Cùng nắm kiến thức trong giáo trình Vật liệu kỹ thuật thông qua việc tìm hiểu nội dung của 12 chương và được chia thành 3 phần sau: phần 1 vật liệu học cơ sở với 4 chương học đầu, phần 2 nhiệt luyện thép từ chương 5 đến chương 8, phần 3 các vật liệu kim loại với 4 chương cuối. Mời các bạn cùng tham khảo và nắm vững kiến thức trong giáo trình này.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CƠNG NGHIỆP KHOA CƠ KHÍ ***** BÀI GIẢNG PHÁT CHO SINH VIÊN (LƯU HÀNH NỘI BỘ) Theo chương trình 150 tín Sử dụng cho năm học: 2020 -2021 Tên giảng: Vật liệu kỹ thuật Số tín chỉ: 03 Nhóm biên soạn: TS Vũ Lai Hoàng ThS Hoàng Ánh Quang Thái nguyên, 2020 MỤC LỤC Nội dung *Mục lục *Đề cương chi tiết học phần Trang CHƯƠNG I: CẤU TẠO TINH THỂ CỦA VẬT LIỆU KIM LOẠI 1.1 Khái niệm đặc điểm kim loại 1.1.1 Định nghĩa kim loại 1.1.2 Đặc điểm cấu tạo nguyên tử kim loại 1.1.3 Liên kết kim loại 1.2 Cấu tạo mạng tinh thể kim loại nguyên chất 1.2.1 Các khái niệm mạng tinh thể 1.2.2 Các kiểu mạng tinh thể thường gặp kim loại 1.2.3 Tính thù hình kim loại 1.2.4 Đơn tinh thể đa tinh thể 1.3 Các sai lệch mạng tinh thể 1.3.1 Sai lệch điểm 1.3.2 Sai lệch đường 1.3.3 Sai lệch mặt 1.4 Các phương pháp nghiên cứu kim loại hợp kim 1.4.1 Phương pháp mặt gẫy 1.4.2 Phương pháp tổ chức thô đại 1.4.3 Phương pháp tổ chức tế vi 1.4.4 Phân tích cấu trúc tia Rơngen CÂU HỎI ƠN TẬP CHƯƠNG I CHƯƠNG II: SỰ KẾT TINH 2.1 Cấu tạo kim loại lỏng điều kiện kết tinh 2.1.1 Cấu tạo kim loại lỏng 2.1.2 Điều kiện lượng trình kết tinh 2.2 Hai trình kết tinh 2.2.1 Sự sinh mầm kết tinh 2.2.2 Sự lớn lên mầm 2.3 Sự hình thành hạt tinh thể phương pháp tạo hạt nhỏ đúc 2.3.1 Tiến trình kết tinh 2.3.2 Hình dạng hạt 2.3.3 Kích thước hạt 2.3.4 Các phương pháp tạo hạt nhỏ đúc 2.4 Cấu tạo tinh thể vật đúc 2.4.1 Cấu tạo tinh thể vật đúc 2.4.2 Các khuyết tật vật đúc CÂU HỎI ÔN TẬP CHƯƠNG II CHƯƠNG III: KHÁI NIỆM VỀ HỢP KIM VÀ GIẢN ĐỒ TRẠNG THÁI 3.1 Khái niệm hợp kim -1- 14 14 14 14 14 14 14 16 16 17 17 18 18 19 19 19 19 19 20 20 21 21 21 21 22 22 23 23 23 23 23 24 25 25 25 26 27 27 3.1.1 Định nghĩa hợp kim 3.1.2 Các đặc tính hợp kim 3.1.3 Các khái niệm hợp kim 3.2 Các pha tính chất pha hợp kim 3.2.1 Dung dịch rắn 3.2.2 Các pha trung gian 3.2.3 Hỗn hợp học 3.3 Giản đồ trạng thái hệ hợp kim hai nguyên 3.3.1 Khái niệm giản đồ trạng thái 3.3.2 Giản đồ trạng thái hai nguyên loại 3.3.3 Giản đồ trạng thái hai nguyên loại hai 3.3.4 Giản đồ trạng thái hai nguyên loại ba 3.3.5 Giản đồ trạng thái hai nguyên loại bốn 3.4 Giản đồ trạng thái sắt – bon 3.4.1 Đặc điểm nguyên (sắt bon) 3.4.2 Tương tác sắt bon 3.4.3 Dạng giản đồ 3.4.4 Tổ chức tế vi thép bon gang trắng theo giản đồ sắt – bon CÂU HỎI ÔN TẬP CHƯƠNG III CHƯƠNG IV: BIẾN DẠNG DẺO VÀ CƠ TÍNH 4.1 Các giai đoạn biến dạng 4.2 Biến dạng dẻo 4.2.1 Biến dạng dẻo đơn tinh thể 4.1.2 Biến dạng dẻo đa tinh thể 4.3 Các đặc trưng tính thơng thường 4.4 Sự kết tinh lại 4.4.1 Khái niệm 4.4.2 Các trình xẩy kết tinh lại 4.4.3 Biến dạng nóng CÂU HỎI ÔN TẬP CHƯƠNG IV CHƯƠNG V: CÁC CHUYỂN BIẾN PHA KHI NHIỆT LUYỆN 5.1 Khái niệm nhiệt luyện 5.1.1 Định nghĩa 5.1.2 Các thông số đặc trưng cho trình nhiệt luyện 5.1.3 Tác dụng nhiệt luyện chế tạo khí 5.1.4 Sơ lược bốn chuyển biến nhiệt luyện 5.2 Các chuyển biến nung nóng thép 5.2.1 Cơ sở xác định chuyển biến nung nóng 5.2.2 Các đặc điểm chuyển biến 5.2.3 Các trình xảy giữ nhiệt 5.3 Chuyển biến xảy làm nguội chậm 5.3.1 Chuyển biến Ôstenit làm nguội đẳng nhiệt 5.3.2 Chuyển biến Ôstenit làm nguội liên tục 5.4 Chuyển biến xảy làm nguội nhanh – chuyển biến Mactenxit -2- 27 27 28 28 28 32 34 34 34 36 38 40 42 43 43 44 45 48 50 51 51 51 52 52 56 60 60 61 62 63 64 64 64 64 65 65 66 66 67 69 69 69 71 72 5.4.1 Khái niệm Mactenxit 5.4.2 Các đặc điểm chuyển biến Mactenxit 5.5 Chuyển biến nung nóng thép tơi – chuyển biến ram 5.5.1 Tính khơng ổn định Mactenxit Austenit dư 5.5.2 Các chuyển biến xảy ram CÂU HỎI ÔN TẬP CHƯƠNG V CHƯƠNG VI : CÔNG NGHỆ NHIỆT LUYỆN THÉP 6.1 Ủ thường hố 6.1.1 Ủ thép 6.1.2 Thường hố thép 6.2 Tơi thép 6.2.1 Định nghĩa mục đích 6.2.2 Chọn nhiệt độ 6.2.3 Chọn môi trường 6.2.4 Tốc độ tới hạn độ thấm 6.2.5 Các phương pháp thép 6.3 Ram thép 6.3.1 Định nghĩa mục đích 6.3.2 Các phương pháp ram 6.4 Các khuyết tật xẩy nhiệt luyện 6.4.1 Biến dạng nứt 6.4.2 Ơxy hố bon 6.4.3 Độ cứng khơng đạt 6.4.4 Tính giịn cao CÂU HỎI ƠN TẬP CHƯƠNG VI CHƯƠNG VII : CÁC PHƯƠNG PHÁP HÓA BỀN BỀ MẶT 7.1 Biến cứng bề mặt 7.1.1 Nguyên lý 7.1.2 Các phương pháp biến cứng bề mặt thép 7.2 Tôi bề mặt thép 7.2.1 Nguyên lý 7.2.2 Tôi cao tần 7.2.3 Tơi lửa hỗn hợp khí axetylen-oxy 7.3 Hoá nhiệt luyện 7.3.1 Nguyên lý 7.3.2 Thấm bon 7.3.3 Các phương pháp thấm khác CÂU HỎI ÔN TẬP CHƯƠNG VII CHƯƠNG VIII : KHÁI NIỆM CHUNG VỀ GANG 8.1 Khái niệm chung 8.1.1 Định nghĩa 8.1.2 Các đặc tính gang 8.1.3 Phân loại gang 8.2 Gang trắng -3- 72 73 75 75 75 76 77 77 77 79 80 80 81 82 83 85 87 87 88 88 89 89 90 90 90 91 91 91 91 92 92 92 94 94 94 96 98 99 100 100 100 100 100 101 8.3 Gang có graphit 8.3.1 Tổ chức tế vi 8.3.2 Graphit hóa 8.3.3 Gang xám 8.3.4 Gang cầu 8.3.5 Gang dẻo 8.4 Gang hợp kim 8.5 Nhiệt luyện gang 8.5.1 Ủ graphit hóa 8.5.2 Ủ để thay đổi tổ chức kim loại 8.5.3 