TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI
KHOA CƠ KHÍ
BỘ MÔN CÔNG NGHỆ GIAO THÔNG
BÀI GIẢNG
KHOA HỌC VẬT LIỆU CƠ KHÍ
MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU…………………………………………………………………..
1
PHẦN 1: VẬT LIỆU KIM LOẠI………………………………………………
2
CHƯƠNG 1: Cấu tạo mạng tinh thể của kim loại nguyên chất……………..
2
1.1 Khái niệm chung về kim loại……………………………………………….
2
1.1.1 Định nghĩa………………………………………………………………………….
2
1.1.2 Các tính chất của kim loại………………………………………………………..
2
1.1.3 Liên kết trong kim loại…………………………………………………………….
2
1.1.4 Cấu tạo của vật rắn………………………………………………………………..
2
1.2 Cấu tạo mạng tinh thể lý tưởng của kim loại……………………………..
2
1.2.1 Định nghĩa mạng tinh thể…………………………………………………………
2
1.2.2 Cách xây dựng mạng tinh thể lý tưởng………………………………………….
3
1.2.3 Bảy hệ tinh thể và 14 mạng Bravais……………………………………………..
3
1.2.4 Khảo sát một số mạng tinh thể thường gặp trong kim loại…………………….
4
1.2.5 Tính chất của mạng tinh thể……………………………………………………..
9
1.3 Cấu tạo mạng tinh thể thực của kim loại nguyên chất…………………...
9
1.3.1 Đơn tinh thể, đa tinh thể, hạt và siêu hạt……………………………………….
10
1.3.2 Các sai lệch trong mạng tinh thể………………………………………………..
11
Chương 2: Sự kết tinh của kim loại……………………………………………
15
2.1 Cấu tạo của kim loại lỏng và điều kiện năng lượng để quá trình kết tinh
xảy ra……………………………………………………………………………
15
2.2 Cơ chế của quá trình kết tinh……………………………………………..
16
2.2.1 Sinh mầm…………………………………………………………………………...
16
2.2.2 Sự phát triển mầm…………………………………………………………………
19
2.2.3 Tốc độ sinh mầm và tốc độ phát triển mầm…………………………………….
20
2.3 Động học của quá trình kết tinh……………………………………………
21
2.4 Độ hạt của quá trình kết tinh và các biện pháp làm nhỏ hạt…………….
23
2.4.1 Tăng độ quá nguội ∆T…………………………………………………………….
24
2.4.2 Sử dụng chất biến tính…………………………………………………………….
25
2.4.3 Áp dụng các biện pháp cơ học, vật lý trong quá trình kết tinh………………
25
Chương 3: Biến dạng dẻo và kết tinh lại của kim loại………………………..
26
3.1 Biến dạng dẻo trong đơn tinh thể………………………………………….
26
3.1.1 Mặt trượt, phương trượt và hệ số trượt…………………………………………
27
3.1.2 Ứng suất trượt……………………………………………………………………..
27
3.1.3 Cơ chế của quá trình trượt………………………………………………………..
28
3.3 Tổ chức và tính chất của kim loại sau khi qua biến dạng dẻo……………
31
3.3.1 Sự thay đổi tổ chức………………………………………………………………..
31
3.3.2 Sự thay đổi về tính chất…………………………………………………………..
32
3.4 Hồi phục và kết tinh lại của kim loại sau biến dạng dẻo…………………
33
3.4.1 Hồi phục…………………………………………………………………………….
33
3.4.2 Kết tinh lại………………………………………………………………………….
34
Chương 4: Cấu tạo pha của hợp kim………………………………………….
36
4.1 Khái niệm về hợp kim………………………………………………………
36
4.2 Dung dịch rắn……………………………………………………………….
37
4.2.1 Định nghĩa………………………………………………………………………….
37
4.2.2 Phân loại……………………………………………………………………………
37
4.2.3 Các tính chất ………………………………………………………………………
38
4.3 Pha trung gian………………………………………………………………
39
4.3.1 Định nghĩa………………………………………………………………………….
39
4.3.2 Một số loại pha trung gian thường gặp………………………………………….
39
4.4 Hỗn hợp cơ học……………………………………………………………..
40
Chương 5: Giản đồ trạng thái của hệ hợp kim hai nguyên………………….
