Giáo trình vật liệu cơ khí (nghề hàn trung cấp) trường cao đẳng nghề xây dựng (chương trình năm 2018)

TUYÊN B Ố BẢN QUYỀN Tài liệu này thuộc loại sách giáo trình nội bộ nên các nguồn thông tin có thể được phép dùng nguyên bản hoặc trích dùng cho các mục đích về đào tạo và tham khảo.. Quá

BỘ XÂY DỰNG

TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ XÂY DỰNG

GIÁO TRÌNH

MÔ ĐUN/MÔN HỌC: VẬT LIỆU CƠ KHÍ

NGÀNH/NGH Ề: HÀN TRÌNH ĐỘ: TRUNG CẤP

(Ban hành kèm theo quy ết định số: … /QĐ … ngày … tháng … năm …

c ủa Hiệu trưởng)

TUYÊN B Ố BẢN QUYỀN

Tài liệu này thuộc loại sách giáo trình nội bộ nên các nguồn thông tin có

thể được phép dùng nguyên bản hoặc trích dùng cho các mục đích về đào tạo và tham khảo

Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc hoặc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh sẽ bị nghiêm cấm

L ỜI GIỚI THIỆU

Trong thời kỳ công nghiệp hóa, hiện đại hóa của nước ta nói chung và của Trường Cao đẳng nghề Xây dựng nói riêng Công tác đào tạo nguồn nhân lực cho xã hội có vai trò hết sức quan trọng, là yếu tố cơ bản để phát triển xã hội, tăng trưởng nhanh và bền vững

Quán triệt chủ trương nghị quyết của Tỉnh, Đảng bộ Trường Cao đẳng nghề Xây dựng về phát triển nguồn nhân lực đáp ứng kịp thời nguồn nhân lực cho công cuộc công nghiệp hóa, hiện đại hóa và nhận thức đúng đắn về tầm quan trọng của chương trình, giáo trình đối với việc nâng cao chất lượng đào tạo: 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 ngành

cơ khí của Trường Cao đẳng nghề Xây dựng

Giáo trình được biên soạn theo đề cương môn học Nội dung biên soạn theo tinh thần ngắn gọn, dễ hiểu, các kiến thức trong chương trình có mối liên hệ chặt chẽ Khi biên soạn giáo trình tác giả đã cố gắng cập nhật những kiến thức mới, phù hợp với đối tượng học sinh cũng như cố gắng, gắn những nội dung lý thuyết

với những vấn đề thực tế thường gặp trong sản xuất, đời sống để giáo trình có tính thực tiễn Giáo trình được thiết kế theo môn học thuộc hệ thống môn học cơ

sở của chương trình đào tạo nghề Hàn, trình độ Cao đẳng, trình độ Trung cấp và được dùng làm giáo trình cho học sinh trong các khóa đào tạo Ngoài ra giáo trình cũng có thể được sử dụng làm tài liệu tham khảo để đào tạo ngắn hạn hoặc cho các công nhân kỹ thuật các nhà quản lý và người sử dụng nhân lực

Mặc dù đã cố gắng tổ chức biên soạn để đáp ứng được mục tiêu đào tạo,

đề cương chương trình nhưng do biên soạn lần đầu, thiếu sót là khó tránh Rất mong nhận được sự nhận xét, đóng góp ý kiến của quí thầy, cô giáo và bạn đọc

để nhóm biên soạn sẽ hiệu chỉnh hoàn thiện hơn

C HƯƠNG TRÌNH MÔN HỌC Tên môn h ọc: VẬT LIỆU CƠ KHÍ

Mã môn h ọc: MH08

I V ị trí, tính chất môn học:

- Vị trí của môn học: Môn học Vật liệu cơ khí thuộc môn học kỹ thuật cơ sở

ngành

- Tính chất môn học: Là môn học lý thuyết cơ sở bắt buộc

II M ục tiêu môn học:

- Kiến thức:

+ Trình bày được các ký hiệu và thành phần hoá học của các loại vật liệu Thép các bon, thép hợp kim, gang, kim loại và hợp kim màu

+ Giải thích đúng các ký hiệu vật liệu ghi trên bản vẽ chi tiết

- Kỹ năng:

+ Lựa chọn đúng phương pháp và khoảng nhiệt độ nhiệt luyện cho các loại vật

liệu khác nhau

+ Lựa chọn và sử dụng được các thiết bị đo cơ tính vật liệu

+ Chọn đúng vật liệu cho kết cấu khi biết yêu cầu sử dụng chúng trong thực tế

- Năng lực tự chủ và trách nhiệm: Tinh thần trách nhiệm, tư duy sáng tạo trong

thực tế sản xuất, đảm bảo an toàn lao động và vệ sinh công nghiệp

Chương 1: NH ỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ KIM LOẠI VÀ HỢP KIM

