Giáo trình vật liệu và công nghệ cơ khí part 1 doc

Nội dung của giáo trình đã được xây dựng trên cơ sở kế thừa những nội dung được giảng dạy ở các trường, kết hợp với những nội dung mới nhằm đáp ứng yêu câu nâng cao chất lượng đào tạo ph

©

PGS TS HOANG TUNG

GIAO TRINH VAT LIEU va CONG NGHE CO KHi

Sách dùng cho các trường đão tạo hỆ Trung học chuyên nghiệp

(Tái bản lân thứ tư)

NHÀ XUẤT BẢN GIÁO DỤC

Chịu trách nhiệm xuất bản - aa

Chủ tịch HĐQT kiêm Tổng Giám déc NGO TRAN AL Phó Tổng Giám đốc kiêm Tổng biên tập NGUYỄN QUÝ THAO

Biên tập nội dung :

NGUYEN THI HIEN

Bién tap mi thudt :

THUY HANH

Trình bày bìa :

THÚY HẠNH

“Sửa bản in:

THU HƯƠNG Chế bản :

'PHÒNG CHẾ BẢN (NXB GIAO DUC)

04 - 2006/CXB/152 - 1860/GD Mã số: 7K667T6 - DAI

L ời giới thiệu

Việc tổ chức biên soạn và xuất bản một số giáo trình phục vụ cho

đào tạo các chuyên ngành Điện - Điện tử, Cơ khí - Động lực ở các

trường THCN - DN là một sự cố gắng lớn của Vụ Trung học chuyên nghiệp - Dạy nghề và Nhà xuất bản Giáo dục nhằm từng bước thống nhất nội dung dạy và học ở các trường THCN trên toàn quốc

Nội dung của giáo trình đã được xây dựng trên cơ sở kế thừa những nội dung được giảng dạy ở các trường, kết hợp với những nội

dung mới nhằm đáp ứng yêu câu nâng cao chất lượng đào tạo phục vụ

sự nghiệp công nghiệp hóa, hiện đại hóa Đề cương của các giáo trình

đã được Vụ Trung học chuyên nghiệp - Dạy nghề tham khảo ý kiến của

một số trường như : Trường Cao đẳng Công nghiệp Hà Nội, Trường

TH Việt - Hung, Trường TH Công nghiệp II, Trường TH Công nghiệp

HI v.v và đã nhận được nhiêu ý kiến thiết thực, giúp cho tác giả biên

soạn phà hợp hơn

Giáo trình do các nhà giáo có nhiều kinh nghiệm giảng dạy ở các

trường Đại học, Cao đẳng, THCN biên soạn Giáo trình được biên

soạn ngắn gọn, dễ hiểu, bổ sung nhiều kiến thức mới và biên soạn theo quan điển mở, nghĩa là, để cập những nội dụng cơ bản, cốt yếu để tuỳ theo tính chất của các ngành nghề đào tạo mà nhà trường tự điêu

chỉnh cho thích hợp và không trái với quy định của chương trình khung đào tạo THCN

Tuy các tác giả đã có nhiều cố gắng khi biền soạn, nhưng giáo trình

chắc không tránh khỏi những khiếm khuyết Vụ trung học chuyên

nghiệp - Dạy nghề đề nghị các trường sử dụng những giáo trình xuất bản lân này để bổ sung cho nguồn giáo trình đang rất thiếu hiện nay, nhằm phục vụ cho việc dạy và học của các trường đạt chất lượng cao hơn Các giáo trình này cũng rất bổ ích đối với đội ngũ kỹ thuật viên,

công nhân kỹ thuật để nâng cao kiến thức và tay nghề cho mình

Hỳ vọng nhận được sự góp ý của các trường và bạn đọc để những

giáo trình được biên soạn tiếp hoặc tdi bản lần sau có chất lượng tốt

hơn Mọi góp ý xin gửi về Nhà XBGD - 81 Trân Hưng Đạo - Hà Nội

Vu THCN - DN

L ời nói đầu

Giáo trình Vật liệu và công nghệ

THCN - DN, Bộ Giáo dục & Đào tạo

cơ khí được biên soạn theo dé cương đo vụ xây dựng và thông q44 Nội dung được biên

g toàn bộ giáo trình có

mốt liên hệ lôgíc chặt chẽ Tuy vậy giáo trình cũng chỉ là một phần trong nội dụng của chuyên ngành đào tạo cho nên người dạy, người học cân tham khảo thêm các

