Giáo trình Vật liệu cơ khí (Nghề: Hàn - Trình độ: Cao đẳng) - Trường Cao Đẳng Dầu Khí (năm 2020)

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:84

Thêm vào BST

Báo xấu

19
lượt xem 6
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Giáo trình Vật liệu cơ khí trang bị những kiến thức cơ bản về tổ chức cấu tạo, thành phần và tính chất của một số vật liệu thường dùng trong chế tạo cơ khí như là gang, thép, hợp kim màu, chất dẻo và cao su, qua đó có cơ sở để chọn lựa và sử dụng vật liệu cho phù hợp với mục đích. 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 - Trình độ: Cao đẳng) - Trường Cao Đẳng Dầu Khí (năm 2020)

TẬP ĐOÀN DẦU KHÍ VIỆT NAM TRƯỜNG CAO ĐẲNG DẦU KHÍ  GIÁO TRÌNH MÔN HỌC: VẬT LIỆU CƠ KHÍ NGHỀ: HÀN TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG (Ban hành kèm theo Quyết định số: 196/QĐ-CĐDK ngày 25 tháng 03 năm 2020 của Trường Cao Đẳng Dầu Khí) Bà Rịa-Vũng Tàu, năm 2020 (Lưu hành nội bộ)
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 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. Trang 2/84
LỜI GIỚI THIỆU Giáo trình được biên soạn trên cơ sở thực tiễn của sản xuất cơ khí ở nước ta hiện nay, có tham khảo kinh nghiệm giảng dạy môn này của một số trường đại ở trong nước mấy năm gần đây. Trong thực tế sử dụng vật liệu, đặc biệt là vật liệu kim loại, không thể lựa chọn một cách chung chung (ví dụ: thép) mà phải rất cụ thể (ví dụ: thép loại gì, với mác, ký hiệu nào) theo các quy định nghiêm ngặt về các điều kiện kỹ thuật do các tiêu chuẩn tương ứng quy định. Khi giới thiệu cụ thể các thép, gang, giáo trình sẽ ưu tiên trình bày các mác theo tiêu chuẩn Việt Nam (nếu có) có đi kèm với các mác tương đương hay cùng loại của tiêu chuẩn Nga do tiêu chuẩn này đã được quen dùng thậm chí đã phổ biến rộng rãi ở nước ta trong mấy chục năm qua. Nhằm tạo điều kiện cho người học có một bộ tài liệu tham khảo mang tính tổng hợp, thống nhất và mang tính thực tiễn sâu hơn. Nhóm người dạy chúng tôi đề xuất và biên soạn Giáo trình vật liệu cơ khí dành cho người học trình độ Cao đẳng. Nội dung của giáo trình bao gồm các chương sau: Chương 1: Tinh chất cơ bản của kim loại và hợp kim Chương 2: Hợp kim sắt các bon. Chương 3: Kim loại màu và hợp kim màu. Chương 4: Nhiệt luyện và hoá nhiệt luyện. Chương 5: Vật liệu phi kim loại. Cũng như tên gọi của nó, chúng ta nên coi các điều trình bày trong sách như là phần kiến thức cơ sở về vật liệu thuờng dùng trong sản xuất cơ khí. Điều đó cũng có nghĩa để làm tốt hơn các công việc kỹ thuật, cần tham khảo thêm các sách, tài liệu chuyên sâu hơn về từng lĩnh vực đã đề cập. Tác giả chân thành cảm ơn các quý độc giả về những đóng góp quý báu cho cuốn sách. Bà rịa Vũng Tàu, ngày 25.tháng 03 năm 2020 Tham gia biên soạn 1. Chủ biên ThS: Lê Anh Dũng 2. ThS. Trần Kim Khánh 3. ThS. Đỗ Văn Thọ Trang 3/84
MỤC LỤC Trang LỜI GIỚI THIỆU ................................................................................................... 3 MỤC LỤC ................................................................................................................ 4 DANH MỤC HÌNH ẢNH ....................................................................................... 6 GIÁO TRÌNH MÔN HỌC ..................................................................................... 7 CHƯƠNG 1: KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ KIM LOẠI VÀ HỢP KIM............. 14 1.1. TÍNH CHẤT CHUNG CỦA KIM LOẠI VÀ HỢP KIM .................................................. 15 1.1.1. Cơ tính ................................................................................................................................. 15 1.1.2. Lý tính ................................................................................................................................. 17 1.1.3. Tính chất hóa học: ............................................................................................................... 19 1.1.4. Tính công nghệ: ................................................................................................................... 20 1.2. CẤU TẠO CỦA KIM LOẠI VÀ HỢP KIM ..................................................................... 20 1.2.1. Cấu tạo của kim loại nguyên chất ........................................................................................ 20 1.2.2. Sự biến đổi mạng tinh thể của kim loại ............................................................................... 22 1.2.3. Sự kết tinh của kim loại ....................................................................................................... 23 1.2.4. Tổ chức của hợp kim ........................................................................................................... 24 1.2.5. Giản đồ trạng thái ................................................................................................................ 26 1.3. CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ TÍNH CHẤT CỦA KIM LOẠI VÀ HỢP KIM ...... 26 1.3.1. Đánh giá độ bền kéo của vật liệu kim loại và hợp kim. ...................................................... 26 1.3.2. Đánh giá độ cứng của vật liệu kim loại và hợp kim ............................................................ 28 1.3.3. Đánh giá độ dai va đập của vật liệu ..................................................................................... 31 CHƯƠNG 2: HỢP KIM SẮT - CÁC BON ........................................................ 33 2.1. GIẢN ĐỒ TRẠNG THÁI SẮT- CACBON (Fe + C) ........................................................ 34 2.1.1. Các đường trên giản đồ: ...................................................................................................... 35 2.1.2. Các tổ chức cơ bản: ............................................................................................................. 