Giáo trình Vật liệu cơ khí (Nghề: Cắt gọt kim loại - CĐ/TC): Phần 1 - Trường Cao đẳng Nghề Đồng Tháp

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:60

Thêm vào BST

Báo xấu

24
lượt xem 5
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Giáo trình Vật liệu cơ khí phần 1 Vật liệu kim loại và nhiệt luyện gồm: những tính chất chung của kim loại, gang, thép, kim loại màu và hợp kim màu, sự biến đổi tính chất của kim loại khi nhiệt luyện và các phương pháp nhiệt luyện. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình Vật liệu cơ khí (Nghề: Cắt gọt kim loại - CĐ/TC): Phần 1 - Trường Cao đẳng Nghề Đồng Tháp

TRƢỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ ĐỒNG THÁP KHOA CƠ KHÍ – XÂY DỰNG GIÁO TRÌNH MÔN HỌC: VẬT LIỆU CƠ KHÍ NGHỀ: CẮT GỌT KIM LOẠI TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG/TRUNG CẤP (Ban hành kèm theo Quyết định số:……, ngày……, tháng……, năm 2017 của Hiệu trưởng Trường Cao đẳng Nghề Đồng Tháp) Đồng Tháp, năm 2017
TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN Tài liệu này thuộc loại sách giáo trình nên các nguồn thông tin có thể đƣợc phép dùng nguyên bản hoặc trích dùng cho các mục đích về đào tạo và tham khảo. Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc hoặc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh sẽ bị nghiêm cấm. 2
LỜI GIỚI THIỆU Để đáp ứng nhu cầu về tài liệu học tập cho sinh viên và tạo điều kiện thuận lợi cho giáo viên khi giảng dạy môn học “Vật liệu cơ khí”. Nội dung của giáo trình nhằm trang bị những kiến thức cơ bản về vật liệu của ngành Cơ khí cho sinh viên hệ cao đẳng nghề, trung cấp nghề. Nội dung gồm hai phần: Phần thứ nhất: Vật liệu kim loại và nhiệt luyện gồm: những tính chất chung của kim loại, gang, thép, kim loại màu và hợp kim màu, sự biến đổi tính chất của kim loại khi nhiệt luyện và các phƣơng pháp nhiệt luyện. Phần thứ hai: Vật liệu phi kim loại gồm các tính chất và công dụng của những vật liệu phi kim loại thƣờng dùng trong ngành chế tạo cơ khí nhƣ, chất dẻo, gỗ, vật liệu compozit. Trong quá trình biên soạn đã tham khảo nhiều tài liệu vật liệu cơ khí của các trƣờng dạy nghề và nhiều tài liệu khác Mặc dù đã có nhiều cố gắng, song không tránh khỏi những thiếu sót. Rất mong đƣợc đồng nghiệp và bạn đọc góp ý kiến để tập tài liệu này ngày càng hoàn chỉnh hơn. Đồng Tháp, ngày ….tháng …. năm 2017 Tham gia biên soạn Chủ biên:
MỤC LỤC TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN ............................................................................................... 2 LỜI GIỚI THIỆU............................................................................................................... 3 CHƢƠNG 1: KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ KIM LOẠI VÀ HỢP KIM .............................. 5 1. Tầm quan trọng của kim loại và hợp kim ...................................................................... 5 2. Cấu tạo của kim loại và hợp kim ................................................................................... 6 3. Tính chất chung của kim loại và hợp kim .................................................................... 10 4. Các phƣơng pháp thử kim loại và hợp kim .................................................................. 12 5. Hiện tƣợng ăn mòn kim loại ........................................................................................ 17 6. Phƣơng pháp chống ăn mòn kim loại .......................................................................... 18 CHƢƠNG 2: GANG ........................................................................................................ 21 1. Khái niệm chung về gang............................................................................................. 21 2. Phân loại gang .............................................................................................................. 24 CHƢƠNG 3 THÉP .......................................................................................................... 35 1. Thành phần hoá học và ảnh hƣởng của các nguyên tố ................................................ 35 2. Ảnh hƣởng của các nguyên tố tới tính chất của thép ................................................... 36 3. Các phƣơng pháp phân loại thép .................................................................................. 38 4. Các loại thép cacbon .................................................................................................... 39 5. Thép hợp kim ............................................................................................................... 44 6. Xác định mác thép bằng tia lửa mài ............................................................................. 56 CHƢƠNG 4: NHIỆT LUYỆN VÀ HÓA NHIỆT LUYỆN ............................................ 61 1. Khái niệm cơ bản về nhiệt luyện.................................................................................. 61 2. Giản đồ trạng thái hợp kim Fe-C ................................................................................. 63 3. Các yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình nhiệt luyện ......................................................... 67 4. Các hình thức nhiệt luyện ............................................................................................ 68 5. Các dạng sai hỏng thƣờng gặp khi nhiệt luyện ............................................................ 83 6. Hóa nhiệt luyện ............................................................................................................ 87 CHƢƠNG 5: KIM LOẠI MÀU VÀ HỢP KIM MÀU .................................................... 95 1. Đặc điểm và tính chất chung của kim loại màu ........................................................... 95 2. Nhôm và hợp kim nhôm .............................................................................................. 96 3. Đồng và hợp kim đồng ................................................................................................. 99 4. Thiếc – chì- kẽm ........................................................................................................ 105 5. Hợp kim làm ổ trƣợt................................................................................................... 106 CHƢƠNG 6: CAO SU-GỖ-AMIĂNG .......................................................................... 113 1. CAO SU ..................................................................................................................... 113 2.GỖ ............................................................................................................................... 113 3.AMIĂNG .................................................................................................................... 114 TÀI LIỆU CẦN THAM KHẢO .................................................................................... 116
CHƢƠNG 1: KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ KIM LOẠI VÀ HỢP KIM Mã chƣơng: CMH10-01 Mục tiêu: - Trình bày đƣợc các đặc điểm, cấu tạo của kim loại và hợp kim. Phân biệt đƣợc các kim loại và hợp kim thƣờng dùng trong ngành cơ khí chế tạo. - Trình bày đƣợc các tính chất cơ lý hoá, tính công nghệ của kim loại và hợp kim. Mô tả đƣợc các phƣơng pháp đo độ cứng đơn giản, có khả năng đo trực tiếp sản phẩm mà không phá hỏng chúng. Phƣơng pháp thử độ cứng HB, HRC và phƣơng pháp thử độ bền, độ dẻo của vật liệu. - Rèn luyện tính kỷ luật, kiên trì, cẩn thận, nghiêm túc, chủ động và tích cực sáng tạo trong học tập. 1. Tầm quan trọng của kim loại và hợp kim Để xây dựng và phát triển nền kinh tế quốc dân vững mạnh cần phải phát triển công nghiệp nặng , trong đó ngành chế tạo cơ khí là quan trọng nhất . - Để chế tao các loại máy móc thiết bị cơ khí phải có vật liệu , trong đó kim loại là vật liêu chủ yếu . Sở dĩ kim loại là vật liệu đƣợc sử dụng chủ yếu của ngành chế tạo cơ khí bởi nó có nhiều tính chất và ƣu điểm quan trọng , ƣu việt hơn hẳn so với các loại vật liệu khác . - Ngày nay , ngành công nghiệp vật liệu phát triển mạnh mẽ với nhiều loại vật liệu khác nhau nhƣ : Gỗ , thuỷ tinh , chất dẻo , ... Với các tính năng ngày càng tốt và sản lƣợng ngày càng cao , nhƣng vẫn không thay thế hoàn toàn đƣợc cho kim loại và hợp kim . - Do đó , bên cạnh việc nghiên cứu thay thế các kim loại và hợp kim bằng các vật liệu phi kim loại có tính năng thích ứng , ngƣời ta vẫn tiếp tục nghiên cứu để tìm ra những kim loại và hợp kim có những tính năng ƣu việt nhƣ : Nhẹ , bền , chịu ăn mòn , chịu nhiệt , chịu va đập , ... Việc nghiên cứu và sản xuất các loại gang , thép vẫn là trọng tâm của công nghiệp vật liệu nói riêng và của nền kinh tế quốc dân nói chung đối với tất cả các nƣớc có nền công nghiệp phát triển .
