1. Trang Chủ
  2. Cơ khí - Chế tạo máy
  3. Giáo trình Vật liệu cơ khí - Nghề: Công nghệ ô tô - CĐ Kỹ Thuật Công Nghệ Bà Rịa-Vũng Tàu

Giáo trình Vật liệu cơ khí - Nghề: Công nghệ ô tô - CĐ Kỹ Thuật Công Nghệ Bà Rịa-Vũng Tàu

(NB) Giáo trình Vật liệu cơ khí với mục tiêu nhằm trang bị cho học sinh những kiến thức cơ bản nhất, cần thiết về vật liệu. Nhờ đó học sinh có thể lựa chọn và sử dụng các loại vật liệu thường dùng trong các loại vật liệu thường dùng trong các thiết bị cơ khí, để đáp ứng tính năng sử dụng , tính công nghệ , tính kinh tế đối với từng bộ phận chi tiết khi thay thế hay sửa chữa nó. ỦY BAN NHÂN DÂN TỈNH BR – VT TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ GIÁO TRÌNH MÔN HỌC: VẬT LIỆU CƠ KHÍ NGHỀ: CÔNG NGHỆ Ô TÔ TRÌNH ĐỘ: TC

Thể loại Tài liệu miễn phí Cơ khí - Chế tạo máy

Số trang 137

Ngày tạo 7/8/2020 4:14:53 PM +00:00

Loại tệp DOC

Kích thước 4.90 M

Tên tệp

Tải Giáo trình Vật liệu cơ khí - Nghề: Công nghệ ô tô ... (.pdf)

Xem mẫu

  1. ỦY BAN NHÂN DÂN TỈNH BR – VT TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ GIÁO TRÌNH MÔN HỌC: VẬT LIỆU CƠ KHÍ NGHỀ: CÔNG NGHỆ Ô TÔ  TRÌNH ĐỘ: TCN­CDN Ban hành kèm theo Quyết định số:        /QĐ­CĐN…   ngày…….tháng….năm ......... …………........... của Hiệu trưởng trường Cao   đẳng nghề tỉnh BR ­ VT VẬT LIỆU CƠ KHÍ Trang 1
  2. Bà Rịa – Vũng Tàu, năm 2015 VẬT LIỆU CƠ KHÍ Trang 2
  3. LỜI NÓI ĐẦU Trong thời kỳ  công nghiệp hóa , hiện đại hóa của nước ta nói chung và của Tỉnh  Bà Rịa Vũng Tàu nói riêng , công tác đào tạo nguồn nhân lực cho các khu công nghiệp   có vai trò hết sức quan trọng , là yếu tố  cơ  bản để  phát triển xã hội  và tăng trưởng   nhanh và bền vững . Quán triệt chủ trương nghị quyết , Tỉnh Đảng bộ Bà Rịa – Vũng tàu lần thứ 5, về  phát triển nguồn nhân lực đáp ứng kịp thời nguồn nhân lực cho công cuộc công nghiệp  hóa , hiện đại hóa Tỉnh Bà Rịa – Vũng tàu .và nhận thức đúng đắn về tầm quan trọng  của chương trình giáo trình đối với việc nâng cao chất lượng đào tạo        Trên cơ sở Chương trình khung của Bộ LĐTBXH,ban hành  và kinh nghiệm thực  tế từ quá trình đào tạo với sự hợp tác và giúp đỡ nhiệt tình của các chuyên gia đến từ  Nhật bản  và sự chỉ đạo trực tiếp của Ban Giám hiệu Trường cao đẳng nghề Bà Rịa –  Vũng Tàu , khoa cơ khí tổ chức biên soan giáo trình bộ môn Vật liệu Cơ khi , một cách   khoa học  và có hệ  thống  , cap nhat ki ̀ ̀ ến thức thực tế , phù hợp với đối tượng học  sinh học nghề .    Môn học vật liệu cơ  khí là một môn học có rất nhiều thông tin về  lý thuyết , và  mang tính ứng dụng rất cao trong thực tiễn        Giáo trình này là tài liệu giảng dạy và học tập cho giáo viên và học sinh nghành cơ  khí của  Trường cao Đẳng nghề Tỉnh  Bà Rịa – Vũng Tàu          Dù đã hết sức cố gắng nhưng chắc chắn không tránh khỏi những thiếu sót , bất   cập chúng tôi mong nhận được những ý kiến đóng góp của các thầy cô và các em học   sinh trong nhà Trường để từng bước hoàn thiện giáo trình này  Mọi ý kiến đóng góp xin gửi về           Khoa cơ khí – Trường Cao Đẳng nghề Tỉnh Bà Rịa – Vũng tàu          Đ/C: Ấp Thanh Tân – TT Đất Đỏ ­ Huyện Đất Đỏ ­ Tỉnh Bà Rịa – Vũng Tàu                                ĐT:0643.866421­  Xin chân thành cảm ơn ./. Bà Rịa – Vũng Tàu, ngày 21 tháng 08 năm 2015 Tham gia biên soạn                                                   Tổ cơ khí  VẬT LIỆU CƠ KHÍ Trang 3
  4. MỤC LỤC Lời nói đầu..................................................................................................................... 2 Mục lục........................................................................................................................... 3 CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ MÔN VẬT LIỆU CƠ KHÍ.....................................4 1. Khái niệm về vật liệu và vai trò của vật liệu trong ngành kỹ thuật.........................4 2. Đối tượng của môn học cho ngành kỹ thuật..............................................................6 3. Mục đích của môn học cho ngành kỹ thuật cơ khí.....................................................6 4. Vị trí môn học..............................................................................................................6 5. Giới thiệu chương trình học........................................................................................6 PHẦN 1: CƠ SỞ VẬT LIỆU HỌC..............................................................................7 Chương  2: Cấu tạo và tính chất của kim loại và hợp kim.....................................8 2.1. Khái niệm về vật liệu công nghiệp.........................................................................8 2.2. Khái niệm về vật liệu kim loại...............................................................................9 2.3. Cấu tạo về mạng tinh thể và hạt của kim loại......................................................10 2.4. Cách đánh giá cơ tính của kim loại.........................................................................12 Chương  3: Hợp kim sắt ­cacbon................................................................................15 3.1. Phân loại hợp kim sắt ­ cacbon...............................................................................15 3.2. Giản đồ trạng thái sắt  ­ cacbon..............................................................................16 3.3. Khái niệm về quá trình sản xuất và gia công hợp kim sắt ­cacbon........................19 3.4. Sản xuất gang..........................................................................................................20 3.5. Sản xuất thép...........................................................................................................26 Chương  4: Thép...........................................................................................................30 4.1. Thép cacbon.............................................................................................................30 4.2. Thép hợp kim...........................................................................................................34 Chương  5: Gang..........................................................................................................47 5.1. Thành phần của gang...............................................................................................47 VẬT LIỆU CƠ KHÍ Trang 4
  5. 5.2. Tổ chức bên trong của gang....................................................................................47 5.3. Phân loại gang..........................................................................................................48 5.4. Gang Xám.................................................................................................................49 5.5. Gang cầu.................................................................................................................. 50 5.6. Gang dẻo..................................................................................................................51 5.7. Hợp kim trung gian..................................................................................................52 Chương  6: Hợp kim màu............................................................................................55 6.1. Đặc điểm và tính chất của hợp kim màu................................................................55 6.2. Đồng và hợp kim đồng............................................................................................55 6.3. Nhôm và hợp kim nhôm...........................................................................................58 6.4. Hợp kim cứng..........................................................................................................59 6.5. Hợp kim chống masat..............................................................................................59 Chương  7: Nhiệt luyện..............................................................................................61 7.1. Một số khái niệm cơ bản về nhiệt luyện...............................................................61 7.2. Các hình thức nhiệt luyện.......................................................................................63 Chương  8: Vật liệu phi kim loại...............................................................................76 8.1. Khái niệm về một số vật liệu phi kim loại............................................................76 8.2. Chất dẻo..................................................................................................................76 8.3. Vật liệu composit....................................................................................................79 8.4. Cao su....................................................................................................................... 80 8.5. Amian.......................................................................................................................81 8.6. Gỗ............................................................................................................................ 81 8.7. Đá mài và bột mài....................................................................................................82 8.8. Vật liệu chịu lửa và chịu nhiệt................................................................................87 PHẦN 2: THÍ NGHIỆM VẬT LIỆU HỌC................................................................91 Bài 1: Chuẩn bị mẫu để nghiên cứu tổ chức tế vi của KL và HK........................95 Bài 2: Thí nghiệm kéo.................................................................................................102 Bài 3: Đo độ cứng và nghiên cứu quá trình tôi thép................................................110 Bài 4: Nghiên cứu tổ chức tế vi của thép sau khi nhiệt luyện..............................120 VẬT LIỆU CƠ KHÍ Trang 5
  6. Tài liệu tham  khảo…………………………………………………………………….127 CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU VỀ MÔN VẬT LIỆU CƠ KHÍ 1. KHÁI NIỆM VỀ VẬT LIỆU VÀ VAI TRÒ CỦA VẬT LIỆU TRONG KỸ  THUẬT. Vật liệu là những vật rắn mà con người sử dụng để chế tạo công cụ , máy móc  thiết bị, xây dựng công trình…. Ba nhóm vật liệu dùng phổ biến trong công nghiệp là : Vật liệu kim loại, vật liệu vô  cơ và vật liệu hữu cơ – polymer. Trong ba nhóm vật liệu kể trên, thì vật liệu kim loại có vai trò quyết định đến sự  phát triển của xã hội và kỹ thuật. Đó là vật liệu cơ bản để tạo ra những cơ cấu máy  móc và những công trình xây dựng 2. ĐỐI TƯỢNG CỦA VẬT LIỆU HỌC CHO NGÀNH KỸ THUẬT Vật liệu học là môn học khảo sát bản chất của vật liệu, mối quan hệ  giữa cấu   trúc và tính chất của chúng, từ đó đề ra phương án chế tạo và sử dụng hợp lý. Máy móc trong cơ khí được cấu tạo từ nhiều chi tiết và dụng cụ của nó , do điều   kiện làm việc của chúng  khác nhau nên đòi hỏi các yêu cầu cơ  tính khác nhau. Đặc  biệt, để  đạt tính cạnh tranh trong nền kinh tế  hiện nay thì các sản phẩm cơ  khí này  vừa phải đạt cơ tính đề ra vừa phải chọn công nghệ có chi phí thấp nhất để. Song yêu   cầu cuối cùng của vật liệu vẫn là cấu trúc bên trong của vật liệu. 3. MỤC ĐÍCH MÔN HỌC VẬT LIỆU CƠ KHÍ Trang bị cho học sinh những kiến thức cơ bản nhất, cần thiết về vật liệu. Nhờ đó học  sinh có thể lựa chọn và sử dụng các loại vật liệu thường dùng trong các loại vật liệu  thường dùng trong các thiết bị cơ khí, để đáp ứng tính năng sử dụng , tính công nghệ ,   tính kinh tế đối với từng bộ phận chi tiết khi thay thế hay sửa chữa nó. 4. VỊ TRÍ MÔN HỌC VẬT LIỆU CƠ KHÍ Trang 6
  7. Vật liệu cơ  khí là môn học kỹ  thuật cơ  sở nhằm cung cấp những kiến thức cơ bản   nhất, cần thiết nhất về những loại vật liệu phổ biến thường dùng trong ngành cơ khí.   Nhờ  đó học sinh có thể  tiếp thu kiến thức các môn học kỹ  thuật cơ  sở  khác và kiến   thức chuyên môn sau này để chọn vật liệu thích hợp và sử dụng nó. 5. GIỚI THIỆU CHƯƠNG TRÌNH HỌC Môn học thực hiện gồm 2 phần, phần I gồm 7 chương, từ chương 2 đến chương 8,   phần II là phần thực hành các thí nghiệm.  PHẦN I: VẬT LIỆU HỌC CƠ SỞ Chương 2: Cấu tạo và tính chất của kim loại và hợp kim Chương 3: Hợp kim sắt – các bon Chương 4: Thép Chương 5: Gang Chương 6: Kim loại màu Chương 7: Nhiệt luyện Chương 8: Vật liệu phi kim loại  PHẦN II: THỤC HÀNH Bài 1: Giới thiệu về lý thuyết Bài 2: Thí nghiệm kéo Bài 3: Thí nghiệm đo độ cứng Bài 4: Thí nghiệm đo cấu trúc vật liệu sau nhiệt luyện và nhiệt luyện VẬT LIỆU CƠ KHÍ Trang 7
  8. PHẦN I VẬT LIỆU CƠ KHÍ Trang 8
  9. VẬT LIỆU HỌC CƠ SỞ CHƯƠNG 2 CẤU TẠO VÀ TÍNH CHẤT CỦA KIM LOẠI VÀ HỢP KIM 1. Mục đích Cung cấp những kiến thức cơ bản về tính chất và cấu tạo vật liệu ( đặt biệt cấu  tạo của hợp kim) để từ đó xác định được mối quan hệ giữa chúng.  2. Yêu cầu ­ Phân biệt và hiểu được các tính chất. ­ Hiểu và nắm chắc định nghĩa, ký hiệu, đơn vị, ý nghĩa các loại cơ tính thường   dung trong vật liệu kim loại. ­ Hiểu được cấu tạo bên trong của kim loại nguyên  chất và hợp kim. ­ Hiểu được các dạng cấu tạo của hợp kim. 2.1. KHÁI NIỆM VỀ VẬT LIỆU CÔNG NGHIỆP          Tất cả các vật liệu dùng trong công nghiệp được sử dụng có thể ở  cả  3 trạng   thái là rắn, lỏng và khí.  Ở  trạng thái rắn như  sắt, thép, gỗ,  đá, chất dẻo, cao su  VẬT LIỆU CƠ KHÍ Trang 9