42
5.1 Khái niệm về giản đồ trạng thái (giản đồ pha)……………………………
42
5.2 Giản đồ trạng thái của hệ hợp kim hai nguyên (hai cấu tử)……………..
43
5.2.1 Giản đồ trạng thái loại I …………………………………………………………
43
5.2.2 Giản đồ trạng thái loại II…………………………………………………………
44
5.2.3 Giản đồ trạng thái loại III……………………………………………………….
44
5.2.4 Giản đồ trạng thái loại IV……………………………………………………….
45
5.3 Giản đồ Fe-C……………………………………………………………….
46
5.3.1 Giản đồ……………………………………………………………………………..
46
5.3.2 các điểm, đường đặc biệt…………………………………………………………
47
5.3.3 Các tổ chức trên giản đồ trạng thái…………………………………………….
48
5.3.4 Phân loại hợp kim trên giản đồ trạng thái………………………………………
49
PHẦN 2: CÔNG NGHỆ NHIỆT LUYỆN THÉP…………………………….
50
Chương 6: Các chuyển biến pha cơ bản khi nhiệt luyện thép……………….
50
6.1 Phân loại các chuyển biến cơ bản khi nhiệt luyện thép…………………..
50
6.1.1 Khái niệm về nhiệt luyện thép……………………………………………………
50
6.1.2 Phân loại các chuyển biến pha khi nhiệt luyện thép cùng tích………………
51
6.2 Chuyển biến nung nóng P→γ………………………………………………
52
6.3 Chuyển biến làm nguội γ→P : ( A1, Bd)……………………………………
53
6.4 Chuyển biến làm nguội γ→ B: ( Bd, Md )…………………………………..
55
6.5 Giản đồ chữ “C” của quá trình nhiệt luyện thép…………………………
56
6.6 Chuyển biến γ →M…………………………………………………………
57
6.7 Chuyển biến Ram…………………………………………………………..
57
Chương 7: Công nghệ nhiệt luyện thép (thể tích)……………………………..
61
7.1 Khái niệm về nhiệt luyện……………………………………………………
61
7.1.1 Nung nóng và giữ nhiệt……………………………………………………………
61
7.1.2 Làm nguội…………………………………………………………………………..
61
7.2 Ủ và thường hóa…………………………………………………………….
61
7.2.1 Ủ…………………………………………………………………………………….
61
7.2.2 Thường hóa………………………………………………………………………...
63
7.3 Tôi và ram thép……………………………………………………………..
63
7.3.1 Tôi thép……………………………………………………………………………..
63
7.3.2 Ram thép……………………………………………………………………………
66
Chương 8: Hóa bền bề mặt…………………………………………………….
68
8.1 Tôi bề mặt…………………………………………………………………...
68
8.1.1 Nguyên lý…………………………………………………………………………..
68
8.1.2 Các phương pháp tôi bề mặt…………………………………………………….
68
8.2 Hóa nhiệt luyện……………………………………………………………..
71
8.2.1 Khái niệm chung…………………………………………………………………..
71
8.2.2 Các phương pháp thấm…………………………………………………………...
72
8.3 Biến cứng bề mặt……………………………………………………………
74
8.3.1 Nguyên lý…………………………………………………………………………...
74
8.3.2 Các phương pháp biến cứng bề mặt……………………………………………
74
PHẦN 3: VẬT LIỆU KIM LOẠI THÔNG DỤNG…………………………..
76
Chương 9: Gang………………………………………………………………...
76
9.1 Quá trình Graphit hóa trong gang…………………………………………
76
9.2 Các loại gang………………………………………………………………..
77
9.3 Nhiệt luyện gang……………………………………………………………
78
9.3.1 Nhiệt luyện gang trắng……………………………………………………………
78
9.3.2 Nhiệt luyện gang xám, gang cầu, gang dẻo……………………………………
78
Chương 10: Thép Cacbon……………………………………………………...
82
10.1 Ảnh hưởng của C và các tạp chất đến tổ chức và tính chất của thép C
82
10.1.1 Cacbon……………………………………………………………………………
82
10.1.2 Các tạp chất khác………………………………………………………………..
82
10.2 Phân loại và ký hiệu thép C………………………………………………
83
10.2.1 Phân loại thép C………………………………………………………………….
84
10.2.2 Ký hiệu thép C theo TCVN………………………………………………………
84
Chương 11: Nguyên lý hợp kim hóa…………………………………………..
86
11.1 Ảnh hưởng của các NTHK trong thép hợp kim…………………………
86
11.1.1 Tác dụng của các NTHK với Fe trong thép hợp kim………………………..
86
11.1.2 Tác dụng của các NTHK với Fe trong thép hợp kim………………………...
87