Bài giảng Vật liệu học: Chương 1 – Cấu trúc tinh thể vật liệu kim loại

Chia sẻ: Trinh _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:49

Thêm vào BST

Báo xấu

44
lượt xem 8
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng Vật liệu học: Chương 1 – Cấu trúc tinh thể vật liệu kim loại trình bày nội dung về cấu tạo nguyên tử, liên kết kim loại, cấu trúc tinh thể của vật liệu kim loại, khuyết tật cấu trúc, sự hình thành tổ chức vật liệu kim loại. Mời các bạn tham khảo nội dung chi tiết.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Vật liệu học: Chương 1 – Cấu trúc tinh thể vật liệu kim loại

MSE2228 (2-0-1-4) - Vật liệu học GV: Nguyễn Thị Vân Thanh Bộ môn: C5-301A email: thanh.nguyenthivan@hust.edu.vn om Bài giảng: share qua gmail .c Khối lượng: 30 (lý thuyết) + 15 (6 bài thí nghiệm) ng Đánh giá kết quả: (đề cương môn học) co Điểm quá trình (0.4) = Thi giữa kỳ + KT+ điểm chuyên cần an Điểm cuối kỳ (0.6) th Điều kiện thi cuối kỳ: hoàn thành tất cả các bài thí nghiệm ng Nội dung: sv xem đề cương môn học o du Tài liệu môn học: u 1 Nghiêm Hùng. Vật liệu học cơ sở, NXB Khoa họa kỹ thuật, Hà nội 2002 cu 2 Lê Công Dưỡng (chủ biên). Vật liệu học, NXB Khoa họa kỹ thuật, Hà nội 2000; 3 Bài giảng : Phùng Thị Tố Hằng, Nguyễn Văn Đức; Vật liệu kim loại, 2011 Sách tham khảo: 4 William D. Callister, Jr., Materials Science and Engineering; , John Wiley & Sons, Inc. USA, 2007 1 5 Armazov. Vật liệu học. NXB Giáo dục 2000; CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
Mở đầu Vật rắn, sử dụng để chế tạo các dụng cụ, máy móc, thiết bị, xây dựng các công trình……. om Vật liệu là gì? .c ng co an th o ng du u cu 2 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
Mở đầu GIỚI THIỆU VỀ VẬT LIỆU 4 nhóm vật liệu chính: Fe, Al, Cu, Zn, Ti Dẫn điện, nhiệt tốt Nặng, Bền cơ học om - Vật liệu kim loại …và Hợp kim Kém bền hóa học .c - Ceramic Kim ng loại - Polymer co Dẫn điện, nhiệt rất kém - Composite Dẫn điện, nhiệt kém 1 Nặng, Cứng, giòn Dẻo, nhẹ an Kém bền nhiệt Bền nhiệt th Bền hóa học @RT ng 4 Composite 2 Bền hóa học o du 4 nhóm vật liệu trung gian Polymer 3 Ceramic u 1- VL bán dẫn cu VL hữu cơ, VL vô cơ, h/c KL, 2- VL siêu dẫn TPHH chính C, silic với á kim: ôxit, 3- VL silicone H, các á kim, có nitrit, cacbit (đất, cấu trúc cao đá, ximăng, thủy 4- VL polymer dẫn điện phân tử. tinh…) 3 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
Mở đầu - Độ bền/khối lượng riêng? - Tạo hình? - Tính an toàn? Tính sử dụng - Giá cả? om Kỹ thuật vật liệu .c Gia công, chế tạo vật liệu có tính Tổ chức ng chất vật liệu theo yêu cầu sử dụng /cấu trúc co Gia công/ an chế tạo th ng Tính chất o - Thép, Hk Al? du - Ntố hợp kim, lượng? - Độ bền? Độ dẻo? - Tạo ra loại thép có độ - Độ hạt? - u dai va đập cao, có tính cu - Pha? Kth pha? - Độ dai? - Độ cứng? tạo hình tốt bằng cách Khoa học vật liệu nào? - Tạo hình khí động học Nghiên cứu mối quan hệ giữa cấu cho xe như thế nào? trúc và tính chất vật liệu 4 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
Mở đầu Ví dụ: Sự phụ thuộc của tính chất vào tổ chức của vật liệu Dẻo, dễ biến dạng, Cứng, giòn, khó biến dạng, om dễ bị ăn mòn dễ bị ăn mòn .c Thép C ng thông thường Gang co xám an th o ng du Giảm %C, u Dẻo, dễ biến dạng, khả cu thêm %Cr %Ni năng bền ăn mòn tốt Thép không gỉ 5 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
