Bài giảng Vật liệu kỹ thuật lựa chọn và sử dụng: Chương 1 - Vật liệu kỹ thuật và ứng dụng

Bài giảng Vật liệu kỹ thuật lựa chọn và sử dụng: Chương 1 - Vật liệu kỹ thuật và ứng dụng được biên soạn gồm các nội dung chính sau: Tính chất của vật liệu kỹ thuật; Phân loại vật liệu; Tính năng của vật liệu kỹ thuật. Mời các bạn cùng tham khảo chi tiết bài giảng tại đây!

MSE 3071

Cấu trúc

Tính chất

Gia công chế tạo

Hiệu năng

3

• Subatomic level Electronic structure of individual atoms that defines interaction among atoms (interatomic bonding).

• Atomic level Arrangement of atoms in materials (for the same atoms can have different properties, e.g two forms of carbon: graphite and diamond)

• Microscopic structure Arrangement of small grains of material that can be identified by microscopy.

• Macroscopic structure Structural elements that may be viewed with the naked eye.

2 D s i m u l a t i o n u s i n g M o n t e C a r l o P o t t s m o d e l

Monarch butterfly

~ 0.1 m

THE SCALE OF THINGS

10 nm

Cell membrane

ATP synthase

Schematic, central core

Cat

~ 0.3 m

Dust mite

300 mm

Monarch butterfly

~ 0.1 m

MEMS (MicroElectroMechanical Systems) Devices

10 -100 mm wide

Red blood cells Pollen grain

Fly ash

~ 10-20 mm

Bee

~ 15 mm

Head of a pin

1-2 mm

Magnetic domains garnet film

11 mm wide stripes

Indium arsenide quantum dot germanium dots on siliconQuantum dot array

Microelectronics

Objects fashioned from metals, ceramics, glasses, polymers .

Human hair

~ 50 mm wide

Biomotor using ATP

1 nanometer (nm)

0.01 mm

10 nm

0.1 mm

100 nm

1 micrometer (mm)

0.01 mm

10 mm

0.1 mm

100 mm

1 millimeter (mm)

0.01 m

1 cm

10 mm

0.1 m

100 mm

1 meter (m)

10 0 m

10 -1 m

10 -2 m

10 -3 m

10 -4 m

10 -5 m

10 -6 m

10 -7 m

10 -8 m

10 -9 m

Self-assembled

“mushroom”

Red blood cells with white cell

~ 2-5 mm

Giản đồ thử kéo

Jäävpikenemine

Kogupikenemine

L, mm

Fmax

FeH

FeL

 N

mm 2

Rm

Rp0,2

0



A At



Độ giãn dài thực tế

Độ giãn dài

Vật liệu dẻo– Giới hạn chảy– Re, Rp(Re, Rpc)

Vật liệu giòn– Giới hạn bền – Rm(Rmc), Rm/



 E=tg

K=E

E=

G=tg

G=

K=tg

K=

G=3/8E

E

Maht-Độ cứng vững D = Ex K (hệ số hình học)

Mô đun đàn hồi

Material E, N/mm2x 109

Diamond

WC

SiC

Al2O3

TiC

Mo & Mo-alloys

Co & Co-alloys

Ni & Ni-alloys

Steels

Cast irons

Cu & Cu-alloys

Ti & Ti-alloys

Zn & Zn-alloys

Al & Al-alloys

Sn & Sn-alloys

Graphite

Pb & Pb-alloys

Plastics

Rubbers

PVC

1000 450-650 500 390 380 320-360 200-250 130-230 190-210 170-190 80-130 45-90 40-50 30 15 1-5 0,01-0,1 0,003-0,01

T  KU, KV – biến giòn

TDBT– Nhiệt độ chuyển biến dẻo-giòn

Độ dai – Độ dai va đập Ak

- Độ dai phá hủy biến dạng phẳng KC, N/mm2  m1/2

100

50

0

KU KU

TDBT

T’DBT

TDBT

55

55

10

10

R 0.25

R 1.0

45

Kõrgtugev Madaltugev

Temperatuur

A , J 15,4 14,0 12,6 11,2 9,8 8,.4 7,0 5,6 4,2 2,8

2 3 4 5 6 7 8 Tera nr.

U

KU, J low strength

high strength

T

Grain no

Ảnh hưởng của nhiệt độ

Ảnh hưởng của kích thước hạt

a F

F

b

Độ tập trung ứng suất

a

Kmax max  [MPam1/2]

Material KIC, MPa 

m1/2

WC

TiC

SiC

Al2O3

SiO2

Steels

-low carbon

-maraging

(E)

6 (680)

4 (440)

3 (420)

3 (320)

0,7 (100)

54

110-175

Superplastic steels

Maraging steels

Low-alloyed highly tempered steels

Precipitation hardened stainless steels

Giới hạn chảy, MPa

Mỏi

F Pingeepüür







R

Thép N = 107

HK phi Fe N = 108

Yếu tố ảnh hưởng:

- Độ nhám bề mặt

- Trạng thái ứng suất

- Độ tập trung ứng suất

R (R = min/max)

-1– ứng suất chu kỳ

Material Rp0,2,

N/mm2

-1, N/mm2

Plain carbon steel -strain hardened -annealed Alloyed steel Al-alloys -wrought alloys -cast alloys Ti-alloys Cu-alloys

275 475 1700 275 110 900 450

240 340 700 100 80 500 150

Dão  = f(, T, t)

 Nhiệt độ thấp T/Tm< 0.5

 Nhiệt độ cao T/Tm> 0.5 Yếu tố ảnh hưởng

 Cấu trúc

 TMT

Dạng ăn mòn

Hóa học

Điện hóa

Hóa sinh

Ăn mòn khô

Ăn mòn ướt/ẩm Dung dịch Môi trường nóng chảy

Phân loại vật liệu

Kim loại

Composite 4

1 2

3

4 nhóm vật liệu chính: VL kim loại, Ceramic,

Polymer và Composite

1- VL bán dẫn

2- VL siêu dẫn

3- VL silicon

4- VL polymer dẫn điện

Theo bản chất hóa học

 Phân loại vật liệu

- Theo bản chất hóa học Kim loại (Ceramic) Vô cơ (Polyme) Hữu cơ

-Dẫn điện, dẫn nhiệt tốt

- Có độ bền cơ học

- Khả năng biến dạng dẻo tốt

- Chịu nhiệt từ thấp đến cao

-Dẫn điện, dẫn nhiệt kém

- Bán dẫn: dẫn điện nhờlai hóa

- Tính giòn cao

- Chịu nhiệt cao

-Cách điện

- nhẹ

- Độ dai thấp

- Chịu nhiệt kém

- Ổn định cấu trúc kém

Compozit

- Theo tính năng sử dụng Vật liệu kết cấu Vật liệu chức năng

Tính chất vật lý, hóa học

- Tính chất điện

- Tính chất nhiệt

- Tính chất quang

- Tính chất tù

- Y sinh

Tính chất cơ học

- Độ bền

- Độ dai

- Độ dẻo

- Độ cứng