Giáo trình Vật liệu cơ khí (Nghề: Hàn) - CĐ Công nghiệp Hải Phòng

Chia sẻ: Agatha25 Agatha25 | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:111

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 cung cấp cho người học những kiến thức về: Khái niệm cơ bản về kim loại và hợp kim; Gang-Thép; Kim loại màu và hợp kim màu; Hợp kim cứng; Nhiệt luyện thép; Vật liệu phi kim loại. 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: Hàn) - CĐ Công nghiệp Hải Phòng

ỦY BAN NHÂN DÂN THÀNH PHỐ HẢI PHÒNG TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHIỆP HẢI PHÒNG GIÁO TRÌNH Tên môn học: Giáo trình vật liệu cơ khí NGHỀ: HÀN TRÌNH ĐỘ CAO ĐẲNG Hải Phòng, năm 2019
TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN Tài liệu này thuộc loại sách giáo trình nên các nguồn thông tin có thể được phép dùng nguyên bản hoặc trích dùng cho các mục đích về đào tạo và thamkhảo. Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc hoặc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh sẽ bị nghiêm cấm. -1-
LỜI NÓI ĐẦU Thực hiện chỉ đạo của Ban Giám hiệu Nhà trường về việc biên soạn, chỉnh sửa chương trình, giáo trình theo Luật Giáo dục nghề nghiệp năm 2014 và thông tư hướng dẫn thực hiện số: 03/2017/TT-BLĐTBXH. Khoa Cơ khí đã tiến hành biên soạn lại toàn bộ chương trình và giáo trình môn học, mô đun của các nghề. Giáo trình “Vật liệu cơ khí” được biên soạn trên cơ sở kế thừa các giáo trình trước đây, được lựa chọn những nội dung cơ bản, cốt yếu và bổ sung một số kiến thức mới nhằm phù hợp với chương trình và thời lượng giảng dạy của môn học. Nội dung bao gồm: Chương 1: Khái niệm cơ bản về kim loại và hợp kim Chương 2: Gang-Thép Chương 3: Kim loại màu và hợp kim màu Chương 4: Hợp kim cứng Chương 5: Nhiệt luyện thép Chương 6: Vật liệu phi kim loại Thời gian thực hiện: 30 giờ. Nội dung giáo trình phục vụ cho việc đào tạo Học sinh - Sinh viên hệ Trung cấp và Cao đẳng nghề trong nhóm ngành cơkhí. Mặc dù đã rất cố gắng trong quá trình biên soạn, nhưng giáo trình có thể vẫn còn những sai sót. Rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của bạn đọc để cuốn sách hoàn thiện hơn trong các lần xuất bản sau. Mọi ý kiến đóng góp xin gửi về địa chỉ: Khoa Cơ khí trường Cao đẳng Công nghiệp Hải Phòng Xin chân thành cảm ơn! Tổ môn -2-
MỤC LỤC TUYÊN BỐBẢN QUYỀN ................................................................................... 1 LỜINÓIĐẦU ........................................................................................................ 2 CHƯƠNG 1. KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ KIM LOẠI -HỢP KIM ...................... 7 1. KHÁI NIỆM VỀVẬTLIỆU .......................................................................... 7 1.1. Sơ lược vềvậtliệu.................................................................................... 7 1.2. Vai trò của vật liệu trongcuộc sống ....................................................... 9 1.3. Các tiêu chuẩnvậtliệu ........................................................................... 10 2. CẤU TẠO CỦA KIM LOẠI -HỢP KIM ................................................... 10 2.1. Kimloại ................................................................................................. 10 2.2. Hợp kim ................................................................................................ 13 3. TÍNH CHẤT CHUNG CỦA KIM LOẠI VÀHỢPKIM ............................ 16 3.1. Tính chấtvậtlý....................................................................................... 16 3.2. Tính chấthóahọc ................................................................................... 