intTypePromotion=1
zunia.vn Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z zunia.vn zunia.vn
ADSENSE
 » 
 » 

Bài giảng Cơ khí đại cương: Chương 2 - PGS.TS. Nguyễn Tiến Dương

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:37

Thêm vào BST
Báo xấu
14
lượt xem 3
download
 
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng Cơ khí đại cương - Chương 2: Vật liệu dùng trong công nghiệp, cung cấp cho người học những kiến thức như Kim loại và hợp kim của chúng; hợp kim Fe - C; thép các bon; thép hợp kim; gang; hợp kim cứng; kim loại và hợp kim màu. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Cơ khí đại cương: Chương 2 - PGS.TS. Nguyễn Tiến Dương

  1. Bài giảng: Cơ khí đại cương – Giảng viên: PGS.TS. N.T. Dương – ĐHBK HN Chương 2. Bài giảng: Cơ khí đại cương – Giảng viên: PGS.TS. N.T. Dương – ĐHBK HN VẬT LIỆU DÙNG TRONG CƠ KHÍ 2.1. Kim loại và hợp kim của chúng 2.1.1. Các tính chất cơ bản của kim loại và hợp kim  KL và HK được sử dụng rộng rãi trong CN để chế tạo các CTM 1) Cơ tính  Là các tính chất cơ học của vật liệu. Bao gồm: a) Độ bền: Là khả năng của vật liệu chịu tác dụng của ngoại lực mà ko bị phá hủy. Độ bền bao gồm:  Độ bền kéo: P P k = P / F (N/mm2 hay MPa) (5) Hình 2.1. F Trong đó: P - lực kéo, F - tiết diện  Độ bền nén: n ;  Độ bền uốn: u ; 1  Độ bền xoắn: x.
  2. Bài giảng: Cơ khí đại cương – Giảng viên: PGS.TS. N.T. Dương – ĐHBK HN b) Độ cứng: Là khả năng của vật liệu chống lại biến dạng dẻo cục Bài giảng: Cơ khí đại cương – Giảng viên: PGS.TS. N.T. Dương – ĐHBK HN bộ khi có ngoại lực tác dụng thông qua vật nén.  Độ cứng Brinen (HB, H = Hard, B = Brinen) (kG/mm2) P  Cách đo: Ấn viên bi bằng thép đã tôi lên bề mặt vật liệu. D h  Tuỳ theo chiều dày mẫu thử ta chọn D = 10 mm, D = 5 mm hoặc D = 0,25 mm. d  Chọn P theo tính chất vật liệu: Đo độ cứng Brinen - Thép và gang: P = 30 D2 - Đồng và HK Cu: P = 10 D2 - Nhôm và các HK mềm khác: P = 2,5 D2  Công thức tính HB: HB = P / F (6) F - Diện tích mặt cầu vết lõm: F  D2   D D 2  d 2 (7) 2 2 Trong đó: D - Đường kính viên bi (mm); 2 d - Đường kính vết lõm (mm).
  3. Bài giảng: Cơ khí đại cương – Giảng viên: PGS.TS. N.T. Dương – ĐHBK HN  Độ cứng Rocoen (HRB, HRC, HRA: Tuỳ mũi thử và tải trọng) Bài giảng: Cơ khí đại cương – Giảng viên: PGS.TS. N.T. Dương – ĐHBK HN  Cách đo:  Vật dùng để đo:  Dùng viên bi = thép đã nhiệt luyện  = 1,587 mm (1/16’’) (HRB): Dùng cho các vật liệu có độ cứng thấp.  Dùng mũi côn bằng kim cương có góc ở đỉnh 120o : Để đo các vật liệu có độ cứng cao ( > 450 HB) (VD: Thép đã tôi)  Tải trọng: Tác dụng 2 lần:  Sơ bộ: Po = 10 Kg. Đồng hồ  Chính: đo lực  Viên bi thép: P = 100 Kg.  Mũi côn kim cương:  P = 150 Kg (HRC).  P = 60 Kg (HRA). Đo độ cứng Rocoen  Số độ cứng được biểu thị bằng đơn vị quy ước 3 (hiển thị trên đồng hồ đo).
