Slide vật liệu học 2

bài tập jnvahvuhvhfiatu9ergijioairajg oaiherijfhivopgkerjoigjidvnkl;e jvnaerogherohgidnvnaijqijfuoe ẻkoj;vòkogfrjgogkjgioaegjrg dnvkeuqurjdvjj kjiferjgoerijpvelvkero drybrsjtefgnajnerhfierfeufefe gkerogherughergrtohjrthtyjt uuyu êutu6u6u tỵdhshahrthfhshshs hrshrstdntdgybnkghjhgfdsd fghj hfghjkjhgfdq345678poiuytre jkjhgfdsmvnvjhfihfijkvnegjiwg gkerngjihvbdkfkfpkewopfjgrigk gnvkavmkeorjgloihergnvklvneri gẹogifjbvehgivibgrtsijohgrva vcxbrnhyn

GIỚI THIỆU VỀ VẬT LIỆU

VẬT LIỆU LÀ GÌ?

VÌ SAO PHẢI HỌC VẬT LIỆU?

Kỹ thuật vật liệu

Thiết kế, chế tạo vật liệu có cấu trúc phù hợp với tính chất vật liệu theo yêu cầu sử dụng

Yêu cầu sử dụng GIỚI THIỆU VỀ VẬT LIỆU

PHÂN LOẠI VẬT LIỆU

Kim loại

Vai trò của vật liệu

Đối tượng của vật liệu học:

 Mối quan hệ giữa tính chất, cấu trúc & gia công vật liệu

 Thiết kế, lựa chọn, gia công vật liệu phù hợp yêu cầu sử dụng

Tính chất: - cơ học (cơ tính)

- vật lý (lý tính)

- hóa học (hoá tính)

- công nghệ và sử dụng Cấu trúc: - cấu trúc tinh thể của vật liệu

- Tổ chức pha của vật liệu Vật liệu kỹ thuật:

Chương 1: Cấu trúc tinh thể và sự hình thành1.1 Cấu tạo và liên kết nguyên tử:

Cấu tạo nguyên tử: các e chuyển động bao quanh hat nhân (p+n)

1s K L M N 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 6 4s 2

Liên kết kim loại:

Tính kim loại :

1.1 Cấu tạo và liên kết nguyên tử của vật liệu kim loại

Chương 1: Cấu trúc tinh thể và sự hình thành

Chất lỏng: có trật tự gần, không có trật tự xa

Chất rắn vô định hình: cấu trúc giống

chất lỏng trước khi đông đặc

Sự sắp xếp các nguyên tử trong vật chất

1.1 Cấu tạo và liên kết nguyên tử của vật liệu kim loại

Chất rắn giả tinh thể: có cấu trúc giả tinh

thể với trục đối xứng bậc 5, bậc 10.

Chất lỏng tinh thể: LCD

1.2 Khái niệm về mạng tinh thể

Nối tâm các nguyên tử sắp xếp trật tự bằng các đường thẳng tưởng tượng -> Mạng tinh thể

Ô cơ sở:

Ba nghiêng (tam tà) abc 

Một nghiêng (đơn tà) abc  ==900

Ba phương (mặt thoi) a=b=c  ==900

Sáu phương (lục giác) a=b c  ==900, =1200

Chính phương (bốn phương) a=b c  ===900

7 hệ tinh thể ( 7 Crystal system)

Cấu trúc tinh thể của vật liệu kim lọai

14 KIỂU MẠNG BRAVAIS

MỘT SỐ CẤU TRÚC TINH THỂ CỦA VẬT LIỆU

CaTiO3 – Calcium Titanate

K3C60 is an interesting material because of its superconducting properties (Tc = 20 K) and metal fullerides are the subject of much current research Sodium Chloride ( NaCl)

Structure observed as Cubes

Nút mạng [[x,x,x]]: dùng để biểu thị toạ độ của các nguyên tử

O A

C D

Họ phương, ký hiệu <uvw> ?

CHỈ SỐ MILLER CỦA PHƯƠNG MẠNG VÀ MẶT NGUYÊN TỬ

H, E ???

