Chương 1: NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ KIM LOẠI VÀ HỢP KIM Chương 2: THÉP Chương 3: GANG VÀ HỢP KIM MÀU Chương 4: NHIỆT LUYỆN VÀ HÓA NHIỆT LUYỆN Chương 5: MỘT SỐ VẬT LIỆU PHI KIM LOẠI Mặc dù đã có nhiều cố gắng nhƣng chắc chắn giáo trình không tránh khỏi những sơ sót. Rất mong sự đóng góp ý kiến của các thầy cô đồng nghiệp và ngƣời sử dụng để giáo trình đƣợc hoàn chỉnh hơn. Xin thành thật cảm ơn. Thủ Đức, ngày 1 tháng 4 năm 2018 Chủ biên Lâm Hồng Cảm Trang 1 Vật liệu cơ khí Lâm Hồng Cảm Trang 2 Vật liệu cơ khí Lâm Hồng Cảm MỤC LỤC LỜI GIỚI THIỆU .1 Chƣơng 1 NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ KIM LOẠI VÀ HỢP KIM.
CẤU TẠO CỦA KIM LOẠI VÀ HỢP KIM. Cấu tạo tinh thể của kim loại nguyên chất. Cấu tạo của hợp kim .Tính ƣu việt của hợp kim. TÍNH CHẤT CHUNG CỦA KIM LOẠI VÀ HỢP KIM.
Tính công nghệ .14 CÂU HỎI ÔN TẬP .15 CÂU HỎI TRẮC NGHIỆM .15 Chƣơng 2 THÉP. PHÂN LOẠI THÉP .Phân loại theo tính năng sử dụng:. Phân loại theo thành phần tạp chất có hại. Theo phƣơng pháp khử Oxy.
Thép cacbon kết cấu. Thép cacbon dụng cụ .3: Một số chi tiết thường làm bằng thép cac bon dụng cụ. Ƣu, khuyết điểm của thép cacbon. THÉP HỢP KIM.
Ảnh hƣởng của một số nguyên tố hợp kim đến tính chất của thép. Tính chất và công dụng .23 CÂU HỎI ÔN TẬP .32 CÂU HỎI TRẮC NGHIỆM .32 Chƣơng 3 GANG VÀ HỢP KIM MÀU .37 Trang 3 Vật liệu cơ khí Lâm Hồng Cảm 3. HỢP KIM MÀU. Nhôm và hợp kim nhôm.
Đồng và hợp kim đồng. Vài hợp kim màu khác. 46 CÂU HỎI ÔN TẬP. 51 CÂU HỎI TRẮC NGHIỆM.
51 Chƣơng 4 NHIỆT LUYỆN VÀ HÓA NHIỆT LUYỆN. GIẢN ĐỒ TRẠNG THÁI Fe-C. Khái niệm về giản đồ trạng thái Fe-C. Cấu tạo giản đồ trạng thái F.
Tọa độ 1 số điểm cơ bản trên giản đồ. Các đƣờng trên giản đồ. Các tổ chức pha trên giản đồ. Vài tính chất chung của thép và gang.
Các phƣơng pháp nhiệt luyện. HÓA NHIỆT LUYỆN KIM LOẠI VÀ HỢP KIM. Khái niệm về hóa nhiệt luyện. Các phƣơng pháp hóa nhiệt luyện.
69 CÂU HỎI ÔN TẬP. 73 CÂU HỎI TRẮC NGHIỆM. 73 Chƣơng 5: MỘT SỐ VẬT LIỆU PHI KIM .Công dụng và cấu trúc đá mài. Vật liệu hạt mài:.
Chất kết dính:. VẬT LIỆU GỐM (Vật liệu ceramic). Khái niệm về vật liệu gốm. Chế tạo vật liệu gốm.
Các loại gốm và ứng dụng. 84 Trang 4 Vật liệu cơ khí Lâm Hồng Cảm 5. Tráng gốm (phủ gốm). VẬT LIỆU THIÊU KẾT.
Qui trình sản xuất. Ƣu nhƣợc điểm của kỹ thuật thiêu kết. Phân loại chất dẻo. Chất dẻo nhiệt dẻo.
Chất dẻo nhiệt rắn. VẬT LIỆU COMPOZIT. Các loại vật liệu compozit thông dụng.92 CÂU HỎI ÔN TẬP .94 CÂU HỎI TRẮC NGHIỆM .98 HỆ THỐNG KÝ HIỆU VẬT LIỆU KIM LOẠI THEO TIÊU CHUẨN 1 SỐ NƢỚC .98 Trang 5 Vật liệu cơ khí Lâm Hồng Cảm Trang 6 Vật liệu cơ khí Lâm Hồng Cảm Chƣơng 1 NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ KIM LOẠI VÀ HỢP KIM MỤC TIÊU Học xong chƣơng 1, ngƣời học có khả năng: Kiến thức - Mô tả được cấu tạo tinh thể của kim loại nguyên chất và hợp kim. - Trình bày được các tính chất cơ bản của kim loại và hợp kim (lý tính, hóa tính, cơ tính, tính công nghệ.