Nội dung môn học Vật liệu học – sv cơ khí Chế tạo, xử lý ↔ Tổ chức, cấu trúc ↔ Tính chất ↔ Sử dụng Tổ chức, - Cấu trúc tinh thể om Chương 1: Cấu trúc tinh thể của vật liệu kim loại Cấu trúc - Tổ chức tế vi .c Chương 2: Cơ tính của vật liệu kim loại Tính chất: ng Chương 3: Hợp kim và giản đồ pha - Cơ tính co - Công nghệ và tính sử dụng an th ng Chương 4: Nhiệt luyện thép Chế tạo, xử lý: Các phương pháp xử lý o để đạt được cơ tính mong muốn du u cu Chương 5: Vật liệu kỹ thuật Hợp kim trên cơ sở sắt (thép, gang) Ứng dụng của các vật liệu điển hình Kim loại và hợp kim phi sắt (nhôm, đồng) 6 Vật liệu phi kim (polymer) CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
Chương 1 Cấu trúc tinh thể của vật liệu kim loại om .c ng 1.1. Cấu tạo nguyên tử. Liên kết kim loại co 1.2. Cấu trúc tinh thể của vật liệu kim loại an th 1.3. Khuyết tật cấu trúc ng 1.4. Sự hình thành tổ chức vật liệu kim loại o du u cu 7 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
1.1 Cấu tạo nguyên tử Cấu tạo nguyên tử: Nguyên tử = Hạt nhân (p+n) + điện tử (Ze-) om .c ng co an th ng K L M N Số lượng tử chính: n = 1,2, 3…(K, L, M,…) 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s2 2 2 6 2 6 6 o du Số lượng tử phương vị: l =0, 1, 2, 3,.., n-1 (s, p, d, f, …) u Số lượng tử từ: ml = 0, ±1, ±2, …. ±l cu Số lượng tử spin: ms = ± 1/2 Điện tử hóa trị: Những electron ngoài cùng chưa ghép đôi, tham gia vào tính chất hóa, lý của nguyên tố. Nguyên tử: cấu hình ổn định, cấu hình có số điện tử hóa trị bằng 0 8 (cho hoặc nhận thêm e-) CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
Liên kết kim loại VD: Cu (Z=29) • Liên kết là lực tĩnh điện giữa mạng tinh thể của ion dương và om các e tự do bao quanh .c • Liên kết chính trong vật liệu KL ng co • Tính kim loại : an + Ánh kim th + Dẫn điện, dẫn nhiệt o ng + Tính dẻo cao du u cu 9 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
Sự sắp xếp các nguyên tử trong vật rắn tinh thể Chất khí: các nguyên tử, phân tử chuyển động hỗn loạn om .c ng co an Chất rắn tinh thể: các nguyên tử có vị trí hoàn toàn xác định (có trật tự gần và trật tự xa) th o ng • Trật tự gần: TT duy du trì trong khoảng u cách vài nguyên tử cu • Trật tự xa: TT duy trì trong khoảng cách rất lớn 10 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
Sự sắp xếp các nguyên tử trong vật rắn tinh thể Chất rắn không có cấu trúc tinh thể om Chất rắn vô định hình: cấu trúc giống chất lỏng trước khi đông đặc .c ng co an Có trật tự gần, th Không có trật tự xa ng o du u cu VD: Thủy tinh thường ,SiO2 11 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
Chương 1 Cấu trúc tinh thể của vật liệu kim loại om 1.1. Cấu tạo nguyên tử. Liên kết kim loại .c 1.2. Cấu trúc tinh thể của vật liệu kim loại ng co 1.2.1. Khái niệm mạng tinh thể an 1.2.2. Mạng tinh thể điển hình của vật liệu kim loại th Mạng lập phương tâm mặt o ng Mạng lập phương tâm khối du Mạng sáu phương xếp chặt u cu 1.3. Khuyết tật cấu trúc 1.4. Sự hình thành tổ chức vật liệu kim loại 12 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
1.2 Cấu trúc tinh thể của vật liệu kim loại 1.2.1 Khái niệm mạng tinh thể Quả cầu rắn (Nguyên tử, ion,…) om .c Đường thẳng tưởng tượng ng co an Mạng tinh thể th ng Ô cơ sở: o du Là hình không gian thể tích nhỏ nhất nhỏ nhất u đặc trưng cho tính đối xứng của mạng tinh thể cu  Tịnh tiến ô cơ sở theo ba chiều không gian sẽ xây dựng được toàn bộ mạng tinh thể 13 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