* M ục tiêu

- Hiểu được tầm quan trọng của kim loại và hợp kim

- Nêu được tính chất chung của kim loại và hợp kim

- Nhận biết, phân biệt được kim loại và hợp kim

- Rèn luyện tính tích cực, tư duy, sáng tạo trong học tập

* N ội dung chương: Những khái niệm cơ bản về kim loại và hợp kim

1 T ầm quan trọng của kim loại và hợp kim

Để xây dựng và phát triển nền kinh tế quốc dân vững mạnh cần phải phát triển công nghiệp nặng , trong đó ngành chế tạo cơ khí là quan trọng nhất

- Để chế tao các loại máy móc thiết bị cơ khí phải có vật liệu , trong đó kim loại

là vật liêu chủ yếu Sở dĩ kim loại là vật liệu được sử dụng chủ yếu của ngành chế tạo cơ khí bởi nó có nhiều tính chất và ưu điểm quan trọng , ưu việt hơn hẳn

so với các loại vật liệu khác

- Ngày nay , ngành công nghiệp vật liệu phát triển mạnh mẽ với nhiều loại vật liệu khác nhau như : Gỗ , thuỷ tinh , chất dẻo , Với các tính năng ngày càng tốt và sản lượng ngày càng cao , nhưng vẫn không thay thế hoàn toàn được cho kim loại và hợp kim

- Do đó , bên cạnh việc nghiên cứu thay thế các kim loại và hợp kim bằng các vật liệu phi kim loại có tính năng thích ứng , người ta vẫn tiếp tục nghiên cứu

để tìm ra những kim loại và hợp kim có những tính năng ưu việt như : Nhẹ , bền , chịu ăn mòn , chịu nhiệt , chịu va đập ,

* Việc nghiên cứu và sản xuất các loại gang , thép vẫn là trọng tâm của công nghiệp vật liệu nói riêng và của nền kinh tế quốc dân nói chung đối với tất cả các nước có nền công nghiệp phát triển

2 C ấu tạo kim loại và hợp kim

Khái ni ệm về kim loại: Kim loại là vật liệu sáng dẻo có thể rèn được, có tính

dẫn điện, dẫn nhiệt cao Phương diện hóa học kim loại là nguyên tố dễ nhường điện tử trong các phản ứng hóa học

2.1 C ấu tạo mạng tinh thể của kim loại

- Các nguyên tử trong kim loại được sắp xếp một cách có trật tự các nguyên tử đều nằm trên mặt phẳng song song cách đều gọi là mặt tinh thể , tập hợp vô số

những mặt tinh thể như thế nó lập thành mạng tinh thể

- Toàn bộ mạng không gian có thể xem như được tạo thành những hình khối nhỏ

nhất đơn giản giống nhau mà cách sắp xếp các phân tử là đại diện chung cho toàn mạng những ô như vậy gọi là ô cơ bản

2.2 Các ki ểu mạng tinh thể thường gặp

a M ạng lập phương thể tâm

Trong các ô cơ bản kiểu mạng này có các nguyên tử nằm ở các nút (đỉnh) của hình lập phương

và ở giữa mỗi hình lập phương có một nguyên tử

- Khoảng cách a giữa tâm các nguyên tử kề nhau của ô cơ bản mạng tinh thể, gọi là thông số mạng Độ lớn đo bằng A( Ángtrong ) 1A = 10 cm

- Các kim loại có kiểu mạng này: Fe, Cr, Mo, W,

b

b Mạng lập phương diện tâm

a

- Các nguyên tử (ion) nằm ở các đỉnh và giữa (tâm) các mặt của hình lập phương

- Trong mạng tinh thể gồm 14 nguyên tử trong đó 8 nguyên tử nằm ở nút mạng,

6 nguyên tử nằm ở giữa các mặt

- Số nguyên tử trong ô cơ bản riêng biệt: 8 + 6 = 14

Các kim loại: Feγ, Cu, Ni, Al, Pb… có kiểu mạng lập phương diện tâm

c M ạng lục phương dày đặc

Bao gồm 12 nguyên tử nằm ở các đỉnh, 2 nguyên tử nằm ở giữa 2 mặt đáycủa hình lăng trụ lục giác và 3 nguyên tử nằm ở khối trung tâủ khối lăng trụ tam giác cách nhau

Khối cơ bản kiểu mạng này như gồm bởi 3 lớp nguyên tử xếp sít nhau, các ngtử lớp đáy dưới xếp sít nhau rồi đến 3 ngtử ở giữa xếp vào khe lõm của lớp đáy do

đó chúng cũng xếp sít nhau, các ngtử lớp đáy trên lại xếp vào các khe lõm của lớp giữa nhưng có vị trí trùng với vị trí lớp đáy dưới

