BÀI M Đ UỞ Ầ
I-MUÏ C ÑÍ CH YÙ NGHÓA CUÛA MOÂN HOÏ C.
-Cung c p ki n th c v v t li u c khí cho sinh viên ngành c khí - Kĩ s ,ấ ế ứ ề ậ ệ ơ ơ ư
cán b khoa h c, kĩ thu t c a nghành c khí trong t ng lai.ộ ọ ậ ủ ơ ươ
-Trong c khí nói riêng, v t li u và các bi n pháp công ngh x lí nó cóơ ậ ệ ệ ệ ử
m t ý nghĩa vô cùng quan tr ng, trong nhi u tr ng h p nó là y u t quy t đ nhộ ọ ề ườ ợ ế ố ế ị
đ n các ch tiêu kinh t kĩ thu t c a SP c khíế ỉ ế ậ ủ ơ .
-Hi u bi t v v t li u kĩ thu t c a ngành là m t yêu c u b t bu c. (Bi tể ế ề ậ ệ ậ ủ ộ ầ ắ ộ ế
ch n và s d ng v t li u m t cách h p lí, Bi t ch n các quy trình công ngh x lýọ ử ụ ậ ệ ộ ợ ế ọ ệ ử
thích h p, đ t đúng v trí thích h p trên dây chuy n SX)ợ ặ ị ợ ề .
II-VAI TRÒ, Ý NGHĨA C A V T LI U VÀ X LÍ TRONGỦ Ậ Ệ Ử
NGÀNH C KHÍ.Ơ
-V t li u nói chung đã và đang đóng vai trò quy t đ nh đ n s ti n b vàậ ệ ế ị ế ự ế ộ
phát tri n c a xã h i loài ng i. Không ph i ng u nhiên mà ng i ta đã g n choể ủ ộ ườ ả ẫ ườ ắ
nh ng giai đo n l ch s loài ng i nh ng cái tên nh : “Th i Đ i Đ Đá” , “... Đữ ạ ị ử ườ ữ ư ờ ạ ồ ồ
Đ ng, Đ S t..”. Vi c s d ng v t li u đã mang ý nghĩa quy t đ nh cho c m tồ ồ ắ ệ ử ụ ậ ệ ế ị ả ộ
th i đ i.ờ ạ
-V t li u g n li n v i năng su t lao đ ng, ch t l ng và giá thành s nậ ệ ắ ề ớ ấ ộ ấ ượ ả
ph m.ẩ
-V t li u và công ngh là m t trong nh ng bí quy t hàng đ u c a các nhàậ ệ ệ ộ ữ ế ầ ủ
s n xu t. ả ấ
-Riêng đ i v i ngành c khí, v t li u và ch đ x lí có vai trò đ c bi tố ớ ơ ậ ệ ế ộ ử ặ ệ
quan tr ng h n h n các ngành s n xu t khác. S n ph m c khí là công c c a cácọ ơ ẳ ả ấ ả ẩ ơ ụ ủ
ngành s n xu t khác. Công c l i là y u t quy t đ nh chính đ n NS, ch t l ngả ấ ụ ạ ế ố ế ị ế ấ ượ
SP.
-Ngành c khí s d ng ch y u là v t li u kim lo i. V t li u này có m tơ ử ụ ủ ế ậ ệ ạ ậ ệ ộ
đ c tính r t quan tr ng đó là kh năng bi n đ i c tính trong m t ph m vi r ng,ặ ấ ọ ả ế ổ ơ ộ ạ ộ
ph thu c các ph ng pháp x lí khác nhau do con ng i c ý t o ra. Đi u này cóụ ộ ươ ử ườ ố ạ ề
ý nghĩa vô cùng quan tr ng trong quá trình hình thành s n ph m c khí. (Gia côngọ ả ẩ ơ
t o hình d ng, kích th c chính xác c n VL m m d o. Sau gia công khi làm v cạ ạ ướ ầ ề ẻ ệ
c n đ c ng đ b n).ầ ộ ứ ộ ề
-L ch s n n s n xu t c a xã h i loài ng i đã tr i qua các giai đo n: LĐị ử ề ả ấ ủ ộ ườ ả ạ
th công (Chân tay và công c thô s ), c khí hoá (s d ng máy móc và công củ ụ ơ ơ ử ụ ụ
hi n đ i), đi n khí hoá (S d ng ngu n năng l ng đi n), T đ ng hoá (Máy mócệ ạ ệ ử ụ ồ ượ ệ ự ộ
hoàn toàn thay th con ng i), Tin h c hoá (Dùng máy tính đ đi u khi n các quáế ườ ọ ể ề ể
trình sx). Đi u đó không có nghĩa là vai trò c a ngành c khí đã h t. Ng c l i nóề ủ ơ ế ượ ạ
1
phát tri n ngày càng m nh và càng tinh h n ngay trong lòng s phát tri n c a cácể ạ ơ ự ể ủ