18 3.3. Tính côngnghệ ...................................................................................... 18 3.4. Tính chất cơ học (còn gọi làcơtính) ..................................................... 19 3.5. Quan hệ giữa các đặc trưng cơ tính củavậtliệu .................................... 22 3.6. Các phương pháp thửcơ tính ................................................................ 22 CÂU HỎI ÔN TẬPCHƯƠNG1.......................................................................... 27 CHƯƠNG 2. GANG-THÉP................................................................................ 29 1. GIẢN ĐỒ TRẠNG THÁIPHAFe-C........................................................... 29 1.1. Một số khái niệmcơ bản ....................................................................... 29 1.2. Giản đồ pha vàcôngdụng...................................................................... 30 1.3. Giản đồ phaFe-C (Fe-Fe3C) ................................................................. 30 2. GANG VÀ CÁC LOẠI GANGTHƯỜNGDÙNG ..................................... 35 2.1. Giới thiệu chungvề gang ...................................................................... 35 2.2. Cácloạigang .......................................................................................... 38 3.THÉP VÀ CÁC LOẠI THÉPTHƯỜNGDÙNG ......................................... 44 3.1. Khái niệm chungvề thép....................................................................... 44 3.2. Ảnh hưởng của các nguyên tố đến tính chấtcủathép ........................... 45 3.3. Các phương pháp phânloạithép ............................................................ 46 3.4. Phân loại thép theocôngdụng ............................................................... 47 4.THÉPHỢP KIM ........................................................................................... 50 4.1. Khái niệm théphợpkim ......................................................................... 50 4.2. Ảnh hưởng của các nguyên tố hợp kim đến tính chấtcủathép ............. 51 4.3. Phân loại théphợpkim........................................................................... 52 CÂU HỎI ÔN TẬPCHƯƠNG2...................................................................... 58 CHƯƠNG 3. KIM LOẠI MÀU VÀ HỢPKIM MÀU ........................................ 59 -3-
1. ĐẶC ĐIỂM VÀ TÍNH CHẤT CHUNG CỦA KIMLOẠIMÀU ............... 59 2. ĐỒNG VÀ HỢP KIM ĐỒNG .................................................................... 60 2.1. Đồng nguyênchất .................................................................................. 60 2.2. Hợpkimđồng ......................................................................................... 60 3. NHÔM VÀ HỢPKIM NHÔM .................................................................... 63 3.1. Nhômnguyên chất................................................................................. 63 3.2. Hợpkimnhôm ........................................................................................ 64 4. THIẾC - CHÌ-KẼM ..................................................................................... 66 a. Thiếc ........................................................................................................ 66 b. Chì ........................................................................................................... 66 c. Kẽm.......................................................................................................... 67 5. HỢP KIM LÀMỔ TRƯỢT ......................................................................... 68 5.1. Kháiniệm .............................................................................................. 