  10. v.v….Ở  trạng thái lỏng như  xăng, dầu, rượu, benzen, nước, glyxêrin v.v…Ở  trạng  thái khí và hơi như hơi nước quá nhiệt (có nhiệt độ  cao hơn 100oC), khí oxy (O2) và  axêtylen dùng trong ngành hàn, khí cacbonic (CO2) đã được hoá lỏng dùng làm lạnh   bia, nước ngọt v.v…      Các vật liệu ở trạng thái rắn dùng để chế tạo các máy móc, công trình, vật dụng   dùng trong đời sống hàng ngày của con người có thể  chịu được một lực tác dụng   nhật định nào đó được gọi là vật liệu kết cấu. Tuỳ thuộc vào cấu tạo bên trong, vật  liệu kết cấu lại được chia thành 3 loại: Vật liệu tinh thể, vật liệu vô định hình và vật  liệu gốm. Về tính chất vật lý vật liệu kết cấu lại có thể  chia làm 2 loại là vật liệu   kim loại và vật liệu phi kim loại (có thể gọi vật liệu không kim loại)   Vật liệu tinh thể gồm các kim loại nguyên chất, các hợp kim và các loại đá, các   muối vô cơ. Vật liệu tinh thể là các vật liệu mà các nguyên tử của chúng ở trạng thái   rắn luôn luôn được sắp xếp theo một trật tự nhất định gọi là mạng tinh thể. Trong đó  các kim loại và hợp kim như  sắt, nhôm, đồng , thép, gang, dura có tính kim loại, còn  các loại đá và muối như  muối ăn (NaCl), đá vôi (CaCO3), thạch cao (CaSO4) có cấu  tạo mạng tinh thể nhưng lại không có tính kim loại nên thuộc vật liệu phi kim loại. Vật liệu vô định hình là các vật liệu mà các nguyên tử, phân tử của chúng không   sắp xếp theo mạng tinh thể. Hầu hết các vật liệu phi kim loại (trừ đá và muối) đều ở  dạng vô định hình như gỗ, chất dẻo, thuỷ tinh, vải, amian v.v…  Vật liệu gốm là vật liệu mà cấu tạo bên trong gồm vừa có các tinh thể  vừa có  một phần vật chất  ở  dạng vô định hình. Vật liệu gốm trong thiên nhiên cũng có,   nhưng tính chất không  ổn định nên trong công nghiệp ít được dùng. Vật   liệu gốm   công nghiệp chủ yếu là nhân tạo. Để chế tạo vật liệu gốm kim loại hoặc phi kim loại   người ta chế tạo các hạt tinh thể rất nhỏ gọi là bột, ép lại thành hình ,một sản phẩm   nào đó rồi nung nóng (gọi là thiêu kết) để các hạt bột dính lại với nhau tạo thành sản   phẩm. Do ép từ  bột nên bên trong vật liệu gốm bao giờ  cũng có những lỗ  hổng (lỗ  bộng) chứa không khí nên vật liệu gốm bao giờ cũng "xốp" hơn các vật liệu khác. Độ  xốp là điểm đặc biệt của vật liệu gốm. Trong giáo trình này chúng ta chỉ nghiên cứu các kim loại và phi kim loại thông  dụng. 2.2­KHÁI NIỆM VỀ VẬT LIỆU KIM LOẠI 2.2.1­ Kim loại là gì? Kim loại là các vật liệu có tính dẫn nhiệt, dẫn điện tốt; có tính dẻo cao nghĩa là  có thể dát mỏng, kéo dài một cách dễ dàng và có một vẻ sáng bên ngoài riêng biệt mà   được gọi là "ánh kim" 2.2.2­ Phân loại kim loại VẬT LIỆU CƠ KHÍ Trang 10
  11. Khi trong một khối kim loại chỉ gồm một nguyên tố hoá học thì gọi là kim loại   nguyên chất. Nếu trong đó gồm nhiều nguyên tố mà nguyên tố kim loại là chủ yếu thì  gọi là hợp kim. Hợp kim phải có tính kim loại. Về  màu sắc và sử dụng, kim loại và hợp kim được chia làm 2 loại: Kim loại đen và  kim loại màu. Kim loại đen là các kim loại và các hợp kim trên cơ sở nguyên tố sắt (Fe) cụ thể là sắt   nguyên chất, hợp kim của nó là thép và gang. Kim loại màu là các kim loại và hợp kim trên cơ  sở  các nguyên tố  kim loại còn lại   như  nhôm (Al), đồng (Cu), chì (Pb), thiếc (Sn), kẽm (Zn), mangan (Mn), silic (Si),   môlipđen (Mo), . . . Kim loại màu lại được phân làm các loại sau: ­ Kim loại nhẹ là các kim loại và hợp kim có khối lượng riêng nhỏ hơn hay bằng  4g/cm3 như nhôm (Al), titan (Ti), magiê (Mg), liti (Li), . . . ­ Kim loại nặng là các kim loại và hợp kim có khối lượng riêng lớn hơn 4 g/cm3  như sắt (Fe), đồng (Cu), kẽm (Zn), niken (Ni), vônfram (W), môlipđen (Mo), ziếc  côn (Zr), . . . ­ Kim loại dễ  chảy là các kim loại và hợp kim có nhiệt độ  nóng chảy thấp hơn  nhiệt độ  nóng chảy của sắt (1539oC) như  nhôm (660oC), magiê (650oC), chì  (327oC), thiếc (232oC), vàng (1063oC), bạc (960oC),. . . ­ Kim loại khó chảy là các kim loại và hợp kim có nhiệt độ  nóng chảy cao hơn   nhiệt độ  nóng chảy của sắt như  titan (1665oC), crôm (1875oC), đặc biệt có các  nguyên tố rất khó chảy như vanađi (1900oC), niôbi (2468oC), môlipđen (2610oC),   tantan (3000oC), vônfram (3380oC), . . . ­ Kim loại quý là  các kim loại và các hợp kim của chúng có tính rất bền (trơ,   không tác dụng hoá học) với các môi trường thông thường kể  cả  các loại axit   mạnh. Nhóm này gồm 8 nguyên tố  như  bạc (Ag), vàng (Au), paladi (Pd), platin  (bạch kim, Pt), osmi (Os), rôđi (Rh), rutêni (Ru), iriđi (Ir). ­ Kim loại hiếm là  các kim loại có trữ  lượng rất ít trong vỏ  quả  đất như  Mo,   Zr, . . .