3/18/2020
1
MSE 3071
Quan hệ giữa
Cấu trúc
Tính chất
Gia công chế tạo
Hiệu năng
3
•Subatomic level
Electronic structure of individual atoms
that defines interaction among atoms
(interatomic bonding).
•Atomic level
Arrangement of atoms in materials (for the
same atoms can have different properties,
e.g. two forms of carbon: graphite and
diamond)
•Microscopic structure
Arrangement of small grains of material
that can be identified by microscopy.
•Macroscopic structure
Structural elements that may be viewed
with the naked eye.
Structure
2 D s im u l a t i o n u s i n g M o n t e C a r l o P o tt s m o d e l .
Monarch butterfly
~ 0.1 m
4
Progress in atomic-level understanding
DNA
~2 nm wide
Things Natural Things Manmade
THE SCALE OF THINGS
10 nm
Cell membrane
ATP synthaseSchematic, central core
Cat
~ 0.3 m
Dust mite
300 mm
Monarch butterfly
~ 0.1 m
MEMS (MicroElectroMechanical Systems) Devices
10 -100 mm wide
Red blood cells
Pollen grain
Fly ash
~ 10-20 mm
Bee
~ 15 mm
Atoms of silicon
spacing ~tenths of nm
Head of a pin
1-2 mm
Magnetic domains garnet film
11 mm wide stripes
Quantum corral of 48 iron atoms on copper surface
positioned one at a time with an STM tip
Corral diameter 14 nm
Progress in miniaturization
Indium arsenide
quantum dot
Quantum dot array --
germanium dots on silicon
Microelectronics
Objects fashioned from
metals, ceramics, glasses, polymers ...
Human hair
~ 50 mm wide
Biomotor using ATP
The
Microworld
0.1 nm
1 nanometer (nm)
0.01 mm
10 nm
0.1 mm
100 nm
1 micrometer (mm)
0.01 mm
10 mm
0.1 mm
100 mm
1 millimeter (mm)
0.01 m
1 cm
10 mm
0.1 m
100 mm
1 meter (m)
100m
10-1 m
10-2 m
10-3 m
10-4 m
10-5 m
10-6 m
10-7 m
10-8 m
10-9 m
10-10 m
Visible
spectrum
The
Nanoworld
Self-assembled
“mushroom”
The 21st century challenge -- Fashion materials at the nanoscale with desired properties and functionality
Red blood cells
with white cell
~ 2-5 mm
3/18/2020
2
5
Giản đồ thử kéo
Jäävpikenemine
Kogupikenemine
L, mm
F
max
F
eH
F
eL

N
mm
2
R
m
R
p0,2
0

AA
t

Độgiãn dài thực tế
Độgiãn dài
Vật liệu dẻo– Giới hạn chảy– Re, Rp(Rec, Rpc)
Vật liệu giòn– Giới hạn bền – Rm(Rmc), Rm/
Phân loại vật liệu (Re, Rp0,2)
Độ bền thấp < 250 N/mm2
Độ bền trung bình 250...750 N/mm2
Độ bền cao 750...1500 N/mm2
Độ bền rất cao > 1500 N/mm2
E=tg
K=
E
E=