Tơi ram CÂU HỎI ƠN TẬP CHƯƠNG VIII CHƯƠNG IX: KHÁI NIỆM CHUNG VỀ THÉP 9.1 Khái niệm thép cacbon 9.1.1 Thành phần hoá học 9.1.2 Ảnh hưởng nguyên tố đến tổ chức tính chất thép C 9.1.3 Phân loại thép cacbon 9.1.4 Ký hiệu thép cacbon 9.1.5 Ưu, nhược điểm thép cacbon 9.2 Khái niệm thép hợp kim 9.2.1 Thành phần hóa học 9.2.2 Các đặc tính thép hợp kim 9.2.3 Ảnh hưởng nguyên tố hợp kim đến tổ chức thép hợp kim 9.2.4 Ảnh hưởng nguyên tố hợp kim đến trình nhiệt luyện 9.2.5 Các khuyết tật thép hợp kim 9.2.6 Phân loại ký hiệu thép hợp kim CÂU HỎI ÔN TẬP CHƯƠNG IX CHƯƠNG X: THÉP KẾT CÂU 10.1 Khái niệm chung thép kết cấu 10.1.1 Yêu cầu thép kết cấu 10.1.2 Thành phần hoá học 10.1.3 Phân loại thép kết cấu 10.2 Thép thấm cacbon 10.2.1 Đặc điểm thành phần hoá học 10.2.2 Các loại thép thấm cacbon 10.3 Thép hoá tốt 10.3.1 Đặc điểm thành phần hoá học 10.3.2 Đặc điểm nhiệt luyện 10.3.3 Các loại thép hoá tốt 10.4 Thép đàn hồi 10.4.1 Điều kiện làm việc thép đàn hồi 10.4.2 Đặc điểm thành phần hoá học nhiệt luyện 10.4.3 Các loại thép đàn hồi công dụng chúng 10.5 Các loại thép kết cấu có công dụng riêng -4- 101 101 101 102 104 105 106 106 106 107 107 107 108 108 108 108 110 110 112 112 112 112 113 115 116 117 118 120 120 120 121 122 112 122 123 125 125 126 126 128 128 128 129 130 10.5.1 Thép để dập nguội 10.5.2 Thép dễ cắt 10.5.3 Thép ổ lăn CÂU HỎI ÔN TẬP CHƯƠNG X CHƯƠNG XI: THÉP VÀ HỢP KIM DỤNG CỤ 11.1 Thép hợp kim làm dao cắt 11.1.1 Yêu cầu vật liệu làm dao cắt 11.1.2 Thép làm dao cắt có suất thấp 11.1.3 Thép làm dao cắt có suất cao – thép gió 11.1.4 Hợp kim cứng 11.2 Thép làm khuôn dập 11.2.1 Thép làm khuôn dập nguội 11.2.2 Thép làm khn dập nóng 11.3 Thép làm dụng cụ đo 11.3.1 Điều kiện làm việc yêu cầu dụng cụ đo 11.3.2 Các thép làm dụng cụ đo CÂU HỎI ÔN TẬP CHƯƠNG XI CHƯƠNG XII: THÉP VÀ HỢP KIM CĨ TÍNH CHẤT ĐẶC BIỆT 12.1 Thép không gỉ 12.1.1 Khái niệm thép không gỉ 12.1.2 Các thép không gỉ hai pha 12.1.3 Các thép không gỉ pha 12.2 Thép hợp kim làm việc nhiệt độ cao 12.2.1 Khái niệm thép hợp kim làm việc nhiệt độ cao 12.2.2 Thép hợp kim làm việc nhiệt độ cao 12.3 Thép chống mài mịn 12.3.1 Khái niệm tính chống mài mịn thép 12.3.2 Các thép có tính chống mài mịn cao CÂU HỎI ƠN TẬP CHƯƠNG XII CHƯƠNG XIII: KIM LOẠI VÀ HỢP KIM MÀU THÔNG DỤNG 13.1 Nhôm hợp kim nhôm 13.1.1 Nhôm nguyên chất 13.1.2 Hợp kim nhôm 13 Đồng hợp kim đồng 13 2.1 Đồng nguyên chất 13 2.2 Hợp kim đồng 13.3 Hợp kim ổ trượt 13.3.1 Yêu cầu hợp kim ổ trượt 13.3.2 Hợp kim ổ trượt có nhiệt độ chảy thấp (bacbit ) 13.3.3 Hợp kim ổ trượt có nhiệt độ chảy cao CÂU HỎI ƠN TẬP CHƯƠNG XIII CHƯƠNG XIV: CÁC VẬT LIỆU KHÁC 14.1 Vật liệu thiêu kết 14.1.1 Khái niệm chung -5- 130 130 131 132 133 133 133 134 135 137 138 138 138 139 139 139 140 141 141 141 141 141 142 142 142 143 143 143 143 144 144 144 144 146 146 146 147 147 148 148 148 149 149 149 14.1.2 Tổ chức tính chât vật liệu thiêu kết 14 Vật liệu chất dẻo 14.2.1 Khái niệm chung 14.2.2 Phân loại công dụng 14.3 Vật liệu Compơzit 14.3.1 Khái niệm chung 14.3.2 Tính chất công dụng 14.4 Vật liệu Ceramic 14.4.1 Khái niệm chung 14.4.2 Tính chất cơng dụng CÂU HỎI ÔN TẬP CHƯƠNG XIV * Tài liệu tham khảo -6- 149 149 149 150 151 151 152 152 152 153 154 155 ĐỀ CƯƠNG CHI TIẾT HỌC PHẦN VẬT LIỆU KỸ THUẬT ( HỌC PHẦN BẮT BUỘC) Tên học phần: Vật liệu kỹ thuật (MS: ) Số tín chỉ: 03 Trình độ cho sinh viên năm thứ: 03 Phân bố thời gian: - Lên lớp lý thuyết: 36 tiết - Thảo luận: 18 tiết/2 = 09 tiết chuẩn Các học phần học trước: - Vật lý, Hoá học, Sức bền vật liệu Học phần thay thế, học phần tương đương: Không Mục tiêu học phần Trang bị cho sinh viên kiến thức loại vật liệu dùng ngành chế tạo khí, phương pháp cơng nghệ làm thay đổi tổ chức tính chất vật liệu nhờ chọn sử dụng vật liệu theo yêu cầu kỹ thuật Mô tả vắn tắt nội dung học phần Học phần gồm 14 chương: Cấu tạo nguyên tử, dạng liên kết, cấu tạo tính chất pha bản, giản đồ trạng thái, chuyển biến pha nhiệt luyện, công nghệ nhiệt luyện phương pháp hóa bền bề mặt, Các loại vật liệu kỹ thuật sử dụng phổ biến ngành khí loại gang, loại thép, kim loại hợp kim màu, vật liệu vô cơ, vật liệu hữu cơ, vật liệu compozit, Nhiệm vụ sinh viên - Dự lớp ≥ 80% tổng số thời lượng học phần - Chuẩn bị thảo luận 10 Tài liệu học tập - Sách, giáo trình học tập [1] Vật liệu học Bộ môn Kỹ thuật vật liệu Trường ĐH KTCN 1993 [2] Thí nghiệm kim loại học nhiệt luyện Bộ môn KTVL Trường ĐH KTCN 1974 - Sách tham khảo [3] Vật liệu học Lê Công Dưỡng (chủ biên), NXB KHKT Hà Nội 1997 [4] Vật liệu học Nghiêm Hùng NXB ĐH&THCN Hà Nội 2000 [5] Công nghệ nhiệt luyện Phạm Thị Minh Phương - Tạ Văn Thất NXB GD 2000 [6] Sách tra cứu thép gang thông dụng Nghiêm Hùng ĐH Bách Khoa Hà Nội 1999 11 Tiêu chuẩn đánh giá sinh viên thang điểm * Tiêu chuẩn đánh giá - Chuyên cần; - Thảo luận; - Kiểm tra học phần; - Thi kết thúc học phần * Thang điểm + Điểm đánh giá phận chấm theo thang điểm 10 với trọng số sau: - Chuyên cần: 10% - Thảo luận: 10% - Kiểm tra học phần: 20% + Điểm thi kết thúc học phần: 60% -7- 12 Lịch trình giảng dạy Tuần thứ Nội dung Chương I: Cấu tạo tinh thể vật liệu kim loại 1.5 Khái niệm đặc điểm kim loại 1.5.1 Định nghĩa kim loại 1.5.2 Đặc điểm