để làm tăng tính chống mài mịn mơi trường nước biển, Pb tăng khả bôi trơn nên để làm ống chi tiết máy tàu biển - 90W9Cr4V2Mo +Giải thích ký hiệu: 90W9Cr4V2Mo: thép gió thuộc loại thép hợp kim +Hàm lượng ngun tố: có C=0.9%, Vonfram (W=9%), Crơm (Cr=4%), Vanađi V=2%, Molipđen Mo=1% GZ45-5: gang trắng có giới hạn bền kéo 45(KG/mm^2), độ dẻo (%) dùng chế tạo hình dạng phức tạp 12Cr2NiWSi: 14 Hãy so sánh tính chất chung, cơng dụng vật liệu vô hữu Vật liệu vô Vật liệu hưu Tính chất Tính chất - Bền hóa học cao * Trọng lượng riêng: nhẹ, 1.0 g/cm3 - Cách nhiệt tốt * Dẫn điện, dẫn nhiệt kém: làm chất cách - Tính dịn cao - Chịu nén tốt nhiều so với chịu kéo - Cơ tính phụ thuộc nhiều vào khuyết tật (vết nứt, lỗ xốp) bên điện * Bền vững hóa học, chịu axit, bazo * Cơ tính (kéo, xoắn, uốn, độ cứng) thấp không đáp ứng yêu cầu thực tế * Hóa già theo thời gian sử dụng thêm phụ gia: chất độn, chống lão hóa, chống tia Cơng dụng Công dụng 15 Hãy kể tên vật liệu phi kim loại dùng ngành khí -chất dẻo -vật liệu kết hợp : sợi thủy tinh, sợi cacbon, sợi bo, sợi hửu cơ, kim loại bọc sợi -cao su : Cao su thiên nhiên.Cao su divinyl (C4H6)N.Cao su poliizopren.Cao su etylenpropylen.Cao su divinylstyren Các loại cao su công dụng đặc biệt.Cao su chịu dầu mỡ.Cao su chịu nhệt.Cao su chịu ánh sáng.Cao su chống mài mòn -Vật liệu keo : Keo sở polime nhiệt dẻo Keo sở polime nhiệt rắn -Thủy tinh vô :tt dân dụng ,tt chịu hóa học chịu nhiệt, tt quang học… -Vật liệu Gốm : Gốm xốp, gốm đặc, dụng cụ cắt gọt gốm 16 Hãy nêu tên gọi loại polyme thường sử dụng _ Polyetylen (PE): đồ chơi, ống nước nóng, bao nilong; _ Polystyren (PS): chai lọ, ống, vỏ tivi, màng bao gói; _ Polypropylen (PP): hộp đựng đồ, vỏ acquy, ống tiêm, bàn ghế; _ Polycacbonat (PC): nón bảo hiểm, kính, đĩa hát; _ Polyamit (PA): bánh răng, lưới đánh cá, ổ trượt, độn sợi thuỷ tinh; _ Polyvinilcloric (PVC): ống nước, vỏ dây điện; _ Polyeste (PTE): ổ trượt, bánh răng, vỏ bọc dây cáp điện, đĩa CD; _ Polymetylmetacrilat (PMMA) v.v dùng làm vật liệu phủ chống ăn mòn, mài mịn van ống đệm chịu hóa chất 17 Hãy nêu tính, cơng dụng loại compozit cốt sợi phổ biến a Compozit polyme, sợi thủy tinh vật liệu thông dụng - Cơ tính: Vừa bền, nhẹ, chống ăn mịn, chống va đập, cách điện tốt, công nghệ chế tạo đơn giản, giá thành hạ - Công dụng: mui xe hơi, cửa, thùng xe lạnh, mũi máy bay, áp tường máy bay, vỏ xuồng ca nơ, phịng tắm, bể bơi… Ưu điểm: Trong cơng nghiệp ơtơ có sức cạnh tranh nhờ giảm khối lượng lượng tiêu hao nhiên liệu làm việc b Composite polyme-cốt sợi khác _ Composite polyme loại sợi cốt khác có độ đàn hồi tốt có tính chịu nhiệt cao polyme sợi thủy tinh Công dụng: Composite polyme sợi polyamit chế tạo kết cấu tàu biển, hàng không, dụng cụ thể thao c Compozit polyme sợi bo sợi cacbon: - Cơ tính: Có độ bền cao hơp 4-5 lần so với thủy tinh, vật liệu nhẹ, có độ bền cao, chịu nhiệt độ, ăn mòn cao, đàn hồi chống rung tốt, chịu mỏi cao - Công dụng: Phù hợp để chế tạo chi tiết máy cần tính tổng hợp cao nhẹ cánh quạt máy bay lên thẳng, cánh thăng bằng, cánh quạt máy nén khí, kết cấu tàu vũ trụ, tàu biển, dụng cụ thể thao Cạnh tranh sản xuất máy bay giảm nhẹ khối lượng nên lượng nhiên liệu tiêu hoa (giảm 20%-30%) so với dùng kim loại d Compozit kim loại cốt sợi: - Thành phần: Trong loại kim loại AI, Cu, Mg, Ti với cốt sợi cacbon, SiC, sợi Bo, dây kim loại tỉ lệ thể tích sợi khoảng 20 đến 50% - Cơ tính: Composite nhơm – sợi Bo có phủ SiC loại có triển vọng có độ bền riêng cao, modun đàn hồi cao, nhẹ sử dụng nhiều lĩnh vực hàng không Câu 18 Cấu tạo vật liệu compozit Tính chất vật liệu nêu số vât liệu -Cấu tạo : gồm có pha pha cốt +Pha liên tục toàn khối gọi pha nền, pha phân bố gián đoạn bao