ngành kĩ thu t s n xu t khác.ậ ả ấ
III-N I DUNG C B N C A MÔN H C:Ộ Ơ Ả Ủ Ọ
Môn h c có 04 ph n c b n :ọ ầ ơ ả
1-Nh ng ki n th c c b n c a kim lo i h c:ữ ế ứ ơ ả ủ ạ ọ
-T ch c và c u trúc bên trong c a kim lo i và h p kim.ổ ứ ấ ủ ạ ợ
-S ph thu c c a c tính vào c u trúc bên trong c a kim lo i và h p kim.ự ụ ộ ủ ơ ấ ủ ạ ợ
-S bi n đ i c a c u trúc và t ch c bên trong ph thu c vào các y u t tácự ế ổ ủ ấ ổ ứ ụ ộ ế ố
đ ng bên ngoài.ộ
-Tìm ra m i quan h có tính quy lu t gi a 3 v n đ : Nh ng y u t conố ệ ậ ữ ấ ề ữ ế ố
ng i có th tác đ ng ườ ể ộ ⇔ T ch c và c u trúc bên trong c a VL ổ ứ ấ ủ ⇔ C tính c a v tơ ủ ậ
li u.ệ
2-Lí thuy t và các công ngh x lí VLKL:ế ệ ử
- ng d ng các v n đ đã gi i quy t trong KLH vào công ngh x lí VLKLỨ ụ ấ ề ả ế ệ ử
(Dùng các bi n pháp nhi t, c , hoá lí ... đ bi n đ i c tính c a kim lo i theoệ ệ ơ ể ế ổ ơ ủ ạ
nh ng ph ng h ng đã đ t ra tr c).ữ ươ ướ ặ ướ
3-V t Li u c khí:ậ ệ ơ
-Nghiên c u v các v t li u c khí thông d ng, ch đ x lí và ng d ng.ứ ề ậ ệ ơ ụ ế ộ ử ứ ụ
Gi i quy t các bài toán v v t li u c a ng i s d ng.ả ế ề ậ ệ ủ ườ ử ụ
4-Các bài thí nghi m:ệ
Bài 1: Xác đ nh đ c ng c a v t li u. 1.5 T.ị ộ ứ ủ ậ ệ
Bài 2: Xác đ nh đ dai va đ p c a thép. 1.5 T.ị ộ ậ ủ
Bài 3: Nghiên c u t ch c t vi c a VLKL. 1T.ứ ổ ứ ế ủ
Bài 4: Nhi t luy n thép. 5T.ệ ệ
Bài 5: Ki m tra khuy t t t m i hàn b ng siêu âm. 1Tể ế ậ ố ằ
Bài 4: Th m các bon vào b m t thép. ấ ề ặ 5T. (d tr )ự ữ
IV-LICH S PHÁT TRI N VÀ XU H NG NC. Ử Ể ƯỚ C A MÔNỦ
H C.Ọ
Con ng i đã bi t s d ng v t li u kim lo i t r t lâu. 7000 năm tr c đâyườ ế ử ụ ậ ệ ạ ừ ấ ướ
con ng i đã bi t s d ng Đ ng và HK c a Đ ng (năm 5000 tr c công nguyên).ườ ế ử ụ ồ ủ ồ ướ
Sau đó th i đ i đ s t đã thay th th i đ i đ đ ng và kho ng 5000 năm tr c đâyờ ạ ồ ắ ế ờ ạ ồ ồ ả ướ
con ng i đã bi t gia công VLKL b ng các ph ng pháp : Luy n, Rèn, Đúc. Đãườ ế ằ ươ ệ
tìm đ c nh ng v t ch ng b ng KL nh dao ki m có tu i trên 5000 năm đã quaượ ữ ậ ứ ằ ư ế ổ
tôi, th m Các Bon (Trung Hoa, n Đ , Ar p). Và s sách cũng đã gi l i.ấ Ấ ộ ậ ử ạ
Th nh ng con ng i th c s hi u bi t v v t li u kim lo i và ng d ngế ư ườ ự ự ể ế ề ậ ệ ạ ứ ụ
đ c nh ng hi u bi t đó vào kĩ thu t s n su t t bao gi , hay là ch gi i quy t cácượ ữ ể ế ậ ả ấ ừ ờ ỉ ả ế
v n đ kĩ thu t theo kinh nghi m, s mày mò? Câu h i đó đ n nay v n ch a có l iấ ề ậ ệ ự ỏ ế ẫ ư ờ
gi i đáp chính xác vì không có b t kì m t cu n sách nào v kĩ thu t đ c l uả ấ ộ ố ề ậ ượ ư
2
truy n đ n ngày nay. M c dù chúng ta ai cũng đã t ng nghe danh c a các thanhề ế ặ ừ ủ
ki m b t h nh : Long Tuy n, Thái A, L u C u, có s c m nh vô song chém s tế ấ ủ ư ề ư ầ ứ ạ ắ
nh chém bùn, đã đ c s d ng cách đây m y nghìn năm. Nh ng thanh ki m đóư ượ ử ụ ấ ữ ế