cấu tạo nguyên tử kim loại 1.5.3 Liên kết kim loại 1.6 Cấu tạo mạng tinh thể kim loại nguyên chất 1.6.1 Các khái niệm mạng tinh thể 1.6.2 Các kiểu mạng tinh thể thường gặp kim loại 1.6.3 Tính thù hình kim loại 1.6.4 Đơn tinh thể đa tinh thể 1.7 Các sai lệch mạng tinh thể 1.7.1 Sai lệch điểm 1.7.2 Sai lệch đường 1.7.3 Sai lệch mặt 1.8 Các phương pháp nghiên cứu kim loại hợp kim 1.8.1 Phương pháp mặt gẫy 1.8.2 Phương pháp tổ chức thô đại 1.8.3 Phương pháp tổ chức tế vi 1.8.4 Phân tích cấu trúc tia Rơngen Chương II: Sự kết tinh 2.1 Cấu tạo kim loại lỏng điều kiện kết tinh 2.1.1 Cấu tạo kim loại lỏng 2.1.2 Điều kiện lượng trình kết tinh 2.2 Hai trình kết tinh 2.2.1 Sự sinh mầm kết tinh 2.2.2 Sự lớn lên mầm 2.3 Sự hình thành hạt tinh thể phương pháp tạo hạt nhỏ đúc 2.3.1 Tiến trình kết tinh 2.3.2 Hình dạng hạt 2.3.3 Kích thước hạt 2.3.4 Các phương pháp tạo hạt nhỏ đúc 2.4 Cấu tạo tinh thể vật đúc 2.4.1 Cấu tạo tinh thể vật đúc 2.4.2 Các khuyết tật vật đúc Chương III: Hợp kim giản đồ trạng thái 3.1 Khái niệm hợp kim 3.1.1 Định nghĩa hợp kim 3.1.2 Các đặc tính hợp kim 3.1.3 Các khái niệm hợp kim -8- Tài liệu Hình học tập, thức tham khảo học [1], [2] Giảng [3], [4] 3.2 Các pha tính chất pha hợp kim 3.2.1 Dung dịch rắn 3.2.2 Các pha trung gian 3.2.3 Hỗn hợp học 3.3 Giản đồ trạng thái hệ hợp kim hai nguyên 3.3.1 Khái niệm giản đồ trạng thái 3.3.2 Giản đồ trạng thái hai nguyên loại 3.3.3 Giản đồ trạng thái hai nguyên loại hai 3.3.4 Giản đồ trạng thái hai nguyên loại ba 3.3.5 Giản đồ trạng thái hai nguyên loại bốn 3.4 Giản đồ trạng thái sắt – bon 3.4.1 Đặc điểm nguyên (sắt bon) 3.4.2 Tương tác sắt bon 3.4.3 Dạng giản đồ 3.4.4 Tổ chức tế vi thép bon gang trắng theo giản đồ sắt – bon [1], [2] [3], [4] Giảng Thảo luận chương I, II III Thảo luận Chương IV: Biến dạng dẻo tính 4.1 Các giai đoạn biến dạng 4.2 Biến dạng dẻo 4.2.1 Biến dạng dẻo đơn tinh thể 4.1.2 Biến dạng dẻo đa tinh thể 4.3 Các đặc trưng tính thơng thường 4.4 Sự kết tinh lại 4.4.1 Khái niệm 4.4.2 Các trình xẩy kết tinh lại 4.4.3 Biến dạng nóng Chương V: Các chuyển biến pha nhiệt luyện 5.1 Khái niệm nhiệt luyện 5.1.1 Định nghĩa 5.1.2 Các thông số đặc trưng cho trình nhiệt luyện 5.1.3 Tác dụng nhiệt luyện chế tạo khí 5.1.4 Sơ lược bốn chuyển biến nhiệt luyện 5.2 Các chuyển biến nung nóng thép 5.2.1 Cơ sở xác định chuyển biến nung nóng 5.2.2 Các đặc điểm chuyển biến 5.2.3 Các trình xảy giữ nhiệt 5.3 Chuyển biến xảy làm nguội chậm 5.3.1 Chuyển biến Ôstenit làm nguội đẳng nhiệt 5.3.2 Chuyển biến Ôstenit làm nguội liên tục 5.4 Chuyển biến xảy làm nguội nhanh – chuyển biến Mactenxit [1], [2] [3], [4] [1], [2] [3], [4] -9- Giảng CHƯƠNG 12 THÉP VÀ HỢP KIM CÓ TÍNH CHẤT ĐẶC BIỆT * Nội dung chương XII - Thép không gỉ; - Thép hợp kim làm việc nhiệt độ cao; - Thép chống mài mòn * Yêu cầu sinh viên nắm kiến thức sau: - Khái niệm thép không gỉ Các loại thép không gỉ công dụng; - Khái niệm thép hợp kim làm việc nhiệt độ cao; - Các loại thép hợp kim làm việc nhiệt độ cao; - Khái niệm tính chống mài mịn thép; - Các thép có tính chống mài mịn cao 12.1 THÉP KHƠNG GỈ 12.1.1 Khái niệm Thép khơng gỉ (I-nốc hay inox) loại thép có tính chống ăn mịn cao mơi trường ăn mịn mạnh axit Có ý nghĩa quan trọng cơng nghiệp hố học (sản xuất phân bón, axit, hố dầu ) Được dùng rộng rãi làm hàng tiêu dùng (vỏ đồng hồ, kẹp tóc ) trang trí xây dựng (cửa, cột, mái ) 12.1.2 Thép không gỉ hai pha Các thép hợp kim thông thường hay bị ăn mịn tổ chức chúng gồm nhiều pha điện cực khác Thép khơng gỉ hai pha thép có 0,1 0,4%C 13%Cr Tổ chức gồm ferit (hoà tan nhiều Cr) cacbit Cr, hai pha điện cực xấp xỉ nên loại thép có tính chống ăn mịn điện hố tốt Loại thép hồn tồn ổn định khí quyển, nước ngọt, chống ăn mịn cao HNO3 (do Cr bị thụ động hoá, bị ăn mòn axit khác HCl, H2SO4 ) Một số mác thường dùng: 12Cr13 20Cr13 thép trước tích, dẻo dai, biến dạng nguội hàn Sau (1000 1050oC) ram cao (600 700oC) dùng làm chi tiết thông dụng trục bơm, ốc, vít khơng gỉ 30Cr13 40Cr13 thép tích sau tích, cứng dẻo dai Sau ram 200 250oC dùng làm kim phun động cơ, lò xo, ổ lăn không gỉ dụng cụ phẫu thuật (dao, kéo ) 12.1.3 Thép không gỉ pha a Thép không gỉ pha ferit Là thép có tỉ lệ Cr/C ≥ 150 Tổ chức có pha ferit nên tính chống ăn mịn cao loại thép hai pha Một số mác thường dùng : - 141 - 08Cr13 dùng cơng nghiệp hóa dầu 12Cr17 dùng nhiều, thay thép không gỉ Cr - Ni (đắt) 15Cr25Ti dùng thép chịu nhiệt b Thép không gỉ pha austenit Là thép có: %Cr ≥ 16 18, %Ni ≥ Vì có Ni cao nên có tổ chức nhiệt độ thường Để đảm bảo có pha phải nung đến 11500C, cacbit hồ tan hết vào , sau nguội nhanh tổ chức nên có tính chống ăn mịn cao Chịu ăn mòn HNO3, H2SO4 nhiệt độ thường, HCl lỗng nhiệt độ thường, chống ơxy hố tốt nhiệt độ cao Tính dẻo cao, dập, cán, gò nhiệt độ thường Dùng nhiều chế tạo thiết bị hoá học Các mác thường dùng: 12Cr18Ni9, 08Cr18Ni11, 30Cr18Ni12, 08Cr18Ni10Ti, 12Cr18Ni9Ti Nhược điểm: bị ăn mịn tinh giới làm việc lâu mơi trường ăn mịn 500800oC qua hàn Các mác bon hợp kim hoá nguyên tố tạo cacbit mạnh (Ti, Nb, Ta) làm hạn chế ăn mòn tinh giới 12.2 THÉP VÀ HỢP KIM LÀM VIỆC Ở NHIỆT ĐỘ CAO 12.2.1 Khái niệm Là loại thép hợp kim có khả chịu tải lâu