Ô cơ sở và cách biểu diễn     c a , b , c : véc-tơ đơn vị , ,  : góc tạo bởi các véc tơ đơn vị  b om a, b, c : hằng số mạng     .c Ô cơ sở xác định ↔ a , b , c xác định a ng Mỗi chất rắn có 1 kiểu mạng tinh co thể xác định → ô cơ sở xác định an th 07 hệ tinh thể khác nhau phụ thuộc vào mối quan hệ giữa cạnh và góc ng Ba nghiêng (tam tà) abc  o Một nghiêng (đơn tà) abc ==900 du Trực thoi abc ===900 u ==900 cu Ba phương (mặt thoi) a=b=c Sáu phương (lục giác) a=b c ==900, =1200 Chính phương (bốn phương) a=b c ===900 Lập phương a=b=c ===900 14 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
Chỉ số phương mạng, mặt nguyên tử Nút mạng [x,y,z]: biểu thị toạ độ của các nguyên tử VD: A [1,0,1] B [1,1,1] om z C [0,1,1] .c D C Chỉ số Miller của phương mạng [uvw]: ng B Phương: đường thẳng đi qua hai nút co A mạng bất kỳ có hướng M an Hai phương // có cùng chỉ số (vì sắp th xếp nguyên tử giống nhau) O ng H VD: OB [111] y o du OE [210] F E K u cu MK [22-1] x Quy tắc: + Qua gốc tọa độ kẻ véc-tơ OM song song với phương cần xác định + Xác định chỉ số Miller của M[[x,y,z]] 𝑢 𝑣 𝑤 + Quy đồng mẫu số chung nhỏ nhất: x= ;y= ;z= 𝑀𝑆𝐶𝑁𝑁 𝑀𝑆𝐶𝑁𝑁 𝑀𝑆𝐶𝑁𝑁 15 + [uvw] là chỉ số Miller của phương cần tìm. CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
z Chỉ số Miller của mặt nguyên tử (hkl) D C • Mặt nguyên tử : Mặt phẳng chứa các nút mạng (nguyên tử) E B om • Hai mặt nguyên tử // có sắp xếp nguyên tử như nhau → có cùng chỉ số .c O H • Chỉ xác định chỉ số Miller cho MF gần ng y O nhất và không đi qua O co F Quy tắc: an A + Rời mặt phẳng khỏi gốc tọa độ x th + Xác định giao điểm của MF với 3 trục Ox, Oy, Oz: ng P[[x,0,0]]; Q[[0,y,0]]; R[[0,0,z]] 1 1 1 o + Lấy nghịch đảo: ; ; du 𝑥 𝑦 𝑧 + Quy đồng mẫu số chung nhỏ nhất: u ℎ 𝑘 𝑙 cu ; ; 𝑀𝑆𝐶𝑁𝑁 𝑀𝑆𝐶𝑁𝑁 𝑀𝑆𝐶𝑁𝑁 + (hkl) là chỉ số Miller của MF cần tìm. VD:DFH (111), EFAB (100), ABCH(010) 16 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
Họ phương, họ mặt Hệ lập phương, có tính đối xứng cao: sự sắp xếp nguyên tử trên Ox, Oy, Oz là như nhau → có thể giao hoán các trục cho nhau mà không làm thay đổi bản chất của mạng tinh thể om Họ phương, ký hiệu .c Các phương có giá trị tuyệt đối u,v,w giống nhau không kể thứ tự có cùng ng quy luật sắp xếp nguyên tử. co Họ mặt, ký hiệu {hkl}: an Các mặt có giá trị tuyệt đối h, k, l giống nhau không kể thứ tự có cùng quy luật sắp xếp nguyên tử. th o ng du u cu 17 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
Chỉ số mặt (chỉ số Miller-Bravais) (hkil) cho hệ tinh thể sáu phương i = - (h+k) om .c ng co an th o ng du u cu 18 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
Bài tập 1.1 Mạng tinh thể lập phương như hình 1, D là gốc tọa độ: 1, Xác định chỉ số miller cho các phương sau: KL; PE om 2,Xác định chỉ số miller cho các mặt: APF, KLNX, AEGC 3, Vẽ phương [221], [123] trên ô cơ sở .c 4, Vẽ mặt (312), (310) trên ô cơ sở ng co an th o ng du u cu CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
1.2.2 Mạng tinh thể điển hình của vật liệu kim loại a. Lập phương tâm mặt (A1) Ô cơ sở : om Khối lập phương cạnh a. .c Sắp xếp ngtử: ng 8 ngtử ở 8 đỉnh co 6 ngtử ở tâm 6 mặt bên an th Đặc điểm: ng Số nguyên tử trong một ô cơ sở: Nô = 4 o du Phương xếp chặt nhất: u Bán kính nguyên tử: rnt = a√2/4 cu Mặt xếp chặt nhất: {111}; Ms = snt/S(111) = ?% Mật độ thể tích: Mv = vnt /Vô = 74% → 26% còn lại là lỗ hổng 21 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt