MỤC LỤC
Kết quả tương tác giữa lệch và sai lệch điểm làm cho các nguyến tử tạp chất (hay nút trống) tích tụ xung quanh đường lệch, tạo ra những đám mây nguyên tử tạp chất (khí quyển Côtren, Snuk, Suzuki..). Trong các hợp kim tồn tại ở dạng dung dịch rắn (thay thế, xen kẽ) các nguyên tử hợp kim có thể coi như những sai lệch điểm cố ý, hiệu quả hóa bền sẽ tăng lên rất nhiều.Nguyên tố hợ kim làm thay đổi độ rộng của sai lệch xếp, đây là một trong các chướng ngại rất mạnh cản trở chuyển động của lệch.
Đó là quá trình hóa bền bằng pha thứ hai (còn gọi là hóa bền cấu trúc). Khi lệch bị hãm lại bên chướng ngại, chúng sẽ tích tụ dần, làm tăng ứng suất cục bộ cho đến khi đạt giá trị cao hơn giới hạn bền của mạng, liên kết bị phá vỡ, vết nứt đầu tiên sẽ xuất hiện. Các lệch tiếp theo trượt đến và giải thoát trên bề mặt vết nứt tế vi làm nó lớn dần lên và trở thành vết nứt vi mô. Lúc này sẽ xảy ra phá hủy. c) Aính tế vi mẫu đa tinh thể sau tẩm thực. Có thể xác định độ hạt theo ba cách sau : +Xác định tiết diện ngang S của các hạt (phương pháp này khó làm) +Đo đường kính (chiều ngang) trung bình của các hạt (ít dùng).
Cần lưu ý rằng bậc tự do là những số nguyên và không âm, số pha cực đại của một hê chỉ có thể lớn hơn số cấu tử của nó một đơn vị (PMAX = C + 1), nó giúp cho việc xác định số pha của một hệ hợp kim dễ dàng.
Do vậy dung dịch rắn vẫn giữ được tính dẻo giống như kim loại nguyên chất, tuy có kém hơn (trừ hệ hợp kim Cu-Zn, với 30%Zn hợp kim naỡy coỡn deớo hồn caớ keợm). c - Thành phần hóa học thay đổi trong phạm vi nhất định mà không làm thay đổi kiểu mạng. Do các đặc tính trên nên dung dịch rắn là cơ sở của các hợp kim kết cấu dùng trong cơ khí. Hình 2.4 - Sự xô lệch mạng trong dung dịch rắn a) Trong dung dịch rắn xen kẽ. Kiểu mạng của pha xen kẽ được xác định theo quan hệ giữa đường kính nguyên tử kim loại và á kim : - Nếu dA/dK < 0,59 thì pha xen kẽ có các kiểu mạng đơn giản : tâm khối, tâm mặt, sáu phương xếp chặt.
Tuy nhiên hiện tượng thiên tích vùng có thể khắc phục được bằng cách làm nguội thật nhanh để không kịp xảy ra hiện tượng chìm nổi của các tinh thể hay cho vào hợp kim lỏng một chất đặc biệt nó sẽ tạo ra bộ khung xương trước (tỷ trọng ≈ hợp kim lỏng), chúng lơ lửng trong hợp kim lỏng ngăn cản quá trình thiên tích. Nhận xét : Các hợp kim có giản đồ loại 2 có quy luật kết tinh như sau : nếu ta lấy đơn vị là cấu tử có nhiệt độ nóng chảy cao hơn thì đầu tiên từ hợp kim lỏng kết tinh ra dung dịch rắn giàu cấu tử này hơn, do vậy pha lỏng còn lại sẽ nghèo cấu tử này đi.
Biến dạng đàn hồi phi tuyến là biến dạng đàn hồi không tuân theo quy luật của định luật Húc hay còn gọi là biến dạng đàn hồi kiểu cao su (do phát hiện ra đầu tiên trong cao su tự nhiên). Ở trạng thái không tải, vật liệu có cấu trúc vô định hình bao gồm các mạch phân tử bị uốn cong do đan móc vào nhau, tạo ra một búi hoặc lưới phân tử (hình 4.5 Lê).