dài 500oC, dùng vào mục đích tương ứng nồi hơi, tuapin khí, động phản lực u cầu: Tính ổn định nóng: khả chống ơxy hố bị nung nóng Tính bền nóng: khả giữ độ bền, độ cứng nhiệt độ cao thời gian dài 12.2.2 Các thép hợp kim làm việc nhiệt độ cao a Thép làm xupap xả Xupap xả làm việc điều kiện nặng: tải trọng cao, chịu nhiệt độ cao 650 700oC, bị ăn mòn sản phẩm cháy bị mài mịn cạnh vát va đập Các mác thường dùng: 40Cr9Si2, 40Cr10Si2Mo, loại thép M, nhiệt luyện gồm (1000 1100oC) ram (700 o 750 C) Loại tính bền nóng khơng cao, dùng động xăng với công suất nhỏ 45Cr14Ni14W2Mo, thép , dùng cho động diezen động xăng công xuất lớn Nhược điểm: độ cứng thấp b Thép làm nồi tuốc bin Nồi có áp suất thấp trung bình, nhiệt độ ≤ 450oC thường làm thép C thấp CT34, CT38, C15, C20 Các thiết bị chứa dẫn 450 5600C làm thép hợp kim hoá thấp trạng thái thường hoá 12CrMo, 12CrMoV trạng thái thường hóa Để làm cánh tuốc bin nhiệt độ 540 560oC phải dùng thép hợp kim hoá cao như: 15Cr12WNiMoV c Các hợp kim bền nóng - 142 - Các hợp kim sở Fe không làm việc nhiệt độ 8000C Chỉ có hợp kim sở Ni với Cr, Ti, Mo, W kim loại có nhiệt độ nóng chảy cao làm việc nhiệt độ cao Nicrom: hợp kim Ni với Cr (đơi có Fe), lượng C thấp, tổ chức có pha Loại tính thấp chịu nhiệt độ cao, thường dùng làm dây điện trở Các mác thường dùng là: Cr15Ni60, Cr20Ni80 Nimơnic: hợp kim bền nóng tốt, gồm 20%Cr, 2%Ti, 1%Al, lại Ni Nhiệt luyện bao gồm: tơi 1050 1150oC hố già 700 750 oC 10 16h làm cho hợp kim có tính bền nóng tốt Thường dùng mác: CrNi77Ti2Al, CrNi77Ti2AlBo 12.3 THÉP CHỐNG MÀI MÒN 12.3.1 Khái niệm tính chống mài mịn a.Thép graphit hố Nếu tổ chức thép có graphit tính chống mài mịn tăng tác dụng bơi trơn graphit Để nhận thép graphit hoá phải dùng phôi đúc thép bon cao (1,5 2%) Si cao (1 2%) nhiệt luyện theo hai bước: ủ graphit hố tơi để nhận tổ chức kim loại M Ứng dụng: Sau ram làm khuôn dập nguội, calip, khuôn kéo, chi tiết chịu mài mòn áp lực lớn b Thép Mangan cao Là thép có C Mn cao (130Mn13Đ – 1,3%C + 13%Mn), sử dụng trạng thái đúc với 200HB, độ dẻo cao Khi làm việc, bị ma sát tác dụng tải trọng lớn chịu tải trọng va đập, lớp bề mặt thép bị biến dạng dẻo xảy hai trình: Biến cứng: mạng tinh thể bị xô lệch Tạo thành M: tác dụng ứng suất cao phần chuyển biến thành M với nồng độ C cao nên làm tăng mạnh độ cứng bề mặt tới 600HB nên chống mài mòn cao Nhiệt luyện: Nung thép tới 1050 1100oC để hoà tan hết cacbit vào nguội nhanh nước để tổ chức hoàn toàn nhiệt độ thường Công dụng: chế tạo chi tiết trạng thái đúc xích xe tăng, gầu xúc, lưỡi gạt máy ủi, ghi ray CÂU HỎI ÔN TẬP CHƯƠNG XII Câu 1> Trình bày mác thép khơng gỉ nêu cơng dụng chúng? Câu 2> Trình bày thép hợp kim làm việc nhiệt độ cao Đưa vài mác điển hình nêu cơng dụng chúng? Câu 3> Trình bày loại thép chống mài mịn nêu cơng dụng chúng? - 143 - CHƯƠNG 13 KIM LOẠI VÀ HỢP KIM MÀU THƠNG DỤNG * Nội dung chương XIII - Nhơm hợp kim nhôm; - Đồng hợp kim đồng; - Hợp kim ổ trượt * Yêu cầu sinh viên nắm kiến thức sau: - Các đặc tính nhôm công dụng; - Phân loại hợp kim nhôm nêu công dụng vài mác hợp kim nhơm điển hình; - Các đặc tính đồng công dụng; - Phân loại hợp kim đồng nêu cơng dụng vài mác điển hình; - Yêu cầu với hợp kim ổ trượt, nêu vài số hiệu điển hình cơng dụng chúng 13.1 NHƠM VÀ HỢP KIM NHƠM 13.1.1.Nhơm ngun chất a Các đặc tính nhơm - Mạng lập phương diện tâm, thơng số mạng a = 4,04Å, bán kính ngun tử r = 2,86Å - Khối lượng riêng: 2,7g/cm3 - Chống ăn mịn cao khí nhờ có màng ơxit Al2O3 xít chặt bám vào bề mặt - Dẫn điện dẫn nhiệt tốt - Nhiệt độ nóng chảy: 6600C - Cơ tính thấp: b = 60N/mm2, b = 20N/mm2, mềm, độ cứng 25HB, dẻo (dễ biến dạng, cán, kéo) b Tạp chất thường có Fe: khơng hồ tan vào Al mà tạo thành hợp chất hoá học FeAl3, Fe2Al7 giịn, kết tinh dạng hình kim nên làm giảm tính dẻo Al Ngồi Fe cịn ảnh hưởng xấu tới tính chống ăn mịn Al Si: khơng tác dụng với Al, hồ tan vào Al lượng nhỏ làm tăng bền giảm độ dẻo Pha Si giịn có độ cứng tương đối cao: 106HB, hiệu ứng hố bền gây giịn khơng mạnh Thực tế Fe Si thường tồn đồng thời Al làm hình thành pha ba cấu tử (Al-Si-Fe) ổn định, giịn, điện cực chênh lệch nhiều so với Al, làm giảm mạnh độ dẻo, giảm tính chống ăn mịn Al c Phân loại cơng dụng Phân loại Loại có độ đặc biệt: Al999 có 99,999%Al Loại có độ cao: Al995 (99,995%Al), Al99, Al97, Al95 Loại có độ kỹ thuật (nhôm nguyên chất kỹ thuật): Al85, Al8, Al7, Al6, Al5, Al0 Cơng dụng Nhóm có độ đặc biệt độ cao dùng để nghiên cứu phịng thí nghiệm Nhóm kỹ thuật dùng làm đồ dùng gia đình ( xoong, nồi, chậu, xơ ) chi tiết chịu tải (khung, cửa, ống dẫn, thùng chứa ) - 144 - 13.1.2 Hợp kim nhôm a Phân loại hợp kim nhôm Khi đưa nguyên tố hợp kim vào Al thường tạo nên giản đồ pha Al – NTHK hình 13.1 A L HK biến dạng 100%Al D E C HK đúc L+ C' % NTHK Hình 13.1 Giản đồ trạng thái Al - Nguyên tố hợp kim Hợp kim nhôm biến dạng loại không chứa tinh, có thành phần bên trái C ’ Ở nhiệt độ thường (với HK bên trái D) nung nóng qua CD (với HK khoảng C’D) tổ chức hoàn toàn dung dịch rắn nên dễ biến dạng dẻo - Các hợp kim có thành phần bên trái điểm D ln có tổ chức dung dịch rắn nên khơng hố bền nhiệt luyện - Các hợp kim có thành phần khoảng DC’ nhiệt độ thường có tổ chức la + , nung nóng qua CD hồ tan hết vào Khi làm nguội nhanh q bão hồ ngun tố hợp kim, tiết dạng phân tán làm tăng độ bền, loại hố bền nhiệt luyện Hợp kim nhơm đúc loại chứa tinh, có thành phần bên phải C’ Do có chứa tinh nên có tính đúc tốt, thường dùng hợp kim tinh gần tinh b Một vài số hiệu điển hình cơng dụng Silumin: hợp kim nhôm đúc hệ Al – Si - Silumin đơn giản HK nhơm đúc có hai ngun tố Al Si (10 13%) Mác dùng phổ biến AlSi12Đ Ưu điểm cơng dụng: Có tính đúc tốt (khả điền đầy khuôn cao), dùng rộng rãi để đúc định hình chi tiết có hình dạng phức tạp Nhược điểm: Cơ tính thấp khơng có khả hố bền nhiệt luyện - Silumin phức tạp hợp kim nhơm đúc, thành phần ngồi nhơm Si (4 30%) cịn cho thêm Cu, Mg, Mn có tác dụng tốt nhiệt luyện (tơi hố già) nên độ bền tăng - Ứng dụng: Chủ yếu làm píttơng động nhẹ, dễ tạo hình phức tạp bị kẹt gang Đura: hợp kim nhơm biến dạng hố bền nhiệt luyện - Thành phần: Cu (2,6 4,3%), Mg (0,1 1,5%), Mn (0,1 0,75) - Nhiệt luyện: Nhiệt độ 490 505oC tuỳ thuộc mác cụ thể Sau tơi thường hố già tự nhiên từ ngày - 145 - - Ưu điểm ứng dụng: độ bền cao (b= 420 470N/mm2, 0,2= 240 320N/mm2), 100HB, = 15 18%, = 2,8g/cm3 nên độ bền riêng lớn Được dùng chủ yếu chế tạo máy bay Nhược điểm: tính chống ăn mịn tổ chức gồm nhiều pha điện cực khác - Khắc phục: phủ lớp Al lên bề mặt cán nóng (làm giảm độ bền chút tính chống ăn mịn cao khơng nhơm) - Mác thường dùng: AlCu4,5Mg1,5Mn0,5 13.2 ĐỒNG VÀ HỢP KIM ĐỒNG 13.2.1 Đồng a Các đặc tính đồng - Có dạng thù hình với kiểu mạng lập phương diện tâm, thông số mạng a = 3,6Å, bán kính nguyên tử r = 1,28Å - Khối lượng riêng lớn: = 8,94 g/cm3 - Tính chống ăn mịn tốt khí bề mặt có lớp ơxit Cu 2O mỏng sít chặt, kim loại điện cực dương H nên chống ăn mòn tốt Nếu có khí CO2 hình thành đốm màu xanh (CuCO3.Cu(OH)2) độc - Tính dẫn điện dẫn nhiệt cao - Nhiệt độ nóng chảy tương đối cao: 1083oC - Rất dẻo, dễ biến dạng dẻo (cán, kéo, dát mỏng) - Độ bền thấp: b = 160N/mm2, 0,2 = 35N/mm2, 40HB - Sau biến dạng nguội độ bền tăng mạnh: b = 450N/mm2, 0,2 = 400N/mm2, 125HB b Các tạp chất đồng công dụng đồng Pb Bi tạo tinh nóng chảy 326oC 270oC làm xấu tính cán kéo nhiệt độ cao biên giới hạt bị chảy O tồn dạng Cu2O tạo tinh (Cu + Cu2O) làm cho Cu giòn Ứng dụng chủ yếu đồng làm dây dẫn điện 13.2.2 Hợp kim đồng a Phân loại - Theo tính cơng nghệ chia làm hai loại: hợp kim biến dạng hợp kim đúc - Theo thành phần hoá học chia thành đồng thau đồng Đồng thau hay Latông hợp kim Cu với nguyên tố hợp kim Zn Đồng hay Brông hợp kim Cu với ngun tố hợp kim khơng phải kẽm b Đồng thau (Latông) Đồng thau đơn giản Là hợp kim có hai nguyên tố Cu Zn - Khi %Zn < 39: tổ chức dung dịch rắn thay Zn đồng(), độ dẻo cao đồng, độ bền tương đối cao, rẻ đồng, dùng thay cho Cu khí, thường cán nguội thành bán thành phẩm tấm, băng, ống, Làm chi tiết máy qua dập sâu - Khi 39 < %Zn < 45 (thực tế không dùng nhiều 45%Zn): tổ chức gồm hai pha (dung dịch rắn sở pha CuZn) Có độ bền, độ cứng cao độ dẻo thấp loại pha Dùng dạng tấm, băng, ống dây để làm chi tiết dập yêu cầu độ bền cao - Một số mác điển hình: - 146 - LCuZn4, LCuZn10: tính chất gần giống đồng LCuZn20: màu sắc gần giống vàng, làm đồ trang sức, trang trí LCuZn30: tính tổng hợp tốt LCuZn38: độ bền cao nhất, làm chi tiết qua dập LCuZn41: loại hai pha Đồng thau phức tạp Ngoài Cu Zn hai nguyên tố chủ yếu đưa thêm vào nguyên tố đặc biệt Pb, Sn, Al, Ni để cải thiện số tính chất hợp kim - Cho Pb để làm tăng tính cắt gọt Pb khơng tan mà nằm hạt riêng rẽ làm phoi dễ gẫy VD mác: LCuZn40Pb1 - Cho thiếc vào để làm tăng tính chống ăn mịn nước biển VD mác: LCuZn29Sn1 dùng làm chi tiết máy tầu biển - Cho Al, Ni vào làm tăng tính VD mác: LCuZn36Al3Ni2 có giới hạn bền cao tới 500N/mm2, = 42% c Đồng (Brông) Đồng thiếc: nguyên tố hợp kim Sn (4-8%) - Đồng thiếc biến dạng (< 6%Sn), thường có tổ chức pha dung dịch rắn VD: BCuSn5Zn5Pb5 dùng làm khung bệ khí nước hay nước; BCuSn5Zn2Ni5 để làm bánh răng; BCuSn3,5Zn6Pb5 làm chi tiết cần có hệ số ma sát nhỏ - Đồng thiếc đúc (> 6%Sn), tổ chức gồm dung dịch rắn tích cứng có tác dụng làm giảm ma sát VD: BCuSn10; BCuSn10V1; BCuSn10Zn2; BCuSn6Zn6Pb3 làm ổ trượt hay lót trục Đồng nhơm: ngun tố hợp kim Al - Có độ bền cao, tính chống mài mịn tính chống ăn mịn tốt, hố bền nhiệt luyện - BCuAl5, BCuAl7 hợp kim biến dạng pha dùng làm chi tiết nước biển, có mầu vàng giống vàng nên dùng làm đồ trang sức - BCuAl10 dùng dạng vật đúc, tổ chức gồm dung dịch rắn tích, nhiệt luyện biến dạng nhiệt độ cao - BCuAl9Mn2; BCuAl10Fe4Ni4 nhiệt luyện được, dùng làm bạc lót, bệ trượt Đồng Berili - Là loại hợp kim đồng có giới hạn đàn hồi cao khơng thép lị xo, có độ cứng tính chống ăn mịn cao - Thường dùng mác BCuBe2 - Nhiệt luyện: tơi 800oC sau hố già 320oC 2h - Ứng dụng: dùng làm lò xo, nhíp chịu nhiệt tới 300oC, va đập khơng phát tia lửa thép nên an toàn làm việc hầm mỏ Đồng chì, silic BCuPb30 đồng chì, thường dùng làm ổ trượt BCuSi4Zn4 đơng silic, có tính chống ăn mịn tốt, tính cao đúc co nhiều đồng thiếc Thường dùng để thay cho đồng thiếc loại BCuSn6Zn6Pb3 - 147 - 13.3 HỢP KIM Ổ TRƯỢT 13.3.1 Yêu cầu hợp kim ổ trượt Có hệ số ma sát nhỏ với bề mặt trục thép - Tổ chức phải cho có diện tích tiếp xúc với bề mặt cổ trục thép thấp chúng phải có khe hở để chứa dầu bôi trơn - Tổ chức lý tưởng gồm hạt cứng (chiếm khoảng 5% thể tích) phân bố mềm Sau thời gian ngắn làm việc mềm mịn đi, hạt rắn nhơ lên đỡ lấy cổ trục thép, đồng thời tạo rãnh chứa dầu bôi trơn nên làm giảm hệ số ma sát Ít làm mịn cổ trục thép chịu áp lực cao: - Muốn vậy, ổ trục phải chế tạo hợp kim có độ cứng thấp phải có độ bền đủ lớn để tránh tạo vết nứt mỏi - Các hợp kim sở Cu, Sn, Al, Pb gang xám thoả mãn u cầu Tính cơng nghệ tốt: dễ đúc, khả bám dính vào thép cao 13.3.2 Hợp kim ổ trục nhiệt độ chảy thấp (Babit) Hợp kim ổ trục sở kim loại có nhiệt độ chảy thấp Sn, Pb, Zn, Al có tên chung Babit Đặc tính chung babit mềm nên làm mịn cổ trục thép, có hệ số ma sát bé giữ dầu tốt, không chịu áp suất nhiệt độ cao Babit thiếc: có tính dẫn nhiệt tốt, dẻo bền, chống ăn mòn, dùng chế tạo ổ trượt quan trọng với tốc độ lớn trung bình tuốc bin, động điêzen Một số mác: Sn83Sb11Cu6; SnSb8Cu3 mềm dung dịch rắn, hạt cứng SnSb Cu3Sn Babit chì: PbSb17Cu1,5: mềm tinh (Pb + Sb), hạt cứng Sb, làm ổ trượt tốc độ chậm PbSn16Sb16Cu2: mềm Pb, hạt cứng SnSb Cu3Sn, làm ổ trượt tốc độ chậm trung bình Babit nhơm: Có hệ số ma sát nhỏ, nhẹ, tímh dẫn nhiệt cao, chống ăn mòn cao dầu, tính cao, tính cơng nghệ (do khó bám dính) Một số mác: AlSb4Mg, AlNi2,5; AlSn20Cu1; AlSn9Cu2 13.3.3 Hợp kim ổ trục nhiệt độ chảy cao Ưu điểm loại chịu áp lực lớn có độ bền cao Gang xám: dùng loại gang có peclit nhỏ mịn đóng vai trị cứng, graphit hạt mềm VD: GX32 - 52, GX36 - 56, GX40 – 60, chịu áp lực lớn tốc độ chậm Đồng thiếc: BCuSn10V1; BCuSn10; BCuSn8Pb12 ; BCuSn5Zn5Pb5 Chịu áp lực lớn tốc độ vòng quay cao gang xám nên dùng làm ổ trượt quan trọng Đồng chì: BCuPb30 Có tổ chức dai Cu, hạt mềm Pb nên có hệ số ma sát lớn có độ bền mỏi cao, dẫn nhiệt độ dẻo cao CÂU HỎI ÔN TẬP CHƯƠNG XIII Câu 1> Phân loại hợp kim nhôm? Nêu vài số hiệu điển hình cơng dụng silumin dura? Câu 2> Đồng thanh, đồng thau gì? Nêu vài số hiệu điển hình cơng dụng chúng? Câu 3> Yêu cầu với hợp kim làm ổ trượt? Nêu vài số hiệu điển hình cơng dụng hợp kim ổ trượt có nhiệt độ chảy cao nhiệt độ chảy thấp? - 148 - CHƯƠNG 14 CÁC VẬT LIỆU KHÁC DÙNG TRONG CHẾ TẠO MÁY * Nội dung chương XIV - Vật liệu thiêu kết; - Vật liệu chất dẻo; - Vật liệu compozite; - Vật liệu ceramic * Yêu cầu sinh viên nắm kiến thức sau: - Khái niệm, đặc điểm phân loại vật liệu thiêu kết; - Khái niệm, đặc điểm phân loại vật liệu chất dẻo; - Khái niệm, đặc điểm phân loại vật liệu compozite; - Khái niệm, đặc điểm phân loai vật liệu ceramic 14.1 VẬT LIỆU THIÊU KẾT 14.1.1 Khái niệm chung a Định nghĩa Vật liệu thiêu kết loại hợp kim chế tạo phương pháp luyện kim bột b Ưu điểm vật liệu thiêu kết phương pháp luyện kim bột - Có độ cao, thành phần xác - Có tính chất đặc biệt mà vật liệu trước chưa có: tính chất tự bơi trơn, chống mài mịn, độ cứng cao, chịu nhiệt … - Nâng cao đáng kể tuổi thọ độ tin cậy chi tiết máy - Nâng cao suất lao động gia công khí - Sau thiêu kết, chi tiết máy có đầy đủ tính chất cần thiết để làm việc - Giải phóng số lượng lớn thiết bị cắt gọt kim loại nên có hiệu kinh tế lớn - Phương pháp luyện kim bột cho phép chế tạo vật liệu đa dạng, chế tạo hợp kim từ vật liệu Cu – Fe, Fe – Gr, … c Phân loại vật liệu thiêu kết - Vật liệu thiêu kết dụng cụ: loại hợp kim cứng chủ yếu để làm dụng cụ cắt loại khuôn kéo, ép kim loại … - Vật liệu thiêu kết kết cấu: loại hợp kim thiêu kết dùng làm chi tiết máy, cấu ma sát, ổ trượt … 14.1.2 Tổ chức tính chất vật liệu thiêu kết Vật liệu thiêu kết có tổ chức giống vật đúc Trong loại vật liệu thiêu kết, tổ chức tính chất chúng phụ thuộc vào thành phần hỗn hợp phối liệu, chế độ môi trường thiêu kết Các vật liệu có thành phần mật độ có tổ chức khác Tính chất vật liệu thiêu kết phụ thuộc đáng kể vào mật độ chúng Cùng loại vật liệu với thành phần mật độ khác nhau, chúng có tính chất khác - 149 - 14.2 VẬT LIỆU CHẤT DẺO 14.2.1 Khái niệm chung a Khái niệm polyme Polyme (còn gọi hợp chất cao phân tử) hợp chất gồm phân tử hình thành lặp lại nhiều lần loại hay nhiều loại nguyên tử hay nhóm nguyên tử (đơn vị cấu tạo monome) liên kết với với số lượng lớn để tạo nên loạt tính chất mà chúng thay đổi khơng đáng kể khí lấy thêm vào vài đơn vị cấu tạo Chúng tạo thành từ hợp chất hữu không no có liên kết bội cách đặc biệt 14.2.2 Phân loại công dụng a Phân loại Theo nguồn gốc hình thành - Polyme thiên nhiên loại nguồn gốc thực vật hay động vật xenlulô, cao su, prôtêin, enzym - Polyme tổng hợp loại đuợc sản xuất từ loại monome phản ứng trùng hợp, trùng ngưng loại polyoletylen, polyvinylclorua, nhựa fenolformandehit, polyamit Theo cấu trúc - Polyme mạch thẳng; - Polyme mạch nhánh; - Polyme mạch lưới; - Polyme mạch khơng gian Theo tính chịu nhiệt Theo tính chất gia công, vật liệu chất dẻo chia thành hai nhóm: - Chất dẻo có tính dẻo nóng hay cịn gọi nhựa nhiệt dẻo, nhựa dẻo nóng Nhựa nhiệt dẻo loại nhựa nung nóng để gia cơng, tính dẻo tăng lên chuyển sang trạng thái lỏng Khi làm nguội, chúng trở lại trạng thái ban đầu (trạng thái rắn) - Chất dẻo có tính cứng nóng hay cịn gọi nhựa nhiệt rắn, nhựa cứng nóng Nhựa