cùng v i kĩ thu t s n su t nó đã đi vào huy n tho i c a nhân lo i nh m t bíớ ậ ả ấ ề ạ ủ ạ ư ộ
quy t th t truy n.ế ấ ề
Khoa h c v VLKL ch th c s b t đ u phát tri n t th k th 19 khi côngọ ề ỉ ự ự ắ ầ ể ừ ế ỉ ứ
nghi p và giao thông đ ng s t phát tri n m nh đòi h i ph i tăng nhanh khôngệ ườ ắ ể ạ ỏ ả
nh ng v s l ng mà c v ch t l ng thép . Vì v y ngành luy n kim đã phátữ ề ố ượ ả ề ấ ượ ậ ệ
tri n m nh và thúc đ y v c nghiên c u KL. Có th đ a ra các m c l ch s sau:ể ạ ẩ ệ ứ ể ư ố ị ử
-Đ u th k 19 đã b t đ u dùng kính hi n vi quang h c đ nghiên c u c uầ ế ỉ ắ ầ ể ọ ể ứ ấ
trúc và t ch c bên trong c a KLổ ứ ủ
-1868 ∆K. Kephob, m t kĩ s luy n kim ng i Nga, khi nghiên c u ch t oộ ư ệ ườ ứ ế ạ
nòng súng đ i bác đã phác th o s b nh ng nét đ u tiên c a gi n đ tr ng tháiạ ả ơ ộ ữ ầ ủ ả ồ ạ
Fe-C.
-1900 GĐTT Fe-C m i đ c hoàn thành v c b n và cho đ n nay h u nhớ ượ ề ơ ả ế ầ ư
không có gì thay đ i, ch có các to đ đ c làm chính xác thêm mà thôi.ổ ỉ ạ ộ ượ
-Th k 20 là th k đi sâu vào c u trúc và gi i thích các hi n t ng, có cácế ỷ ế ỉ ấ ả ệ ượ
m c sau:ố
+Nh ng năm 1920-1930 đã áp d ng tia R nGen vào nghiên c u c u trúc, doữ ụ ơ ứ ấ
đó đã phát hi n các quy lu t s p x p nguyên t c a kim lo i và h p kim.ệ ậ ắ ế ử ủ ạ ợ
+Nh ng năm 1950 đã có kính hi n vi đi n t cho phép phân li các kích th cữ ể ệ ử ướ
t i 0,2-0,4ớµm.
+Nh áp d ng tia R nGen và các ph ng pháp v t lí khác ng i ta đã bi tờ ụ ơ ươ ậ ườ ế
b n ch t c a các t ch c nhi t luy n. T nh ng năm 1930-1940 đã hoàn ch nhả ấ ủ ổ ứ ệ ệ ừ ữ ỉ
công ngh NL.ệ
+T nh ng năm 1950 tr l i đây đã nghiên c u m nh v các khuy t t từ ữ ở ạ ứ ạ ề ế ậ
trong c u trúc KL và áp d ng các k t q a vào vi c nâng cao đ b n.ấ ụ ế ủ ệ ộ ề
+T nh ng năm 1970 đã nghiên c u các v t li u kim lo i siêu b n, siêu đànừ ữ ứ ậ ệ ạ ề
h i ho c có các tính ch t c lí đ c bi t (Kim lo i vô đ nh hình).ồ ặ ấ ơ ặ ệ ạ ị
- Vi t Nam cũng đã có l ch s lâu đ i v s n su t và gia công VLKL.Ở ệ ị ử ờ ề ả ấ
Chúng ta đã có nh ng s n ph m có giá tr nh tr ng Đ ng Ng c Lũ hi n đangữ ả ẩ ị ư ố ồ ọ ệ
đ c đ t t i tr s HĐLHQ, t ng Đ ng đen, k thu t đúc chuông đ ng... R tượ ặ ạ ụ ở ượ ồ ỹ ậ ồ ấ
ti c là chúng ta không có b t kì m t tài li u nào đ c l u truy n v các kĩ thu t đãế ấ ộ ệ ượ ư ề ề ậ
đ c ông cha ta nghiên c u SX chúng.ượ ứ
-Ngày nay vi c nghiên c u Vi t Nam ch y u là áp d ng các v t li u kimệ ứ ở ệ ủ ế ụ ậ ệ
lo i và các ph ng pháp x lí chúng trong ch t o máy có m t ý nghĩa vô cùngạ ươ ử ế ạ ộ
quan tr ng. Nó giúp cho các SP c khí c a ta ngày càng có s c c nh tranh và đ ngọ ơ ủ ứ ạ ứ
v ng trên th tr ng.ữ ị ườ
3
Ch ng 1ươ
NH NG KI N TH C C B N C A Ữ Ế Ứ Ơ Ả Ủ
KIM LO I H CẠ Ọ
I- Đ NH NGHĨA, PHÂN LO I VLKLỊ Ạ .