G=tg
G=

K=tg
K=

G=3/8
E
E
Normaal-
Nihke-
Maht-
Độcứng vững D = Ex K (hệ số hình học)
Mô đun đàn hồi
Kéo - nén Cắt Thểtích
3/18/2020
3
Material E, N/mm2x 109
Diamond
WC
SiC
Al2O3
TiC
Mo & Mo-alloys
Co & Co-alloys
Ni & Ni-alloys
Steels
Cast irons
Cu & Cu-alloys
Ti & Ti-alloys
Zn & Zn-alloys
Al & Al-alloys
Sn & Sn-alloys
Graphite
Pb & Pb-alloys
Plastics
Rubbers
PVC
1000
450-650
500
390
380
320-360
200-250
130-230
190-210
170-190
120-150
80-130
45-90
70-80
40-50
30
15
1-5
0,01-0,1
0,003-0,01
T KU, KV – biến giòn
TDBT – Nhiệt độchuyển biến dẻo-giòn
Độdai – Độ dai va đập Ak
- Độ dai phá hủy biến dạng phẳng KC, N/mm2 m1/2
TT
T
T
KHL
T
KHL
T
KHL
100
50
0
T
50
Kiulise pinna %
KU
KU
TDBT
T’DBT
TDBT
Ductile fracture %
55
55
10
10
2
1010
R 0.25
R 1.0
5
45
Kõrgtugev
Madaltugev
Temperatuur
P
u
r
u
s
t
u
s
t
ö
ö
A , J
15,4
14,0
12,6
11,2
9,8
8,.4
7,0
5,6
4,2
2,8
2
3
4
5
6
7
8
Tera nr.
U
KU, J
low strength
high strength
T
KU, KV
Grain no.
Ảnh hưởng của nhiệt độ
Ảnh hưởng của kích thước hạt
a
F
F
b
Độtập trung ứng suất
aK maxmax [MPam1/2]
3/18/2020
4
Material KIC, MPa
m1/2
WC
TiC
SiC
Al2O3
SiO2
Steels
-low carbon
-maraging
(E)
6 (680)
4 (440)
3 (420)
3 (320)
0,7 (100)
54
110-175
Superplastic
steels
Maraging
steels
Low-alloyed
highly
tempered
steels
Precipitation
hardened
stainless
steels
Độ dai phá hủy biến dạng phẳng K1c, MPa m1/2
Giới hạn chảy, MPa
Mỏi
F
Pingeepüür
N
1
10
7
N
2
N
3
N
R
a
b
Thép N = 107
HK phi Fe N = 108
Yếu tố ảnh hưởng:
- Độnhám bềmặt
- Trạng thái ứng suất
- Độtập trung ứng suất
R(R = min/max)
-1 –ứng suất chu kỳ
Material Rp0,2,
N/mm2
-1, N/mm2
Plain carbon steel
-strain hardened
-annealed
Alloyed steel
Al-alloys
-wrought alloys
-cast alloys
Ti-alloys
Cu-alloys
275
475
1700
275
110
900
450
240
340
700
100
80
500
150
Dão = f(, T, t)
Nhiệt độthấp T/Tm< 0.5
Nhiệt độcao T/Tm> 0.5
Yếu tố ảnh hưởng
Cấu trúc
Hợp kim
TMT
3/18/2020
5
Dạng ăn mòn
Hóa học
Điện hóa
Hóa sinh
Ăn mòn khô
Ăn mòn ướt/ẩm
Dung dịch
Môi trường nóng chảy
Phân loại vật liệu
Kim
loại
Polymer Ceramic
Composite
4
1
2
3
4 nhóm vật liệu chính: VL kim loại, Ceramic,
Polymer và Composite
1- VL bán dẫn
2- VL siêu dẫn
3- VL silicon
4- VL polymer dẫn điện
Theo bản chất hóa học
Phân loại vật liệu
- Theo bản chất hóa học
Kim loạiVô cơ
(Ceramic)
Hữu cơ
(Polyme)
-Dẫn điện, dẫn
nhiệt tốt
- Có độbền cơ
học
- Khảnăng biến
dạng dẻo tốt
- Chịu nhiệt từ
thấp đến cao
-Dẫn điện, dẫn
nhiệt kém
- Bán dẫn: dẫn
điện nhờlai hóa
- Tính giòn cao
- Chịu nhiệt cao
-Cách điện
- nhẹ
- Độdai thấp
- Chịu nhiệt kém
-Ổn định cấu
trúc kém
Compozit
- Theo tính năng sửdụng
Vật liệu kết cấuVật liệu chức năng
Tính chất vật lý, hóa học
- Tính chất điện
- Tính chất nhiệt
- Tính chất quang
- Tính chất tù
- Y sinh
Tính chất cơ học
- Độbền
- Độdai
- Độdẻo
- Độcứng