nhiệt rắn loại chất dẻo nung nóng để gia cơng chúng ln ln trạng thái đông cứng bị phá hủy ôxy hóa hay cháy, nên làm nguội không trở lại trạng thái ban đầu Theo phân cực: có polyme phân cực không phân cực Theo lĩnh vực áp dụng: có chất dẻo, sợi, elastome (cao su), sơn keo b Một số loại chất dẻo công dụng Chất dẻo (plastics) - Các chất dẻo có độ dẻo cao PE (polyetylen), PP (polypropylen),… thường dùng làm màng bao gói sản phẩm, chai lọ mềm, đồ chơi - Các chất dẻo có độ suốt quang học cao PMMA (polymetyl metacrylat), PS (polystyren), … thường dùng làm kính, cửa máy bay, dụng cụ đo đạc, thiết kế, dụng cụ gia đình - PVC (polyvinyl clorit) dùng rộng rãi để làm đường ống, bọc dây điện, thảm trải nhà, băng ghi âm - 150 - - PET (polyetylen terephthalate) loại chất dẻo, có độ bền xé rách mỏi cao, bền với độ ẩm, axit, chất béo dung môi nên làm băng từ tính, vải sợi, mành cho lốp xe loại, chai lọ đựng nước uống - Các loại nhựa nhiệt rắn êpoxy, bakelit (phenol formaldehyte), … có độ cứng chịu nhiệt cao nên dùng nhiều làm chi tiết máy; silicon có tính cách điện cao, trơ với hóa chất dùng làm chất dẻo lớp, cách điện nhiệt đọ cao Elastome (cao su) - Cao su tự nhiên polyizopren hay NR (natural rubber) ứng dụng rộng rãi - Cao su tổng hợp quan trọng cao su styren-butadien (SBR), dùng chủ yếu làm lốp ô tô với chất tăng cường muội than Khi dùng mơi trường có dầu, mỡ, xăng phải dùng loại cao su nitril-butadien (NBR) Sợi Các polyme dùng để kéo sợi polyamit, polyeste PTE, … Màng Polyme thường dùng để chế tạo màng PE (polyetylen) PP (polypropylen) Chất dẻo xốp Phun khí trơ vào vật liệu trạng thái nóng chảy nhưa cao su, PS (polystyren), PVC (polyvinyl clorit), làm nguội bọt khí nằm lại khắp khối chất dẻo Chất dẻo xốp dùng để làm đệm ghế ngồi, nội thất gia đình bao gói sản phẩm 14.3 VẬT LIỆU COMPOZIT Sự phát triển mạnh mẽ công nghiệp đại dẫn tới nhu cầu to lớn loại vật liệu đồng thời có nhiều tính chất mà vật liệu kim loại, ceramic, polyme đứng riêng rẽ khơng có mà bật loại vừa bền lại vừa nhẹ, rẻ lại có tính chống ăn mịn cao 14.3.1 Khái niệm chung Compozit loại vật liệu nhiều pha khác nhau, không tan vào nhau, phân cách ranh giới pha, kết hợp lại nhờ can thiệp kỹ thuật người theo sơ đồ thiết kế trước, nhằm tận dụng phát triển tính chất ưu việt pha compozit cần chế tạo a Đặc điểm Compozit có đặc điểm sau: - Là vật liệu nhiều pha mà chúng thường khác chất, khơng hịa tan lẫn phân cách ranh giới pha Trong thực tế, phần lớn loại hai pha gồm pha liên tục toàn khối, cốt pha phân bố gián đoạn - Nền cốt có tỷ lệ, hình dáng, kích thước phân bố theo thiết kế định trước - Tính chất pha thành phần kết hợp lại để tạo nên tính chất chung compozit Tuy nhiên khơng phải cộng đơn tất tính chất pha thành phần chúng đứng riêng rẽ mà lựa chọn tính chất tốt phát huy thêm b Phân loại - Theo chất + Compozit chất dẻo (Polyme); + Compozit kim loại; + Compozit ceramic; + Compozit hỗn hợp - 151 - - Theo chất cốt 14.3.2 Tính chất cơng dụng Compozit thực kết hợp tốt tính chất cốt liên kết chúng hoàn hảo Cốt - Cốt pha khơng liên tục, đóng vai trị tạo nên độ bền cao, môđun đàn hồi (độ cứng vững) cao cho compozit, cốt phải loại có đặc tính đó, đồng thời phải nhẹ để tạo nên độ bền riêng cao - Cốt làm tất loại vật liệu kim loại, polyme ceramic - Hình dạng, kích thước, mật độ phân bố sợi yếu tố có ảnh hưởng mạnh đến tính compozit Nền Nền pha liên tục, đóng vai trị chủ yếu mặt sau: - Liên kết toàn phần tử cốt thành khối compozit thống - Tạo khả để tiến hành phương pháp gia công compozit thành chi tiết theo thiết kế - Che phủ, bảo vệ cốt tránh hư hỏng tác động hóa học, học môi trường Yêu cầu chủ yếu phải nhẹ có độ dẻo cao Phụ thuộc vào tính chất compozit cần chế tạo, chọn loại phù hợp bốn nhóm kim loại, ceramic, polyme hỗn hợp Liên kết – cốt Liên kết tốt cốt vùng ranh giới pha yếu tố quan trọng bảo đảm cho kết hợp đặc tính tốt hai pha Để tăng cường độ gắn – cốt, áp dụng biện pháp sau: - Liên kết học, thực nhờ khớp nối thông qua độ mấp mô bề mặt lực ma sát kiểu bêtơng cốt thép có gân (cốt) - Liên kết nhờ thấm ướt lượng sức căng bề mặt pha bị nung chảy dính ướt với cốt nên có khuếch tán (tuy nhỏ), tạo nên sức căng bề mặt - Liên kết phản ứng, xuất ranh giới pha xảy phản ứng tạo hợp chất hóa học, lớp keo dính chặt cốt với nền, loại liên kết tốt - Liên kết xít, loại liên kết phản ứng đặc trưng cho kim loại với cốt ơxyt kim loại 14.4 VẬT LIỆU CERAMIC 14.4.1 Khái niệm chung Ceramic hay gọi vật liệu vô tạo thành từ hợp chất hóa học giữa: - 152 - - kim loại (Me) với kim bao gồm B, C, N, O Si (bán kim loại hay bán dẫn) thành borit, cacbit, nitrrit, ôxyt, silixit hay - kim kết hợp với nhưa cacbit, nitrrit, ôxyt, B Si (SiC, BN, SiO2) Với kết hợp đa dạng làm cho ceramic đa dạng thành phần hóa học tính chất Theo dạng hợp chất hình thành, ceramic có nhiều loại như: + đơn oxyt kim loại (Al2O3 gốm corindon); + đơn oxyt bán kim loại (SiO2 thủy tinh thạch anh); + hỗn hợp nhiều oxyt kim loại (sứ, thủy tinh silicat); + đơn nguyên tố (B, C); + cacbit, nitrit kim loại kim (TiC, SiC, BN, ZrN, …) Có thể phân loại ceramic theo thành phần hóa học, theo cấu trúc, theo phương pháp cơng nghệ, lĩnh vực sử