Biến dạng dẻo chủ yếu xảy ra trong vật liệu kim loại, trong các loại vật liệu polyme, composit xảy ra với lượng biến dạng dư nhỏ, còn với céramíc không xảy ra. Biến dạng dẻo xảy ra trong vật liệu kim loại nhờ hai hình thức sau :trượt và song tinh. a) Sự định hướng của hệ trượt với ngoại lực. b) Xê dịch tạo ra các bậc nhỏ. Sau khi kết tinh lại xong, nếu tiếp tục nâng cao nhiệt độ hay kéo dài thời gian giữ nhiệt sẽ làm cho các hạt phát triển lên nhanh chóng do có quá trình sát nhập các hạt bé vào các hạt lớn (hạt lớn nuốt hạt bé) làm cho hạt lớn thêm nhanh chóng.
Khi nung nóng cao hơn một nhiệt độ nhất định (gọi là nhiệt độ kết tinh lại) trong mạng tinh thể bị xô lệch có quá trình hình thành các hạt mới không có sai lệch mạng theo cơ chế tạo mầm và phát triển mầm như kết tinh và gọi là kêt tinh lại. Trong trường hợp lý tưởng nhất là : kết thúc biến dạng cao hơn nhiệt độ kết tinh lại với thời gian đủ dài để hoàn thành quá trình kết tinh lại và xảy ra quá trình thải bền.
Hiện tượng này xảy ra do có các lỗ nhỏ trong lớp phủ bảo vệ chống ăn mòn đều (các lớp men, lớp phủ hữu cơ, màng ôxyt.). Các lỗ phát triển từ bề mặt vào bên trong theo hướng gần như thẳng góc. e-Ăn mòn tinh giới :. Dạng ăn mòn này liên quan đến sự có mặt của các pha dị thể ở biên giới hạt trong hợp kim. Loại ăn mòn này thường gặp nhất ở thép không rỉ, ví dụ Cr18Ni10. a)Ăn mòn khe trên mặt bích thép không rỉ 10Cr18Ni9. b)Ăn mòn khe dưới vòng đệm pít tông thép không rỉ trong nước biển c)Ăn mòn đường mớm nước. d)Ăn mòn do lắng đọng. Các kết cấu kim laọi làm việc trong môi trường ăn mòn, dưới tác dụng của lực kéo sẽ gây ra nứt, rạn và gãy. Dạng ăn mòn này gây tổn thất kim loại rất nhỏ, nhưng khó nhìn thấy nên rất nguy hiểm. Là hiện tượng ăn mòn xảy ra trong các kết cấu kim loại là việc dưới tải trọng thay đổi có chu kỳ. Do tác dụng ăn mòn tạo điều kiện cho các vết nứt mỏi đầu tiên dễ xuất hiện hồn. Dạng ăn mòn này xảy ra trong các điều kiện nhất định đối với các hợp kim là dung dịch rắn, trong đó kim loại hoà tan có điện thế ăn mòn âm hơn nhiều so với kim loại nền. Hình 5.6-Ăn mòn tinh giới của thép không rỉ. Hình 5.7 -Ăn mòn nứt ở biên giới hạt thép không rỉ. a)Do tồn tại các mạch hoạt tính b)Do các mạch hoạt tính loại màng vỡ. Sự mài mòn của kim loại thụ động trong môi trường ăn mòn có thể làm mất lớp bảo vệ và hiện tượng này gọi là ăn mòn mài mòn. a)Ăn mòn cục bộ do chảy rối của chất lỏng trong ống ngưng Hỗnh 5.10- Àn moỡn - maỡi moỡn. b)Ăn mòn mài mòn do sự sủi bọt ở nước làm lạnh trong xylanh 5.3.BẢO VỆ KIM LOẠI CHỐNG ĂN MềN. Phương pháp này thường dùng trong môi trường dẫn điện, ion như : trong đất, nước ..Nếu làm thay đổi điện thế điện cự kim loại chuyển về phía dương hơn so với điện thế ăn mòn cho đến khi kim loại rơi vào vùng thụ động gọi là bảo vệ anôt.
Tuy nhiên độ bền lớn nhất đạt được với hàm lượng các bon từ 0,80-1,0%, vượt quá giới hạn này do lượng xêmentit thứ hai quá nhiều làm cho thép dòn, độ bền giảm đi. Thép hợp kim là loại thép ngoài săt và các bon ra người ta cố ý đưa thêm vào các nguyên tố có lợi, với số lượng nhất định và đủ lớn để làm thay đổi tổ chức và cải thiện tính chất (cơ, lý, hoá ) của chúng.