bọc gọi cốt – Tính chất: Sau gia cơng nhiệt lần đầu không chảy mềm nhiệt độ cao, không tan dung môi, không dẫn điện, cứng, bền -Liên kết cốt thành khối để tạo hình -Bảo vệ: che phủ cốt khỏi tác động học -Nhiệm vụ cốt chịu tải tạo nên độ bền cao đàn hồi cao cho composite -Liên kết ôxit -Liên kết học -Liên kết phản ứng xảy phản ứng hóa học cốt tạo thành keo dính chặt -Liên kết hỗn hợp Phân loại: +Compozit cốt hạt: compozit hạt thô nên kim loại; compozit hạt thô polymer +Compozit cốt sợi: compozit polymer, sợi thủy tinh; compozit polymer-cốt sợi khác; compozit polymer sợi bo,hoặc sợi cacbon; compozit kim loại cốt sợi +Compozit cấu trúc: dạng lớp; combozit cấu trúc dạng ba lớp Câu 19 Trong lưỡi cắt đá, cắt kim loại người ta thường sử dụng loại vật liệu để nâng cao độ cứng, khả chống mài mòn dụng cụ cắt 2.0 Nội dung đáp án ý1 Trong lưỡi cắt đá, cắt kim loại người ta thường sử dụng loại vật liệu ………… 0.5 ý2 0.5 ý3 …………… có thành phần Nitrit bo (BoN) dạng cấu trúc lập phương diện tâm Chúng loại vật liệu siêu cứng, có độ cứng từ … ÷ … HV ý4 - Cơng dụng: Được dùng rộng rãi cắt kim loại, cắt đá 0.5 Câu 20 Nếu cần chế tạo trục trơn chịu tải trọng lớn, va 0.5 2.0 đập, mài mòn có yêu cầu sau: có giới hạn bền k = … Mpa, độ giãn dài tương đối = % độ cứng … HB chọn loại loại vật liệu để chế tạo? Giải thích lại chọn loại vật liệu đó? Ngồi vật liệu chọn vật liệu khác? Nội dung đáp án ý1 Để chế tạo chi tiết làm việc điều kiện chịu tải trọng lớn, va đập, mài mịn có hình dạng đơn giản ta sử dụng gang …… Đặc biệt gang … sau tơi đẳng nhiệt tổ chức pelit, đạt k = ….-… Mpa, = - % độ cứng đạt …-… HB 0.5 ý2 Chọn gang …… mác …… có giới hạn bền kéo δk = … Mpa, độ giãn dài tương đối < ….% độ cứng …-… HB 0.5 ý3 Chọn …… thỏa mãn yêu cầu điều kiện làm việc trục trơn 0.5 ý4 Ngồi gang …… chọn thép mác …… vật liệu bột thiêu kết 0.5 dạng kết cấu sở sắt có tính tốt tương đương với gang chọn Câu 21 Chọn vật liệu chế tạo piston, xi lanh, truyền động đốt có cơng suất nhỏ, vịng quay lớn Giải thích lại chọn loại vật liệu đó? Ngồi vật liệu chọn vật liệu khác? Câu 21a Chọn vật liệu chế tạo piton động đốt có cơng suất nhỏ (Ne 2.0 20 KG/mm2, độ dẻo δ > % Giải thích lại chọn loại vật liệu đó? Ngồi vật liệu chọn vật liệu khác? Nội dung đáp án ý1 Để chế tạo piston đốt có cơng suất nhỏ (Ne < 100Kw), vịng quay 0.5 lớn (n > 1500 v/ph), làm việc điều kiện ta sử dụng hợp kim …………… ý2 Chọn hợp kim …… (có b = 20 25 KG/mm2, δ =1 %) thỏa mãn yêu cầu điều kiện làm việc piston 0.5 ý3 Chọn hợp kim …… có thành ……………… 0.5 ý4 Ngồi hợp kim ……… ta chọn bột hợp kim …… thiêu kết có 0.5 tính tốt tương đương Câu 21b Chọn vật liệu chế xi lanh động đốt có cơng suất nhỏ (Ne < 2.0 100Kw), vịng quay lớn (n < 1500 v/ph), cần có độ cứng < 400HB Giải thích lại chọn loại vật liệu đó? Ngồi vật liệu chọn vật liệu khác? Nội dung đáp án Để chế tạo xi lanh đốt có cơng suất nhỏ (Ne < 100Kw), vòng ý1 0.5 quay lớn (n > 1000 v/ph), làm việc điều kiện ta sử dụng gang ……… tơi dịng nhiệt cao tần đạt độ cứng Chọn …… có tổ chức graphit ít, độ mịn cao, phân bố đều, kim ý2 0.5 loại peclit nhỏ mịn đạt σk = … MPa, σu = … MPa, độ cứng HB= … Chọn GX28-48 có thành phần C = … %; Si = … %; Mn = … %; P= … ý3 0.5 %; S = … % Ngoài …… ta chọn gang cầu GC 60-2 có σk = 600 Mpa, = 2% ý4 0.5 độ cứng 197-269 HB, thực đẳng nhiệt gang cầu tổ chức pelit, đạt σb = 1000-1300 Mpa, = 4-8% độ cứng đạt 302-369 HB Hoặc dùng gang xám mạ Crôm với chiều dày 0.05-0.15 thấm Nitơ với chiều dày 0.45-0.5 Câu 21c Câu hỏi: Chọn vật liệu chế tạo truyền động đốt có 2.0 cơng suất nhỏ (Ne < 100Kw), vịng quay lớn (n < 1500 v/ph), cần có ứng suất bền b 10 00 v/ph), làm việc điều kiện ta sử dụng gang ……… tơi dòng nhiệt cao tần đạt độ