DFH (111), EFAB (100), ABCH(010)

Chỉ số mặt (chỉ số Miller-Bravais) (hkil):

i = - (h+k)

BÀI TẬP…

1.3 Một số cấu trúc tinh thể điển hình của vật rắn kim loại

a) Lập phương tâm khối (A2): Cr; W; Mo; Fe α

Số nguyên tử trong một ô cơ sở: Nô =

Bán kính nguyên tử: rnt =

Mặt xếp chặt nhất:

Phương xếp chặt nhất:

Mv = v nt /V ô =

Ô cơ sở : Khối lập phương cạnh bằng a.

1.3.1 Mạng tinh thể điển hình của vật liệu kim loại

a) Lập phương tâm khối (A2)

Lỗ hổng 8 mặt: tâm các mặt bên + giữa các cạnh, dlh = 0,154dng.t

Kim loại có kiểu mạng A2: Fe  , Cr, Mo, W……

Lỗ hổng 4 mặt: ¼ trên cạnh nối điểm giữa 2 cạnh đối diện, dlh = 0,291dng.t

Lỗ hổng : ……… Kích thước lỗ hổng: ………

1.3.1 Mạng tinh thể điển hình của vật liệu kim loại

Số nguyên tử trong một ô cơ sở: Nô =

Bán kính nguyên tử: rnt =

Mặt xếp chặt nhất:

Phương xếp chặt nhất:

Mv = v nt /V ô =

Ô cơ sở : Khối lập phương cạnh bằng a.

b) Lập phương tâm mặt (A1): Au; Ag; Cu; Al; Ni; Fe γ

1.3.1 Mạng tinh thể điển hình của vật liệu kim loại

Lập phương tâm mặt (A1)

c) Sáu phương xếp chặt (A3): Zn; Mg; Ti α , Be, Cd, Zr

c

a

1.3.1 Mạng tinh thể điển hình của vật liệu kim loại

Số nguyên tử trong một ô cơ sở: Nô =

Bán kính nguyên tử: rnt = a/2; c/a =

a

Dạng thù hình

1.3.2 Sai lệch trong mạng tinh thể

Phân loại: Sai lệch điểm, Sai lệch đường, Sai lệch mặt

a) Sai lệch điểm: kích thước nhỏ (cỡ vài nguyên tử) theo 3 chiều

K/n: các nguyên tử nằm sai vị trí quy định → a/h tính chất

Nguyên tử tạp chất

Nút trống và nguyên tử xen kẽ: nguyên tử chuyển động bứt khỏi nút mạng

b) Sai lệch đường – lệch: kích thước nhỏ cỡ vài nguyên tử theo 2

chiều và lớn theo chiều thứ ba.

Lệch biên: chèn thêm bán mặt vào nửa trên của mạng tinh thể lý tưởng.

Trục

lệch

Véctơ Burger: đóng kín vòng vẽ trên mặt phẳng vuông góc với trục lệch

1.3.2 Sai lệch trong mạng tinh thể

b // trục lệch.

trục lệch

Lệch xoắn: hai phần của mạng tinh thể trượt tương đối so với nhau một

hằng số mạng Các nguyên tử trong vùng lệch sắp xếp theo hình xoắn ốc

1.3.2 Sai lệch trong mạng tinh thể

+ Yếu tố ảnh hưởng:

- Kim loại sạch ở trạng thái ủ ρ = 108 cm-2

- Hợp kim và kim loại sau biến dạng nguội : ρ = 1010- 1012 cm-2

1.3.2 Sai lệch trong mạng tinh thể

c) Sai lệch mặt : kích thước lớn theo hai chiều và nhỏ theo chiều thứ ba,

tức có dạng của một mặt.

biên giới hạt và siêu hạt bề mặt ngoài tinh thể.

