intTypePromotion=1
ADSENSE

Bài giảng Vật liệu cơ khí - Phạm Văn Thuận

Chia sẻ: Phạm Văn Thuận Nam_ | Ngày: | Loại File: PPTX | Số trang:137

43
lượt xem
12
download
 
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng Vật liệu cơ khí - Phạm Văn Thuận cung cấp cho học viên những khái niệm cơ bản về kim loại và hợp kim, khái niệm và đặc điểm chung của gang, khái niệm và phân loại thép, nhiệt luyện và hóa nhiệt luyện, ăn mòn kim loại và phương pháp chống ăn mòn kim loại, vật liệu phi kim loại,... Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Vật liệu cơ khí - Phạm Văn Thuận

  1. PHẦN I VẬT LIỆU KIM LOẠI VÀ HỢP KIM CHƯƠNG I: NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ KIM LOẠI   VÀ HỢP KIM I.1: CẤU TẠO CỦA KIM LOẠI  I.1.1: Khái niệm về kim loại . Kim loại là vật liệu sáng dẻo có thẻ rèn được , có tính dẫn điện , nhiệt cao . Phương  diện hóa học kim loại là  nguyên tố dễ nhường điện tử trong các phản ứng hóa học . I.1.2: Đặc điểm cấu tạo nguyên tử kim loại . Trạng thái (e) trong nguyên tử được xác định bởi 4 số lượng tử : n   ­ Số lượng tử chính l    ­ Số lượng tử  quỹ đạo m  ­ Số lượng tử từ ms ­ Số lượng tử Spin Các  (e)  chuyển  động  trong  nguyên  tử  giới  hạn  ,  trong  những  lớp  xác  định  tương  ứng  với số lượng tử  chính . n = 1 , 2 , 3 , ... K , L , M , ... Trong các lớp này được chia làm nhiều lớp con , tương ứng với số lượng tử quỹ đạo. l = 0 , 1 , 2 , 3 , ... , (n­1) được ký hiệu bởi các lớp : s , p , d , f , ... Mỗi một trạng thái (e) trong nguyên tử tương ứng với một năng lượng xác định . Theo cơ học lượng tử thì cấu hình (e) trong nguyên tử được cấu tạo như sau : 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2 4p6 4d10 4f14 ... Phân lớp con : s ­ Tối đa 2(e) p ­ Tối đa 6(e) d ­ Tối đa 10(e)  f ­ Tối đa 14(e) Biên soạn GV: Phạm Văn
  2. VD :            Al13  :  1s2 2s2 2p6 3s2 3p1         Fe 26  :  1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2          C6    :    1s2 2s2 2p2 Từ cấu hình trên ta rút ra là các lớp ngoài cùng có liên kết yếu nên dể  gây ra phản ứng hóa học . Biên soạn GV: Phạm Văn
  3. I.1.3: Liên kết kim loại . Kim loại có cấu tao mạng tinh  thể liên kết ở trong kim loại được  gọi là liên kết kim loại . Liên kết  kim loại được mô tả như sau : Ở các nút lưới là cá ion  (+) , kim loại trong khoảng không giữa nút lưới là các (e) tự do tao thành  khí điện tử . Liên kết kim loại tạo thành do lực hút giữa màng các ion  (+) với khí (e) . Do vậy mà kim loại có tính dẻo. Biên soạn GV: Phạm Văn
  4.    I.1.4: Cấu tạo mạng tinh thể kim loại . a ­ Mạng tinh  thể và ô cơ bản . ­ Trong kim loại các kim loại được sắp xếp một cách trật tự tuần hoàn trong không  gian . ­ Các nguyên tử trong kim loại được sắp xếp một cách có trật tự các nguyên tử đều  nằm trên mặt phẳng song song cách đều gọi là mặt tinh thể , tập hợp vô số những mặt  tinh thể như thế nó lập thành mạng tinh thể . ­ Toàn bộ mạng không gian có thể xem như được tạo thành những hình khối nhỏ  nhất đơn giản giống nhau mà cách sắp xếp các phân tử là đại diện chung cho toàn mạng  những ô như vậy gọi là ô cơ bản . Biên soạn GV: Phạm Văn