2. Cấu tạo của kim loại và hợp kim 2.1. Cấu tạo của kim loại 2.1.1. Khái niệm về kim loại Kim loại là vật liệu sáng dẻo có thẻ rèn đƣợc , có tính dẫn điện , nhiệt cao. Phƣơng diện hóa học kim loại là nguyên tố dễ nhƣờng điện tử trong các phản ứng hóa học. 2.1.2. Đặc điểm cấu tạo nguyên tử kim loại Trạng thái (e) trong nguyên tử đƣợc xác định bởi 4 số lƣợng tử: n - Số lƣợng tử chính l - Số lƣợng tử quỹ đạo m - Số lƣợng tử tử ms - Số lƣợng tử Spin Các (e) chuyển động trong nguyên tử giới hạn , trong những lớp xác định tƣơng ứng với số lƣợng tử chính.n = 1, 2, 3, ... K, L, M, ... Trong các lớp này đƣợc chia làm nhiều lớp con , tƣơng ứng với số lƣợng tử quỹ đạo. l = 0 , 1, 2, 3, ... , (n-1) đƣợc ký hiệu bởi các lớp : s, p ,d ,f , ... Mỗi một trạng thái (e) trong nguyên tử tƣơng ứng với một năng lƣợng xác định. Theo cơ học lƣợng tử thì cấu hình (e) trong nguyên tử đƣợc cấu tạo nhƣ 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) 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 họ . 2.1.3. Liên kết kim loại Kim loại có cấu tao mạng tinh thể liên kết ở trong kim loại đƣợc gọi là liên kết kim loại.
Liên kết kim loại đƣợc mô tả nhƣ sau: Ở các nút lƣới là các ion (+), kim loại trong khoảng không giữa nút lƣới 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. 2.1.4. Cấu tạo mạng tinh thể kim loại a. Mạng tinh thể và ô cơ bản Hình: 1.1: mạng tinh thể - Trong kim loại các kim loại đƣợc sắp xếp một cách trật tự tuần hoàn trong không gian . - Các nguyên tử trong kim loại đƣợc 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 nhƣ thế nó lập thành mạng tinh thể . - Toàn bộ mạng không gian có thể xem nhƣ đƣợc 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 nhƣ vậy gọi là ô cơ bản . b. Các kiều mạng tinh thể thường gặp Lập phương thể tâm Hình: 1.2: Lập phương thể tâm Cấu tạo: Trong các ô cơ bản kiểu mạng này có các nguyên tử nằm ở các nút (đỉnh) của hình lập phƣơng và ở giữa mỗi hình lập phƣơng 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 = 10-8 cm. 7
- Các kim loại có kiểu mạng này: Fe ,Cr ,Mo ,W , ... 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 Hình:ở 1.3: trungLậptâm hai mặt phương đáy và ba dày đặc nguyên tử nằm ở trung tâm của ba khối lăng trụ tam giác. - Các kim loại có kiểu mạng này: Zn ,Cu ,Mg , ... * 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 ngƣời ta gọi đó là sự biến đổi mạng tinh thể . Ví dụ : Sự chuyển biến thù hình của sắt . o T C 1600 1539o Loíng Fe Khäng coïtæìtênh LPTT o o 1392  o 1400 LPDT Fe o 910 - 1392o o 1000 910 o 800 768 LPTT Fe 500 Coïtæìtênh o o  t ( thåìi gian ) Så âäöbiãú n âäø i maû ng tinh thãøcuía sàõt ( Fe ) 8
2.2. 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 . 2.2.1. Khái niệm chung a. Định nghĩa Hợp kim là một dạng vật chất có tính kim loại nhận biết đƣợc bằng cách nấu chảy hay liên kết một kim loại với một hay nhiều các nguyên tố khác. Thành phần của hợp kim đƣợc biểu diễn bằng o/o trọng lƣợng. 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 nhƣ: lỏng cùng lỏng, rắn cùng rắn, ... nhƣng 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). 2.2.2. 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 thƣớc 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 Hình: 1.5: Mạng tinh thể a - Mạng tinh thể của sắt thay thế b - Mạng tinh thể của dung dịch đặc thay thế c - Mạng tinh thể của dung dịch đặc xen kẽ Có hai loại dung dịch đặc: * Dung dịch đặc thay thế: 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 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. 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 thƣớc và mạng tinh thể. 3. Tính chất chung của kim loại và hợp kim 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 lƣợng vật chất chứa trong một đơn vị thể tích của vật thể. m γ (Kg/m 3 ) V Trong đó: m - Khối lƣợng của vật thể ( Kg ) V - Thể tích của vật thể ( m3 ) c. Trọng lượng riêng: Là trọng lƣợng của một đơn vị thể tích của vật thể. P d ( KG/mm3 hoặc N/mm3 ) V Trong đó: P - Trọng lƣợng 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. 10
g. Tính nhiệt nung: Là nhiệt lƣợng cần thiết để làm tăng nhiệt độ của kim loại lên 10C. 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 trƣờng 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 H 2O và O2 của không khí ở nhiệt độ thƣờng hoặc nhiệt độ cao . - Tính chịu axít: Là khả năng chống lại tác dụng của môi trƣờng axít . 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 đƣợc hình dáng của kim loại và hợp kim mà không bị phá huỷ dƣới 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 dƣới 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. 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 đƣợc các phƣơng 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. 11
Một kim loại hay hợp kim nào đó mặc dù có những tính chất rất quan trọng nhƣng tính công nghệ kém thì cũng rất khó đƣợc sử dụng rộng rãi vì khó chế tạo thành phẩm. Cơ tính của kim loại và hợp kim có thể xác định đƣợc bằng cách thí nghiệm các mẫu vật trên các thiết bị chuyên dùng nhƣ: - Máy thử kéo nén; - Máy thử độ cứng. 4. Các phƣơng pháp thử kim loại và hợp kim 4.1. Thử độ cứng 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 đƣợc 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, xƣớc, vẩy. Nhƣ vậy kết quả thử độ cứng mới chính xác. b. Phương pháp Brinen P D h Ø733 d Hình: 1.6: Phương pháp Brinen Ngƣời ta dùng tải trọng P của máy ép thử độ cứng, ấn một viên bi bằng thép đã tôi cứng có đƣờng kính D = ( 2,5; 5; 10mm) vào mặt vật liệu thử. Giá trị của P chọn theo vật liệu và giá trị đƣờng kính D. - Thép cacbon thấp và gang: P = 30D2 - Đồng và hợp kim đồng: P= 10D2 12
Độ cứng đƣợc tính theo công thức: P P HB =  ( kG/mm2 ) F D 2 (D  D  d 2 ) 2 ( Thường phương pháp này đo vật có độ cứng dưới 450 HB ) Trong đó: D - đƣờng kính viên bi (mm) d - đƣờng kính vết lõm (mm) h - chiều sâu vết lõm (mm) * Từ độ cứng Brinen của vật thử ta có thể suy ra đƣợc giới hạn bền kéo của kim loại qua công thức. - Đối với thép cán và rèn : b = ( 0,34  0,36 ) HB - Đối với thép đúc : b = ( 0,3  0,4 ) HB - Đối với gang : b = 0,12 HB c. Phương pháp Rocvel P 120 h Hình: 1.7: Phương pháp Rovel Dùng một mũi đâm hình côn bằng kim có góc 1200 hoặc viên bi bằng thép có đƣờng kính bằng 1,588mm dƣới tác dụng của tải trọng P. Tuỳ theo mũi đâm và tải trọng P. - HRC Kim cƣơng: P = 150 kG - HRA Kim cƣơng: P = 60 kG - HRB dùng viên bi 1,588 (mm), P = 100 kG giá trị độ cứng của phƣơng pháp Rocvel có tính quy ƣớc. Cứ mũi đâm sâu 0,002 mm thì độ cứng giảm đi một đơn vị. 13
h  h0 HRC ( hoặc HRA ) = 100  0,002 h  h0 HRB = 130  0,002 Trong đó: h0 - tải trọng ban đầu d. Độ cứng Vicke (HV) Sơ đồ nguyên lý đo nhƣ đối với phƣơng pháp Rocoel nhƣng cấu tạo mũi đâm khác Hình: 1.8: Phương pháp Vicke - Tải trọng tiêu chuẩn P = 200g 120Kg - Mũi đâm có dạng hình tháp có góc hợp bởi 2 mặt đối diện là 1360 𝑃 2𝑃𝑠𝑖𝑛680 𝐻𝑉 = = 𝐹 𝑑2 Trong đó: F: diện tích vết lõm (mm2) P: Tải trọng tác dụng (Kg) d: đƣờng chéo vết lõm (mm) 14
4.2. 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 đứ . - Mẩu thử: Có tiết diện tròn , chiều dài L = 10 x  L Hình: 1.9: độ bền - 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 nhƣng mẫu vẫn dài thêm đến điểm M thì bị đứt.  Độ bền của vật liệu đƣợc xác định D theo công thức:  = M P C ( N/mm2 ) B Fo A Trong đó: P - Lực kéo lớn nhất ứng với mẫu bị ÂH CH TL  B â thắt (N) F0 - Diện tích tiết diện tại chỗ thắt 2 (mm ) TL - Giới hạn tỉ lệ ĐH - Giới hạn đàn hồi CH - Giới hạn chảy B - Giới hạn bền đ - Giới hạn đứt 15
b. Độ đàn hồi Độ đàn hồi là khả năng của kim loại có thể thay đổi hình dạng dƣới tác dung của lực bên ngoài rồi trở lại ban đầu khi bỏ lực tác dụng. Độ đàn hồi đƣợc xác định bằng quá trình thử kéo. Xác định bằng cách: Gọi Pe là lực làm cho mẫu thử không hoàn toàn trở lại nhƣ chiều dài ban đầu (Biến dạng này không lớn hơn 0.005 chiều dài, biến dạng dƣ). p = Pe ( N/mm2 ) Fo 4.3. Độ dẻo Độ dẻo của kim loại là khả năng biến dạng của kim loại dƣới tác dụng của lực bên ngoài mà không bị phá hỏng, đồng thời vẫn giữ đƣợc sự biến dạng đó khi bỏ lực tác dụng bên ngoài. Độ dẻo đƣợc đánh giá bằng độ dãn dài tƣơng đối và độ thắt tỉ đối. l1  lo - Độ dãn dài tƣơng đối: s =  100 0 0 lo Fo  F1 - Độ thắt tỉ đối:  =  100 0 0 Fo Trong đó: l0, F0 - Chiều dài và biến dạng của mẫu trƣớc khi kéo F1 - Tiết diện mẫu thử tại chỗ đứt 16
5. Hiện tƣợng ăn mòn kim loại 5.1. Khái niệm về ăn mòn kim loại Sự ăn mòn kim loại là quá trình phá huỷ kim loại và hợp kim do tác dung hoá học của môi trƣờng xung quanh. Kết quả là kim loại bị ôxy hoá thành các ion dƣơng và sẽ mất hết tính chất của kim loại. VD: Sắt, thép để lâu ngày bảo quản không tốt sẽ bị gỉ. a. Ăn mòn hoá học Là sự phá huỷ kim loại do kim loại phản ứng hoá học với chất khí hoặc hơi nƣớc ở nhiệt độ cao. - Đặc điểm: Không phát sinh ra dòng điện và nhiệt độ càng cao thì tốc độ ăn mòn càng nhanh. - Sự ăn mòn hoá học thƣờng xảy ra ở những thiết bị của lò đốt, các chi tiết của động cơ đốt trong hoặc các thiết bị tiếp xúc với hơi nƣớc ở nhiệt độ cao. b. Ăn mòn điện hóa Là sự phá huỷ của kim loại do kim loại tiếp xúc trực tiếp với chất điện ly tạo nên dòng điện. - Bản chất của ăn mòn điện hoá : Là một quá trình ôxy hoá - khử xảy ra trên bề mặt điện cực, ở cực âm xảy ra quá trình ôxy hoá kim loại, ở cực dƣơng xảy ra quá trình khử các ion H+ ( nếu dung dịch điện ly là axít ). - Ăn mòn điện hoá là dạng ăn mòn phổ biến và nghiêm trọng nhất, thƣờng xảy ra đối với vỏ tàu biển, ống dẫn đặt trong lòng đất, kim loại tiếp xúc với không khí ẩm, ... 5.2. Tác hại Gây thiệt hại lớn về nhiều mặt cho nền kinh tế quốc dân nhƣ : Phá huỷ máy móc thiết bị, một lƣợng lớn kim loại bị mất đi, ảnh hƣởng đến sự an toàn về ngƣời và thiết bị.