68 5.2. Yêu cầu đối với hợp kim làmổ trượt .................................................... 68 5.3. Hợp kim ổ trượt có nhiệt độ nóng chảythấp (babit) ............................. 69 5.4. Hợp kim ổ trượt có nhiệt độ nóngchảycao ........................................... 69 CHƯƠNG 4. HỢPKIM CỨNG .......................................................................... 71 1. KHÁINIỆM CHUNG.................................................................................. 71 2. PHÂN NHÓM HỢPKIM CỨNG ............................................................... 72 3. CÁC LOẠI VẬT LIỆU CỨNGKHÁC ....................................................... 74 CHƯƠNG 5.NHIỆTLUYỆN .............................................................................. 75 1. KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀNHIỆTLUYỆN ................................................ 75 1.1. Địnhnghĩa ............................................................................................. 75 1.2. Mụcđích ................................................................................................ 75 1.3. Đặc điểm............................................................................................... 76 1.4. Các yếu tố ảnh hưởng tới quá trìnhnhiệt luyện .................................... 76 2. CÁC CHUYỂN BIẾN TỔ CHỨC KHINHIỆTLUYỆN ............................ 76 2.1. Các chuyển biến tổ chức khinungnóng ................................................ 76 2.2. Các chuyển biến xảy ra khigiữnhiệt ..................................................... 79 2.3. Các chuyển biến xảy ra khilàmnguội ................................................... 79 3. CÁC HÌNH THỨCNHIỆTLUYỆN ............................................................ 83 3.1. Phương phápủ ....................................................................................... 83 3.2. Thường hóa........................................................................................... 85 3.3. Phương pháptôi .................................................................................... 85 3.4. Ramthép................................................................................................ 90 3.5. Các dạng sai hỏng khinhiệtluyện ......................................................... 91 CÂU HỎI ÔN TẬPCHƯƠNG5 ..................................................................... 93 CHƯƠNG 6. VẬT LIỆU PHIKIM LOẠI .......................................................... 94 1. CHẤTDẺO .................................................................................................. 94 -4-
1.1. Khái niệm chung vềchấtdẻo ................................................................. 94 1.2. Phânloại ................................................................................................ 95 2. CAOSU ....................................................................................................... 96 2. VẬTLIỆUCOMPOSITE ............................................................................. 99 3. VẬT LIỆU GỐM –THỦYTINH .............................................................. 101 3.1. Gốm .................................................................................................... 101 3.2.Thủytinh .............................................................................................. 103 4. NHIÊN LIỆUÔTÔ .................................................................................... 104 4.1. Xăng ................................................................................................... 104 4.2. Dầudiezen ........................................................................................... 105 4.3. Dung dịchtrơnnguội ........................................................................... 106 4.4. Dầu-mỡ ...................................................................................................107 CÂU HỎI ÔN TẬPCHƯƠNG6.................................................................... 108 TÀI LIỆUTHAM KHẢO .................................................................................. 109 -5-
GIÁO TRÌNH MÔN HỌC Tên môn học: Vật liệu học Mã môn học: MH 09 1. Vị trí, tính chất, ý nghĩa, vai trò của mônhọc - Vị trí: Môn học được bố trí sau khi người học học xong các môn học chung, trước các môn học/mô đun đào tạo chuyên mônnghề. - Tính chất: Là môn học thuộc các môn học kỹ thuật cơ sở bắtbuộc. - Ýnghĩa:Giúpngườihọcnắmđượccáckiếnthứccơbảnvềvậtliệucơ khí. - Vai trò: Là môn lý thuyết cơ sở cho các môn chuyên ngành nên có vaitrò quan trọng trong chương trình đào tạo nghề. 2. Mục tiêu của mônhọc Sau khi học xong môn học này người học có khả năng: - Kiếnthức: + Trình bày được đặc điểm, tính chất, ký hiệu và phạm vi ứng dụng của các vật liệu thường dùng: Gang, thép cácbon, thép hợp kim, hợp kim cứng, kim loại màu và hợp kim màu, ceramic, vật liệu phi kim loại. + Trình bày rõ một số khái niệm cần thiết về nhiệt luyện và hoá nhiệt luyện. - Kỹ năng: + Nhận biết vật liệu qua màu sắc, tỷ trọng, độ nhám mịn, âm thanh khi gõ, đập búa, xem tia lửa khi mài. + Chọn và sử dụng đúng quy cách các loại vật liệu thường dùngcho nghề. + Có thể tự mua các loại vật liệu theo yêu cầu của sản xuất. - Tháiđộ: Rèn luyện tính kỷ luật, kiên trì, cẩn thận, nghiêm túc, chủ động, sáng tạo và tích cực. -6-
CHƯƠNG 1. KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ KIM LOẠI - HỢP KIM Mã chương: MH 09-01 Giới thiệu: Kim loại và hợp kim được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp để chế tạo các chi tiết, máy móc. Tuy nhiên khi sử dụng chế tạo chúng, cần phải dựa vào các yêu cầu kỹ thuật để lựa chọn cho phù hợp. Muốn vậy phải trang bị được các kiến thức cơ bản về kim loại và hợpkim. Mục tiêu: - Trình bày được khái niệm, vai trò của vậtliệu. - Trình bày được cấu tạo của kim loại và hợpkim. - Phân biệt được các kim loại và hợp kim thường dùng trong ngành cơkhí. - Trình bày được các tính chất cơ lý hoá, tính công nghệ của kim loại và hợp kim. - Rèn luyện cho người học có ý thức trách nhiệm, chủ động họctập. Nội dung: 1. KHÁI NIỆM VỀ VẬTLIỆU 1.1. Sơ lược về vậtliệu Vật liệu ở đây chỉ dùng để chỉ những vật rắn mà con người dùng để chế tạo: Dụng cụ, máy móc, thiết bị, xây dựng côngtrình... Dựa theo cấu trúc - tính chất đặc trưng, người ta phân biệt bốn nhóm vật liệu chính như sau: - Nhóm 1: Vật liệu kimloại - Nhóm 2: Vật liệu vôcơ - Nhóm 3: Vật liệu hữucơ - Nhóm 4: Vật liệucomposite a. Vật liệu kimloại - Vật liệu kim loại (hình 1-1a) thường là tổ hợp chủ yếu của các nguyên tố kim loại, trong đó nhiều nguyên tử. Các tính chất điển hình của vật liệu kimloại: - Đắt và kháđắt; -7-
- Dẫn điện, dẫn nhiệttốt; - Có ánh kim và phản xạ ánh sáng, không cho ánh sáng thường đi qua, dẻo, dễ biến dạngdẻo; - Có độ bền cơ học cao, nhưng kém bền hóahọc; - Nhiệt độ nóng chảy biến đổi trong phạm vi từ thấp đến cao nên đáp ứng yêu cầu đa dạng của kỹthuật. Các vật liệu kim loại điển hình như: Thép, gang, hợp kim đồng, hợp kim nhôm… b. Vật liệu vô cơ -Ceramic Vật liệu này (hình 1-1b) có nguồn gốc vô cơ, là hợp chất giữa kim loại, silic với á kim, bao gồm khoáng vật đất sét, xi măng, thủy tinh…Các tính chất điển hìnhnhư: - Rẻ và khárẻ; - Khánặng; - Dẫn điện, dẫn nhiệt kém (cách điện và cáchnhiệt); - Cứng, giòn, bền ở nhiệt độ cao, bền hóa học hơn vật liệu kim loại và vật liệu hữucơ. Vật liệu