đặc biệt là các nguyên tố đất hiếm như lantan (La), xêri (Ce), xamari (Sm),.  . . 2.3­ CẤU TẠO MẠNG TINH THỂ VÀ HẠT CỦA KIM LOẠI 2.3.1­ Cấu tạo nguyên tử của kim loại Kim loại có các tính chất khác nhau là do tổ  chức bên trong của chúng khác  nhau. Một khối kim loại gồm các nguyên tử  kim loại cùng loại hoặc khác loại tạo   thành. Mỗi nguyên tử là một hệ  thống phức tạp gồm: Hạt nhân mang điện dương ở  VẬT LIỆU CƠ KHÍ Trang 11
  12. giữa và các điện tử  mang điện âm quay xung quanh hạt nhân đó. Hạt nhân bao gồm  proton và nơtron. Khối lương của nguyên tử chủ yếu tập trung vào hạt nhân, vì khối   lượng của các điện tử vô cùng bé không đáng kể so với khối lượng của hạt nhân. Số  lượng điện tử  trong mỗi nguyên tử  đúng bằng số  lượng proton trong hạt nhân của   nguyên tử đó, do đó bình thường mỗi nguyên tử  có tính chất trung hoà về điện vì số  tích điện dương của hạt nhân đúng bằng số tích điện âm của các điện tử (các nơtron   trong hạt nhân không tích điện). Số  lượng điện tử của mỗi nguyên tố  đúng bằng số  thứ tự của nguyên tố đó trong bảng tuần hoàn. Trong số hơn 100 nguyên tố  hoá học   trong bảng tuần hoàn thì khoảng 80 nguyên tố là các kim loại. Các điện tử luôn luôn   chuyển động quanh hạt nhân theo các quỹ đạo hình elip và được xếp thành các vành   năng lượng khác nhau. Số  điện tử  càng nhiều số  vành càng nhiều, nhưng với các  nguyên tố  đã phát hiện được hiện nay nguyên tố  có số  điện tử  lớn nhất có số  vành  điện tử không quá 7. Các nguyên tố kim loại có đặc điểm là số điện tử ở vành ngoài  cùng rất ít (2 hoặc 3), có liên kết yếu với hạt nhân nên dễ tách khỏi sức hút của hạt  nhân để di chuyển tự do trong toàn khối kim loại  và được gọi là điện tử tự do. Điện   tử tự do là một đặc điểm nổi bật của cấu tạo kim loại. Nhờ có điện tử tự do mà kim   loại có các tính chất độc đáo khác với các vật liệu phi kim loại như tính dẫn nhiệt và  dẫn điện tốt, tính dẻo cao v.v…  2.3.2­ Cấu tạo tinh thể của kim loại Kim loại ở trạng thái rắn có cấu tạo bên trong theo mạng tinh thể, nghĩa là các   nguyên tử kim loại luôn luôn sắp xếp theo những hình hình học không gian nhất định  gọi là mạng tinh thể không gian, gọi tắt là mạng tinh thể. Trên hình 2­1 biểu diễn một   phần của mạng tinh thể. Mạng tinh thể của kim loại có nhiều kiểu khác nhau. Phần   nhỏ nhất biểu diễn đặc trưng cho một kiểu mạng tinh thể gọi là ô cơ bản . thí dụ trên   hình 2 ­2 biểu diễn các kiểu mạng lập phương tâm khối (còn gọi là lập phương thể  tâm), lập phương tâm mặt (lập phương thể  tâm) và sáu phương xếp chặt (lục giác  xếp chặt). Trong các hình dưới, mỗi vòng tròn nhỏ biểu diễn cho một nguyên tử  kim  loại. Vị trí có nguyên tử kim loại gọi là nút mạng. Một mặt phẳng chứa các nguyên tử  gọi là mặt mạng hay mặt tinh thể. Hình 2.1 – Mạng tinh thể không gian của kim loại VẬT LIỆU CƠ KHÍ Trang 12
  13. Nhiều mặt tinh thể xếp liên tục với nhau tạo thành mạng không gian. Khi kim loại nóng chảy thì sự sắp xếp theo mạng tinh thể sẽ bị phá vỡ, ngược  lại khi đông đặc thì mạng tinh thể sẽ được 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  thường khi nung nóng đến nhiệt độ  nóng chảy   kiểu mạng tinh thể  không thay đổi. Nhưng có một số  kim loại có tính đặc biệt là  ở  trạng thái rắn khi nung nóng đến một nhiệt độ nhất định (chưa đạt đến nhiệt độ nóng  chảy) thì chuyển sang một kiểu mạng tinh thể khác. Tính chất đó gọi là tính thù hình   (hay tính dị hình). Mỗi kiểu kiểu mạng tinh thể ở một khoảng nhiệt độ  nhất định của   các kim loại đó   gọi là một dạng thù hình. Thí dụ  nguyên tố  sắt (Fe)  ở  nhiệt độ  thường có mạng lập phương tâm khối gọi là Fe  (đọc là sắt an­pha), nhưng khi nóng  đến 911oC nó chuyển sang kiểu mạng lập phương tâm mặt gọi là Fe  (đọc là sắt gam­ ma). Khi nóng đến 1399oC nó lại chuyển về kiểu mạng lập phương tâm khối nhưng   được gọi là Fe  (đọc là sắt đen ­ta) và giữ  nguyên kiểu mạng này cho đến khi nóng  chảy. Như