ình học để việc sử dụng giáo trình có hiệu quả hơn

giáo trình có liên quan đối với ngài

Khi biên soạn giáo trình, chúng tôi đấ cố gắng cập nhật những kiến thức mới

có liên quan đến môn học và phù hợp với đối tượng sử dụng cũng như cổ gắng gắn những nội dung lý thuyết với vấn đề thực tế thường gặp trong sản xuất, đời

sống để giáo trình có tính thực tiễn

Nội dung của giáo trình được biên soạn với

Bài mở đầu

Phân I - Vật liệu dùng trong công nghệ cơ khí ;

Phân II - Công nghệ chế tạo phôi ; Phdn I - Công nghệ bề mặt ; Phân IV - Công nghệ gia công cắt gọi ; Phân V - Chỉ tiêu đánh giá về kinh tế - kỹ thuật ;

Ôn tập và kiểm tra

Trong quá trình sử dụng, tuỳ theo yêu câu cụ thể có thể điêu chỉnh số tiết trong mỗi chương Trong giáo trình, chúng tôi không dé ra nội dung thực tập của từng chương, vì trong thiết bị phục vụ cho thực tập của các trường không đông nhất Vì vậy, căn cứ vào trang thiết bị đã có của từng trường và khả năng

tổ chức cho học sinh thực tập ở các xí nghiệp bên ngoài mà trường xây dựng

Giáo trình được biên soạn cho đối tượng là học sinh THCN, Công nhân lành nghề bậc 317 và nó cũng là tài liệu tham khảo bể ích cho sinh viên Cao đẳng kỹ thuật cũng như Kỹ thuật viên đang làm việc Ở các cơ sở kinh tế của nhiều lĩnh

vực khác nhau

mong nhận được ý kiến đóng góp của người sử dụng để lần tái bản sau được hoàn chỉnh hơn Mọi góp ý xin được gửi về Nhà XBGD - 81 Trần Hưng Đạo, Hà Nội

Tác giả

dung lượng 70 tiết gôm

BÀI MỞ ĐẦU

GIỚI THIỆU QUÁ TRÌNH CÔNG NGHỆ SẲN XUẤT CƠ KHÍ

Môn học vật liệu và công nghệ cơ khí là môn học rất gần với kĩ thuật công nghệ, nó khái quát quá trình sản xuất cơ khí và các phương pháp công nghệ gia

công kim loại và hợp kim để chế tạo các chỉ tiết máy hoặc kết cấu máy

Quá trình sản xuất và chế tạo đó bao gồm nhiều giai đoạn khác nhau, có thể

tóm tất quá trình này theo sơ đồ sau :

Thiên nhiê trợ dung

ue : Ché tao vat Luyện kim (cho Phi kimloại liệu ⁄ kim loại, hợp kim)

L————

Đúc, cần, rèn, đập,

hàn

Phế phẩm

& phế liệu

Gia công 'Tiện, khoan, phay,

cắt gọt : han

[phe phim —— & phế liệu

Nhiệt luyện,

hoá nhiệt luyện,

mạ, SƠN

Sản phẩm cơ khí

„_ (Chỉ tiết máy)

Sơ đồ quá trình sản xuất cơ khí

Nội đụng của môn học Vật liệu và Công nghệ cơ khí bao gồm những phần

chủ yếu sau :

— Vật liệu dùng trong công nghệ cơ khí

Giới thiệu các tính chất cơ bản của kim loại, hợp kim và vật liệu phi kim loại đùng trong sản xuất cơ khí Những khái niệm tổng quan về cấu trúc và sự thay đối cấu trúc của chứng ở những điều kiện xử lý nhiệt khác nhau Qua đó học sinh nắm được một số kim loại, hợp kim của chúng và vật liệu phi kim loại thường dùng trong sản xuất cơ khí như thép, gang, đồng, nhôm, chất dẻo