1.3.2 Sai lệch trong mạng tinh thể

1.4 Sự kết tinh và hình thành tổ chức kim loại

1.4.1 Điều kiện kết tinh

Biến đổi năng lượng khi kết tinh

1.4.2 Hai quá trình của sự kết tinh

1.4.2 Hai quá trình của sự kết tinh

1.4 Sự kết tinh và hình thành tổ chức kim loại

1.4.3 Sự hình thành hạt tinh thể

+ Mỗi mầm phát triển thành 1 hạt, hạt phát triển trước to hơn

+ Đặc điểm các hạt: ……… + Vùng biên hạt ……….→ sai lệch mặt

1.4.3 Sự hình thành hạt tinh thể

Hình dạng hạt tinh thể phụ thuộc phương thức làm nguội

+ Nguội đều theo mọi phương + Nguội nhanh theo hai phương

+ Nguội nhanh theo một phương + Nguội nhanh khi nhiệt luyện

1.4 Sự kết tinh và hình thành tổ chức kim loại

1.4.4 Các phương pháp tạo hạt nhỏ khi đúc

Kích thước hạt A phụ thuộc:………

……….

1.4 Sự kết tinh và hình thành tổ chức kim loại

1.4.4 Các phương pháp tạo hạt nhỏ khi đúc

Biến tính:………

………

Tác động vật lý : rung, siêu âm, đúc ly tâm,…

Tạo mầm ngoại lai: Kim loại có kiểu mạng tương tự (Ti),

hoặc chất tạo oxyt, nitrit Al 2 O 3 , AlN, khi đúc thép.

Hấp phụ: Na (0,01%) cho hợp kim nhôm đúc

Cầu hóa: Mg, Ce, các nguyên tố đất hiếm

1.4 Sự kết tinh và hình thành tổ chức kim loại

1.4.5 Cấu tạo thỏi đúc

a) Ba vùng tinh thể của thỏi đúc

3

1.4.5 Đơn tinh thể và đa tinh thể

Đơn tinh thể:  là một khối đồng nhất có cùng kiểu mạng và hằng số mạng, có phương không đổi trong toàn bộ thể tích

+ Có tính dị hướng

+ Chế tạo: công nghệ "nuôi" đơn

tinh thể.

1.4.5 Đơn tinh thể và đa tinh thể

Đa tinh thể:  là tập hợp của nhiều đơn tinh thể có cùng cấu trúc

thông số mạng nhưng định hướng khác nhau

Đặc điểm của đa tinh thể:

- các hạt: ……….

- biên hạt: ………

………

- đẳng hướng:

1.4.5 Đơn tinh thể và đa tinh thể

Tổ chức đa tinh thể (tổ chức tế vi)

quan sát bằng kính hiển vi

Chương 2: Biến dạng dẻo và cơ tính

2.1 Biến dạng dẻo và phá huỷ

Sơ đồ biểu diễn tải trọng-biến dạng điển hình của KL

Sự biến đổi mạng tinh thể ở các giai đoạn khác nhau trong quá trình biến dạng

Khái niệm về biến dạng dẻo

Là biến dạng không bị mất đi sau khi bỏ tải trọng tác dụng

Giai đoạn ban đầu:

Giai đoạn biến dạng đàn hồi:

Giai đoạn biến dạng dẻo

Giai đoạn phá huỷ:

Phá huỷ dẻo Phá huỷ giòn

(không có biến dạng dẻo)

Một số hình ảnh quan sát được tại vết

gãy của mấu thử (điểm c)

Trượt đơn tinh thể

Phương trượt :

Mặt trượt: Là mặt phân cách giữa hai mặt nguyên tử dày đặc nhất

mà tại đó xảy ra hiện tượng trượt

2 điều kiện của mặt trượt:

Là phương có mật độ nguyên tử lớn nhất

Hệ trượt: Là sự kết hợp giữa một phương trượt và một mặt trượt

Hệ trượt trong mạng A2

Họ mặt trượt: Số lượng:

Họ phương trượt <111>:

 số hệ trượt = số mặt x số phương =

Hệ trượt trong mạng A1

Họ mặt trượt: Số lượng:

Họ phương trượt <110>:

 số hệ trượt = số mặt x số phương =

Hệ trượt trong mạng A3

Họ mặt xếp chặt nhất: Số lượng:

Họ phương xếp chặt nhất <1120>:

 số hệ trượt = số mặt x số phương =

Nhận xét

Kim loại có số hệ trượt càng cao thì càng dễ biến dạng

Trong cùng một hệ tinh thể (lập phương): kim loại nào

có số phương trượt nhiều hơn thì dễ biến dạng dẻo hơn

Ứng suất tiếp gây ra trượt

Cơ chế trượt

Lý thuyết: th~

Thực tế: th~

Trượt trong đa tinh thể

Tổ chức và tính chất sau biến

dạng dẻo

 Các hạt có xu hướng dài ra theo phương kéo

 Sau biến dạng dẻo thì trong kim loại tồn tại ứng suất dư lớn do

xô lệch mạng tinh thể

 Sau biến dạng dẻo thì cơ tính thay đổi: độ cứng, độ bền tăng Độ dẻo và độ dai giảm Làm tăng điện trở và giảm mạnh khả năng chống ăn mòn của kim loại

a) phá huỷ trong điều kiện tải trọng tĩnh:

Phá huỷ dẻo:

Phá huỷ giòn:

 Cách nhận biết phá huỷ giòn và phá huỷ dẻo ( quan sát vết phá huỷ )

Phá hủy dẻo (tiết diện thay đổi) (tiết diện hầu như không đổi) Phá huỷ giòn

a) phá huỷ trong điều kiện tải trọng tĩnh (tiếp theo):

Phá huỷ dẻo

Phá huỷ giòn

Chú ý: vết phá hủy có thể cắt ngang các hạt hay theo biên giới hạt

a) phá huỷ trong điều kiện tải trọng tĩnh (tiếp theo):

Sự phụ thuộc của hình thức phá huỷ vào một số yếu tố:

Bề mặt của mẫu phá huỷ giòn

Cơ chế phá huỷ

Sợi Vếtcắt

1 Xuất hiện các vết nứt tế vi

2 Các vết nứt tế vi phát triển đến kích thước tới hạn

3 Các vết nứt tế vi phát triển đến kích thước lớn hơn giá

trị tới hạn

4 Các vết nứt tế vi phát triển nhanh

5 Phá huỷ vật liệu

Sự xuất hiện các vết nứt tế vi

- Theo con đường tự nhiện (nguội nhanh  nứt chi tiết)

- Từ các rỗ khí, bọt khí

- Từ các pha mềm trong vật liệu

- Sinh ra trong quá trình biến dạng do có tập hợp nhiều lệch cùng dấu chuyển động trên cùng một mặt trượt và gặp vật cản (pha thứ hai)

b) phá huỷ trong điều kiện tải trọng thay đổi theo chu kỳ

Đặc điểm:

Bề mặt phá hủy mỏi được chia làm 3 vùng:

Vùng 1 : rất mỏng (vùng của các vết nứt tế vi)

Vùng 2 : các vết nứt phát triển chậm Bề mằt phẳng nhưng có các lớp và dải phân cách

Vùng 3 : bằng phẳng, phá huỷ tức thời

b) phá huỷ trong điều kiện tải trọng thay đổi theo chu kỳ

Cơ chế của phá huỷ mỏi:

Nửa chu kỳ đầu Nửa chu kỳ sau

Chuyển động lặp lại nhiều lần  lệch không trở về đúng vị trí cân bằng ban đầu  sinh ra vết lõm  vết nứt tế vi

2.2 Các đặc trưng cơ tính

Cơ tính là gì?

Cách xác đinh cơ tính?

a) Độ bền tĩnh (  )

Giới hạn đàn hồi ( đh):

 là ứng suất lớn nhất tác dụng lên mẫu và làm cho mẫu không

bị biến dạng khi tải trọng mất đi

4

1 Độ bền theo lý thuyết

2 Độ bền của đơn tinh thể

3 Các kim loại nguyên chất sau ủ

4 Kim loại sau biến dạng, hoá bền……

10 8 /cm2

10 10 -10 12 /cm2

Các biện pháp hoá bền vật liệu

b) Độ dẻo (  %,  %)

Độ dẻo là gì? Hiện tượng đối với mẫu thử kéo:

Mẫu trước thử kéo Mẫu sau thử kéo Mẫu trước thử kéo Mẫu sau thử kéo

Các chỉ tiêu:

% 100

Trạng thái mẫu sau thử kéo (mẫu thép)

Ý nghĩa của độ dai va đập:

d) Độ cứng

Độ cứng là gì?

