Đang tải... (xem toàn văn)
Chương 2 - Các khái niệm cơ bản về Kim loại và Hợp kim. Những nội dung chính trong chương này gồm có: Tính chất chung của kim loại & hợp kim, khái niệm cơ bản về hợp kim, cấu tạo và sự kết tinh của kim loại. Mời các bạn cùng tham khảo để biết thêm các nội dung chi tiết.
Bộ mơn HÀN & CNKL CƠ KHÍ ĐẠI CƯƠNG Biên son: ThS V ỡnh Toi Chơng II: Các khái niệm Kim loại Hợp kim B mụn HÀN & CNKL CƠ KHÍ ĐẠI CƯƠNG Biên soạn: ThS Vũ Đình Toại I TÝnh chÊt chung cđa Kim lo¹i & Hợp kim Cơ tính: đặc trng học biểu thị khả kim loại hay hợp kim chịu tác dụng loại tải trọng 1.1 Độ bền: khả vật liệu chịu tác dụng ngoại lực mà không bị phá huỷ Độ bền đợc ký hiệu k: độ bền kÐo n: ®é bỊn nÐn u: ®é bỊn n x: độ bền xoắn Sơ đồ mẫu đo độ bền kéo k P k ( N / mm ) F0 ->> Đơn vị đo độ bền đợc tính N/mm2; kN/m2 hay MN/m2 Bộ môn HÀN & CNKL Biên soạn: ThS Vũ Đình Toại CƠ KHÍ ĐẠI CƯƠNG 1.2 Độ cứng: khả vật liệu chống lại biến dạng dẻo cục có ngoại lực tác dơng 1.2.1 §é cøng Brinen - Brinell: HB [kG/mm2] P HB F F D 2 D D2 d P HB ( ) D d 1 1 ( ) D Tuỳ theo chiều dày mẫu thử mà chọn đờng kính viên bi: D = 10mm, D = 5mm D = 0,25mm Tuú theo tÝnh chÊt cña vËt liệu mà chọn tải trọng P cho thích hợp - Gang: P = 30D2 - Đồng Hợp kim đồng P = 10D2 - Nhôm, batit hợp kim mỊm kh¸c P = 2,25D2 Bộ mơn HÀN & CNKL CƠ KHÍ ĐẠI CƯƠNG Biên soạn: ThS Vũ Đình Toại 1.2.2 Độ cứng Rôcoen - Rockwell: HRA, HRB, HRC đợc xác định cách dùng tải trọng P ấn viên bi b»ng thÐp ®· nhiƯt lun cã ®êng kÝnh 1,587mm tức 1/16 (thang B) mũi côn kim cơng có góc đỉnh 1200 (thang C A) lên bề mặt vật liệu thử >> Viên bi thép dùng để thử vật liệu cứng >> Mũi côn kim cơng dùng để thử vật liệu có ®é cøng cao: thÐp ®· nhiƯt lun, T¶i träng tác dụng hai lần: - tải trọng sơ P0 = 10kG - t¶i träng chÝnh P: + Bi thÐp: P = 100kG + Mịi kim c¬ng: P = 150kG - Thang B: giá trị đo đợc ký hiệu HRB (P = 100kG) - Thang C: giá trị đo đợc ký hiƯu HRC (P = 150kG) - Thang A: gi¸ trị đo đợc ký hiệu HRA (P = 60kG) Z Giá trị độ cứng Rockwell đợc thị trực tiếp đồng hồ máy đo B mụn HN & CNKL CƠ KHÍ ĐẠI CƯƠNG Biên soạn: ThS Vũ Đình Toi 1.2.3 Độ cứng Vicke - Vicker: HV [kG/mm2] Tải träng P tõ – 120kG thêng P = 5; 10; 20; 30;50;100 vµ 120kG P HV 1,8544 d Z Phơng pháp đo độ cứng Vicke có đo cho vật liệu mềm vật liệu cứng có líp máng cđa bỊ mỈt sau thÊm than, thÊm nit¬, nhiƯt lun v.v Bộ mơn HÀN & CNKL CƠ KHÍ ĐẠI CƯƠNG Biên