  5. b ­ Các kiều mạng tinh thể thường gặp . * Lập phương thể tâm .   Cấu  tạo  :  Trong  các  ô  cơ  a bản  kiểu  mạng  này  có  các  nguyên  tử  nằm  ở  các  nút  (đỉnh) của hình lập phương  và  ở  giữa  mỗi  hình  lập  phương có một nguyên tử . ­  Khoảng  cách  a  giữa  tâm các nguyên tử  kề nhau  của  ô  cơ  bản  mạng  tinh  thể  ,  gọi  là  thông  số  mạng . Độ lớn đo bằng Ao  (  Ángtrong  )    1Ao    =  10­8  cm . ­  Các  kim  loại  có  kiểu  mạng  này  :  Fe  ,  Cr  ,  Mo  ,  W , ... Biên soạn GV: Phạm Văn
  6. * Lục phương dày đặc .  Cấu tạo : Trong các ô cơ  bản kiểu mạng này có các  nguyên tử nằm ở các nút  (đỉnh) của hình lục lăng hai  nguyên tử nằm ở trung tâm  hai mặt đáy và ba nguyên tử  nằm ở trung tâm của ba  khối lăng trụ tam giác . ­ Các kim loại có kiểu  mạng này : Zn , Cu , Mg , ... Biên soạn GV: Phạm Văn
  7. * Sự biến đổi mạng tinh thể của kim loại . Ở  trạng  thái  rắn  khi  điều  kiện  ngoài  trời  thay  đổi  (  áp  suất  ,  nhiệt  độ .v.v..) tổ chức kim loại thay đổi theo . Nghĩa là dạng ô cơ bản thay đổi  hoặc  thông  số  mạng  có  giá  trị  thay  đổi  người  ta  gọi  đó  là  sự  biến  đổi  mạng tinh thểT .o C o Lỏng Không có từ tính 1600 1539 LPTT Fe δ o o o 1392 − 1539 1400 1392 LPDT Fe γ o o 910 - 1392 o 1000 910 o 800 768 LPTT Fe α Có từ tính 500 o 0 −o910 t ( thời gian) Ví dụ : Sự chuyển biến thù hình của sắt .  Biên soạn GV: Phạm Văn
  8. I.2: CẤU TẠO CỦA HỢP KIM Trong thực tế kim loại nguyên chất rất ít dùng , độ bền thấp khả năng ứng  dụng không cao . Nên phải dùng tới thép hợp kim . I.2.1: Khái niệm chung . a ­ Định nghĩa . Hợp kim là một dạng vật chất có tính kim loại nhận biết được bằng cách  nấu chảy hay liên kết một kim loại với một hay nhiều các nguyên tố khác . Thành phần của hợp kim được biểu diễn bằng o/o trọng lượng . b ­ Pha , hệ thống (hệ) , nguyên . * Pha : Là một tổ phần đồng nhất của hợp kim hệ thống chúng có thành  phần đồng nhất cùng trạng thái như : lỏng cùng lỏng , rắn cùng rắn , ... nhưng  phải cùng kiểu mảng . Chúng ngăn cách nhau bằng bề mặt phân chia . * Hệ thống (hệ) : Tập hợp các pha ở trạng thái cân bằng . * Nguyên : Là những thành phần độc lập tạo nên các pha của (Hệ) . Biên soạn GV: Phạm Văn
  9. I.2.2: Cấu tạo của hợp kim . a ­  Dung dịch đặc . Hợp kim có cấu tạo là dung dịch đặc khi nguyên tử của các nguyên tố thành  phần có kích thước gần giống nhau . Khi kết tinh , các hợp kim này tạo thành các  mạng tinh thể trong đó có nguyên tử của các nguyên tố thành phần . a b c a ­ Mạng tinh thể của sắt thay thế. b ­ Mạng tinh thể của dung d ịch đặc thay  thế c ­ Mạng tinh thểBiên  của dung d soạn GV: ịch đặc xen k Phạm Văn ẽ
  10. Có hai loại dung dịch đặc : * Dung dịch đặc thay thế : ( Hb ) Ví dụ : Cu và Ni : Nguyên tử Ni đẩy một số nguyên tử Cu ra khỏi nút  mạng tinh thể và thay thế vào vị trí đó . * Dung dịch đặc xen kẽ : ( Hc ) Nguyên tử của các nguyên tố hoà tan . Ví dụ : C , O2 , Bo , ... Nằm giữa xen kẽ vào những lỗ  hổng của giữa  các nút mạng tinh thể của nguyên tố kim loại cơ bản (dung môi) . b ­ Hợp chất hóa học . Hợp chất có cấu tạo là hợp chất hóa học , khi nguyên tử của các  nguyên tố khác nhau , tác dụng hóa học với nhau theo tỉ lệ chính xác  giữa các nguyên tử có kiểu mạng nhất định và có thành phần hóa học  xác định biểu diễn bằng một công thức hóa học . Ví dụ : Hợp chất của Fe và C :   Fe3 C     ( Cacbit sắt ) c ­ Hỗn hợp cơ học . Hợp kim có cấu tạo là hỗn hợp cơ học khi nguyên tử của các  nguyên tố thành phần khác nhau về kích thước và mạng tinh thể . Biên soạn GV: Phạm Văn