  4. Bài giảng: Cơ khí đại cương – Giảng viên: PGS.TS. N.T. Dương – ĐHBK HN Bài giảng: Cơ khí đại cương – Giảng viên: PGS.TS. N.T. Dương – ĐHBK HN Đé cøng Ký hiÖu thang Mòi thö Tải träng Ký hiÖu ®é Giíi h¹n cho Brinen HB R«coen chÝnh P, kG cøng R«coen phÐp cña thang R«coen 60 – 230 B (®á) Viªn bi thÐp 100 HRB 25 –100 230 – 700 C (®en) Mòi kim c¬ng 150 HRC 20 – 67 Lín h¬n 700 A (®en) Mòi kim c¬ng 60 HRA Lín h¬n 70  Độ cứng Vicke (HV) (kG/mm2) :  Để đo cả vật liệu mềm và vật liệu cứng  Cách đo: Dùng mũi kim cương hình chóp, góc giữa 2 mặt đối xứng = 136o. HV 1,8544 P (8) d2 P – Tải trọng (= 5 – 120 Kg); d - Đường chéo của vết lõm (mm). Sơ đồ đo độ cứng Vicke 4
  5. Bài giảng: Cơ khí đại cương – Giảng viên: PGS.TS. N.T. Dương – ĐHBK HN c) Độ dẻo Bài giảng: Cơ khí đại cương – Giảng viên: PGS.TS. N.T. Dương – ĐHBK HN  Được đặc trưng bằng khả năng biến dạng vĩnh cửu nhưng không bị phá hủy khi bị tác dụng của ngoại lực.  Độ dẻo được đánh giá bằng: l  lo  Độ dãn dài tương đối:   1 .100 0 (9) lo 0 Trong đó: lo - Chiều dài ban đầu; l1 - Độ dài của mẫu khi bị kéo đứt. Fo  F1  Độ thắt tỷ đối:  .100 0 (10) Fo 0 Trong đó: Fo - Tiết diện ban đầu; F1 - Tiết diện khi đứt. d) Độ dai va đập  Là khả năng chịu lực va đập mà không bị phá hủy  Ký hiệu: ak (J/mm2 hoặc kJ/m2) 5
  6. Bài giảng: Cơ khí đại cương – Giảng viên: PGS.TS. N.T. Dương – ĐHBK HN 2) Lý tính: Là các tính chất lý học của vật liệu. Bao gồm: Bài giảng: Cơ khí đại cương – Giảng viên: PGS.TS. N.T. Dương – ĐHBK HN  Khối lượng riêng  Tính dẫn nhiệt  Nhiệt độ nóng chảy  Tính dẫn điện  Hệ số giãn nở vì nhiệt  Từ tính 3) Hóa tính: Là độ bền của vật liệu đối với những t/d hóa học  Tính chịu ăn mòn: Độ bền của KL đối với môi trường xung quanh  Tính chịu nhiệt: Độ bền của KL đối với ăn mòn của oxy trong không khí ở nhiệt độ cao.  Tính chịu axit: Độ bền của KL đối với ăn mòn của axit. 4) Tính công nghệ a) Tính đúc: Đặc trưng bởi độ chảy loãng, độ co, độ hoà tan khí và tính thiên tích. b) Tính rèn: Khả năng bd vĩnh cửu của VL khi chịu t/d của ngoại lực. c) Tính hàn: Là khả năng tạo thành liên kết hàn. d) Tính gia công cắt gọt e) Tính công nghệ nhiệt luyện 6
  7. Bài giảng: Cơ khí đại cương – Giảng viên: PGS.TS. N.T. Dương – ĐHBK HN 2.1.2. Cấu tạo của kim loại và hợp kim Bài giảng: Cơ khí đại cương – Giảng viên: PGS.TS. N.T. Dương – ĐHBK HN 1) Cấu tạo và sự kết tinh của kim loại a) Cấu tạo của kim loại nguyên chất  Ở trạng thái rắn các tinh thể KL xắp xếp theo một trật tự nhất định tạo ra mạng tinh thể.  Ô cơ bản: Là phần tử nhỏ nhất còn đặc trưng cho mỗi loại mạng. o Kích thước mỗi ô cơ bản rất nhỏ, được đo bằng A (Angstrong).  Các dạng ô cơ bản:  Mạng lập phương thể tâm (VD Fe, Fe): Ký hiệu (H. 9a)  Mạng lập phương diện tâm (VD Fe): Ký hiệu (H. 9b)  Mạng lục phương dày đặc (VD Zn): Ký hiệu (H. 9c) a) b) c) 7 Hình 2.4. Ô tinh thể cơ bản