dụng, … Theo đặc điểm kết hợp, thịnh hành cách phân loại ceramic làm ba nhóm chính: - gốm vật liệu chịu lửa; - thủy tinh gốm thủy tinh; - ximăng bêtơng 14.4.2 Tính chất cơng dụng Gốm silicat cịn gọi gốm truyền thống loại chế tạo từ loại silicat thiên nhiên độ thấp, chủ yếu từ đất sét cao lanh để tạo nên sản phẩm gốm xây dựng (gạch, ngói, ống dẫn, sứ vệ sinh), gốm gia dụng (ấm,chén, bát đĩa) gốm cơng nghiệp (cách điện, bền hóa, bền nhiệt) Gốm oxyt loại có thành phần hóa học oxyt (Al2O3 TiO2), dùng làm vật liệu kỹ thuật có độ bền nhiệt độ bền học cao, có tính chất điện từ đặc biệt Gốm Corindon (Al2O3 dạng thù hình ) với nhiệt độ sử dụng khoảng 1900 oC dùng làm chén, nồi nấu chảy kim loại; với độ cứng cao dùng làm vật liệu cắt, hạt mài, chí cấy ghép vào xương Gốm pericla (MgO) với nhiệt độ sử dụng cao tới 2400oC có tính kiềm dùng làm nồi nấu chảy kim loại bền với muối clorit fluorit nóng chảy Gốm ziecona (ZrO2) với nhiệt độ sử dụng cao (2300oC), giãn nở nhiệt ít, 20.10-7/oK, gốm spinel (MgO.Al2O3) dùng vào mục đích đặc biệt nhiệt độ cao Gốm sở TiO2 có tính chất đặc biệt (điện mơi, sắt từ) sử dụng rộng rãi kỹ thuật điện điện tử Có thể đơn oxyt gốm rutil (TiO2) hay có pha thêm oxyt khác để điều chỉnh tính chất điện từ Gốm sở Fe2O3 oxyt kim loại nặng Tạo vật liệu bán dẫn vật liệu từ Ví dụ MeO.Fe2O3 thuộc loại vật liệu từ mềm, dùng nhiều kỹ thuật điện tần số cao có điện trở lớn nên dòng fuco sinh nhỏ, tổn thất điện nhỏ Gạch chịu lửa Vật liệu chịu lửa nhiều dạng gạch loại quan trọng phổ biến cả, sản xuất theo công nghệ gốm thô Đinat với thành phần >93%SiO2 sản xuất phương pháp thiêu kết bột Gạch đinat có tính axit với nhiệt độ làm việc cao (>1550oC) dùng để xây lò coke, vòm lò thủy tinh,, vùng nung lò tuynen, số lò luyện kim - 153 - Samot gốm thô Al2O3-SiO2 với nguyên liệu đất sét, cao lanh Samot thường có 3040% Al2O3 – trung tính Samot bán axit chứa 2030% Al2O3 Độ chịu lửa tương đối tốt (1400oC), tùy loại chúng dùng lò nung clinke, khí hóa, số lị luyện kim Caoalumin thuộc hệ Al2O3-SiO2 samot có hàm lượng Al2O3 cao (4595%) nên độ chịu nửa cao (1600oC), sử dụng có yêu cầu cao độ chịu lửa mà samot không đáp ứng Gạch kiềm tính hệ gạch chịu lửa có MgO với thành phần khác nhau, chúng bền với xỉ kiềm yêu cầu quan trọng với luyện thép số kim loại để tạo xỉ kiềm (CaO), khử tạp chất có hại dùng số lị khác Thủy tinh thơng dụng Là loại thủy tinh thường gặp với tên gọi kính với thành phần: SiO (65-75%), CaO (8-15%), Na2O (12-18%), …với nguyên liệu cát trắng (cung cấp SiO2), đá vôi (cung cấp CaO), đôlômit (cung cấp CaO MgO), sôđa (cung cấp Na2O) Các thủy tinh khác Borosilicat (SiO2-B2O3-Na2O), aluminosilicat (SiO2-Al2O3-Na2O) aluminobrosilicat (kết hợp hai loại trên) có hệ số giãn nở nhiệt nhỏ, bền nhiệt tốt, bền hóa cao dùng làm dụng cụ thí nghiệm Chì silicat (SiO2-PbO-Na2O) có số khúc xạ cao, làm thủy tinh quang học phalê Thạch anh (SiO2) suốt, vật liệu kỹ thuật có nhiều tính quý hệ số giãn nở nhiệt nhỏ, bền hóa bền xung nhiệt cao, dùng để chế tạo dụng cụ, thiết bị chịu nhiệt cao, bền hóa Thủy tinh thạch anh có độ tinh khiết cao, có chứa thêm B2O3 dùng làm cáp (sợi) quang Xi măng: bao gồm loại sau: Poclan, sở hệ CaO – SiO2 chứa thêm Al2O3, Fe2O3 với nhiều biến thể; Alumin, sở hệ CaO – Al2O3 chứa thêm SiO2, Fe2O3; Xỉ lò cao, chứa thêm thạch cao vôi Trong loại trên, xi măng poclan phổ biến Các bước sản xuất xi măng poclan sau: - Nguyên liệu ban đầu gồm đá vôi (cung cấp CaO), đất sét (cung cấp SiO 2, Al2O3) quặng sắt cân đong theo phối liệu, nghiền mịn trộn đều; - Phối liệu nung lò quay 14001500oC để tạo khoáng chất 3CaO.SiO2 (C3S), 2CaO.SiO2 (C2S), 3CaO.Al2O3 (C3A), 4CaO.Al2O3.Fe2O3 (C4AF), sản phẩm gọi clinke; - Clinke nghiền mịn đến kích thước 0,550m gọi xi măng Khi nghiền thường đưa thêm phụ gia để điều chỉnh vài tính chất xi măng (như thêm thạch cao để tăng tốc độ đông kết xi măng) CÂU HỎI ÔN TẬP CHƯƠNG XIV Câu 1> Tổ chức tính chất vật liệu thiêu kết? Câu 2> Trình bày loại chất dẻo cơng dụng chúng? Câu 3> Trình bày khái niệm tính chất vật liệu compozit? Câu 4> Nêu thành phần công dụng số loại gốm, gạch chịu lửa thủy tinh xi măng? - 154 - Tài liệu tham khảo [1] Vật liệu học Bộ môn Kỹ thuật vật liệu Trường ĐH KTCN 1993 [2] Thí nghiệm kim loại học nhiệt luyện Bộ môn KTVL Trường ĐH KTCN 1974 [3] Vật liệu học Lê Công Dưỡng (chủ biên), NXB KHKT Hà Nội 1997 [4] Vật liệu học Nghiêm Hùng NXB ĐH&THCN Hà Nội 2000 [5] Công nghệ nhiệt luyện Phạm Thị Minh Phương - Tạ Văn Thất NXB GD 2000 [6] Sách tra cứu thép gang thông dụng Nghiêm Hùng ĐH Bách Khoa Hà Nội 1999 - 155 - ... phương pháp hóa bền bề mặt, Các loại vật liệu kỹ thuật sử dụng phổ biến ngành khí loại gang, loại thép, kim loại hợp kim màu, vật liệu vô cơ, vật liệu hữu cơ, vật liệu compozit, Nhiệm vụ sinh viên... CHƯƠNG XIV * Tài liệu tham khảo -6- 149 149 149 150 151 151 152 152 152 153 154 155 ĐỀ CƯƠNG CHI TIẾT HỌC PHẦN VẬT LIỆU KỸ THUẬT ( HỌC PHẦN BẮT BUỘC) Tên học phần: Vật liệu kỹ thuật (MS: ) Số... tính chât vật liệu thiêu kết 14 Vật liệu chất dẻo 14.2.1 Khái niệm chung 14.2.2 Phân loại công dụng 14.3 Vật liệu Compôzit 14.3.1 Khái niệm chung 14.3.2 Tính chất cơng dụng 14.4 Vật liệu Ceramic