Kỹ năng Tính toán được 1 số thông số đặc trưng về lí tính, cơ tính của kim loại và hợp kim. CẤU TẠO CỦA KIM LOẠI VÀ HỢP KIM 1. Cấu tạo tinh thể của kim loại nguyên chất Các vật liệu phi kim loại có cấu tạo vô định hình, kim loại có cấu tạo tinh thể. - Ở trạng thái rắn, các nguyên tử kim loại sắp xếp trong không gian theo vị trí nhất định gọi là mạng tinh thể (hình 1.
- Phần nhỏ nhất đặc trƣng cho một loại mạng tinh thể gọi là ô cơ bản, sắp các ô cơ bản lại với nhau ta đƣợc mạng tinh thể. - Trong mạng tinh thể các nguyên tử nằm ở các mép ô cơ bản gọi là nút mạng.1: Mạng tinh thể, khối cơ bản Các mạng tinh thể thƣờng gặp của kim loại (hình 1. Mạng lập phương thể tâm (hình 1.2a) - Nguyên tử nằm ở đỉnh (nút) và tâm khối lập phƣơng. - Mạng này có ở Cr, W, Mo… 1.
Mạng lập phương diện tâm (hình 1.2b) - Nguyên tử nằm ở các đỉnh và tâm của mỗi mặt bên khối lập phƣơng. - Mạng này thƣờng có ở các kim loại Cu, Al, Ni. Trang 7 Vật liệu cơ khí Lâm Hồng Cảm 1. Mạng lục giác xếp chặt (hình 1.2c) - Các nguyên tử nằm ở: + Đỉnh và các tâm mặt đáy.
+ Tâm của 3 khối lăng trụ tam giác xen kẽ nhau. - Mạng này thƣờng có ở các kim loại: Zn, Mg, Ti… a) b) c) Hình 1.2 Mạng tinh thể kim loại nguyên chất. Mạng lập phương thể tâm b. Mạng lập phương diện tâm c.
Mạng lục giác xếp chặt Khi kim loại nóng chảy thì sự sắp xếp theo mạng tinh thể sẽ bị phá vỡ, ngƣợc lại khi đông đặc thì mạng tinh thể sẽ đƣợc thành lập. Do đó quá trình đông đặc của kim loại còn gọi là quá trình kết tinh. Đa số các kim loại từ nhiệt độ thƣờng khi nung nung đến nhiệt độ nóng chảy kiểu mạng tinh thể không thay đổi. Nhƣng có một số kim loại có tính đặc biệt là ở trạng thái rắn khi nung nóng đến một nhiệt độ nhất định (chƣa đạt đến nhiệt độ nóng chảy) thì chuyển sang một kiểu mạng tinh thể khác.
Tính chất đó gọi là tính thù hình Thí dụ: Nguyên tử Fe: - t0 9110: mạng lập phƣơng thể tâm (còn gọi là Fe). - 9110 t0 13920: mạng lập phƣơng diện tâm (còn gọi là Fe). - 13920 t0 15390: mạng lập phƣơng thể tâm (còn gọi là Fe). Trong thực tế, sự sắp xếp mạng tinh thể bên trong kim loại không phải là 1 khối đồng nhất mà gồm nhiều khối nhỏ có sự sắp xếp tƣơng đối đồng nhất với nhau gọi là đơn tinh thể (hạt) (hình 1.
Các đơn tinh thể liên kết bền vững với nhau gọi là đa tinh thể. Một đơn tinh thể còn gọi là một hạt. Đa tinh thể là gọi là đa hạt. Hạt càng nhỏ độ bền và độ dai va đập của kim loại càng cao (hình 1.3) Trang 8 Vật liệu cơ khí Lâm Hồng Cảm Đơn tinh thể Biên giới hạt Hình 1.3: Mạng tinh thể thực tế của kim loại (đa tinh thể) 1.
Cấu tạo của hợp kim Hợp kim là vật thể của nhiều nguyên tố. Trong đó nguyên tố chính là kim loại và mang tính chất kim loại. Cấu tạo hợp kim thƣờng ở một trong các dạng sau: 1.Dung dịch rắn Hợp kim ở dạng dung dịch rắn có đặc điểm: - Một nguyên tố giữ nguyên kiểu mạng gọi là dung môi. - Nguyên tố kia hòa tan đều đặn vào gọi là nguyên tố hòa tan.