vô cơ điển hình như: Bê tông, xi măng, gạch, đá, thủy tinh, gốm… c. Vật liệu hữu cơ -Polyme Vật liệu này (hình 1-1c) phần lớn có nguồn gốc hữu cơ mà thành phần hóa học chủ yếu là cacbon (C), hyđrô và các á kim, có cấu trúc đại phân tử. Các tính chất điển hình của vật liệu hữu cơ – Polyme như: - Rẻ và khárẻ; - Dẫn điện, dẫn nhiệtkém; - Khối lượng riêngnhỏ; - Dễ uốn dẻo, đặc biệt là ở nhiệt độcao; - Bền vững hóa học ở nhiệt độ thường và trong khí quyển; nóng chảy và phân hủy ở nhiệt độ tương đốithấp. Các vật liệu hữu cơ điển hình như: Các loại nhựa, cao su, nilon... d. Composite Vật liệu này (hình 1-1d) được tạo thành do sự kết hợp của hai hay cả 3 loại vật liệu trên, mang hầu như các đặc tính tốt của các vật liệu thành phần.Ví dụ như: Bêtông cốt thép (vô cơ – kim loại) vừa chịu kéo và vừa chịu nén. -8-
Hình 1-1. Các dạng vật liệu dùng trong công nghiệp a. Kimloại (thép) b. Vô cơ (sứ cáchđiện) c. Hữucơ(PVC) d. Compozit Ngoài ra có những nhóm vật liệu khó ghép vào một trong bốn nhóm trên. - Bán dẫn, siêu bán dẫn nhiệt độ thấp, siêu dẫn nhiệt độ cao, chúng nằm trung gian giữa kim loại và ceramic, (trong đó hai nhóm đầu gần với kim loại hơn, nhóm sau cùng nằm gần ceramichơn). - Silicon nằm trung gian giữa vật liệu vô cơ với hữu cơ, song gần vật liệu hữu cơhơn. 1.2. Vai trò của vật liệu trong cuộcsống Trong các nhóm vật liệu kể trên thì vật liệu kim loại có vai trò quyết định đến sự phát triển của xã hội và kỹ thuật. Đó là vật liệu cơ bản để chế tạo ra máy móc và những công trình xây dựng. Sự phát triển không ngừng của máy động lực, máy công cụ gắn liền với sự phát triển của các vật liệu kim loại với tính năng ngày càngcao. Mỗi khi con người tìm ra một loại vật liệu mới, với những tính chất ưu việt của nó là một lần thúc đẩy năng suất lao động phát triển mở ra những ngành khoa học mớinhư: - Sự xuất hiện công nghệ chế tạo nhôm hợp kim cứng Đura (1903) đã giúp cho ngành công nghiệp hàng không và tên lửa có bước phát triển nhảyvọt. - Hàng loạt các vật liệu khác cũng được chế tạo và ứng dụng rộng rãi trong ngành cơ khí như: Thép không rỉ austenit (1912), hợp kim titan (1960), thép kết cấu có độ bền cao (1965), thủy tinh kim loại (1990), kim loại nhớ(1990)… Ngày nay các nhà khoa học vẫn tiếp tục nghiên cứu nhằm tạo ra những hợp kim mới có tính năng ngày càng ưu việt hơn về cơ tính cùng một số tính chất vật lý và hóa học đặc biệt. Những thành công trong nghiên cứu và chế tạo vật liệu mới đã và đang đóng một vai trò quan trọng trong sự phát triển của thế giới. -9-
1.3. Các tiêu chuẩn vậtliệu Các nước đều đề ra các quy phạm trong việc sản xuất, gia công, chế biến, sử dụng, bảo quản các vật liệu nói chung, đặc biệt là cho các vật liệu kim loại nói riêng. Chúng ta cần biết một số ký hiệu tiêu chuẩnsau: - TCVN: Tiêu chuẩn Việtnam - ГOCT: Tiêu chuẩn của Nga (Liên xô cũ). Được thịnh hành ở nước ta trong những năm trước đó và vẫn còn trong thời gian gầnđây. - Tiêu chuẩn của Hoa kỳ (Mỹ) gồm các tiêu chuẩnsau: + ASTM: American Society for Testing and Metarials + AISI: American Iron and Steel Institute. - JIS: Tiêu chuẩn của Nhật (Japan InternationalSytems) - DIN: Tiêu chuẩn củaĐức. - BS: Tiêu chuẩn củaAnh. - NF: Tiêu chuẩn củaPháp. 2. CẤU TẠO CỦA KIM LOẠI - HỢPKIM 2.1. Kimloại 2.1.1. Địnhnghĩa Kim loại là vật thể sáng, dẻo có thể rèn được, có tính dẫn nhiệt và dẫn điện cao. 2.1.2. Cấu tạo nguyên tử kimloại - Mỗi nguyên tử là một hệ thống phức tạp (hình 1-2)gồm: + Hạt nhân (có nơtron và prôton) mang điện tích dương. Proton mang điện tích dương, nơtron không mang điện tích. + Các lớp electron (e) mang điện tích âm bao quanh hạt nhân. - Đặc điểm cấutạo: Số electron (e) hóa trị (số e ở lớp ngoài cùng) rất ít, thường chỉ 1 đến 2e hoặc 3e. Những e này dễ bị bứt ra khỏi quỹ đạo và trở thành e tự do, còn nguyên tử trở thành các ion dương. Hoạt động của các e tự do quyết định nhiều đến tính chất đặc trưng của kim loại như: Tính dẻo, tính dẫn điện, tính dẫn nhiệt, ánh kim. -10-
Hình 1-2. Cấu tạo nguyên tử kim loại 2.1.3. Mạng tinh thể của kimloại Trong điều kiện thường và áp suất khí quyển hầu hết các kim loại tồn tại ở trạng thái rắn (ngoại trừ thủy ngân). Kết quả nghiên cứu cho thấy kim loại có cấu tạo mạng tinh thể. Mạng tinh thể là mô hình, hình học mô tả sự sắp xếp có quy luật của các nguyên tử (phân tử) trong không gian (hình1-3a). a. Các khái niệm cơbản: - Mặt tinh thể: Trong kim loại các nguyên tử sắp xếp có trật tự, tức là chúng đều nằm trên những mặt phẳng song song và cách đều nhau gọi là mặt tinh thể. Tập hợp vô số các mặt như vậy tạo nên mạng tinhthể. - Khối cơ sở (còn gọi là ô cơ bản): Là phần nhỏ nhất đặc trưng cho một loại mạng tinh thể. Có thể xem như mạng tinh thể là do vô số các khối cơ sở xếp liên tiếp nhau tạonên. - Thông số mạng (còn gọi là hằng số mạng): Là khoảng cách giữa hai nguyên tử trên một cạnh của khối cơ sở. Đơn vị đo thông số mạng là kx (nanomet) hay ăngstrông (Ao ), với 1kx = 1,00202Ao = 1,00202.10-8cm. Hình 1-3. Cấu tạo mạng tinh thể của kim loại b. Các kiểu mạng tinh thể thườnggặp * Mạng lập phương tâm khối -11-
Hình 1-4. Ô cơ sở mạng lập phương tâm khối - Cấu tạo: Ô cơ sở là hình lập phương với cạnh bằng a, các nguyên tử (ion) nằm ở các đỉnh và trung tâmkhối. - Thông số mạng: a = b = c (có một thông sốmạng). - Số nguyên tử trong ô cơ bản riêng biệt là 8 + 1 =9. - Số nguyên tử trong ô cơ bản trong mạng tinh thể là 8.1/8 + 1 =2. - Các nguyên tử có kiểu mạng này như: Feα, Cr, W, Mo, Ta, Li, Na,K... * Mạng lập phương tâmmặt Hình 1-5. Ô cơ sở mạng lập phương tâm mặt - Cấu tạo: Ô cơ sở là hình lập phương với cạnh bằng a, các nguyên tử (ion) nằm ở các đỉnh và tâm cácmặt. - Thông số mạng: a = b = c (có một thông sốmạng). - Số nguyên tử trong ô cơ bản riêng biệt là 8 + 6 =14. - Số nguyên tử trong ô cơ bản trong mạng tinh thể là 8.1/8 + 6.1/2 =4. - Các nguyên tử có kiểu mạng này như: Feγ, Cu, Al, Pb, Ca, Ni, Au, Ag, Ce, Pd,Pt… * Mạng lục phương dàyđặc - Cấu tạo: Các nguyên tử nằm ở đỉnh, tâm 2 mặt đáy và 3 nguyên tử nằm ở trung tâm khối lăng trụ tam giác cách đềunhau. -12-
Hình 1-6. Ô cơ sở mạng lục phương dày đặc - Thông số mạng: a = b/c (có hai thông số mạng). - Số nguyên tử trong ô cơ bản riêng biệt là 2.6 + 2 + 3 =17. - Số nguyên tử của ô cơ bản trong mạng tinh thể là 12.1/6 + 2.1/2 + 3 =6. - Các nguyên tử có kiểu mạng này như: Be, Mg, Ti,Co, Zn, Cd, La, Re, Tb… 2.2. Hợpkim 2.2.1. Địnhnghĩa Hợp kim là vật thể có chứa nhiều nguyên tố và mang tính chất kim loại. Nguyên tố chủ yếu trong hợp kim là nguyên tố kim loại. Ví dụ: - Thép, gang là hợp kim của sắt, cacbon và một số nguyên tốkhác. - Đồng thau là hợp kim của đồng vàkẽm. 2.2.2. Các đặc tính của hợpkim Sở dĩ hợp kim được sử dụng rộng rãi trong chế tạo cơ khí là vì nó có nhiều mặt nó ưu việt hơn kim loại nguyên chất. a. Hợp kim có cơ tính tổng hợp cao hơn kim loại nguyênchất. Vật liệu chế tạo cơ khí phải có cơ tính cao, về phương diện này hợp kim hơn hẳn kim loại nguyên chất. Kim loại nguyên chất có độ bền, độ cứng thấp, không thích hợp để chế tạo các chi tiết máy. Còn hợp kim nói chung có độ bền, độ cứng cao hơn, nên chi tiết máy làm ra chịu tải lớn hơn, ít bị mài mòn và thời gian sử dụng dài hơn. Còn tính dẻo dai tuy có thấp hơn kim loại nguyên chất song vẫn nằm trong giới hạn thỏa mãn các yêu cầu của chế tạo cơ khí. Đặc biệt, -13-
một số hợp kim có những tính chất quý như: Độ bền rất cao, tính cứng nóng cao, chống ăn mòn. Thép hợp kim có hàm lượng Cr 12,5% có khả năng chống ăn mòn tốt (thép không gỉ), thép có hàm lượng Mn 2% chịu va đập tốt, thép có chứa Ni, Co... có khả năng làm việc ở nhiệt độ cao. b. Hợp kim có tính công nghệtốt Có cơ tính tốt chưa đủ, để chế tạo thành các chi tiết, bộ phận máy, còn cần phải có tính công nghệ tốt. Kim loại nguyên chất có tính dẻo cao dễ gia công áp lực nhưng khó đúc, gia công cắt kém, không hóa bền được bằng nhiệt luyện. Hợp kim có tính công nghệ khác nhau và phù hợp với từng điều kiện gia công: Gia công áp lực ở trạng thái nóng và nguội, đúc, gia công cắt, nhiệt luyện… đảm bảo cho chế tạo sản phẩm có năng suấtcao. c. Tính kinh tếcao Về mặt kỹ thuật luyện kim, chế tạo hợp kim thông thường dễ chế tạo hơn do không phải khử bỏ các tạp chất một cách triệt để như kim loại. Vì vậy, sử dụng hợp kim trong chế tạo cơ khí là kinh tếhơn. 2.2.3. Các dạng tồn tại của hợpkim a. Dung dịchrắn * Khái niệm: Dung dịch rắn là pha tinh thể (có thành phần thay đổi) trong đó, các nguyên tử của nguyên tố thứ nhất A vẫn được giữ nguyên kiểu mạng khi nguyên tố thứ hai B được phân bố vào mạng của A thay thế hoặc xenkẽ. Trong đó: - A là nguyên tố dung môi; - B là nguyên tố hòatan - Ký hiệu dung dịch rắn là A(B) * Phân loại dung dịchrắn: Có thể chia dung dịch rắn làm hai loại: Dung dịch rắn xen kẽ và dung dịch rắn thay thế. - Dung dịch rắn xen kẽ. Nếu nguyên tử của nguyên tố hòa tan (B) xen kẽ ở khoảng hở của các nguyên tử trong dung môi (A) thì ta có dung dịch rắn xen kẽ. Sự hòa tan xen kẽ bao giờ cũng có giớihạn. - Dung dịch rắn thay thế. Nếu nguyên tử của nguyên tố hòa tan (B) thay thế nguyên tử của nguyên tố dung môi (A) thì ta có dung dịch rắn thaythế. * Các đặc tính của dung dịchrắn: -14-
- Có liên kết kim loại như kim loại nguyên chất. Vì vậy, dung dịch rắn vẫn có tính dẻo tốt, tuy không cao bằng kim loại nguyên chất làm dungmôi. - Thành phần hóa học thay đổi trong phạm vi nhất định mà không làm thay đổi kiểu mạng của chất dungmôi. - Mạng tinh thể của dung dịch rắn luôn bị xô lệch, còn lại thông số mạng khác với thông số mạng của dungmôi. Hình 1-7a. Dung dịch rắn xen kẽ Hình 1-7b. Dung dịch rắn thay thế b. Hợp chất hóahọc * Khái niệm: Trong nhiều loại hợp kim, nhiều pha được tạo thành do sự liên kết giữa các nguyên tố khác nhau theo một tỷ lệ nhất định gọi là hợp chất hóa học. Mạng tinh thể của hợp chất khác với mạng thành phần. Hợp chất hóa học trong hệ có tính ổn định cao hoặc có nhiều dạng hợp chất khác nhau. Ví dụ: Fe3C = 3Fe + C; 2Al203 = 4Al + 302 Ký hiệu: AmBn Các hợp chất hóa học có trong hợp kim thường được gọi là pha trung gian. Pha trung gian có mạng tinh thể phức tạp và khác các nguyên tố thành phần. * Các đặc tính của hợp chất hóahọc - Cấu tạo mạng tinh thể khác hẳn với kiểu mạng tinh thể của các nguyên tố tạo nênnó. - Về tính chất: Thường giòn, một số có độ cứng và nhiệt độ chảy rấtcao. - Thành phần không đổi hoặc thay đổi trong phạm vihẹp. c. Hỗn hợp cơ học * Khái niệm: Khi hai nguyên tố không có khả năng hòa tan vào nhau và không liên kết được với nhau thì khi đông đặc, nguyên tử của cùng một nguyên tố sẽ liên kết với nhau tạo thành mạng tinh thể của nguyên tố đó và tạo thành hỗn hợp cơ học của hai hay nhiều nguyên tố. Ký hiệu: A +B * Đặc điểm của hỗn hợp cơ học -15-
- Nếu hợp kim có cấu tạo là hỗn hợp cơ học thì trong hợp kim ít nhất có hai kiểu mạng tinh thể trở lên (hai pha trởlên). Hỗn hợp cơ học có trong các hợp kim A-B có thể là: + Hai pha của kim loại nguyên chất tạo nên. Ví dụ: Hợp kim Au-Pb khi ở trạng thái rắn các nguyên tố Au-Pb không hòa tan và cũng không tác dụng hóa học mà tạo thành hỗn hợp cơ học Au+Pb vì có 2 kiểu mạng tinh thể của Au và Pb. + Hai pha của dung dịch rắn. Ví dụ: Fe-C khi thành phần cacbon = 0,5% ở nhiệt độ là 800C có cấu tạo bên trong là hỗn hợp cơ học gồm FeC+FeC vì thế có hai kiểu mạng tinh thể của Feα và Fe. + Hai pha của dung dịch rắn và hợp chất hóa học. Ví dụ hợp kim Fe-C khi thành phần cacbon = 0,5% ở nhiệt độ thường có cấu tạo bên trong là hỗn hợp cơ học gồm FeαC+ Fe3C vì thế có 2 kiểu mạng của Feα vàFe3C - Cơ tính của hỗn hợp cơ học nói chung phụ thuộc vào cơ tính của các pha tạothành. Hình 1-8. Cấu tạo của hỗn hợp cơ học 3. TÍNH CHẤT CHUNG CỦA KIM LOẠI VÀ HỢPKIM 3.1. Tính chất vậtlý a. Vẻ sáng mặt ngoài (ánhkim) Vẻ sáng của kim loại và hợp kim là do kim loại và hợp kim phản chiếu với ánh sáng, tạo nên những màu đặc trưng của từng kim loại. Ví dụ sắt có màu đen, đồng có màu đỏ hoặc vàng, bạc có màu trắng, vàng có màu vàng... b. Khối lượngriêng Là số đo khối lượng vật chất chứa trong một đơn vị thể tích của vật thể. Kí hiệu:  -16-
m γ = (Kg/m3 hoặc g/cm3) V Trong đó: - m là khối lượng của vật thể(Kg) - V là thể tích của vật thể (m3) Ví dụ: nhôm có  = 2,7g/cm3 Sắt có  = 7,85 g/cm3, nhôm có  = 2,7 g/cm3 c. Trọng lượngriêng Là trọng lượng của một đơn vị thể tích của vật thể. P d= (N/m3) V Trong đó: - P là trọng lượng của vật(N). - V là thể tích của vật thể(m3). d. Tính nóngchảy Là tính chất của kim loại, hợp kim sẽ chảy loãng khi nung nóng và đông đặc khi làmnguội. Nhiệt độ nóng chảy là nhiệt độ kim loại và hợp kim chuyển từ trạng thái rắn sang trạng tháilỏng. Ví dụ: Sắt nguyên chất chảy ở nhiệt độ 1539 oC, điểm chảy của gang là 11300C 1350oC (do hàm lượng C trong gang quyết định), điểm chảy của thép là 1400oC 1500oC (do hàm lượng C trong thép quyết định). Tính chất này rất quan trọng đối với công nghệ đúc. Nhiệt độ nóng chảy càng thấp thì tính chảy loãng của kim loại, hợp kim càngtốt. Ví dụ: Nhiệt độ nóng chảy của Al2O3 là 20150C, của Cu là 10830C... e. Tính nhiệtnung Là nhiệt lượng cần thiết để làm tăng nhiệt độ của kim loại và hợp kim lên 10C. f. Tính dẫnđiện Là khả năng truyền dòng điện của kim loại và hợp kim. Kim loại và hợp kim đều là vật liệu dẫn điện tốt, nhất là bạc, sau đó đến đồng và nhôm. Nói chung, kim loại nào dẫn nhiệt tốt thì dẫn điện cũng tốt. Hợp kim nói chung có tính dẫn điện kém hơn kim loại.Tính dẫn điện của kim loại được đặc trưng bởi -17-
điện trở suất ( ). Kim loại có điện trở suất càng nhỏ thì tính dẫn điện càng lớn và ngược lại. Ví dụ: Cu có = 0,0175 mm2/m Al có = 0,027 mm2/m g. Tính dẫnnhiệt Là khả năng truyền nhiệt của kim loại và hợp kim khi đốt nóng hay khi làm nguội. Tính dẫn nhiệt được thể hiện ở hệ số dẫn nhiệt. Ví dụ: Gang và thép đều có tính dẫn nhiệt tốt nhưng kém xa so với đồng và nhôm. Nếu lấy hệ số dẫn nhiệt của bạc là 1 thì của đồng là 0,9; của nhôm là 0,5 và sắt chỉ có0,15. h. Tính nhiễmtừ Là khả năng bị từ hóa khi được đặt trong từ trường. Sắt, coban, niken và hầu hết các hợp kim của chúng đều có tính nhiễm từ. Tính nhiễm từ của thép và gang phụ thuộc vào thành phần và tổ chức bên trong của kim loại. j. giãn nở nhiệt Là sự thay đổi thể tích của kim loại và hợp kim khi nhiệt độ thay đổi. Kim loại và hợp kim nóng thì nở ra, lạnh thì co lại. 3.2. Tính chất hóahọc a. Kháiniệm Là độ bền của kim loại đối với những tác dụng hóa học của các chất khác như: Ôxy, nước, axit… mà không bị phá hủy. b. Các đặctrưng - Tính chống ăn mòn là khả năng kim loại và hợp kim chống lại sự phá hủy của hơi nước hoặc ôxy trong không khí ở nhiệt độ thường và nhiệt độcao. - Tính chịu axit là khả năng kim loại và hợp kim chống lại tác dụng của các môi trường cóaxit. 3.3. Tính côngnghệ 3.3.1. Khái niệm Tính công nghệ của kim loại và hợp kim là khả năng chịu các dạng gia công khácnhau. 3.3.2. Các đặctrưng -18-