  8. Bài giảng: Cơ khí đại cương – Giảng viên: PGS.TS. N.T. Dương – ĐHBK HN Bài giảng: Cơ khí đại cương – Giảng viên: PGS.TS. N.T. Dương – ĐHBK HN  Đơn tinh thể: Là một khối tinh thể đồng chất về cấu tạo và phương mạng, thường có k/t rất nhỏ hay còn được gọi là hạt KL.  Trong thực tế các chi tiết máy dù nhỏ nhất cũng đều do nhiều hạt hợp thành. Cấu tạo như vậy gọi là đa tinh thể. 8
  9. Bài giảng: Cơ khí đại cương – Giảng viên: PGS.TS. N.T. Dương – ĐHBK HN b) Sự biến hóa thù hình Bài giảng: Cơ khí đại cương – Giảng viên: PGS.TS. N.T. Dương – ĐHBK HN  Là sự thay đổi về cấu tạo mạng hay thông số mạng (k/t của ô cơ bản) khi nhiệt độ hoặc áp suất thay đổi.  to < 911oC: t [oC]  Fe (Fe) có mạng Lỏng 1539o o Ko có từ tính  Kích thước mạng: 2,8 A 1392o Fe  911oC< to1392oC: Fe t (thời gian)  Fe (Fe) có mạng o  Kích thước mạng: 2,9 A Sơ đồ biến đổi mạng 9
  10. Bài giảng: Cơ khí đại cương – Giảng viên: PGS.TS. N.T. Dương – ĐHBK HN 2) Khái niệm cơ bản về hợp kim Bài giảng: Cơ khí đại cương – Giảng viên: PGS.TS. N.T. Dương – ĐHBK HN a) Hợp kim: Là sự kết hợp của 2 hay nhiều nguyên tố.  Đa số ta dùng là HK vì KL nguyên chất khó tinh luyện.  Hợp kim có nhiều tính chất đặc biệt hơn kim loại.  Hệ hợp kim: Là tập hợp các HK của cùng 1 hệ. VD: Hệ Fe-C: Với các tỷ lệ của Fe và C khác nhau. b) Pha: Là thành phần đồng nhất ở cùng trạng thái và ngăn cách với các pha khác bằng bề mặt phân chia. VD: Nước lỏng  Có 1 pha; Nước đá đang tan  Có 2 pha: Pha lỏng + pha đặc. c) Nguyên: Là 1 thành phần cấu thành HK, nó có thể là nguyên tố hoặc hợp chất hóa học. Các nguyên ko thể biến đổi lẫn sang nhau nhưng có thể tồn tại dưới dạng pha này hay pha khác. VD: Hợp kim Fe-C có 2 nguyên: Nguyên 1: Fe, Nguyên 2: C. 10
  11. Bài giảng: Cơ khí đại cương – Giảng viên: PGS.TS. N.T. Dương – ĐHBK HN d) Các tổ chức của hợp kim Bài giảng: Cơ khí đại cương – Giảng viên: PGS.TS. N.T. Dương – ĐHBK HN  Trong HK các nguyên có thể kết hợp với nhau để hình thành các tổ chức chính:  Dung dịch đặc: Là một khối đồng nhất, nguyên tố này hòa tan vào nguyên tố khác ở trạng thái đặc.  Dung dịch đặc xen kẽ: Nguyên tử của nguyên tố hòa tan xen vào mạng của nguyên tố dung môi  Hòa tan có hạn. VD: Nguyên tử C nằm xen kẽ nguyên tử Fe: Fe+C, Fe+C.  