Vật liệu cơ khí có vai trò quan trọng trong tất cả các lĩnh vực kỹ thuật .Đưa máy tính của bạn hoặc điện thoại di động là một ví dụ và tự hỏi mình , " Tại sao nó được làm từ các vật liệu
Trang 1TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM MÔN VẬT LIỆU HỌC – GIÁO VIÊN :NGUYỄN VĂN THỨC
BÁO CÁO CHUYÊN ĐỀ
Tên Đề tài :
VẬT LIỆU CƠ KHÍ
TP HỒ CHÍ MINH 2014
Trang 2TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM MÔN VẬT LIỆU HỌC – GIÁO VIÊN :NGUYỄN VĂN THỨC
BÁO CÁO CHUYÊN ĐỀ
Tên Đề tài :
VẬT LIỆU CƠ KHÍ
TP HỒ CHÍ MINH 2014
Trang 3Câu 1 : Vai trò của vật liệu cơ khí trong quá trình Công Nghiệp Hóa – Hiện Đại Hóa
Vật liệu cơ khí ngày càng chứng tỏ vai trò quan trọng trong quá trình CNH-HDH ở nước ta Trên thực tế,
các loại vật liệu kim loại và vật liệu phi kim loại như : vật liệu ceramic,vật liệu composite ,vật liệu
polymer vật liệu và công nghệ nano… đã được ứng dụng triển khai vào sản xuất, kinh doanh trong quá trình CNH-HDH ở nước ta hiện nay
Vật liệu cơ khí là gì ?
Vật liệu cơ khí là tất cả xung quanh chúng ta Từ các tòa nhà để vận chuyển đến các thiết bị điện tử , chúng tôi sử dụng hàng ngày , các tài liệu liên quan đã được thiết kế hoặc lựa chọn cẩn thận cho các nhiệm vụ
Vật liệu cơ khí có vai trò quan trọng trong tất cả các lĩnh vực kỹ thuật Đưa máy tính của bạn hoặc điện thoại di động là một ví dụ và tự hỏi mình , " Tại sao nó được làm từ các vật liệu này ? " Hoặc "Tại sao nó được thiết kế theo cách đặc biệt này ? " Hay thậm chí " Nó sẽ có thể để làm cho nó nếu nó không được làm từ các vật liệu này ? " Để trả lời câu hỏi như vậy , chúng ta phải nghiên cứu kỹ vào thế giới của kỹ thuật vật liệu
Vật liệu cơ khí được chia thành 2 loại ,dựa theo nguồn gốc ,cấu tạo và tính chất :
Vật liệu kim loại
Vật liệu phi kim loại
→Trong Vật liệu kim loại được chia thành 2 loại :
+Kim loại đen
+Kim loại màu
Vật liệu phi kim loại được chia thành nhiều loại
- Chất dẻo
- Cao su
- Gỗ
- Loại khác
Những vật dụng hằng ngày của chúng ta đều gắn liền với chúng , một nước với sự phát triển và đẩy mạnh Công nghiêp hóa – Hiện đại hóa đất nước thì không thể làm nhẹ sự phát triển của ngành vật liệu hay nói cách khác vật liệu cơ khí có vai trò quan trọng cho sự phát triển nhanh chóng của đât nước nó dược ứng dụng vô rất nhiều lĩnh vực trong đời sống của chúng ta
Ngày nay trong các lĩnh vực công nghiệp ,quốc phòng ,đời sống … Đòi hỏi vật liệu sử dụng cần phải có rất nhiều tính chất khác nhau ví dụ: khi cần có tính dẫn diện rất cao để dung trong các ngành điện lực ,lúc lại có yêu càu có độ cứng lớn để làm các laoi5 dụng cụ cắt gọt kim loại ,khi lại cần có đồ bền lớn để làm các cấu kiện xây dựng hoặc phải có tính dẻo cao để cán dập ,kéo nguội hay cần độ bền cao nhưng khối lượng riêng nhỏ để đáp ứng dung cho ngành công nghiệp hang không …tất cả các yêu cầu này đều có thể được đáp ứng bởi vật liệu cơ khí cũng như các loại vật liệu mới
Một số công dụng của vật liệu cơ khí ứng dụng vào ngày nay:
→Vật liệu kim loại
1 Đồng:
Kim loại có màu hồng, kết tinh ở dạng lập phương diện tâm Khối lượng nguyên tử 63,54 Trọng lượng riêng 8,93g/cm3 Nhiệt độ chảy 10830C Nhiệt độ sôi 23600C
Trang 4Đồng là 1 trong số kim loại quan trọng bậc nhất của công nghiệp Nó có nhiều tính năng ưu việt: độ dẫn điện và dẫn nhiệt cao, ít bị ôxi hoá, có độ bền cao và độ chống ăn mòn tốt Đồng có khả năng tạo nhiều hợp kim với các kim loại màu khác cho nhiều tính chất đa dạng
Đồng được dùng nhiều nhất trong kỹ thuật điện (chiếm khoảng 50% tổng lượng đồng) Trong lĩnh vực này người ta dùng đồng làm dây và thanh dẫn điện, dùng làm các chi tiết trong máy điện vô tuyến điện, điện tín, điện thoại v.v Với mục đích này đồng được dùng ở các dạng sạch (trên 99,95%Cu) để bảo đảm độ dẫn điện cao
Một phần lớn đồng được dùng để chế tạo đồng thau, đồng thanh và các hợp kim khác dùng trong chế tạo máy, chế tạo tàu biển, ôtô và nhiều thiết bị khác (25 – 30% tổng lượng đồng) Hợp kim đồng với Niken có tính chống ăn mòn cao và dễ gia công, được dùng để chế tạo máy chính xác, y cụ, hoá tinh vi và dùng để dập tiền kim loại
Đồng là vật liệu tốt để chế tạo thiết bị hoá học: thiết bị chân không, thiết bi trao đổi nhiệt, nồi chưng cất v.v
Đồng còn được dùng làm chất cho thêm vào thép kết cấu để tăng tính chống ăn mòn và tăng giới hạn chảy cuả thép Ngoài ra đồng còn được dùng trong xây dựng Muối đồng dùng để chế tạo sơn, thuốc trừ sâu và thuộc da
Trong thời gian gần đây người ta có xu hướng dùng vật liệu thay thế đồng như dùng nhôm thay thế đồng trong kỹ thuật điện, dùng hợp kim cơ sở kẽm thay thế cho đồng thanh Những biện pháp đó chỉ có tính chất tiết kiệm đồng mà không hề làm giảm vai trò quan trọng của đồng
2 Niken
Kim loại có màu xám, kết tinh ở dạng lập phương diện tâm Khối lượng nguyên tử 58,71 Trọng lượng riêng 8,9g/cm3 Nhiệt độ nóng chảy 1455oC Nhiệt độ sôi 3075oC
Niken có nhiều tính năng đặc biệt Niken cứng nhưng lại dẻo, dễ cán kéo và rèn nên dễ gia công thành nhiều dạng khác nhau: tấm mỏng, băng, ống Niken có nhiệt độ chảy cao, vì vậy được dùng rộng rãi trong
kỹ thuật nhiệt độ cao Niken không bị ôxi hoá khi để lâu trong không khí ngay cả ở nhiệt độ cao đến 500oC Độ bền chống ăn mòn và độ bền cơ của Niken cao hơn các kim loại màu khác Niken, cũng như sắt và Coban, có từ tính Niken tạo thành hợp kim với nhiều tính chất quý: bền, dẻo, chịu axit, chịu nóng, điện trở cao
Niken được sử dụng trong nhiều ngành công nghiệp: chế tạo máy, hàng không, kỹ thuật tên lửa, chế tạo ôtô, máy hoá, kỹ thuật điện, chế tạo dụng cụ, công nghiệp hoá học, dệt và thực phẩm
Thép không rỉ thường chứa 6 – 8% Ni (18 – 20%Cr) dùng làm vật liệu chống ăn mòn và chống axit trong công nghiệp đóng tàu, thiết bị hoá học
Hợp kim chịu nóng niken với crôm (niken là thành phần chủ yếu) là vật liệu vô cùng quan trọng Hợp kim này dùng để chế tạo cánh động cơ phản lực, ống chịu nóng và nhiều chi tiết của máy bay phản lực và tuyếc bin khí