  11. 3: TÍNH CHẤT CHUNG CỦA KIM LOẠI VÀ HỢP KIM I.3.1: Tính chất vật lý . a. Vẻ sáng mặt ngoài : Chia ra làm 2 loại : Kim loại màu và kim loại đen ­ Kim loại màu và hợp kim đen : Là Fe và hợp kim của Fe với C ( thép ,  gang ). ­ Kim loại màu và hợp kim màu : Là tất cả các kim loại và hợp kim còn  lại. b. Khối lượng riêng : Là số đo khối lượng vật chất chứa trong một đơn vị  thể tích của vật thể . m 3 γ (Kg/m ) V Trong đó : m ­ Khối lượng của vật thể ( Kg )                V ­ Thể tích của vật thể ( m3 ) Biên soạn GV: Phạm Văn
  12.        c. Trọng lượng riêng : Là trọng lượng của một đơn vị thể tích của vật thể. P d ( KG/mm3 hoặc N/mm3 ) V Trong đó : P ­ Trọng lượng của  vật ( KG, 1KG ~ 10N ) d.  Tính  nóng  chảy  :  Là  tính  chất  của  kim  loại  sẽ  chảy  loãng  khi  nung  nóng  và khi làm nguội. e. Tính dẫn điện : Là khả năng dẫn điện của kim loại và hợp kim f. Tính truyền nhiệt : Là khả năng truyền nhiệt của kim loại và hợp kim  khi đốt nóng và khi làn nguội. g. Tính nhiệt nung :  Là nhiệt lượng cần thiết để làm tăng nhiệt độ của  kim loại lên 10C. Biên soạn GV: Phạm Văn
  13. I.3.2: Tính chất hóa học . a. Khái niệm :  Tính chất hoá học là khả năng của kim loại và hợp kim chống lại  tác dụng hóa học của môi trường xung quanh. b. Các đặc trưng :   Tính chất hóa học của kim loại và hợp kim biểu hiện ở hai dạng chủ yếu sau :  ­  Tính  chống  ăn  mòn  :  Là  khả  năng  chống  lại  sự  ăn  mòn  của  H2O  và  O2  của  không khí ở nhiệt độ thường hoặc nhiệt độ cao . ­ Tính chịu axít : Là khả năng chống lại tác dụng của môi trường axít . I.3.3: Tính cơ học . a. Khái niệm : Tính cơ học của kim loại hay còn gọi là cơ tính là khả năng chống  lại tác dung của lực bên ngoài lên kim loại. b. Các đặc trưng cơ bản của cơ tính :  ­  Độ  dẻo  :  Là  khả  năng  thay  đổi  được  hình  dáng  của  kim  loại  và  hợp  kim  mà  không bị phá huỷ dưới tác dụng của ngoại lực. ­  Đô  bền  :  Là  khả  năng  của  kim  loại  và  hợp  kim  chống  lại  sự  phá  huỷ  khi  có  ngoại lực tác dụng. ­ Độ cứng : Là khả năng của kim loại và hợp kim chống lại sự biến dạng dẻo  cục bộ của kim loại và hợp kim dưới tác dụng của tải trọng bên ngoài tại chổ ta  ấn  vào đó một vật cứng hơn. ­  Độ  đàn  hồi  :  Là  khả  năng  của  kim  loại  và  hợp  kim  có  thể  trở  lại  hình  dáng  hoặc trạng thái ban đầu sau khi bỏ lực tác dụng. Biên soạn GV: Phạm Văn
  14. I.3.4: Tính công nghệ . a. Khái niệm :  Tính công nghệ của kim loại và hợp kim là khả  năng mà chúng có thể thực hiện được các phương pháp công nghệ  để sản xuất các sản phẩm khác nhau.  b. Các đặc trưng :  Tính đúc , tính hàn , tính gia công cắt gọt ,  gia công áp lực , tính nhiệt luyện. Một kim loại hay hợp kim nào đó mặc dù có những  tính chất  rất quan trọng nhưng tính công nghệ kém thì cũng rất khó được sử  dụng rộng rãi vì khó chế tạo thành phẩm. Cơ  tính  của  kim  loại  và  hợp  kim  có  thể  xác  định  được  bằng  cách  thí  nghiệm  các  mẫu  vật  trên  các    thiết  bị  chuyên  dùng  như  :  Máy thử kéo nén, máy thử độ cứng Biên soạn GV: Phạm Văn