Dung dịch rắn chia làm 2 loại: a- Dung dịch rắn thay thế (hình 1.4a): nguyên tử của nguyên tố hòa tan sẽ thay thế 1 số nguyên tử của nguyên tố dung môi ở các nút mạng. Trong dung dịch rắn thay thế, đƣờng kính nguyên tử của nguyên tố dung môi và hòa tan gần bằng nhau. Thí dụ: Đồng thau (Cu và Zn) b- Dung dịch rắn xen kẻ (hình 1.4b): nguyên tử của nguyên tố hòa tan sẽ xen kẻ vào lỗ hỏng giữa các nút mạng của nguyên tố dung môi. Trong dung dịch rắn xen kẽ, đƣờng kính nguyên tử của nguyên tố dung môi lớn hơn nhiều so với nguyên tố hòa tan gần bằng nhau.
Thí dụ: Fe và C. Nguyên tố hòa tan Nguyên tố dung môi a) b) Hình 1.4: Dung dịch rắn a- Dung dịch rắn thay thế b- Dung dịch rắn xen kẽ 1. Hợp chất hóa học Các nguyên tố khác nhau trong hợp kim tác dụng hóa học với nhau đƣợc biểu diễn bằng công thức hóa học. Thƣờng có độ cứng rất cao.
Thí dụ: cạc bit sắt hay Xementit là hợp chất hóa học của Fe và C có công thức hóa học là Fe3C, có độ cứng rất cao. Trang 9 Vật liệu cơ khí Lâm Hồng Cảm 1. Hỗn hợp cơ học Có đặc điểm: - Các nguyên tố thành phần khác nhau về kích thƣớc và mạng tinh thể. - Các nguyên tử của nguyên tố thành phần sẽ tập hợp thành những hạt riêng lẻ, phân biệt đƣợc rõ trên tổ chức tế vi.Tính ƣu việt của hợp kim So với kim loại nguyên chất, hợp kim có nhiều ƣu điểm hơn: - Dễ luyện kim vì không cần khử tạp chất.
- Độ cứng, độ bền cao hơn nhờ nhiệt luyện. - Tính công nghệ cao hơn: dễ đúc, dễ cắt gọt… - Hệ số dãn nở nhiệt nhỏ hơn… Hầu hết các chi tiết máy đều làm bằng hợp kim hay kim loại nguyên chất. TÍNH CHẤT CHUNG CỦA KIM LOẠI VÀ HỢP KIM 1. Khối lượng riêng: Là khối lƣợng trên 1 đơn vị thể tích = (kg/m3) m: khối lƣợng V: thể tích 1.
Tính nóng chảy - Kim loại có tính chảy loãng khi nung nóng và đông đặc khi làm nguội. - Điểm nóng chảy là nhiệt độ kim loại bắt đầu nóng chảy. Tính dẫn nhiệt - Là tính truyền nhiệt của kim loại khi bị đốt nóng hoặc làm lạnh. - Tính dẫn nhiệt tốt khi dễ đốt nóng nhanh và đồng đều cũng nhƣ dễ làm nguội nhanh.
Tính dãn nở nhiệt Khi bị đốt nóng kim loại dãn nở và khi làm nguội sẽ co lại. Tính dẫn điện Là khả năng cho dòng điện đi qua, điện trở càng nhỏ thì tính dẫn điện càng mạnh. Tính nhiễm từ Là khả năng bị từ hóa khi đặt trong từ trƣờng. - Co, Ni, Fe và hợp kim của sắt có tính nhiễm từ.
Hầu hết các kim loại khác không có tính nhiễm từ. - Nhiệt độ tăng tính nhiễm từ giảm. Trang 10 Vật liệu cơ khí Lâm Hồng Cảm Bảng1.1: Một số tính chất vật lý vài kim loại thông dụng Kí hiệu Khối lƣợng riêng Nhiệt nóng Hệ số dãn nở hóa học (kg/m3) chảy (0C) nhiệt ở 10C Nhôm Al 2,7.Tính chịu ăn mòn Là độ bền của kim loại đối với sự ăn mòn của môi trƣờng xung quanh.Tính chịu nhiệt Là độ bền của kim loại đối với sự ăn mòn của ôxy và 1 số hóa chất ở nhiệt độ cao.Tính chịu axit: Là độ bền của kim loại đối với sự ăn mòn của axit. Cơ tính Khi tiến hành thí nghiệm kéo từ từ mẫu kim loại tròn, dài và khảo sát mối quan hệ giữa lực kéo và biến dạng của mẫu kéo ngƣời ta vẽ đƣợc biểu đồ kéo (hình 1.