Dung dịch đặc thay thế: Nguyên tử của nguyên tố hòa tan thay thế nguyên tử của nguyên tố dung môi  Có thể thay thế hết các vị trí (hòa tan vô hạn). VD: Nguyên tử C thay thế nguyên tử Fe. Mạng là mạng của Fe, 1 nguyên tử C thay thế 1 nguyên tử Fe.  Hợp chất hóa học: Các nguyên tử kết hợp với nhau theo tỷ lệ thành phần hóa học nhất định. VD: Fe3C (gang).  Hỗn hợp cơ học: Các nguyên tố ko hòa tan vào nhau cũng ko liên kết để tạo thành hợp chất hóa học mà chỉ liên kết cơ học thuần túy. 11
  12. Bài giảng: Cơ khí đại cương – Giảng viên: PGS.TS. N.T. Dương – ĐHBK HN 2.1.3. Quá trình kết tinh của KL và HK, giản đồ trạng thái Bài giảng: Cơ khí đại cương – Giảng viên: PGS.TS. N.T. Dương – ĐHBK HN 1) Kết tinh và kết tinh lại a) Kết tinh: Là quá trình chuyển từ thể lỏng sang thể đặc.  Trong quá trình kết tinh đồng thời diễn ra 2 quá trình.  Quá trình phát sinh các mầm tinh thể (mầm kết tinh).  Quá trình phát triển của mầm (hạt). t [oC] Pha lỏng tokt Pha rắn Đường nguội 12 Quá trình kết tinh của kim loại
  13. Bài giảng: Cơ khí đại cương – Giảng viên: PGS.TS. N.T. Dương – ĐHBK HN Bài giảng: Cơ khí đại cương – Giảng viên: PGS.TS. N.T. Dương – ĐHBK HN  Nếu tốc độ phát sinh mầm > Tốc độ phát triển hạt (nguội nhanh) thì hạt KL sẽ nhỏ và độ bền tăng, độ cứng tăng. Pha lỏng  Tốc độ phát triển hạt > Nếu tốc độ tokt phát sinh mầm (nguội chậm) thì hạt KL Pha rắn sẽ lớn, kim loại kém bền.  Đường biểu diễn QT kết tinh được gọi là đường nguội. Mỗi KL có tkt xác định. Đường nguội  Vùng tinh giới: Là biên giới giữa các hạt. Tại đây hay có các tạp chất  KL dễ bị pha hủy tại đây. b) Kết tinh lại: Là quá trình chuyển từ thể đặc này sang thể đặc khác có kèm theo sự ổn định về mạng và thường phục hồi được tính dẻo, giảm độ cứng (Thường to ktl của KL ng/chất = 0,4 to chảy (theo to K). 13
  14. Bài giảng: Cơ khí đại cương – Giảng viên: PGS.TS. N.T. Dương – ĐHBK HN Bài giảng: Cơ khí đại cương – Giảng viên: PGS.TS. N.T. Dương – ĐHBK HN 2) Giản đồ trạng thái a) Khái niệm: Giản đồ trạng thái biểu thị sự thay đổi tổ chức khi thành phần hoặc nhiệt độ thay đổi. b) Cách lập: Thông thường người ta sử dụng phương pháp phân tích nhiệt bằng cách nung nóng chảy các HK của hệ sau đó ghi lại sự thay đổi tổ chức khi nhiệt độ giảm dần.  Nung nóng chảy 100%Pb: Đến 325oC Pb nóng chảy  Điểm a tương ứng với điểm a’.  Nung nóng chảy 100%Sb (antimon): Đến 630oC Sb nóng chảy  Điểm k tương ứng với điểm k’.  Nung nóng chảy hợp kim (87%Pb+13%Sb) ta thấy:  Trên 246oC: Pb và Sb đều ở trạng thái lỏng.  Đến 246oC: Pb và Sb cùng kết tinh tạo thành hỗn hợp cơ học. Điểm cùng kết tinh d’ gọi là điểm cùng tinh.  Cùng tinh là hỗn hợp cơ học được kết tinh từ trạng thái lỏng.  Hỗn hợp cơ học biểu thị bằng dấu cộng (+). 14