- Số nguyên tử trong ô cơ bản riêng biệt: 2.6 + 2 + 3 = 17

- Số nguyên tử của ô cơ bản trong mạng tinh thể: 12.1/6 + 2.1/2 + 3 = 6

- Các kim loại có kiểu mạng này là: Be, Mg, Ti, Co

2.3 H ợp kim

a Định nghĩa

Hợp kim là sản phẩm của sự nấu chảy hay thiêu kết (luyện tinh bột) của 2 hay nhiều nguyên tố mà nguyên tố chủ yếu là kim loại để được vật liệu mới có tính kim loại

a

c

b Các đặc tính của hợp kim

Sở dĩ hợp kim được sử dụng rộng rãi trong chế tạo cơ khí là vì nhiều mặt nó có

ưu việt hơn kim loại nguyên chất

- Hợp kim có cơ tính cao hơn kim loại nguyên chất: Vật liệu chế tạo cơ khí phải

có cơ tính cao, về phương diện này là hợp kim hơn hẳn kim loại nguyên chất Kim loại nguyên chất có độ bền, độ cứng thấp, không thích hợp để chế tạo các chi tiết máy Còn hợp kim nói chung có độ bền, độ cứng cao hơn, ít bị mài mòn,

có thời gian sử dụng dài hơn Đặc biệt một số hợp kim có những tính chất quý như: Độ bền rất cao, tính cứng nóng cao, chống ăn mòn…

- H ợp kim có tính công nghệ tốt: Có cơ tính tốt chưa đủ, để chế tạo thành các chi

tiết, bộ phận máy còn phải có tính công nghệ tốt Kim loại nguyên chất có tính dẻo cao dễ biến dạng dẻo (kéo sợi, cán thành tấm, lá…) nhưng tính đúc, gia công cắt gọt kém Tùy theo các thành phần hợp kim khác nhau có thể có tính đúc tốt, tính gia công cắt gọt cao và có khả năng hóa bền bằng nhiệt luyện…

- Tính kinh t ế cao: Về mặt kỹ thuật luyện kim, chế tạo hợp kim thông thường dễ

nấu hơn kim loại nguyên chất Với kỹ thuật hiện đại, việc luyện kim loại nguyên chất vẫn còn gặp nhiều khó khăn do phải khử bỏ triệt để các tạp chất Vì vậy sử

dụng hợp kim trong chế tạo cơ khí là kinh tế hơn

3 Tính ch ất chung của kim loại và hợp kim

3.1 Tính ch ất vật lý

a V ẻ sáng mặt ngoài: Chia ra làm 2 loại: Kim loại màu và kim loại đen

- Kim loại màu và hợp kim đen: Là Fe và hợp kim của Fe với C (thép, gang )

- Kim loại màu và hợp kim màu: Là tất cả các kim loại và hợp kim còn lại

b Kh ối lượng riêng: Là số đo khối lượng vật chất chứa trong một đơn vị thể tích

của vật thể

V

m

Trong đó: m - Khối lượng của vật thể ( Kg )

V - Thể tích của vật thể ( m3 )

c Tr ọng lượng riêng: Là trọng lượng của một đơn vị thể tích của vật thể

V P

d = ( KG/mm3 hoặc N/mm3 )

g Tính nhi ệt nung: Là nhiệt lượng cần thiết để làm tăng nhiệt độ của kim loại

lên 10C

3.2 Tính ch ất hóa học

a Khái ni ệm: Tính chất hoá học là khả năng của kim loại và hợp kim chống lại

tác dụng hóa học của môi trường xung quanh

b Các đặc trưng:

Tính chất hóa học của kim loại và hợp kim biểu hiện ở hai dạng chủ yếu sau:

- Tính chống ăn mòn: Là khả năng chống lại sự ăn mòn của H2O và O2 của không khí ở nhiệt độ thường hoặc nhiệt độ cao

- Tính chịu axít: Là khả năng chống lại tác dụng của môi trường axít

3.3 Tính cơ học

a.Khái ni ệm: Tính cơ học của kim loại hay còn gọi là cơ tính là khả năng chống

lại tác dung của lực bên ngoài lên kim loại

b Các đặc trưng cơ bản của cơ tính:

- Độ dẻo: Là khả năng thay đổi được hình dáng của kim loại và hợp kim mà không bị phá huỷ dưới tác dụng của ngoại lực

- Đô bền: Là khả năng của kim loại và hợp kim chống lại sự phá huỷ khi có ngoại lực tác dụng

- Độ cứng: Là khả năng của kim loại và hợp kim chống lại sự biến dạng dẻo cục

bộ của kim loại và hợp kim dưới tác dụng của tải trọng bên ngoài tại chổ ta ấn vào đó một vật cứng hơn

- Độ đàn hồi: Là khả năng của kim loại và hợp kim có thể trở lại hình dáng hoặc trạng thái ban đầu sau khi bỏ lực tác dụng

3.4 Tính công ngh ệ

a Khái ni ệm: Tính công nghệ của kim loại và hợp kim là khả năng mà chúng có

thể thực hiện được các phương pháp công nghệ để sản xuất các sản phẩm khác nhau

b Các đặc trưng: Tính đúc, tính hàn, tính gia công cắt gọt, gia công áp lực, tính

nhiệt luyện

Một kim loại hay hợp kim nào đó mặc dù có những tính chất rất quan trọng nhưng tính công nghệ kém thì cũng rất khó được sử dụng rộng rãi vì khó chế tạo thành phẩm

Cơ tính của kim loại và hợp kim có thể xác định được bằng cách thí nghiệm các