Nicrôm là hợp kim chứa 75 – 85%Ni, 10 – 20% Cr và một ít sắt dùng làm dây nung Hợp kim này có điện trở cao và không bị ôxi hóa ở nhiệt độ cao
Hợp kim pecmaloi là hợp kim niken với sắt có độ thẩm từ lớn, được dùng trong kỹ thuật điện
Niken còn được dùng để bảo vệ các kim loại màu khác khỏi bị ăn mòn bằng cách mạ Một số lượng lớn niken dùng để chế tạo acquy kiềm có dung lượng cao và bền vững Ngoài ra niken còn được dùng làm chất xúc tác thay cho platin đắt tiền
3 Chì
Kim loại có màu xám xanh, kết tinh ở dạng lập phương diện tâm Khối lượng nguyên tử 207,19 Trọng lượng riêng 11,34g/cm3 Nhiệt độ chảy 327,4oC Nhiệt độ sôi 1740oC
Chì chiếm địa vị quan trọng trong công nghiệp Nó có các tính chất đặc biệt sau: mềm dẻo, trọng lượng riêng lớn, nhiệt độ chảy thấp, nhiệt độ sôi cao, độ bền hoá học lớn Dưới tác động của axit bề mặt chì tạo nên một lớp màng bảo vệ chắc Chì có khả năng tạo hợp kim với nhiều kim loại khác màu khác
Chì được sử dụng rộng rãi trong kỹ thuật điện, công nghiệp hoá học, hàng không, ôtô, máy kéo
Trong kỹ thuật điện chì được dùng làm vỏ cáp điện chống ăn mòn (khoảng 15 – 20% tổng lượng chì)
Trang 5Công nghiệp acquy dùng chì rất nhiều (khoảng hơn 30% tổng lượng chì) Sườn cực acquy làm bằng hợp kim chì với antimon, bột hoạt là hỗn hợp chì và oxit chì
Trong công nghiệp hoá học và luyện kim màu chì được dùng ở dạng lá để lót các thiết bị hoá học và bể điện phân nhằm chống tác động của dung dịch axit
Chì được dùng trong hợp kim đồng thanh, đồng thau, hợp kim hàn Các hợp kim này dùng trong chế tạo máy và kỹ thuật điện (hợp kim hàn dùng tới 15% tổng lượng chì) Hợp kim chữ in là hợp kim cơ sở chì có thêm atimon và thiếc
Kỹ thuật năng lượng hạt nhân dùng chì để hấp thụ tia γ Chì được dùng trong quốc phòng để chế tạo trái phá và lõi đạn Ngoài ra người ta còn dùng chì ở dạng hợp chất têtraêtin pha vào xăng, dạng ôxit dùng làm sơn, dùng trong công nghiệp cao su, sứ, thuỷ tinh
→Vật liệu phi kim loại như vật liệu ceramic,vật liệu composite ,vật liệu polymer…
Vỏ động cơ tên lửa
Vỏ tên lửa, máy bay, tàu vũ trụ
Bình chịu áp lực cao
Ống dẫn xăng dầu composite cao cấp 3 lớp (Sử dụng công nghệ cuốn ướt của Nga và các tiêu chuấn sản xuất ống dẫn xăng, dầu)
Ống dẫn nước sạch, nước thô, nước nguồn composite (hay còn gọi là ống nhựa cốt sợi thủy tinh);
Ống dẫn nước thải, dẫn hóa chất composite;
Ống thủy nông, ống dẫn nước nguồn qua vùng nước ngậm mặn, nhiễm phèn;
Vỏ bọc các loại bồn bể, thùng chứa hàng, mặt bàn ghế, trang trí nội thất, tấm panell composite;
Hệ thống ống thoát rác nhà cao tầng;
Hệ thống sứ cách điện, sứ polymer, sứ cilicon, sứ epoxy các loại sứ chuỗi, sứ đỡ, sứ cầu giao, sứ trong các bộ thiết bị điện, chống sét, cầu chì;
Lốp xe ô tô, xe máy, xe đạp;
Vỏ tàu thuyền composite (vỏ lãi)
Thùng rác công cộng
Mô hình đồ chơi trẻ em
Câu 2 :Quá trình kết tinh của hợp kim Fe – C với , 0.4 , 0.8 , 1.2 %C khi làm nguội chậm từ trạng thái lỏng
Theo thành phần C, thép được chia làm 3 nhóm chính: trước cùng tích (0.02 – 0.8%C), cùng tích (0.8%C), và sau cùng tích (0.8 – 2.14%C).
→ Qúa trình kết tinh của hợp kim Fe- C với 0.4%C khi làm nguội từ trạng thái lỏng
Làm nguội hợp kim trước cùng tích được biểu thị bằng đường thẳng đứng yy’ trên hình Tại khoảng 875⁰C, điểm c, cấu trúc vi mô chỉ gồm các hạt tinh thể austenite Khi làm nguội đến điểm d, khoảng 775⁰C, trong vùng α + ɣ, cả 2 phase này cùng tồn tại Hầu hết các hạt α nhỏ đều hình thành dọc theo biên giới hạt ɣ Có thể dễ dàng xác định thành phần của ferrite và austenite bằng cách áp dụng quy tắc đong bẩy và đường đẳng nhiệt tương ứng.
Trang 6_Sơ đồ minh họa các cấu trúc vi mô của thép trước cùng tích (Cₒ < 0.8%C) khi làm nguội
từ bên trong vùng phase austenite đến dưới nhiệt độ cùng tích.
Căn cứ vào tổ chức khác nhau trên giản đồ pha ta có ba loại thép và ba loại gang khác nhau.
Thép tương ứng với giản đồ pha Fe - C là loại hợp kim ngoài Fe với C < 2,14% ra chỉ chứa lượng không đáng kể các nguyên tố khác (xem mục 5.1.1a), được gọi là thép cacbon hay thép thường, gồm ba loại nhỏ sau đây.
- Thép trước cùng tích với lượng cacbon biến đổi từ 0,10 đến 0,70%, tức ứng với bên trái điểm S
có tổ chức ferit (sáng) + peclit (tối) mà các tổ chức tế vi được trình bày ở hình 3.22 Phần lớn thép thường dùng nằm trong loại nhỏ này song tập trung hơn cả vào loại ≤ 0,20%C rồi tiếp đến 0,30 - 0,40%C Theo tính toán từ quy tắc đòn bảy, khi lượng cacbon tăng lên thì trên tổ chức tế vi
Trang 7tỷ lệ phần peclit (màu tối) cũng tăng lên, còn phần ferit (màu sáng) giảm đi Nếu không chứa cacbon (hay quá ít, 0,02 - 0,05%) có thể coi là sắt nguyên chất với tổ chức hầu như ferit (hình 3.19a) tức chỉ có các hạt sáng Với 0,10%C (hình 3.22a) phần tối (peclit tấm) chiếm khoảng 1/8, với 0,40%C (hình 3.22b) là 1/2 và với 0,60%C (hình 3.22c) là 3/4, cuối cùng là 0,80%C (hình 2.20a) thì toàn bộ là màu tối (peclit tấm) Vậy đối với loại thép này lượng cacbon của nó được tính bằng tỷ lệ phần tối nhân với 0,80%.
- Thép cùng tích với thành phần 0,80%C (có thể xê dịch một chút) tức ứng với điểm S có tổ chức chỉ gồm peclit.
Trang 8
Hình Tổ chức tế vi của các thép trước cùng tích (x500):
a 0,10%C,
b 0,40%C,
c 0,60%C.
- Thép sau cùng tích với thành phần ≥ 0,90%C (thường chỉ tới 1,50%, cá biệt có thể tới 2.0 - 2,2%) tức ở bên phải điểm S có tổ chức peclit + xêmentit thứ hai thường ở dạng lưới sáng bao bọc lấy peclit tấm như ở hình 3.23.
Gang tương ứng với giản đồ pha Fe - C (Fe - Fe3C) là gang trắng, rất ít được sử dụng do quá cứng, giòn, không thể gia công cắt được Theo sự khác nhau về tổ chức ta gặp ba loại gang trắng sau.
- Gang trắng trước cùng tinh với thành phần cacbon ít hơn 4,3% ở bên trái điểm C, có tổ chức peclit + xêmentit thứ hai + lêđêburit (hình 3.24a).
- Gang trắng cùng tinh có 4,3%C ứng đúng điểm C hay lân cận, với tổchức chỉ là lêđêburit (hình 3.21).
- Gang trắng sau cùng tinh với thành phần > 4,3%C ở bên phải điểm C, có tổ chức lêđêburit + xêmentit thứ nhất (hình 3.24b).
Trang 9Hình 3.23 Tổ chức tế vi của thép sau cùng tích (1,20%C) (x500).