Đặc điểm:

Độ cứng brinell HB

Điều kiện chuẩn để xác định HB

cho thép và gang:

Ưu điểm:

Nhược điểm của loại độ cứng HB

Không thể đo được vật liệu có độ cứng cao hơn 450 HB

Mẫu phải phẳng, dày do vết đâm lớn

- Thời gian do chậm hơn các phương pháp khác, phải có

sự trợ giúp của các thiết bị quang học để xác định đướng kính vết lõm

Cách xác định độ cứng rockwell:

k = 100 với thang đo A, C với mũi đâm kim cương góc ở đỉnh 120 0

k = 130 với thang đo B dùng cho mũi bi thép

Chú ý: là loại độ cứng quy ước, không có thứ nguyên

Ưu điểm của loại độ cứng rockwell

Thang đo HR có thể đo được các vật liệu cứng cao:

Kết quả có thể được hiện ngay trên máy đo

Thời gian để xác định được giá trị độ cứng nhanh

Mẫu không cần phẳng

Bảng chuyển đổi giữa các thang đo độ cứng

2.3 Nung kim loại đã qua biến dạng dẻo

Trạng thái kim loại sau biến dạng dẻo:

Mức độ xô lệch trong mạng tinh thể lớn, mật độ lệch cao  kim loại bị hoá bền, biến cứng

Tại sao cần phải nung kim loại đã qua biến dạng dẻo?

- Để có thể tiếp tục biến dạng dẻo nhiều hơn nữa

- Để có thể gia công cắt được dễ dàng

- Khử bỏ ứng suất bên trong để tránh phá hủy giòn

Ảnh tổ chức của kim loại sau biến dạng dẻo

Trước khi biến dạng Sau khi biến dạng

Các giai đoạn chuyển biến khi nung nóng

Giai đoạn hồi phục

Các giai đoạn chuyển biến khi nung nóng

(tiếp theo)

Giai đoạn kết tinh lại

- Xảy ra ở nhiệt độ:

- Xuất hiện các mầm mới không chứa sai lệch do biến dạng

và thường xuất hiện tại các vùng bị xô lệch mạnh nhất (mặt

- Sự phát triển hạt hoàn toàn giống với quá trình kết tinh của

KL lỏng

- Sau kết tinh:

Yếu tố ảnh hưởng đến quá trình kết tinh lại

Nhiệt độ kết tinh lại Tktl:

Tổ chức hạt nhận được sau kết tinh lại

Chương 3: HỢP KIM & GIẢN ĐỒ PHA

3.1 Cấu trúc tinh thể của hợp kim

3.1.1 Khái niệm về hợp kim

Vật liệu  Mpa b.kéo , MPa  ch ,  , % HB

Pha A Pha B3.1.1 Khái niệm về hợp kim

Pha: ………

Cấu tử: ………

Hệ: ………

Phân loại tương tác trong hợp kim

3.2.1 Giản đồ pha của hệ hai cấu tử

3.2 Giản đồ pha Fe-C

Ảnh hưởng của nhiệt độ và thành phần

- T thay đổi - số lượng pha thay đổi (đường AB);

- C% thay đổi - số lượng pha thay đổi (đường BD).

% Đường (C 12 H 22 O 11 )

Nhiệt độ, 0C

1 pha 2 pha

L + R

Xα Xβ

βQuy tắc đòn bẩy: Mα Xα = Mβ Xβ

Giản đồ pha loại 1:

Hệ hai cấu tử không có bất kỳ tương tác nào với nhau (Pb-Sb).

X

(A+B)

Giản đồ pha loại 2

Hệ hai cấu tử tương tác và hoà

tan vô hạn vào nhau ở trạng

n X

Giản đồ pha loại 3

Hệ hai cấu tử tương tác và hoà tan có hạn vào nhau ở trạng thái rắn (Pb-Sn, Cu-Ag).

acdb  đường đặc

α = A(B);  = B(A)

E- điểm cùng tinh:

L  (+)

Giản đồ pha loại 4

Hệ hai cấu tử có tương tác hoá học tạo ra pha trung gian AmBn(Mg-Ca → Mg4Ca3)

Tách thành hai giản đồ pha 2 cấu tử đơn giản hơn

Quan hệ giữa GĐP & tính chất hợp kim

Tính chất của hợp kim là sự tổng hợp hay kết hợp tính chất của các pha thành phần.