soạn: ThS Vũ Đình Toại 1.3 Độ dÃn dài tơng đối %: tỷ lệ tính theo phần trăm lợng dÃn dài sau kéo chiều dài ban đầu 11 10 100% 10 l1: chiỊu dµi sau kÐo [mm] lo: chiều dài ban đầu [mm] Đơn vị: [%] 1.4 Độ dai va đập ak: khả vật liệu chịu đựng đợc tải trọng va đập mà không bị phá huỷ Đơn vị: [J/mm2] hay [kJ/m2] B mụn HÀN & CNKL CƠ KHÍ ĐẠI CƯƠNG Biên soạn: ThS V ỡnh Toi Lý tính: tính chất kim loại thể qua tợng vật lý thành phần hoá học kim loại không bị thay đổi 2.1 Khối lợng riêng: khối lỵng cđa 1cm3 vËt chÊt P [ g / cm ] V P: khèi lỵng cđa vËt chÊt V: thĨ tÝch cđa vËt chÊt 2.2 NhiƯt ®é nóng chảy: nhiệt độ nung nóng đến làm cho kim loại từ thể rắn chuyển sang thể lỏng 2.3 Tính dÃn nở: khả dÃn nở cđa kim lo¹i nung nãng 2.4 TÝnh dÉn nhiƯt: khả dẫn dòng nhiệt kim loại 2.5 Tính dẫn điện: khả truyền dòng điện kim loại 2.6 Từ tính: khả nhiễm từ cđa kim lo¹i Bộ mơn HÀN & CNKL CƠ KHÍ ĐẠI CƯƠNG Biên soạn: ThS Vũ Đình Toại Ho¸ tính: độ bền kim loại tác dụng hoá học chất khác nh ôxy, nớc axit v.vmà không bị phá huỷ 3.1 Tính chịu ăn mòn: độ bền kim loại ăn mòn môi trờng xung quanh 3.2 Tính chịu nhiệt: độ bền kim loại ăn mòn ôxy không khí nhiệt cao hoặc tác dụng ăn mòn vài thể lỏng thể khí đặc biệt nhiệt độ cao 3.3 Tính chịu axit: độ bền kim loại ăn mòn axit Bộ mơn HÀN & CNKL CƠ KHÍ ĐẠI CƯƠNG Biên soạn: ThS Vũ Đình Toại TÝnh c«ng nghƯ: khả kim loại hợp kim cho phÐp gia c«ng nãng hay gia c«ng nguéi 4.1 TÝnh đúc: đặc trng độ chảy loÃng, độ co tính thiên tích - Độ chảy loÃng biểu thị khả điều đầy khuôn kim loại hợp kim - Độ co biểu thị co ngót kim loại kết tinh từ lỏng sang đặc - Tính thiên tích không đồng thành phần hoá học kim loại phần khác vật đúc 4.2 Tính rèn: khả biến dạng vĩnh cửu kim loại chịu tác dụng ngoại lực để tạo thành hình dạng chi tiết mà không bị phá huỷ 4.3 Tính hàn: khả tạo thành liên kết chi tiết hàn đợc nung nóng cục chỗ mối hàn đến trạng thái chảy hay dẻo B mụn HN & CNKL Biên soạn: ThS Vũ Đình Toại CƠ KHÍ I CNG II Cấu tạo kết tinh kim lo¹i: CÊu t¹o cđa kim lo¹i: Mét sè chi tiết máy kim loại Cấu trúc KL nhìn qua kÝnh hiĨn vi ®iƯn tư CÊu tróc cđa kim loại Liên kết kim loại nhờ đám mây điện tử Bộ mơn HÀN & CNKL CƠ KHÍ ĐẠI CƯƠNG Biên son: ThS V ỡnh Toi 1.2.3 Lục phơng dày đặc : Ký hiƯu: Ký hiƯu: Bộ mơn HÀN & CNKL CƠ KHÍ ĐẠI CƯƠNG Biên soạn: ThS Vũ Đình Toại Tuỳ theo loại ô ngời ta xác định thông số mạng Thông số mạng giá trị độ dài