— Các phường pháp công nghệ chế tạo phôi

Giới thiệu các phương pháp công nghệ chế tạo phôi dùng cho quá trình gia

công cơ khí, bao gồm phương pháp đúc, gia công áp lực và hàn, cất kim loại bằng khí

— Công nghệ gia công cắt gọt

Giới thiệu công nghệ, thiết bị va dung cy ding trong gia công cắt gọt trên

máy Đồng thời cũng giới thiệu những khái niệm, những hiện tượng vật lý xây

ra trong quá trình cất

— Công nghệ bê mặt

Giới thiệu các phương pháp xử lý nhiệt bê mặt kim loại, nhằm nâng cao tính chất cơ lý của lớp kim loại bể mặt và nâng cao khả năng làm việc của chỉ tiết

máy

— Các chỉ tiêu đánh giá về kinh tế— kỹ thuật

Giới thiệu các khái niệm vẻ chất lượng sản phẩm, các tiêu chuẩn kỹ thuật đánh giá chất lượng, các yếu tố đánh giá về giá trị kinh tế,

Nội dung môn học vật liệu và công nghệ cơ khí là những kiến thức cơ sở gần với chuyên môn, nội dung lý thuyết của môn học được đúc kết từ thực tiễn sản xuất và luôn luôn gắn liễn với thực tiễn sản xuất Vì thế môn học này nhằm

cung cấp những kiến thức cơ sở kỹ thuật, những hiểu biết thực tế để phục vụ cho

việc học tốt các môn kỹ thuật tiếp theo

Đông thời trong quá trình học môn học này để tiếp thu tốt lý thuyết, cần phải gắn liên với thực tiễn sản xuất, đặc biệt là gắn liền với đợt thực tập tại xưởng trường

Phan |

VAT LIEU DUNG TRONG CONG NGHE CO KHÍ

Chương 1

NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN

VỀ KIM LOẠI VÀ HỢP KIM

1.1 TÍNH CHẤT CHUNG CỦA KIM LOẠI VÀ HỢP KIM

Kim loại và hợp kim được sử đụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp để chế tạo các chỉ tiết máy, máy móc

Tuy nhiên khi sử dụng chế tạo chúng, cần phải dựa vào các yêu cầu kỹ thuật để lựa chọn kim loại và hợp kim thích hợp, bảo đảm chất lượng và tính

kinh tế của sản phẩm

Muốn vậy phải nấm được các tính chất của chúng Thông thường kim loại

và hợp kim được đánh giá bằng các tính chất cơ bản sau đây :

1.1.1 Cơ tính

Là những đặc trưng cơ học biểu thị khả năng của kim loại bay hợp kim chịu được tác động của các loại tải trọng Các đặc trưng đó bao gồm :

a) Độ bên : là khả năng của vật liệu chịu được tác động của ngoại lực mà không bị phá huỷ Độ bên được ký hiệu bằng chữ ø (xích ma)

Tuỳ theo dạng khác nhau của ngoại lực ta có các loại độ bên : độ bền kéo (ơy) ; độ bên uốn (0u) ; độ bền nén (Gn)

Khi chế tạo ra một loại vật liệu, độ bên được xác định ngay trong phòng thí

nghiệm theo các mẫu ứng với các tải trọng tác động

Trên hình 1.1 giới thiệu sơ độ mẫu đo độ bên kéo khi đặt ngoại lực P (N) lên một thanh kim loại có điện tích tiết diện ngang E(mn?) Luc P tăng dần đến khi mẫu đứt, khi đó :

Giá trị độ bên tính theo công thức :

= E (N/mm?)

Như vậy tại thời điểm khi P đạt đến giá

—— —C ]|} ~- trị nào đó làm cho

thanh kim loại bị đứt sẽ

ứng với giới hạn bên

Hình 1.1 Sơ đồ mẫu áo độ bên kéo 61 kéo của vật liệu đó

Tương tự ta có thể đo được độ bên uốn, độ bền nén Đơn vị đo độ bên được

tinh bang N/mm? ; KN/m hay MN/m?

b) Độ cứng : là khả năng của vật liệu chống lại biến dạng dẻo cục bộ khi có ngoại lực tác dụng lên kim loại thông qua vật nền Nếu cùng một giá trị lực nén, vết lõm biến dạng trên mẫu đo càng lớn, càng sâu thì độ cứng của mẫu kim loại

dé càng kém

Đo độ cứng là phương pháp thử đơn giản và nhanh chóng để xác định tính

chất của vật liệu mà không cần phá hồng chỉ tiết Độ cứng có thể đo bằng nhiều

phương pháp, nhưng đếu ding tải trọng nén thông qua viên bi bằng thép đã

nhiệt luyện cứng hoặc mũi kim cương hình nón hoặc mũi kim cương hình chóp

ép lên bề mặt của vật liệu muốn thử, đông thời xác định kích thước vết lễm in trên bề mặt vật liệu đó

Ví dụ : đo độ cứng bằng viên bì (gọi là P

phương pháp Brinen) Để đo độ cứng Brinen người ta dùng tải trọng P để ấn viên bi bằng Ð

thép đã nhiệt luyện, có đường kính D lên bề mặt vật liệu muốn thử (hình 1.2)

Độ cứng Brinen được tính theo công thức :

P

== 1

Ở day, F-dién tich mat cdu của vết Hình 1.2 Sơ đô phương pháp áo lõm (mm?) độ cứng Brinen

P- tải trọng nén vào viên bi (N)

HB- Độ cứng Brinen (kN/m')

Độ cứng HB dùng kiểm tra các vật liệu có độ cứng không lớn hơn 450 (kN/m?)

c) Độ dấn dài tương đối (B%] là tỷ lệ tính theo phần trăm giữa lượng đãn dài sau khi kéo và chiều đài ban đầu

io Ở đây : lạ va l, — độ đài mẫu trước và sau khi kéo tính cùng đơn vị đo (mm)

Vat liệu có độ dãn dài (8%) càng 16m thì càng đẻo và ngược lại

8

đ) Độ dai va cham (a,) Có những chỉ tiết máy khi làm việc phải chịu các

của vật liệu bởi các tải trọng đó mà không bị phá buý gọi là độ dai va chạm Ký

hiệu của nó là a, (J/mm?) hay (1/m?) : 1.1.2 Lý tính

: Là những tính chất của kim loại thể hiện qua các hiện tượng vật lý khi thành phần hoá học của kim loại đó không thay đổi

Lý tính cơ bản của kim loại gồm có : khối lượng riêng, nhiệt độ nóng chảy, tính đãn nở, tính dẫn nhiệt, tính dẫn điện và từ tính

-Khối luợng riêng là khối lượng cha 1 cm vật chất Nếu gọi m là khối lượng của vật chất, V là thể tích của vật chất, y là khối lượng riêng của vật chất, thì ta có công thức :

Y == (giem°)

Ứng dụng của khối lượng riêng trong kỹ thuật rất rộng rãi, nó không những

có thể giải quyết một số vấn đề thực tế Ví dụ, những vật lớn như thép đường ray, thép hình rất khó cân được khối lượng, nhưng vì biết được khối lượng riêng

dùng công thức để tính ra khối lượng của chúng

Nhiệt độ nóng chay là nhiệt độ nung nóng, đến đó thì làm cho kim loại từ thể rấn trở thành thể lỏng

Sắt nguyên chất chẩy ở nhiệt độ 1530°C Điểm chảy của gang là 1130 — 1350°C

(do hàm lượng cacbon trong gang quyết định) Điểm chảy của thép là 1400-1500°C

(do ham lugng cacbon trong thép quyết định)