 +Xe II  +Xe II +Le(+Fe 3 C)

 +P

L γ+L

N

J

C E

D F

G

S

Q

L

Các chuyển biến khi nguội chậm:

Chuyển biến bao tinh:………

Các tổ chức một pha trên GĐP Fe-Fe3C

Các tổ chức hai pha trên GĐP Fe-Fe3C

3.2.3 Phân loại thép-gang theo GĐP

Khái niệm: ……… . ……….… …………

Phân loại thép-gang theo GĐP

Gang: tương ứng với GĐP là gang

Chương 4: NHIỆT LUYỆN THÉP

4.1 Khái niệm về nhiệt luyện thép

 Nhiệt luyện là gì

 Mục đích:

 Đặc điểm của nhiệt luyện:

 Các chỉ tiêu đánh giá kết quả nhiệt luyện

4.2 Phân loại nhiệt luyện thép

1 Nhiệt luyện sơ bộ

2 Nhiệt luyện kết thúc

Phân loại nhiệt luyện thép (tiếp theo)

3 Hoá - Nhiệt luyện:

- thấm đơn nguyên tố: thấm C, N, Cr……

- thấm đa nguyên tố: thấm C-N,…

4 Cơ - Nhiệt luyện:

4.3 Các chuyển biến xảy ra khi nung nóng

4.3.1 Chuyển biến xảy ra khi nung nóng - sự tạo thành As

Nung chậm Chuyển biến cơ bản: P  Austenit Austenit

Các chuyển biến xảy ra khi nung nóng (tiếp theo)

2 Đặc điểm của chuyển biến P  Austenit

* Nhiệt độ chuyển biến: Thực tế nung nhanh (so với GĐP)

T 0 chuyển biến  phụ thuộc vào tốc độ nung

Giản đồ chuyển biến đẳng nhiệt khi nung

Các chuyển biến xảy ra khi nung nóng (tiếp theo)

* Kích thước hạt Austenit:

Đặc điểm cơ chế của chuyển biến P  Austenit:

Chuyển pha ở trạng thái rắn theo cơ chế:

Kích thước hạt Austenit:

A

4.4 Các chuyển biến xảy ra khi giữ nhiệt

Như vậy cần:

Giải thích:

T càng cao; hoặc thời gian giữ nhiệt càng dài  hạt ?

Mục đích:

4.5 Các chuyển biến xảy ra khi nguội chậm Austenit

 P (7000C): Xe tấm thô

 X (6500C): Xe nhỏ mịn hơn

 T (500-6000C): Xe nhỏ mịn hơn nữa

 B ( 250-4500C): F 0,1%C; Xe có công thức chưa hẳn Fe3C

Các chuyển biến xảy ra khi nguội chậm Austenit (tiếp theo)

Xác định thành phần tổ chức cuối cùng của

các trường hợp sau:

Austenit quá nguội

Các chuyển biến xảy ra khi nguội chậm Austenit (tiếp theo)

 Đặc điểm của sự phân hoá As khi làm nguội liên tục

* Tổ chức nhận được hoàn toàn phụ thuộc vào véctơ

nguội trên giản đồ TTT

* Chi tiết có tiết diện lớn: tổ chức sẽ không đồng nhất trên tiết diện do bên ngoài nguội nhanh, bên trong nguội chậm hơn

* Chỉ nhận được tổ chức hoàn toàn Bainit bằng cách

nguội đẳng nhiệt

Chú ý:

Các điều kiện trên chỉ đúng với thép Cacbon

4.5.3 Giản đồ chuyển biến đẳng nhiệt của Austenit quá nguội (thép khác cùng tích)

- Khi làm nguội đẳng nhiệt

với độ quá nguội nhỏ (hay

nguội chậm liên tục)  sẽ

tiết ra ra F (hoặc Xe) khi gặp

nhánh phụ.