Chương 1_Giới thiệu chung về khoa học và công nghệ vật liệu

PowerPoint Presentation 8312021 1 VẬT LIỆU KỸ THUẬT Giảng viên TS Nguyễn Thị Hằng Nga Email nthngatlu edu vn TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI Khoa Cơ khí – Bộ môn Công nghệ cơ khí GIỚI THIỆU MÔN HỌC Số tín chỉ 3 (2 1 0) Số tiết 45 tiết; LT 33 tiết; BT 6 tiết; TN 6 tiết Đánh giá Điểm quá trình 40 % + Chuyên cần 20% + Kiểm tra giữa kỳ 30% + Báo cáo Thí nghiệm 30% + Thuyết trình 20% Điểm thi học phần 60 % Hình thức thi Viết Thời gian thi 90 phút TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI Khoa Cơ khí – Bộ môn Công nghệ.

Trang 1

VẬT LIỆU KỸ THUẬT

Giảng viên: TS Nguyễn Thị Hằng Nga Email: nthnga@tlu.edu.vn

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

Khoa Cơ khí – Bộ môn Công nghệ cơ khí

GIỚI THIỆU MÔN HỌC

- Số tín chỉ: 3 (2-1-0)

- Số tiết: 45 tiết; LT: 33 tiết; BT: 6 tiết; TN: 6 tiết

- Đánh giá: * Điểm quá trình: 40 %

+ Chuyêncần: 20% + Kiểm tra giữa kỳ: 30%

+ Báo cáo Thínghiệm: 30% + Thuyết trình: 20%

* Điểm thi học phần: 60 %

- Hình thức thi: Viết

- Thời gian thi: 90 phút

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI Khoa Cơ khí – Bộ môn Công nghệ cơ khí

MỤC ĐÍCH MÔN HỌC

- Cókhả năng phân tích được cấu trúc, tính chất cơ học, của các

loại vật liệu thường dùng trong kỹ thuật;

- Vận dụng các kiến thức của môn học trong tính toán thiết kế chi

tiết máy;

- Lựa chọn vật liệu phù hợp để thiết kế quy trình gia công, chọn

dụng cụ, chọn máy phù hợp với từng nguyên công sản xuất;

- Cókhả năng làm việc nhóm, giải quyết vấn đề, viết báo cáo và

trình bày báo cáo

Sau khi hoàn thành mônhọc sinh viên:

NỘI DUNG MÔN HỌC

GIỚI THIỆU CHUNG VỀ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU

1 Giới thiệu chung về khoa học và công nghệ vật liệu

2 Cấu trúc và liên kết nguyên tử trong chất rắn và

kimloại

NỘI DUNG MÔN HỌC

7 Một số loại thép thường dùng trong kỹ thuật và

ứng dụng

8 Vật liệu phi kim loại và vật liệu composite

[1] Vật liệu học cơ sở, Nghiêm Hùng, NXB KH&KT, 2002

[2] Khoahọc kỹ thuật vật liệu, sách dịch, Tác giả: William D

Callister, Đại học Thủy Lợi Hà Nội (Giáo trình)

[3] Vật liệu học, Lê Công Dưỡng, NXB KH&KT, 2000

[4] Engineering Materials 1 and 2 An Introduction Butterworth Heinemann; 2005

TÀI LIỆU THAM KHẢO TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI Khoa Cơ khí – Bộ môn Công nghệ cơ khí

Trang 2

YÊU CẦU ĐỐI VỚI SINH VIÊN

- Đến lớp đúng giờ và đầy đủ theo thời khoá biểu của Nhà

Trường

- Tìmhiểu trước nội dung liên quan đến buổi học

- Tham gia traođổi, thảo luận và trả lời các câu hỏi

- Khôngsử dụng điện thoại trong lớp học

CHƯƠNG 1

GIỚI THIỆU CHUNG VỀ KHOA HỌC VÀ KỸ THUẬT VẬT LIỆU

NỘI DUNG

1.1 Lịch sử phát triển 1.2 Đối tượng nghiên cứu của môn học 1.3 Phân loại Vật liệu

1.4 Xu hướng phát triển: Vật liệu mới

1.1.1 Thời kỳ sử dụng các vật liệu sẵn có trong tự nhiên

-Vật liệu hữu cơ: gỗ, da, sợi thực vật

-Vật liệu vô cơ: Đất sét, đá

- Kimloại: Đồng, Sắt, Vàng, Bạc (ở dạng thô)