đo theo chiều cạnh ô - Mạng lập phơng: có thông số mạng a - Mạng lục giác: có thông số mạng a c Đơn vị đo thông số mạng ăangstrong (Ao): 1Ao = 10-8cm Sự biển đổi mạng tinh thể kim loại : Khi điều kiện thay đổi (áp suất, nhiệt ®é, v.v ) tỉ chøc kim lo¹i sÏ thay ®ỉi theo Dạng ô thay đổi Thông số mạng có giá trị thay đổi Sự biển đổi mạng tinh thĨ Bộ mơn HÀN & CNKL §êng ngi: Biên soạn: ThS Vũ Đình Toại CƠ KHÍ ĐẠI CƯƠNG Tèc ®é nguéi toC T1 CR = tg T2 (s) Đờng nguội tn ối với kim loại nguyên chất, thí nghiệm ngời ta xác định đợc đờng nguội định B mụn HN & CNKL CƠ KHÍ ĐẠI CƯƠNG Biên soạn: ThS Vũ Đình Toại Sù kÕt tinh cđa kim lo¹i Khi kim loại trạng thái lỏng chuyển sang trạng thái rắn đợc gọi kết tinh Kim loại kết tinh theo trình gồm nhiều giai đoạn toC Trung tâm kết tinh tâm mầm Quá trình kết tinh phát triển Kết thúc trình kết tinh (s) Tâm mầm: - phân tử tạp chất không nóng chy nh bụi tờng lò - chất sơn khuôn v.v - tâm mầm tự sinh hình thành nhng nhóm nguyên tử có trật tự đạt ®Õn kÝch thíc ®đ lín T theo vËn tèc nguội khác mà lợng tâm mầm xuất nhiều hay ít, kết tinh tạo số lợng đơn tinh thể (hay hạt) định B mụn HN & CNKL C KH I CNG Các giai đoạn Quá trình kết tinh toC Pha lỏng Nhit độ kết tinh Pha r¾n (s) Biên soạn: ThS Vũ Đình Toại Bộ mơn HÀN & CNKL CƠ KHÍ ĐẠI CƯƠNG Biên soạn: ThS Vũ Đình Toại Híng kÕt tinh Biªn giới hạt Kết tinh kiểu nhánh B mụn HN & CNKL CƠ KHÍ ĐẠI CƯƠNG Biên soạn: ThS Vũ ỡnh Toi III Khái niệm hợp kim: Một số khái niệm: Pha nhng phần tử hợp kim có thành phần đồng trạng thái ngn cách với pha khác bề mặt phân chia (nếu trạng thái rắn phải có đồng kiểu mạng thông số mạng) Một tập hợp pha trạng thái cân gọi hệ hợp kim Nguyên vật chất độc lập có thành phần không đổi, tạo nên pha hệ Trong số trờng hợp nguyên nguyên tố hoá học hợp chất hoá học có tính ổn định cao Các tổ chức hợp kim 3.1 Dung dịch đặc: Hai nhiều nguyên tố có khả nng hoà tan vào trạng thái đặc gọi dung dịch đặc Có hai loại dung dịch đặc: - dung dịch đặc thay - dung dịch đặc xen kẽ B mụn HN & CNKL C KH I CNG - Dung dịch đặc thay - Dung dịch đặc xen kẽ B Sự hoà tan xen kÏ bao giê cịng cã giíi h¹n Biên soạn: ThS Vũ Đình Toại Bộ mơn HÀN & CNKL CƠ KHÍ ĐẠI CƯƠNG Biên soạn: ThS Vũ Đình Toại 3.2 Hợp chất hoá học: Pha đợc tạo nên liên kết gia nguyên tố khác theo tỷ lệ xác định gọi hợp chất hoá học Ví dụ: Hợp chất hoá học Fe3C (rất ổn định) 3.3 Hỗn hợp học: Nhng nguyên