vậy sắt có 2 kiểu mạng là lập phương tâm mặt và lập phương tâm khối  hay còn gọi là 2 dạng thù hình của sắt là lập phương tâm mặt và lập phương tâm   khối. 2.3.3­ Cấu tạo hạt của kim loại Trong kim loại thực tế sự sắp xếp mạng tinh thể bên trong kim loại không phải  luôn luôn đồng nhất. Tuỳ huộc đặc điểm của quá trình kết tinh hoặc các phương pháp  gia công khác nhau, các mặt tinh thể trong mạng không gian không phải luôn luôn song   song với nhau mà thường có dạng như  hình 2­3. Do đó một phần tinh thể  có sự  sắp  xếp tương đối đồng nhất với nhau, được giới hạn trong một khối hẹp như  trên hình   vẽ, gọi là một hạt. Kích thước một hạt có thể to nhỏ rất khác nhau tuỳ thuộc quá trình  gia công  như quá trình làm nguội khi đúc, quá trình biến dạng khi cán, kỹ  thuật biến   tính khi nấu luyện, v.v. . .Kích thước hạt của kim loại có ảnh hưởng lớn đến cơ  tính   của kim loại và hợp kim. Thí dụ  hạt càng nhỏ  độ  bền và độ  dai va đập của kim loại  VẬT LIỆU CƠ KHÍ Trang 13
  14. càng cao. Nếu sau một quá trình gia công nhất định khi đúc, rèn, cán, dập …kim loại   có một kích thước hạt nhất định. Có thể  thay đổi kích thước hạt đó mà không muốn  thay đổi kích thước hoặc hình dáng bên ngoài của sản phẩm người ta có thể dùng các  phương pháp nhiệt luyện để cải thiện độ hạt. 2.4­ CÁCH ĐÁNH GIÁ CƠ TÍNH CỦA KIM LOẠI Cơ tính của kim loại được đánh giá bằng các chỉ tiêu sau: 2.4.1­ Độ bền. Độ bền là khả năng chống biến dạng của kim loại khi nó chịu tác dụng một lực   nhất định. Để đo độ bền kim loại người ta phải chế tạo mẫu thử theo kích thước quy  định và thử  trên các máy thử  chuyên dùng như  máy kéo nén, máy thử  mỏi, máy thử  xoắn … Trên hình 2­4 là máy thử độ bền. Tuỳ thuộc phương pháp thử, độ bền được chia thành  các loại sau: VẬT LIỆU CƠ KHÍ Trang 14
  15. Độ  bền kéo ký hiệu   K , đơn vị  đo lường là N/mm2 (đọc là Niu­tơn trên milimet   vuông)   hay   MPa   (đọc   là   mêga   pascal).   Đơn   vị   đo   lường   cũ   là   KG/mm2   (1  KG/mm2=9,81N/mm2) Độ bền nén ký hiệu  n  Độ bền uốn ký hiệu  u  Độ bền xoắn ký hiệu  x  Độ bền mỏi ký hiệu  ­1 2.4.2­ Độ cứng Về bản chất, độ  cứng và độ  bền là giống nhau, chỉ khác ở phương pháp đo. Khi   đo độ  bền dùng mẫu riêng và phá huỷ  toàn bộ  mẫu, còn khi đo độ  cứng chỉ  đo tại  một vài điểm trên mẫu và không phá huỷ mẫu. Tuỳ theo phương pháp đo, độ cứng có  các loại thông dụng sau: ­Độ  cứng Brinen (Brinelle) ký hiệu HB. Máy đo độ  cứng Brinen như  trên hình 2­5  chỉ dùng để đo các kim loại mềm (chưa tôi cứng) có chiều dày mẫu lớn hơn 30mm. ­Độ cứng Rốc­oeo (Rockwell) ký hiệu HR. Máy đo độ  cứng Rốc­oeo như trên hình  2­6 có 3 thang đo: thang thứ  nhất ký hiệu HRB dùng để  đo vật liệu mềm giống như  vật đo trên máy Bri­nen, nhưng trên máy Rốc­oeo có thể  đo được mẫu chiều dày lớn  hơn 5mm. Thang thứ 2 ký hiệu HRC dùng để đo vật liệu cứng (thép đã tôi) các mẫu có  chiều dày lớn hơn 3mm. Thang thứ  3 ký hiệu HRA dùng để  đo vật liệu rất cứng có   chiều dày lớn hơn 2mm. ­Độ cứng Vích­ke (Vickers) ký hiệu HV. Máy đo độ cứng Vích­ke như trên hình 2­7  dùng để  đo các vật liệu cứng hoặc mềm nhưng có chiều dày nhỏ  hơn 3mm nhưng   phải lớn hơn 0,5mm. Với những tấm kim loại rất mỏng dùng phương pháp đo độ  cứng tế  vi   trên các kính hiển vi ký hiệu H . (thường chỉ  dùng trong các phòng thí  nghiệm). VẬT LIỆU CƠ KHÍ Trang 15
  16. 2.4.3­Độ dẻo Độ  dẻo là khả  năng biến dạng của kim loại khi tác dụng lên nó một lực nhất  định. Độ dẻo được đánh giá bằng hai chỉ tiêu: ­Độ dãn dài (tương đối) ký hiệu  % (đọc là đen­ta) tính theo phần trăm. ­Độ thắt (tỷ đối) ký hiệu  % (đọc là pxi) tính theo phần trăm. 2.4.4­ Độ dai va đập Độ dai va đập là khả năng chống biến dạng của kim loại khi chịu tác dụng của   lực động (lực va đập). Độ dai va đập ký hiệu aK, đơn vị đo lường là J/cm2(đọc là jun   trên xăngtimet vuông). Đơn vị đo lường cũ là KGm/cm2. 1KGm/cm2= 98,1 J/cm2. Đo  độ dai trên máy thử độ dai va đập .       Khi đánh giá tính chất của kim loại, ngoài việc đánh giá theo cơ tính, người ta còn  đánh giá kim loại theo các tính chất vật lý, tính chất hoá học và trong ngành cơ khí còn  đánh giá bằng tính công nghệ.  Tính công nghệ của kim loại là khả năng có thể gia công bằng phương pháp nào là tốt.   Tính công nghệ  của kim loại gồm: tính đúc, tính hàn, tính chịu gia công áp lực, tính   chịu cắt gọt, tính chịu nhiệt luyện. Các tính chất này thường được nghiên cứu trong   các giáo trình công nghệ gia công của từng phương pháp. Câu hỏi ôn tập  1 ­Các kiểu mạng tinh thể thường gặp của kim loại là gì? Vẽ  các ô cơ  bản của  các kiểu mạng tinh thể đó. 2 ­Tính thù hình là gì? Trình bày tính thù hình của sắt. 3 ­Viết ký hiệu và đơn vị  đo lường của độ  bền, độ  cứng, độ  dẻo và độ  dai va   đập. CHƯƠNG 3 HỢP KIM SẮT­ CACBON 1. Mục đích ­ Cho biết cấu tạo và cơ tính của hợp kim Fe –C thong qua giản đồ trạng thái và cách   sử dụng nó. VẬT LIỆU CƠ KHÍ Trang 16