  15. I.4: CÁC PHƯƠNG PHÁP THỬ KIM LOẠI VÀ  HỢP KIM I.4.1: Thử kéo . Thử kéo là qúa trình thử quan trọng để xác định cơ tính của kim loại .  Khi thử kéo ta có thể xác định được độ bền , độ đàn hồi , độ dẻo của kim  loại và hợp kim . a ­ Độ bền . Là khả năng của kim loại chống lại lực tác dung của lực bên ngoài mà  không bị phá hỏng . Dạng phá hỏng của kim loại là kéo đứt . Biên soạn GV: Phạm Văn
  16. ­ Mẩu thử : Có tiết diện tròn , chiều dài   L = 10 x  L ­ Để xác định độ bền của một vật liệu , ta tiến hành thử trên máy thử  kéo với mẩu thử . ­  Để  đánh  giá  tính  chịu  lực  của  các  kim  loại  vật  liệu  khác  nhau  ,  ta  dùng khái niệm ứng suất là tải trọng tác dụng lên một đơn vị diện tích của  mẫu thử . ­ Để xác định quan hệ của lực kéo và biến dạng của mẫu kéo ta quan  sát  trên  sơ  đồ  sau  :  Khi  lực  kéo  tăng  dần  thì  kéo  theo  chiều  dài  mẫu  thử  cũng tăng theo , tiết diện ngang mẫu giảm dần ,  đến điểm D mẫu bị thắt  và  cũng  ứng  với  lực  kéo  lớn nhất từ  đấy lực trên máy  không tăng nhưng  mẫu vẫn dài thêm đến điểm M thì bị đứt . Biên soạn GV: Phạm Văn
  17. Vậy : Độ bền của vật liệu được xác định theo công thức : P ( N/mm2 ) D     =  Fo M C Trong đó :  P ­ Lực kéo lớn nhất ứng với  B mẫu bị thắt (N) F0  ­  Diện  tích  tiết  diện  tại  A chỗ thắt (mm2 ) TL  ­ Giới hạn tỉ lệ ĐH ­ Giới hạn đàn hồi ÂH CH TL B â CH ­ Giới hạn chảy B    ­ Giới hạn bền đ    ­ Giới hạn đứt Biên soạn GV: Phạm Văn
  18. b ­ Độ đàn hồi . Độ đàn hồi là khả năng của kim loại có thể thay  đổi hình dạng  dưới  tác  dung  của  lực  bên  ngoài  rồi  trở  lại  ban  đầu  khi  bỏ  lực  tác  dụng . Độ đàn hồi được xác định bằng quá trình thử kéo . Xác định bằng cách : Gọi Pe là lực làm cho mẫu thử không hoàn  toàn  trở  lại  như  chiều  dài  ban  đầu  (  Biến  dạng  này  không  lớn  hơn  0.005  chiều dài , biến dạng dư ). Pe p  =      ( N/mm2 ) Fo Biên soạn GV: Phạm Văn
  19. c ­ Độ dẻo . Độ dẻo của kim loại là khả  năng biến dạng của kim loại dưới tác  dụng của lực bên ngoài mà không bị phá hỏng , đồng thời vẫn giữ được  sự biến dạng đó khi bỏ lực tác dụng bên ngoài . Độ dẻo được đánh giá bằng độ dãn dài tương đối và độ thắt tỉ đối . l1 lo ­ Độ dãn dài tương đối : s  =  lo 100 0 0 Fo F1 ­ Độ thắt tỉ đối :  =  100 0 0 Fo Trong đó :        l0 , F0 ­ Chiều dài và biến dạng của mẫu trước khi  kéo  F1 ­ Tiết diện mẫu thử tại chỗ đứt  Biên soạn GV: Phạm Văn
  20. a ­ Khái niệm . Độ cứng của kim loại và hợp kim là khả năng chống lại sự lún của  bề mặt tại chỗ ấn vào đó một vật cứng hơn . Khi kim loại càng khó lún  thì độ cứng càng cao . * Việc thử độ cứng được áp dụng rộng rãi trong sản xuất vì nó đơn  giản và nhanh , khi thử độ cứng bề mặt của kim loại phải nhẵn không  có các vết nứt , xước , vẩy . Như vậy kết quả thử độ cứng mới chính  xác  Biên soạn GV: Phạm Văn
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

 

Đồng bộ tài khoản
2=>2