Hình 3.24 Tổ chức tế vi của gang trắng (x500): trước cùng tinh (a) và sau cùng tinh (b)
Tổ chức tế vi Tổ chức Ferit + Peclit
- C < 0,8% tổ chức Ferit + Peclit – thép trước cùng tích
Trang 10Câu 3 : Quá trình kết tinh của hơp kim Fe-C với 3,0 ; 4,5 ; 5,0%C khi làm nguội đủ nhanh
Hixhix đéo biết làm mày hỏi mấy đứa bạn xem sao đi Châu ! Nãn
wa ……… Trên mạng
có chết liền á câu 1 tao ghi thêm xiu z thôi hà! Làm xong thì send wa
t t photo chon hen đóng bìa dùm lun ! ok
Câu 4 :Nêu nhận xét về tổ chức (hình ảnh),tính chất của hợp kim đó 0.8%c
Peclit (có thể ký hiệu bằng P, [Feα + Fe3C])
Peclit là hỗn hợp cùng tích của ferit và xêmentit được tạo thành từ austenit với 0,80%C và ở 727oC như phản ứng (3.3) Trong peclit có 88% ferit và 12% xêmentit phân bố đều trong nhau, nhờ kết hợp giữa một lượng lớn pha dẻo với lượng nhất định pha cứng, peclit là tổ chức khá bền, cứng nhưng cũng đủ dẻo, dai đáp ứng rất tốt các yêu cầu của vật liệu kết cấu và công cụ Peclit và các biến thể của nó (xoocbit, trôxtit, bainit) có mặt trong hầu hết các hợp kim Fe - C Người ta phân biệt hai loại peclit tấm và peclit hạt Peclit tấm (hình 3.20a) thường gặp hơn cả, có cấu trúc tấm (lớp hoặc phiến), tức là hai pha này đều ở dạng tấm nằm đan xen đều nhau, nên trên mặt cắt ngang để lại các vạch theo cùng một hướng hay đa hướng, trong đó các vạch tối mỏng (với lượng ít hơn) là xêmentit, vạch sáng dày (với lượng nhiều hơn, gọi là nền) là ferit nên tổng thể có dạng vân
Peclit hạt (hình 3.20b) ít gặp hơn, có cấu trúc hạt tức xêmentit ở dạng thu gọn nhất (bề mặt ít nhất) - hạt xêmentit phân bố đều trên nền ferit Giữa hai loại này có sự khác biệt nhỏ về cơ tính: so với peclit hạt, peclit tấm có độ bền, độ cứng cao hơn, độ dẻo, độ dai thấp hơn đôi chút Austenit đồng nhất dễ tạo thành peclit tấm, còn austenit kém đồng nhất dễ tạo thành peclit hạt Peclit hạt ổn định hơn peclit tấm nên khi nung lâu ở nhiệt độ tương đối cao (ví dụ 600 - 700oC) peclit tấm có xu hướng chuyển thành peclit hạt
Trang 11Hình 3.20 Tổ chức tế vi của peclit tấm (a) và peclit hạt (b) (x500).
Lêđêburit [có thể ký hiệu bằng Le, hay (γ + Xe) hay (P + Xe)]
Hình 3.21 Tổ chức tế vi của lêđêburit - (P+Xe) (x500)
Lêđêburit là hỗn hợp cùng tinh của austenit và xêmentit tạo thành từ pha lỏng với 4,3%C ở 1147oC nhờ phản ứng (3.2), tuy nhiên khi làm nguội tiếp tục lại có phản ứng cùng tích (3.3) để austenit chuyển biến thành peclit nên tổ chức tế vi cuối cùng quan sát được (hình 3.21) là hỗn hợp của peclit tấm (các hạt tối nhỏ) trên nền xêmentit sáng Lêđêburit cứng và giòn (vì có quá nhiều, tới 2/3, là xêmentit) và chỉ có trong hợp kim Fe - C ở dạng gang trắng, ít gặp
Các tên gọi pha và tổ chức kể trên với các nghĩa và xuất xứ như sau: để kỷ niệm các nhà khoa học lỗi lạc trong ngành là Robert Austen (người Anh) cho austenit, Ledebur (người Đức) cho lêđêburit; từ bản chất hay đặc trưng tính chất là ferrum (sắt, tiếng latinh) cho ferit, pearl (vân) cho peclit, cement (ximăng, cứng) cho xêmentit
Các t ch c m t pha ổ chức một pha ức một pha ột pha
Ở trạng thái rắn có thể gặp bốn pha sau