Tương tự như gang xám, tuỳ theo mức độ tạo thành graphit (graphit hoá), gang dẻo được chia ra làm ba loại :. Là loại gang có nền kim loại là sắt nguyên chất kỹ thuật, trên đó có graphit cụm hay bông phân bố. Là gang có nền kim loại thép trước cùng tích và graphit cụm hay bông. c-Gang deớo peùc lờt :. Là gang có nền kim loại là thép cùng tích và graphit cụm hay bông. Trong ba loại gang dẻo trên thì gang dẻo pherit có độ bền thấp nhất và gang dẻo peclit có độ bền cao nhất. Hình 6.3 -Tổ chức tế vi gang dẻo a)Gang deío pherit b)Gang deío pherit-peclit c)Gang deío peclit. *Chịu và đập (tính dẻo) *Tiết diện mỏng. Trong thực tế gang dẻo còn sử dụng trong chi tiết máy dệt, máy nông nghiệp, cuốc bàn guốc hãm xe lửa.. Nếu vật đúc thông thường thì dùng gang xám do giá thành thấp hơn. Là loại gang có tổ chức graphit thu gọn nhất ở dạng quả cầu, do đó gang cầu có độ bền cao nhất trong các loại gang có graphit. Do được chế tạo từ gang xám nên gang cầu có thành phần hoá học giống như gang xám, nhưng có một số đặc điểm sau :. *Lượng cac sbon và silic cao tới 5-6% để bảo đảm khả năng graphit hoá. Tuỳ theo mức độ graphit hoá gang cầu được chia làm ba loại : *Gang cầu pherit : nền kim loại là sắt nguyên chất và graphit cầu. *Gang cầu pherit - peclit : nền kim loại là thép trước cùng tích và graphit cầu, *Gang cầu péclit : nền kim loại là thép cùng tích và graphit cầu. Hình 6.4-Tổ chức tế vi của gang cầu a)Gang cầu pherit.
Là loại thép có thành phần các bon trung bình 0,30÷0,50% dùng để chế tạo các chi tiết máy chịu tải trọng tĩnh và va đập tương đối cao bề mặt có thể bị mài mòn như trục, bánh răng, chốt, tay biên ..Chế đô nhiệt luyện cúa chúng là tôi và ram cao ( nhiệt luyện hoá tốt). Tại nhiệt độ nung núng cỏcbit vonfram Fe3W3C nhỏ mịn bắt đầu tiết ra làm maừc ten xit nghốo nguyên tố hợp kim, nâng cao điểm Mđ lên và làm giảm ứng suất nên austenit dư mới chuyển biến thành mác ten xit ram làm độ cứng tăng lên.
Theo TCVN 1659-75 ký hiệu hợp kim nhôm biênú dạng như sau : đầu tiên là ký hiệu của nguyên tố nhôm tiếp sau là ký hiệu các nguyên tố hợp kim, các số đứng sau nguyên tố hợp kim chỉ lượng chứa của chúng theo phần trăm. Khi làm nguội nhanh sau đó pha CuAl2II không kịp tiết ra nên ta có dung dịch rắn α quá bão hòa đồng ở nhiệt độ thường độ bền tăng lên một ít (250 300MPa) và tương đối dẻo.
La tông với lượng kẽm nhỏ từ 5-12% có màu đỏ nhạt dùngeể làm tiền xu,huy chương, khuy áo quần, dây kéo ..La tông chứa 20%Zn (LCuZn80) có màu vàng giống như vàng nên thường làm trang sức. Là hợp kim của đồng với các nguyên tố chủ yếu không pha là kẽm như Sn, Al, Be ..Theo TCVN 1659-75 chúng được ký hiệu giống như la tông, chỉ khác là thay chưc L ở đầu ký hiệu bằng chữ B (chỉ brông).
Các hợp kim làm ổ trượt trên cơ sở các kim loại có nhiệt độ nóng chảy thấp như : Sn, Pb, Zn..có tên gọi là babit (lấy tên của nhà vật liệu học người Anh tìm ra đầu tiên hợp kim này là Babit). Là hợp kim trên cơ sở nhôm, đây là loại hợp kim ổ trượt có nhiều triển vọng nhất vì hệ số ma sát nhỏ, nhẹ, tính dẫn nhiệt cao, chống ăn mòn cao trong dầu, cơ tính cao, tuy nhiên tính công nghệ kém (khó dính bám vào máng thép).