  17. ­ Nắm rõ được qúa trình sản xuất thép và gang       2. Yêu cầu ­ Hiểu được khái niệm về giản đồ trạng thái nói chung. ­ Nắm được các tổ  chức một pha, hai pha, điểm, đường tới hạn trên giản đồ  trạng  thái. ­ Biết cách sử dụng giản đồ. ­ Biết được quá tình sản xuất thép và gang. 3.1­ PHÂN LOẠI HỢP KIM SẮT ­ CACBON Hợp kim sắt­cacbon (có thể  viết là hợp kim Fe­C) là hợp kim của 2 nguyên tố  chủ  yếu là sắt (Fe) và cacbon (C), trong đó hàm lượng cacbon thay đổi không quá   6,67%, nhưng trong thực tế chỉ sử dụng không quá 4%C. Tùy thuộc hàm lượng cacbon   trong hợp kim người ta chia ra: Thép là hợp kim Fe­C trong đó lượng C không quá 2%,   còn gang là hợp kim Fe­C chứa lớn hơn 2%C. Trong thực tế, thành phần của thép và gang không phải chỉ có 2 nguyên tố Fe và  C, mà thường còn chứa nhiều nguyên tố khác nữa. Trong bất kỳ loại thép hay gang nào cũng đều có chứa 4 nguyên tố tạp chất là:  S (lưu huỳnh), P (phốt pho), Mn (mangan ), Si (silic). Tạp chất lưu huỳnh trong thép làm cho thép có tính dòn nóng, do đó khi luyện  thép người ta phải khử lưu huỳnh bằng ferô mangan (FeMn) để  giảm lượng S trong   thép còn không quá 0,05%. Trong các thép chất lượng cao của các nước có nền công  nghiệp luyện kim tiên tiến người ta quy định lượng lưu huỳnh cho phép không quá   0,02%. Trong các thép chất lượng không cao, khi dùng để  chế  tạo các chi tiết không  quan trọng, để tăng tốc độ cắt gọt trên máy tiện tự động, người ta cho lượng S có thể  tăng lên đến 0,10­0,12% và các thép đó được gọi là thép tự  động. Lưu huỳnh trong   gang cũng làm tăng tính dòn nóng nhưng cho phép hàm lượng S có thể đến 0,10­0,15%. Tạp chất phốt pho trong thép làm cho thép có tính dòn lạnh. Hàm lượng P cho   phép trong các thép thông thường không quá 0,05%. Khi luyện thép, để giảm lượng P  trong thép người ta có thể  dùng nhiều biện pháp khác nhau nhưng đều phải luyện   trong lò có tính kiềm vì phải sử dụng nhiều đá vôi. Khi lượng P trong thép cao, cơ tính   của thép giảm, nhưng tính chịu cắt gọt lại dễ hơn nên có thể thay thép có S cao bằng  thép có P cao (0,12­0,15%P) để làm thép tự động. Phốt pho ở trong gang cho phép đến   0,2%, đôi lúc có thể đến 0,5%. Sở  dĩ  P trong gang có lúc cho phép cao là vì ngoài tác   dụng xấu làm giảm cơ  tính của gang, P lại có tác dụng khác theo chiều hướng tốt là  tạo một tổ chức bên trong gọi là cùng tinh 2 nguyên làm tăng tính chống mài mòn của  gang và làm tăng tính chảy loãng cho gang.  VẬT LIỆU CƠ KHÍ Trang 17
  18. Tạp chất mangan và silic trong thép làm cho thép bền hơn nhưng cũng dòn hơn.  Hàm lượng của chúng thường được giới hạn trong khoảng 0,35­0,4% Si và 0,5­0,8%  Mn. Các tạp chất Si và Mn có trong thép là do khi luyện người ta cho ferô silic vào lò  hoặc cho vào thùng rót để khử oxy, cho ferô mangan vào lò để khử lưu huỳnh. Sau các   phản ứng hóa học tạo thành xỉ nổi lên mặt kim loại lỏng, một lượng Si và Mn rất nhỏ  còn lại hòa tan trong thép đóng vai trò tạp chất. Trong trường hợp lượng Si trong thép   cao hơn 1% và Mn cao hơn 1,1% thì lúc đó Mn và Si được gọi là nguyên tố hợp kim. Nếu trong thép ngoài Fe và C, chỉ có các nguyên tố tạp chất S, P, Mn, Si thì thép  đó gọi là thép các bon. Nếu ngoài 6 nguyên tố  trên còn có thêm các nguyên tố  khác   dưới dạng các nguyên tố hợp kim thì gọi là thép hợp kim. 3.2­ GIẢN ĐỒ TRẠNG THÁI SẮT ­ CACBON Thép và gang là hợp kim của sắt và cacbon. Muốn nghiên cứu sự thay đổi cấu tạo bên  trong của hợp kim sắt­cacbon khi nhiệt luyện cần phải nghiên cứu một loại đồ thị gọi  là giản đồ  trạng thái của hợp kim sắt­cacbon. Qua giản đồ  này chúng ta có thể  biết   được các quy luật về sự kết tinh, những thay đổi bên trong của hợp kim khi nung nóng   và làm nguội gọi là các chuyển biến khi nhiệt luyện. Thông qua giản đồ này ta có thể xác định các chế độ nung nóng khi đúc, rèn, dập nóng,  khi nhiệt luyện. Giản đồ trạng thái Fe­C được biểu diễn trên một mặt phẳng bằng một toạ độ kép mà   trục tung chỉ  sự  thay đổi của nhiệt độ, còn trục hoành chỉ  sự  thay đổi thành phần   cacbon của hợp kim như trên hình 3­1. VẬT LIỆU CƠ KHÍ Trang 18