6. Phƣơng pháp chống ăn mòn kim loại 6.1. Phƣơng pháp phủ kim loại Phƣơng pháp phủ kim loại là phƣơng pháp phủ một lớp kim loại ít bị ăn mòn hoặc không bị ăn mòn lên bề mặt chi tiết cần đƣợc bảo vệ. Gồm các phƣơng pháp sau: a. Phương pháp nóng chảy Nung nóng chảy kim loại bảo vệ ( thƣờng là Sn, Pb hoặc Zn ) rồi nhúng chi tiết vào dung dịch nóng chảy đó để tạo lớp phủ bảo vệ. - Phủ kẽm: Nung nóng chảy Zn ở t0 = ( 450  480)0C. Sau đó nhúng chi tiết vào, lớp Zn nóng chảy sẽ bám vào bề mặt chi tiết. - Phủ thiếc: Nung nóng chảy Sn ở t0 = ( 270  300)0C, áp dụng cho các chi tiết ở ngành lƣơng thực, thực phẩm. - Phủ chì: Nung nóng chảy Pb ở t0 = 3500C, áp dụng để bảo vệ cho bề mặt các loại ống, các chi tiết trong công nghiệp hoá học. b. Mạ kim loại - Cách tiến hành : Chi tiết đƣợc treo vào cực Catốt ( cực âm ), còn cực anốt là một tấm kim loại nguyên chất dùng để phủ. - Ƣu điểm + Ngoài mục đích bảo vệ kim loại khỏi bị gỉ, còn có tác dụng làm đẹp, trang trí cho các chi tiết máy. + Khống chế đƣợc chiều dày lớp kim loại phủ, tiết kiệm kim loại, không phải nung nóng chi tiết. c. Cán dính một lớp kim loại bảo vệ Thƣờng dùng cho tấm kim loại bằng cách cán dính bề mặt tấm kim loại một lớp kim loại bảo vệ mỏng ( Pb, Al, Ni, ... ). d. Phun một lớp kim loại bảo vệ Đƣợc thực hiện bằng cách phun đắp lên chi tiết một lớp kim loại nóng chảy. - Cách tiến hành : Dây kim loạ bảo vệ ( Al, Cu, Ni, ... ) lắp vào một súng phun. Dây kim loại đƣợc đốt nóng bằng khí nóng hoặc bằng điện, các hạt kim loại nóng chảy sẽ phun vào bề mặt chi tiết bằng luồng không khí nén có áp suất cao. Các hạt kim loại nóng chảy bay ra khỏi súng phun và bám chặt vào bề mặt của chi tiết.
6.2. Phủ một lớp vật liệu phi kim loại a. Sơn Sơn là phƣơng pháp công nghệ bảo vệ kim loại đƣợc sử dụng rộng rãi nhất. Ngoài mục đích bảo vệ kim loại còn có tác dụng trang trí làm đẹp sản phẩm. Có 3 loại sơn chính là : Sơn dầu, sơn vecni, sơn êmay. b. Êmay - Về tính chất hoá học và lý học có thể coi nhƣ là dạng Silicát không hoà tan ( nhƣ thuỷ tinh ). Êmay có tính chịu ăn mòn cao trong các môi trƣờng ăn mòn nhƣ: Nƣớc, muối, axít. - Cách tiến hành: Nhúng chi tiết vào dung dịch êmay nóng chảy ở t = (1200  1300)0C rồi làm nguội. 0 c. Bôi dầu mỡ Chủ yếu là các vật liệu dụng cụ, các thiết bị xếp trong kho để lâu ngày. d. Phủ chất dẻo Thƣờng dùng cao su, Êbônít phủ bề mặt kim loại của chi tiết trong ngàng hoá học để bảo vệ cho các mặt trong của các thùng chứa khí, vật chuyển axít. 6.3. Các phƣơng pháp khác a. Tạo lớp axit bảo vệ - Tạo nên trên bề mặt kim loại một lớp bảo vệ dƣới dạng ôxit kim loại, làm cho bề mặt của kim loại trở nên thụ động ( trơ ) đối với axit. - Cách tiến hành : Nhúng chi tiết vào dung dịch nóng chảy gồm : NaOH ( 700  800 g/l ), NaNO3 ( 200  250 g/l ) ở t0 = ( 130  140)0C trong thời gian 1 - 2 giờ. Sau khi phủ trên bề mặt thép có màu đen (còn gọi là nhuộm đen). b. Chế tạo thép không gỉ Khi luyện thép, nếu cho thêm một lƣợng đủ lớn các nguyên tố Cr, Ni sẽ tạo ra loại thép không gỉ, có thể chịu đƣợc xút, bazơ. Một số loại thép không gỉ thƣờng dùng là: 12Cr13, 20Cr13, 30Cr13, 40Cr13, Cr17, Cr25.
CÂU HỎI ÔN TẬP 1. Nêu khái niệm , đặc điểm , liên kết của kim loại ? 2. Nêu cấu tạo của mạng tinh thể kmi loại ? 3. Nêu khái niệm chung của hợp kim ? 4. Nêu cấu tạo của hợp kim ? 5. Nêu tính chất chung của kim loại và hợp kim ? 6. Trình bày phƣơng pháp thử kéo của kim loại và hợp kim ? 7. Trình bày phƣơng pháp thử độ cứng của kim loại và hợp kim ? 8. Cho biết các hiện tƣợng ăn mòn kim loại. 9. Trình bày phƣơng pháp chống ăn mòn kim loại bằng phƣơng pháp phủ kim loại. 10. Trình bày phƣơng pháp chống ăn mòn kim loại bằng phƣơng pháp phủ một lớp vật liệu phi kim loại và các phƣơng pháp khác.