Ta không thể sử dụng trực tiếp các sợi cốt vì đường kính của chúng quá nhỏ (10 đến 20 àm) vỡ vậy cần phải trộn sợi với nhựa polyme (nền) để được vật liệu composit cốt sợi. Nê có chức năng liên kết, bảo vệ và truyền lực cho sợi. Vấn đề quan trọng là phải tìm được ca vật liệu vừa có mô đun cao, khối lượng riêng nhỏ và giá thành hợp lý. CƠ TÍNH RIÊNG CU SỐ VẬT LIỆU TH G. ứng suât phạ huyí. ÍA MÄĩT ÄNG DUÛN. Hợp kim nhọm. *Trong toàn khối composit thì cốt phân bố không liên tục và rất đa dạng, phụ thuộc vào loại compo sit cần chế tạo. hồi lớn, khối lượng riêng nhỏ. omposit thống nhất. *Tạo khả năng để tiến hành các phương pháp gia côngvật liệu compo sit thành các hi tiết thiết kế. do tác dụng của môi trường. *Với loại compo sit kết cấu : cốt là các kim loại bền ở nhiệt độ thường và nhiệt độ cao, cọ mọ õun õaỡn. bon, thủy tinh, gốm). Khi nung nóng chúng không thể chuyển thành chất lỏng có độ nhớt thấp (sền sệt). Nếu trọng lư. bất kỳ dung môi nào. b-Cồ tờnh c thái vật lý. -Biến dạng dưới tỏc dụng của lực : mụ đun đàn hồi, g ùi hạn bền kộo, tớnh dẻo và độ dãn dài của polyme được xác định tương tự như kim loại. Khi nhiệt độ tăng mô. ùc dủng cuớa taới troỹng cọ chu ky, tuy ûng của lực va đập, nhiệt độ và kích có kích thước theo tiêu ìm việc của bao bì, vỏ bọc dây điện.. ùt vỡ theo thời gian. Thụng dụng nhất là sự ụ xy húa. hối lượng riêng) : một số pôlyme lớn hơn kim loại -Tính chất nhiệt : Dẫn nhiệt rất thấp, thường làm chất cách nhiệt dưới dạng bọt, đun đàn hồi giảm, độ bền kéo giảm, độ dẻo tăng. -Tăng tốc độ biến dạng làm tăng tính dẻo và có thể biến dạng dị hướng. -Độ bền mỏi : có thể bị phá hủy mỏi dưới ta nhiên giới hạn mỏi nhỏ hơn rất nhiều so với kim loại. -Độ dai va đập : phụ thuộc vào điều kiện tác du thước mẫu. Nhìn chung độ dai va đập của polyme nhỏ. -Độ bền xé : là năng lượng cần thiết để xé rách một mẫu chuẩn, quyết định khả năng la. c-Các tính chất khác :. -Tính chất lão hóa : là hiện tượng độ cứng tăng dần, mất dần tính đàn hồi và dẻo dẫn tới polyme bị dòn, cứng và nư. polyme bởi ô xy của khí quyển. -Tính chất quang : một số polyme có thể truyền ánh sáng. Muốn vạy chúng phải ở , polyeste PET truyền sáng 90%).
Trong một loại vật liệu cụ thể, số điện tử có khả năng dẫn điện liên quan đến sự sắp xếp các trạng thái điện tử (các mức năng lượng điện tử) và cách thức chiếm chỗ của điện tử trong trạng thái đó. Sở dĩ các kim loại có độ dẫn điện cao là vì chúng có một số lớn điện tử tự do đã được kích thích lên các trạng thái trống nằm trên mức Fecmi, do vậy n trong biểu thức (9.5) có giá trị lớn.
Do đú độ từ thẩm tương đối àτnhỏ hơn một (khụng nhiều lắm) và độ từ hoỏ là õm, nghĩa là cường độ của trường B ở trong vật rắn nghịc từ sẽ nhỏ hơn ở trong chân không. 2-Thuận từ : Trong nhiều vật liệu, mỗi nguyên tử có một mô men lưỡng cực vĩnh cửu do kết quả triệt tiêu lẫn nhau không hoàn toàn của các mô men từ spin và các mô men từ quỹ đạo.
Thép kỹ thuật điện của Mỹ có nhiều tiêu chuẩn ký hiệu, ở đây ta nghiên cứu tiêu chuẩn phổ biến nhất ASTM (Americaan Society for Testing and Materiels). +Ba hay bốn số sau cựng của ký hiệu chỉ tổn thất điện từ cực đại cho phộp của lừi (theo các điều kiện quy định như các chữ đã nêu) tính theo đợn vị oat (W) cho một pound (W/lb) nếu biếu thị theo đơn vị W/kg thì cuối ký hiệu có chữ M và đã nhân với 100.
Do đó khi nhiệt luyện thích hợp nâng cao độ cứng, độ bền và tính chống mài mòn sẽ kéo dài tuổi thọ, tăng sức chịu tải, giảm kích thước cho chi tiết và kết cấu máy. Để tạo thành chi tiết máy, phôi thép phải qua các dạng gia công như : rèn, dập cán..Sau các dạng gia công này thép thường bị biến cứng khó gia công cơ khí hay biến dạng dẻo tiếp theo làm giảm năng suất.
2-Các phương pháp tôi thể tích và công dụng : a-Tôi trong một môi trường (đường a) :. Sau khi nung nóng và giữ nhiệt xong chi tiết được nhúng vào môi trường tôi cho đến khi nguội hẳn. Đây là phương pháp tôi quan trọng nhất, được sử dụng rộng rãi nhất. Tôi trong một môi trường dễ cơ khí hóa và tự động hóa, giảm nhẹ điều kiện lao động. a)Tôi trong 1 môi trường b)Tôi trong 2 môi trường Hình 10.4-Phương thức làm nguội khi tôi thép. Sau khi nung nóng và giữ nhiệt xong chi tiết được nhúng vào môi trường tôi thứ nhất có tốc độ nguội lớn ( nước, dung dịch xút hay muối), đến khoảng nhiệt độ gần xảy ra chuyển biến máctenxit ( khoảng 300 - 400oC ) thì nhấc ra chuyển sang môi trường tôi thứ hai có tốc độ nguội chậm hơn (dầu hay không khí) cho đến khi nguội hẳn.
Tại nhiệt độ này tính ổn định của austenit quá nguội khá cao nhưng nhỏ hơn nhiệt độ kết tinh lại, tiến hành biến dạng dẻo, tôi ngay và ram thấp. Công dụng : dùng cho các chi tiết máy cần giới hạn bền, đặc biệt là giới hạn chảy và độ dai cao như các loại trục, bánh răng, tay biên và các sản phẩm cần phải tôi bề mặt tiếp theo.
-Dùng khí quyển bảo vệ : là loại khí được điều chế từ khí đốt thiên nhiên trong đó có các thành phần khí đối lập nhau (ô xy hóa / hoàn nguyên) như : CO2/CO, H2O/H2 H2/CH4 với tỷ lệ xác định dẫn tới trung hòa nhau và bảo vệ tốt bề mặt thép. Bề mặt chi tiết máy là bộ phận có yêu cầu cao nhất và quan trọng nhất vì chúng chịu tác dụng của ứng suất lớn nhất, chịu mài mòn khi tiếp xúc do ma sát, bị ăn mòn trong môi trường làm việc.
Sau khi nung nóng từng phần (từng răng hay từng cổ khuỷu) tiến hành làm nguội chúng và phải thiết kế riêng thiết bị làm việc theo chương trình. -Tôi trục : Với các trục dài có bề mặt tôi lớn ta dùng phương pháp tôi liên tục liên tiếp. Vòng cảm ứng có cấu tạo đủ nung nóng một phần nhỏ diện tích tôi, đi kề vòng cảm ứng là vòng phun làm nguội. Thiết bị này chuyển động trên suốt chiều dài của chi tiết và tôi toàn bộ bề mặt của nó. Nếu là thép hợp kim thì thuộc loại hợp kim thấp. a)Sơ đồ nung nóng cảm ứng b)Tôi khi nung nóng toàn bộ bề mặt tôi Hình 11.2-Nung nóng và tôi bề mặt bằng dòng điện tần số cao. -Do độ qúa nung cao nên tốc độ chuyển biến pha rất nhanh, thời gian chuyển biến rất ngắn (thường cỡ hàng chục giây), hạt austenit rất nhỏ mịn nên nhận được mactenxit hình kim rất nhỏ mịn (mactenxit ẩn tích).
Thấm ni tơ dùng cho các chi tiết cần độ cứng và tính chống mài mòn rất cao, làm việc ở nhiệt độ cao hơn 5000C, nhưng chịu tải không cao (do lớp thấm mỏng) như : một số trục, sơ mi xy lanh máy bay, dụng cắt, dụng cụ đo, nòng súng..Thấm ni tơ cũng làm tăng đáng kể giới hạn mỏi. Để khắc phục nhược điểm của thấm các bon ni tơ ngày nay người ta dùng cac sloại muối không độc hại và tạo ra phương pháp mới gọi là tenifer (tenex - hóa bền, nitrur - thấm N, ferum - Fe) để tăng độ cứng và tính chống mài mòn cho trục khủy, bánh răng, khuôn dập, khuôn kéo.