  19. Trên trục tung bên trái, nhiệt độ  1539oC (điểm A) chỉ  nhiệt độ  nóng chảy của sắt  nguyên chất. Trên trục tung bên phải điểm D chỉ  nhiệt độ  nóng chảy của xêmentit  (1227oC). Trên trục hoành số 6,67% chỉ tỷ lệ cacbon trong hợp chất xêmentit. Tuỳ thuộc tỷ lệ cacbon trong hợp kim và ở các nhiệt độ  khác nhau, sắt và cacbon kết   hợp với nhau tạo thành các loại pha khác nhau. Sắt và cacbon là các nguyên tố  mà  ở  trạng thái rắn chúng luôn luôn  ở  trạng thái tinh   thể, nghĩa là  các nguyên tử  của chúng luôn được sắp xếp theo những hình hình học  nhất định gọi là mạng tinh thể. Khi chúng kết hợp với nhau để tạo thành hợp kim, các  cấu tạo của hợp kim cũng phải ở dạng các mạng tinh thể. Sắt nguyên chất   ở nhiệt độ  thường có kiểu mạng lập phương tâm khối như  hình 1­ 2a, gọi là sắt an­pha (Fe ). Nhưng khi nhiệt độ  tăng đến 911oC sắt lại chuyển thành   kiểu mạng lập phương tâm mặt như trên hình 1­2b gọi là sắt gam­ma (Fe ). Cacbon trong hợp kim Fe­C có thể ở 2 dạng: ­Graphit là cacbon ở dạng nguyên chất có mạng lục giác như hình 3­2  ­Xêmentit là hợp chất hoá học của sắt và cacbon có công thức Fe3C, trong đó   lượng cacbon chiếm tỷ lệ 6,67%, trên giản đồ ký hiệu là Xê. Nếu trong Fe  có hoà tan một ít cacbon (thực tế không đáng kể) gọi là dung dịch rắn   ferit (trên giản đồ  ký hiệu là F).  Ở  nhiệt độ  trên 727oC, Fe  hòa tan cacbon với  một  lượng từ 0 đến 2,14% được gọi là dung dịch rắn auxtênit (trên giản đồ  ký hiệu là A).  Trong hợp kim Fe­C  ở nhiệt độ thấp hơn 727oC khi thành phần cacbon bằng 0,8% sẽ  tạo thành một tổ chức hỗn hợp gọi là peclit (trên giản đồ ký hiệu là P). Đây là tổ chức  gồm các tấm ferit và các tấm xêmentit nằm xen kẽ nhau gọi là peclit tấm như ở hình  3­3.   Khi trong hợp kim có lượng cacbon lớn hơn 2% thường tạo thành một tổ  chức hỗn  hợp   gọi là lêđêburit như  trên hình 3­4. Trong tổ  chức lêđêburit hàm lượng cacbon   chiếm 4,3%.  VẬT LIỆU CƠ KHÍ Trang 19
  20. Lêđêburit là tổ chức gồm các hạt peclit phân bố trên nền xêmentit. Trên giản đồ  trạng thái Fe­C đường ACD gọi là đường lỏng nghĩa là tất cả  mọi  thành phần hợp kim khi  ở  nhiệt độ  cao hơn đường lỏng đều nóng chảy hoàn toàn.   Đường AECF gọi là đường đặc nghĩa là mọi thành phần của hợp kim khi  ở nhiệt độ  thấp hơn đường đặc đều đã được kết tinh và ở trạng thái rắn. Như vậy với một thành   phần hợp kim bất kỳ khi nung nóng đến nhiệt độ  tương  ứng với đường đặc sẽ  bắt   đầu nóng chảy, nhưng khi đạt đến nhiệt độ  tương  ứng với đường lỏng thì hợp kim   mới chảy lỏng hoàn toàn. Thí dụ: nếu các đường cong trên giản đồ là chính xác (thực   tế  là chưa chính xác lắm) thì với hợp kim có thành phần 1%C, khi nung nóng đến   1400oC   nó   sẽ   bắt   đầu   nóng   chảy,   nhưng   đến   khoảng   1470oC   (thực   tế   khoảng  1490oC) mới nóng chảy hoàn toàn. Giản đồ  trạng thái Fe­C được chia thành 2 khu vực: Các hợp kim có thành phần nhỏ  hơn 2,14%C (bên trái điểm E) gọi là thép, các hợp kim có thành phần lớn hơn 2,14%C  (bên phải điểm E) gọi là gang. Hợp kim có thành phần đúng bằng 0,8%C gọi là thép cùng tích, cấu tạo bên trong  được thể  hiện trên kính hiển vi gọi là tổ  chức tế  vi gồm có các hạt peclit như  trên   hình 2­3. Các thành phần hợp kim nhỏ  hơn 0,8%C gọi là thép trước cùng tích có tổ  chức gồm các hạt peclit và các hạt ferit như trên hình 3­5. Các thành phần hợp kim lớn   hơn 0,8%C gọi là thép sau cùng tích có tổ chức gồm các hạt peclit và lưới xêmentit bao  quanh như  trên hình 3­6. Các hợp kim có thành phần từ  2,14 đến 4,3%C gọi là gang  trước cùng tinh có tổ chức gồm lêđêburit+peclit+xêmentit II như trên hình 7­7, hợp kim   có   thành   phần   lớn   hơn   4,3%C   gọi   là   gang   sau   cùng   tinh,   có   tổ   chức   gồm  lêđêburit+xêmentit I như trên hình 8­8 , thành phần đúng bằng 4,3%C gọi là gang cùng  tinh gồm toàn tổ chức lêđêburit  như trên hình 3­4 VẬT LIỆU CƠ KHÍ Trang 20
nguon tai.lieu . vn
Kiến trúc - Xây dựng Tự động hoá Điện - Điện tử Kĩ thuật Viễn thông Cơ khí - Chế tạo máy Năng lượng Hoá dầu Hoá học Sinh học