Tính chất này rất quan trọng đối với công nghiệp chế tạo Cơ khí, vì phương pháp chế tạo các chỉ tiết máy rẻ tiền nhất là phương pháp đúc, nhưng khí dùng phương pháp đúc thì kim loại cần phải có tính chây loãng tốt Tính chảy loãng của kim loại ở thể lỏng tốt hay xấu do nhiệt độ nóng chảy của kim loại quyết định, nhiệt độ nóng chây càng thấp thì tính chảy loãng của kim loại càng tốt

~ Tính dấn nở : là khả năng dẫn nở của kim loại khi nung nóng Độ đãn nở

gọi là hệ số dân nở theo chiêu đài Ví dụ, hệ số đãn nở theo chiêu đài của sắt nguyên chất là 0.0000118, của thép là 0.0000120

~— Tính dẫn nhiệt : là khả năng dẫn nhiệt của kim loại Độ dẫn nhiệt của các kim loại và hợp kim không giống nhau Ví dụ, gang thép đều có tính dẫn nhiệt tốt nhưng kém xa so với đồng và nhôm Nếu 1ấy hệ số dẫn nhiệt của bạc là 1 thì cha đồng : 0,9, nhôm : 0,5 va sắt chỉ có 0,15

~ Tính dẫn điện : là khả năng truyền dòng điện của kim loại Kim loại đều

là vật dẫn điện tốt, nhất là bạc, sau đó đến đồng và nhôm, nhưng đo bạc đất tiên

nên kim loại được dùng nhiều nhất trong kỹ thuật để làm vật dẫn điện là đồng

và nhôm Nói chung, kim loại nào có tính dẫn nhiệt tốt thì tính dẫn điện cũng tốt Hợp kim nói chung có tính dẫn điện kém hơn so với kim loại

~'Từ tính : là khả năng dẫn từ của kim loại Sắt, niken, coban và hợp kim của

chúng đều có từ tính thể biện rất rõ rệt nên chúng được gọi là kim loại từ tính

1.1.3 Hoá tính

Là độ bên của kim loại đối với những tác dụng hoá học của các chất khác như : oxi, nước, axít v.v mà không bị phá huỷ

Tinh năng hoá học cơ bản của kim loại có thể chia thành mấy loại sau : a) Tính chịu ăn mòn : là độ bên của kim loại đối với sự ăn mòn của môi trường xung quanh

b) Tính chịu nhiệt : là độ bên của kim loại đối với sự ăn mòn của oxi trong không khí nhiệt độ cao hoặc đối với tác dụng ăn mòn của một vài thể lỏng hoặc thể khí ở nhiệt độ cao

c) Tính chịu axft : là độ bên của kim loại đối với sự ăn mòn của axít

1.1.4 Tính công nghệ

Là khả năng thay đổi trạng thái của kim loại, hợp kim, tính công nghệ bao gầm các tính chất sau :

a) Tính đúc : được đặc trưng bởi độ chảy loãng, độ co và tính thiên tích

Độ chảy loãng biểu thị khả năng điển đầy khuôn của kim loại và hợp kim

Nếu độ chảy loãng càng cao thì tính đúc càng tốt

Độ-co càng lớn thì tính đúc càng kém

b) Tính rèn : là khả năng biến dạng vĩnh cửu của kim loại khi chịu tác dụng cũa ngoại lực để tạo thành hình đạng của chi tiết mà không bị phá huỷ

Thép có tính rèn cao khi nung ở nhiệt độ phù hợp sẽ có tính đẻo tương đối lớn Gang không có khả năng rèn vì giòn Đông, chì có tính rèn tốt ngay cả

trong trạng thái nguội

c) Tính bàn : là khả năng tạo thành sự liên kết giữa các phần tử hàn khi được nung nóng chỗ hàn đến trạng thái chảy hay déo

1.2 CAU TAO CUA KIM KOAI VA HOP KIM 1.2.1 Cấu tạo của kim loại nguyên chất

Khác với vật liệu phi kim có cấu tạo định hình, kim loại có cấu tạo tỉnh thể

Trong một.đơn vị tỉnh thể xét ở trạng thái rắn, các nguyên tử kim loại phân

- bố theo một quy luật nhất định Tuỳ thuộc vào loại kim loại và các điều kiện

10