  15. Bài giảng: Cơ khí đại cương – Giảng viên: PGS.TS. N.T. Dương – ĐHBK HN Bài giảng: Cơ khí đại cương – Giảng viên: PGS.TS. N.T. Dương – ĐHBK HN toC toC 630 630 k l L h k’ a b 325 325 a’ h’ c c’ e Pb+L d’ Sb+L 246 [Pb+Sb] d f g i j Pb+[Pb+Sb] Sb+[Pb+Sb] 95%Pb 75%Pb 87%Pb 100%Pb 95%Pb 87%Pb 75%Pb 100%Sb %Pb %Sb 5%Sb 13%Sb 25%Sb Đường nguội và giản đồ trạng thái của HK Pb-Sb  Nung nóng chảy hợp kim (95%Pb+5%Sb): Khi nguội đến điểm c, Pb kết tinh trước; đến điểm d, Pb và Sb cùng kết tinh.  Nung nóng chảy hợp kim (75%Pb+25%Sb): Khi nguội đến điểm h, Sb kết tinh trước; đến điểm i, Pb và Sb cùng kết tinh.  Ta thận thấy HK cùng tinh là có to n/c thấp nhất  Khi đúc ta 15 nên chọn HK này.
  16. Bài giảng: Cơ khí đại cương – Giảng viên: PGS.TS. N.T. Dương – ĐHBK HN Bài giảng: Cơ khí đại cương – Giảng viên: PGS.TS. N.T. Dương – ĐHBK HN 2.2. Hợp kim Fe - C  Hệ HK Fe-C có hàm lượng C chỉ gặp đến 6,67%. 2.2.1. Các tổ chức của hợp kim 1) Các tổ chức một pha a) Ferit ( , F): Là dung dịch đặc xen kẽ của C hòa tan trong Fe với nồng độ lớn nhất của C ko quá 0,02% ở nhiệt độ 727oC.  Tính chất: Ferit rất dẻo, mềm, có độ bền thấp, có từ tính cao. b) Ôstennit (, Ô): Là dung dịch đặc xen kẽ của C hòa tan trong Fe. Lượng hòa tan C tối đa là 2,14% ở 1147oC.  Tính chất: Rất dẻo, ko ổn định ở to thấp (ko tồn tại ở to thấp và có thể sinh ra xêmentit hoặc Ferit). c) Xêmentit (Xê): Là hợp chất hóa học của Fe và C. Lượng hòa tan C tối đa là 6,67% ở 1600oC.  Tính chất: Độ cứng cao, tính công nghệ kém, độ giòn lớn nhưng chịu mài mòn tốt. 16
  17. Bài giảng: Cơ khí đại cương – Giảng viên: PGS.TS. N.T. Dương – ĐHBK HN Bài giảng: Cơ khí đại cương – Giảng viên: PGS.TS. N.T. Dương – ĐHBK HN 2) Các tổ chức hai pha a) Peclit (P): Là hỗn hợp cơ học của Ferit và Xêmentit II do ôstennit khi nguội tạo thành. Peclit còn được gọi là cùng tích Peclit. Cùng tích: Là một hỗn hợp tiết ra từ một pha đặc.  Tính chất:  Rất bền;  Ứng với C =0,8% và ở to 727oC thì hợp kim Fe-C cho 100% là peclit; Khi nồng độ C thay đổi thì thành phần peclit trong hợp kim Fe-C cũng thay đổi. b) Lêđêburit (Lê): Là hỗn hợp cơ học cùng tinh của ôstennit và xêmentit (XêI). C hòa tan tới 4,43% ở to 1147oC.  Tính chất: Độ cứng rất cao và dòn. 3) Graphit (C): Là C ở trạng thái tự do và cấu trúc của nó ko phải là cấu trúc mạng tinh thể mà là cấu trúc lưới.  Tính chất: Độ bền kém, dòn, nở thể tích khi kết tinh. 17