1-Đ NH NGHĨA:Ị Câu h i: Kim lo i là gì?ỏ ạ
Chúng ta đã bi t trong th gi i v t ch t t n t i h n 100 nguyên t hoá h cế ế ớ ậ ấ ồ ạ ơ ố ọ
(107 nguyên t trong b ng tu n hoàn c a Men Đê Lê Ep). Chúng đ c chia 2 nhómố ả ầ ủ ượ
chính: Kim lo i và á kim. Nh v y v ph ng di n kĩ thu t thì tiêu chu n đạ ư ậ ề ươ ệ ậ ẩ ể
chúng ta phân bi t chúng là gì? Hãy li t kê m t vài ch tiêu phân bi t mà chúng taệ ệ ộ ỉ ệ
đã có:
B ng so sánh các ch tiêu phân bi t kim lo i và á kim.ả ỉ ệ ạ
Ch tiêu so sánhỉKim lo iạÁ kim
Màu s c m t gãyắ ặ Có ánh kim (sáng óng ánh) Không có ánh kim
Kh năng bi n d ngả ế ạ D o, d bi n d ng, dẻ ễ ế ạ ễ
u nốGiòn, không có kh năng bi n d ng.ả ế ạ
Tính d n đi n, d n nhi tẫ ệ ẫ ệ T tốKhông t tố
Trong 3 ch tiêu c b n trên ta th y m t vai á kim cũng có nh ng thu c tínhỉ ơ ả ấ ộ ữ ộ
gi ng nh kim lo i. Ví d : Các bon d ng Graphit có kh năng d n đi n t t, Cácố ư ạ ụ ở ạ ả ẫ ệ ố
ch t d o có kh năng bi n d ng d o.. . Ng c l i cũng không ít các kim lo i cóấ ẻ ả ế ạ ẻ ượ ạ ạ
tính giòn không th bi n d ng đ c.ể ế ạ ượ
Ngày nay ng i ta đã th ng nh t phân bi t gi a kim lo i và á kim d a vàoườ ố ấ ệ ữ ạ ự
h s nhi t đi n tr ệ ố ệ ệ ở ρ. Đ i v i kim lo i ố ớ ạ ρ>0. Á kim ρ<0. (Rt=R0(1+ρ(T-
T0))).