tố không hoà tan vào không liên kết để tạo thành hợp chất hoá học mà liên kết với lực học tuý, gọi hệ hợp kim hỗn hợp học hỗn hợp học không làm thay đổi mạng nguyên tử nguyên tố thành phần B mụn HN & CNKL CƠ KHÍ ĐẠI CƯƠNG Cấu trúc hợp kim: Nguyªn tử Hydro Nguyên tử Sắt Nguyên tử Titan Nguyên tử Sắt Nguyên tử Titan Biờn son: ThS V ỡnh Toi Bộ mơn HÀN & CNKL CƠ KHÍ ĐẠI CƯƠNG Biên son: ThS V ỡnh Toi Gin đồ trạng thái hợp kim: biểu diễn trình kết tinh h hợp kim Cách xây dựng Giản đồ trạng thái hệ Hợp kim Xây dựng giản đồ trạng thái phơng pháp phân tích nhiệt, nghĩa thiết lập đờng nguội B mụn HN & CNKL Biên soạn: ThS Vũ Đình Toại CƠ KHÍ ĐẠI CNG Quá trình kết tinh phụ thuộc vào nhiệt độ nồng độ chất tạo thành Các đờng nguội hợp kim chì - antimon: toC 375 0 95%Pb 5%Sb 100%Pb toC toC toC toC 90%Pb 10%Sb 87%Pb 13%Sb 75%Pb 25%Sb 325 1’ 2’ 246 200 2’ 3 2’ 2’ Bộ môn HÀN & CNKL Biên soạn: ThS Vũ Đình Toại CƠ KHÍ ĐẠI CNG Dựa vào đờng nguội, ta xác định đợc điểm tới hạn hợp kim a tất điểm tới hạn lên giản đồ tổng hợp, ta có giản đồ trạng thái hệ hợp kim ACB: đờng lỏng toC B toC A 375 Pha lỏng DCE: đờng đặc DCE: đờng tinh Sb + Láng Pb + Láng C 246 D E thái rõ tổ chức hợp kim điều kiện cân [Pb + Sb] Giản ®å tr¹ng Pb + [Pb + Sb] Sb + [Pb + Sb] 200 10 13 25 40 60 80 100% Pb 95 90 87 75 60 40 20 Gin đồ trạng thái hệ hợp kim chì - antimon 100% Sb Bộ môn HÀN & CNKL Biên soạn: ThS Vũ Đình Toại CƠ KHÍ ĐẠI CƯƠNG Các loại giản đồ trạng thái hợp kim nguyên: toC toC toC toC Pha láng Pha láng +L B+L A+L A+ [A+B] 100% B 100% A Loại I [A+B] B+ [A+B] 100% B 100% A Loại II Bộ môn HÀN & CNKL Biên soạn: ThS Vũ Đình Toại CƠ KHÍ ĐẠI CƯƠNG Các loại giản đồ trạng thái hợp kim nguyên: toC toC toC Pha láng [AmBm] toC Pha láng L+ L+ [ + ] 100% B 100% A Loại III AmBm 100% A 100% B Loại IV ... cho thích hợp - Gang: P = 30D2 - Đồng Hợp kim đồng P = 10D2 - Nhôm, batit hợp kim mềm khác P = 2, 25D2 B mụn HN & CNKL CƠ KHÍ ĐẠI CƯƠNG Biên soạn: ThS Vũ ỡnh Toi 1 .2. 2 Độ cứng Rôcoen - Rockwell:... toC toC toC toC 90%Pb 10%Sb 87%Pb 13%Sb 75%Pb 25 %Sb 325 1’ 2? ?? 24 6 20 0 2? ?? 3 2? ?? 2? ?? Bộ môn HÀN & CNKL Biên soạn: ThS Vũ Đình Toại CƠ KHÍ ĐẠI CNG Dựa vào đờng nguội, ta xác định đợc điểm... soạn: ThS Vũ Đình Toại Bộ mơn HÀN & CNKL CƠ KHÍ ĐẠI CƯƠNG Biên soạn: ThS Vũ Đình Toại Híng kÕt tinh Biªn giới hạt Kết tinh kiểu nhánh B mụn HN & CNKL CƠ KHÍ ĐẠI CƯƠNG Biên soạn: ThS Vũ ỡnh Toi