  18. Bài giảng: Cơ khí đại cương – Giảng viên: PGS.TS. N.T. Dương – ĐHBK HN 2.2.2. Giản đồ hợp kim Fe-C Bài giảng: Cơ khí đại cương – Giảng viên: PGS.TS. N.T. Dương – ĐHBK HN 1) Xây dựng giản đồ  Vẽ đường nguội của HK Fe-C.  Từ đường nguội vẽ giản đồ Fe-C. 2) Phân tích giản đồ  Đường ACB là đường lỏng.  Đường AECF là đường đặc.  Đường GS (A3), ES (Am), GP và PQ tương ứng với giới hạn chuyển biến pha trong trạng thái hóa rắn. 3) Ý nghĩa của giản đồ  Giản đồ trạng thái Fe-C cho ta biết tổ chức của HK Fe-C ở to  và t/p . Dùng cho các QT đúc, hàn, g/c áp lực.  Trên giản đồ có 3 đường chuyển biến trạng thái đặc biệt:  PSK (đường A1) ở to 727oC: Chuyển từ Fe+C   Đường GS (A3) là đường chuyển biến trạng thái Ô  F. 18  Đường SE (Am) là đường chuyển biến trạng thái Ô  Xê.
  19. Bài giảng: Cơ khí đại cương – Giảng viên: PGS.TS. N.T. Dương – ĐHBK HN Bài giảng: Cơ khí đại cương – Giảng viên: PGS.TS. N.T. Dương – ĐHBK HN toC 1600 A B 1539 Đường lỏng L Đường đặc L+XêI Ô L+Ô C 1147 E F G Am XêI+Lê 911 Ô+XêII+Lê A3 Ô+XêII Lê F F+Ô A1 727 P S K P+XêII P+XêII+L XêI+Lê F+P P ê F+XêIII Q 0,006 0,02 0,8 2,14 4,43 6,67 %C Giản đồ trạng thái Fe-C 19
  20. Bài giảng: Cơ khí đại cương – Giảng viên: PGS.TS. N.T. Dương – ĐHBK HN Bài giảng: Cơ khí đại cương – Giảng viên: PGS.TS. N.T. Dương – ĐHBK HN 2.3. Thép các bon 2.3.1. Định nghĩa Thép các bon là HK của Fe-C với hàm lượng C nhỏ hơn 2,14% ngoài ra còn có các tạp chất như: Si, Mn, S, P, …  Nguyên tố ảnh hưởng lớn nhất trong thép là C. Thay đổ lượng C làm thay đổi tính chất lý, hóa và cả tính công nghệ, tính đúc, tính hàn và tính rèn dập.  C tăng  Độ cứng, độ bền tăng; độ dẻo và độ dai giảm.  Tính rèn xấu đi nhưng tính đúc lại tốt hơn.  Thành phần tạp chất có 2 loại:  Si và Mn là những tạp chất có lợi có khả năng khử O2 từ oxit sắt, tăng độ bền, độ cứng của thép. Nhưng ko nên cho nhiều loại này vì ko tốt cho tính công nghệ như cắt gọt, nhiệt luyện.  S và P đặc biệt có hại cho thép các bon: S làm thép phá hủy ở to cao (dòn nóng), P thép phá hủy ở trạng thái nguội (dòn nguội)  Cần hạn chế S và P  0,03%. 20
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

LV.15: Bộ Đồ Án Tốt Nghiệp Chuyên Ngành Cơ Khí
65 tài liệu
2431 lượt tải
THÔNG TIN
TRỢ GIÚP
HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG
Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2022-2032 TaiLieu.VN. All rights reserved.

 

Đồng bộ tài khoản
9=>0