Năng suất lao động thấp

1.1 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN

9

1.1.2 Thời kỳ chế tạo và sử dụng vật liệu theo kinh nghiệm

- 8000-3000năm TCN:

+luyện đồng (Thổ Nhĩ Kỳ), chế tạo vũ khí và các dụng cụ bằng đồng +trống đồng VN có niên đại từ 3000-4000

- 3000năm TCN:luyện thép(TrungQuốc, Ai cập)

-Thế kỷ 15 TCN:

+tôi thép(thanhkiếm Đamascus nổi tiếng) +sử dụng xi măng (Ai Cập, Babylon)

-Thế kỷ 19:

+sử dụng xi măng portland (Anh, Mỹ), bê tông cốt thép + côngnghệ chế tạo thép phát triển, (tháp Eiffel 320 m, năm 1889)

10

11

Thép Damascus (Thép Wootz)

12

Cầu Long Biên (1899 -1902) Daydé & Pillé

Trang 3

1.1.3 Thời kỳ chế tạo và sử dụng VL theo kiến thức khoa học

Cáchmạng KHKT bùng nổ thúc đẩy ngành Vật liệu phát triển

- 1920:Sử dụng tia Rơnghen để nghiên cứu cấu trúc vật liệu

- 1930:Hợp kim nhôm Duara

- 1935: Thép khôngrỉ

- 1940: Trùnghợp Polyme

- 1955:Chất bán dẫn

- 1965:Vật liệu Composite

- 1975:Hợp kim nhớ hình…

=>Sự thay đổi rõ rệt các tính chất của vật liệu

13

Sự gia tăng đáng kể về tỷ lệ độ bền so với tỷ trọng của vật liệu

 Sự đa dạng của các sản phẩm mới

Năm

-1 m

3 )

Gỗ,đá Đồng thau Gang

Thép Composite

Sợi aramid, sợi cacbon

14

- Khoa học Vật liệunghiêncứu mối quan hệ giữa cấu trúc bên trong

và tính chất của Vật liệu, là cơ sở cho việc sáng tạo vật liệu mới:

+Giải thích rõbản chất các tính chấtvật liệu

+Giải thích sựthayđổi tính chất bằng cấu trúcbên trong

+Mối quan hệcấu trúc & tính chất Vật liệu mới

- Kỹ thuật Vật liệunghiêncứu tính ứng dụng và kỹ thuật xử lý các

loại vật liệu cụ thể để tạo ra các loại sản phẩm mới có chất lượng tốt

nhất

+Xử lý nhiệt

+ Gia công

1.2 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU CỦA MÔN HỌC

15

16

17

18

Dụng cụ cắt gọt cơ khí

Dụng cụ đo

Trang 4

19

Vật liệu làm khuôn

20

Tại sao người kỹ sư cơ khí cần có kiến thức

về vật liệu?

21

22

Quy trìnhthiết kế - chế tạo máy

Lựa chọn vật liệu chế tạo:

-Đảm bảo an toàn cho chi tiết máy

-Độ bền lâu

- Phùhợp với thiết kế, phương pháp gia công

- Thỏa mãn tính thẩm mỹ và tiện nghi

- Tính kinhtế

23

Lựa chọn vật liệu thay thế:

- Sauthời gian sử dung chi tiết sẽ bị mài mòn, nứt, gãy,…

- Lựa chọn vật liệu là bướcKhôngthể thiếu trong quá trình chế tạo chi tiết máy

- Đòi hỏi người kỹ sư phải có sự hiểu biết về vật liệu:

- Cấu trúc và đặc điểm cơ tính

- Cácyếu tố ảnh hưởng đến tính chất của vật liệu

- Điều kiện làm việc của từng loại vật liệu

24

Trang 5

1.3.1 Khái niệm chung

- Vật liệu là vật thể rắn dùng để chế tạo máy móc thiết bị, xây

dựng công trình, bộ phận cơ thể, sản phẩm nghệ thuật…

- Phânloại vật liệu:

Kim loại

Composite

Bán dẫn

Silicone

Polyme

dẫn điện

1.3 PHÂN LOẠI VẬT LIỆU

25

4 nhóm chính

26

1.3.2 Vật liệu kim loại

Là nhómvật liệu trong đó nguyên tố chủ yếu là KL (hợp kim)

-Đặc điểm:

+Dẫn điện, dẫn nhiệt tốt, có ánh kim

+Dẻo, có khả năng biến dạng

+Độ bền cơ học cao, độ bền hoá học kém

+Nhiệt độ nóng chảy (thấp cao) đảm bảo yêu cầu kỹ thuật

1.3.3 Vật liệu vô cơ – ceramic

Là nhómvật liệu có nguồn gốc vô cơ, thường là hợp chất giữaKL

và silicvới các á kim: đất sét, gạch ngói, xi măng, thuỷ tinh

-Đặc điểm:

+Dẫn điện, nhiệt kém

+Cứng, giòn, bền nhiệt

+Bền hoá học tốt

27

1.3.4 Vật liệu Polyme (vật liệu hữu cơ)

Là nhómvật liệu có nguồn gốc hữu cơ, có cấu trúc cao phân tử, thànhphần chủ yếu là C, N, H, O

-Đặc điểm:

+Dẫn điện, nhiệt kém, nhẹ, độ bền thấp

+Dẻo, bền hoá học ở nhiệt độ thường

+ Nóngchảy và phân huỷ ở nhiệt độ không cao

1.3.5 Vật liệu composite:

Là nhómvật liệu kết hợp từ 2-3 nhóm vật liệu trên, tổ hợp được tínhchất tốt của các nhóm nhóm vật liệu tiềm năng

+ Kimloại + Ceramic = Bê tông cốt thép

+ Polyme + Ceramic =Vỏ máy bay, tàu thuyền

28

So sánhkhối lượng riêng của vật liệu ở nhiệt độ phòng

29

So sánh môđun đàn hồi của vật liệu ở nhiệt độ phòng

30

Trang 6

So sánhđộ bền của vật liệu ở nhiệt độ phòng

So sánhđộ dai phá huỷ của vật liệu ở nhiệt độ phòng

32

3 nhóm phụ

Bándẫn

Silicone

Polymedẫn điện

33

1.3.6 Vật liệu bán dẫn

Làmột loại vật liệu có tính dẫn điện nằm trung gian giữa kim loại

vàchất cách điện

- Chất bán dẫn cơ bản Si, Ge, C…và bán dẫn hợp chất GaAs, GaP…

- Đặc điểm:

+Rất nhạy cảm với sự hiện diện của nồng độ tạp chất +Bền nhiệt

=>Đã hoàn toàn cách mạng hóa ngành công nghiệp điện tử và máy tính trong bathập kỷ qua

34

1.3.7 Vật liệu silicone

Là vật liệu đàn hồi chứa các polymer polydimethyl siloxane mạch

thẳng được kết mạng trong mạng lưới 3 chiều

- Đặc điểm:

+Chịu nhiệt

+Đàn hồi như cao su

1.3.8 Vật liệu polyme dẫn điện

hợp bằng phản ứng khử hoặc oxi hóa (doping), cho vật liệu có độ

35

36

Trang 7

Vật liệu Nano

- Cấu trúcnanovới tổ chức tế vi có phạm vi kích thước nằm giữa 1 và

100 nanometer

- Tính chất ưu việt về cơ học, điện, từ, quang học hay các tính chất khác

 ngày càng đươc sử dụng rộng rãi trong sản suất các linh kiện điện tử,

các chitiết yêu cầu độ chính xác cao

 Vật liệu của tương lai

Vật liệu thông minh

- Nhận biết, phát hiện sự thay đổi của môi trường (sensor)

- Thay đổi hình dạng, vị trí, tính chất cơ học, … để đáp ứng sự thay đổi

của nhiệt độ

1.4 XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN - VẬT LIỆU MỚI

37

38

Phân loại vật liệu nano

Vật liệu thân thiện với môi trường

- Các chất có thể tự phân hủy trong môi trường

- Suy giảm quang học hay các tính chất khác để giảm thiểu độc hại khi thải

ra môi trường

39

Vật liệu sinh học

- Được sử dụng trong các bộ phận được cấy ghép vào cơ thể người

- Thay thế các bộ phận cơ thể bệnh hoạn hoặc hư hỏng

- Các chất độc hại từ vật liệu và phải phù hợp với các mô của cơ thể (không được gây

ra Phản ứng sinh học bất lợi)

- Vật liệu sinh học có thể làm từ kim loại, gốm sứ, polyme, composite và chất bán dẫn

40

Định dạng
Số trang	7
Dung lượng	919,63 KB