4
Hình 1: Đ c tính thay đ i đi n tr c a KL và ÁK ph thu c vào nhi t đ .ặ ổ ệ ở ủ ụ ộ ệ ộ
Ch tiêu h s nhi t đi n tr ỉ ệ ố ệ ệ ở ρ còn liên quan nhi u đ n vi c gi i thích c uề ế ệ ả ấ
trúc nguyên t c a kim lo i và á kim.ử ủ ạ
2-LIÊN K T KIM LO I:Ế Ạ
Trong hoá h c chia ra 04 lo i liên k t: Liên k t Ion, liên k t đ ng hóa tr ,ọ ạ ế ế ế ồ ị
liên k t kim lo i, liên k t Van-Đec-Van.ế ạ ế
Liên k t Ion, Liên k t đ ng hoá tr đ c tr ng cho tính ch t giòn c a VL. Liênế ế ồ ị ặ ư ấ ủ
k t Van-Đéc-Van đ c tr ng cho ch t khí và l ng. Liên k t kim lo i đ c tr ng choế ặ ư ấ ỏ ế ạ ặ ư
các tính ch t d n đi n, d n nhi t và tính d o c a VLKL.ấ ẫ ệ ẫ ệ ẻ ủ
Trong c u trúc đi n t c a nhóm các nguyên t KL, các l p đi n t ngoàiấ ệ ử ủ ố ớ ệ ử
cùng có s l ng đi n t <4 và có liên k t y u v i h t nhân nguyên t . Cácố ượ ệ ử ế ế ớ ạ ử
nguyên t KL không có liên k t c đ nh v í các nguyên t l p ngoài cùng, chúngử ế ố ị ơ ử ở ớ
t o thành các Ion + có l p v đi n t b n ki u khí tr . Các đi n t l p v ngoàiạ ớ ỏ ệ ử ề ể ơ ệ ử ở ớ ỏ
cùng c a KL tr thành các “đi n t t do”, chúng không thu c v m t nguyên tủ ở ệ ử ự ộ ề ộ ử
c đ nh nào mà thu c v m t kh i chung có kh năng linh đ ng cao là c s choố ị ộ ề ộ ố ả ộ ơ ở
các tính ch t d n đi n và d n nhi t cu VLKL. Doấ ẫ ệ ẫ ệ ả trái d u nhau v đ n tích nênấ ề ệ
gi a các “Electron t do” và các h t nhân nguyên t kim có l c hút. Chính cácữ ự ạ ử ự
t ng tác này là c s c a m i liên k t kim lo i trong các v t r n kim lo i. Tínhươ ơ ở ủ ố ế ạ ậ ắ ạ
d o c a KL (kh năng bi n d ng và gi l i hình d ng bi n d ng sau khi thôi tácẻ ủ ả ế ạ ữ ạ ạ ế ạ
d ng l c) đ c gi i thích b ng s d ch chuy n c a các ph n t v t ch t nhụ ự ượ ả ằ ự ị ể ủ ầ ử ậ ấ ỏ
(Nguyên t , phân t , Ion.. .), nh ng trong quá trình d ch chuy n đó b n ch t c aử ử ư ị ể ả ấ ủ
m i liên k t là không thay đ i (v n là t ng tác c a các Ion ố ế ổ ẫ ươ ủ + và các “Electron tự
do” nên v t li u không b phá hu ).ậ ệ ị ỷ
3-PHÂN LO I KLẠ
Theo c u trúc l ng t : KL đ n gi n. -KL chuy n ti p:Ti, V, Cr, Mn, Fe,ấ ượ ử ơ ả ể ế
Co, Ni.
Theo màu s c bên ngoài: -KL đen. ắ-KL màu: Cu, Al, Au, Ag, Ti, Mg.
Theo tr ng l ng riêng: -KL n ng. -KL nh : Al, Mg, .ọ ượ ặ ẹ
Theo nhi t đ ch y: -KL khó nóng ch y 2468ệ ộ ả ả oC-3410oC (Nb, Mo, Cr,Ta,W).
-KL d nóng ch y: Sn-232ễ ả 0C; Bi-2710C; Pb-3270C; Zn-4190C; Sb-6310C; Mg-6500C;
Al-6580C; Au-10600C; Cu-10830C; Ni-14520C; Co-14900C; Fe-15390C (<2000oC).
Theo giá tr : Kim lo i quý: Au, Ag, Ti… . KL Hi m: Ce… (đ t hi m).ị ạ ế ấ ế
II-C U TRÚC T CH C C A KIM LO I NGUYÊN CH T.Ấ Ổ Ứ Ủ Ạ Ấ
1-CÁC KI U M NG TINH TH C A KIM LO I NGUYÊN CH T.Ể Ạ Ể Ủ Ạ Ấ
a-Đ NH NGHĨA VÀ CÁC KHÁI NI M:Ị Ệ
M ng không gian do các nguyên t (Ion) t o thành, trong đó các nguyên tạ ử ạ ử
(Ion) t s p x p v i nhau theo m t quy lu t ch t ch nh t đ nh có th bi u di nự ắ ế ớ ộ ậ ặ ẽ ấ ị ể ể ễ
đ c d i d ng hình h c thì g i là ượ ướ ạ ọ ọ M NG TINH THẠ Ể.
V trí các nguyên t (Ion) chi m ch g i là ị ử ế ỗ ọ NÚT M NGẠ. Có th ch n m tể ọ ộ
nút m ng b t kì làm g c to đ không gian sao cho vi c mô t m ng là đ n gi nạ ấ ố ạ ộ ệ ả ạ ơ ả
5