35 2.1.3. Các điểm tới hạn quan trọng :.............................................................................................. 36 2.2. THÉP .................................................................................................................................. 37 2.2.1. Khái niệm về thép cacbon. .................................................................................................. 37 2.2.2. Ảnh hưởng của các nguyên tố đến tính chất của thép ......................................................... 37 2.2.3. Phân loại thép cacbon .......................................................................................................... 38 2.2.4. Các loại thép thường dùng ................................................................................................... 39 2.3. GANG................................................................................................................................. 40 2.3.1. Khái niệm về gang ............................................................................................................... 40 2.3.2. Ảnh hưởng của các nguyên tố đến tính chất của gang ........................................................ 40 2.3.3. Phân loại gang Gang được phân loại theo: .......................................................................... 41 2.3.4. Các loại gang thường dùng .................................................................................................. 41 2.4. THÉP HỢP KIM ................................................................................................................ 46 2.4.1. Khái niệm về thép hợp kim ................................................................................................. 46 2.4.2. Ảnh hưởng của các nguyên tố hợp kim đến tính chất của thép: .......................................... 46 2.4.3. Phân loại và ký hiệu ............................................................................................................ 47 2.4.4. Các loại thép hợp kim .......................................................................................................... 50 2.5. HỢP KIM CỨNG ............................................................................................................... 52 Trang 4/84
2.5.1. Khái niệm về hợp kim cứng. ............................................................................................... 52 2.5.2. Phân loại và ký hiệu. ........................................................................................................... 52 CHƯƠNG 3: NHIỆT LUYỆN VÀ HÓA NHIỆT LUYỆN ............................... 55 3.1. NHIỆT LUYỆN .................................................................................................................. 56 3.1.1. Đặc điểm, mục đích của nhiệt luyện.................................................................................... 56 3.1.2. Các phương pháp nhiệt luyện .............................................................................................. 57 3.1.3. Các hư hỏng trong quá trình nhiệt luyện - nguyên nhân và biện pháp khắc phục: ............. 62 3.2. HOÁ NHIỆT LUYỆN KIM LOẠI VÀ HỢP KIM ............................................................ 63 3.2.1. Khái niệm về hóa nhiệt luyện. ............................................................................................. 63 3.2.2. Các phương pháp hóa nhiệt luyện. ...................................................................................... 63 CHƯƠNG 4: KIM LOẠI MÀU VÀ HỢP KIM MÀU ...................................... 67 4.1. ĐẶC ĐIỂM VÀ TÍNH CHẤT CỦA KIM LOẠI MÀU .................................................... 68 4.1.1. Đặc điểm. ............................................................................................................................. 68 4.1.2. Tính chất. ............................................................................................................................. 68 4.2. NHÔM VÀ HỢP KIM NHÔM .......................................................................................... 69 4.2.1. Nhôm ................................................................................................................................... 69 4.2.2. Hợp kim nhôm ..................................................................................................................... 70 4.3. ĐỒNG VÀ HỢP KIM ĐỒNG ........................................................................................... 71 4.3.1. Đồng .................................................................................................................................... 71 4.3.2. Hợp kim đồng ...................................................................................................................... 72 4.4. CÁC LOẠI KIM LOẠI VÀ HỢP KIM MÀU KHÁC ....................................................... 74 4.4.1. Niken và hợp kim của niken ................................................................................................ 74 4.4.2. Kẽm và họp kim của kẽm. ................................................................................................... 75 4.4.3. Chì và hợp kim của chì ........................................................................................................ 75 4.4.4. Magie và hợp kim của magie............................................................................................... 75 CHƯƠNG 5: VẬT LIỆU PHI KIM LOẠI ......................................................... 77 5.1. CÁC CHẤT DẺO THƯỜNG DÙNG TRONG CÔNG NGHIỆP ..................................... 78 5.1.1. Chất dẻo ............................................................................................................................... 78 5.1.2. Cao su .................................................................................................................................. 79 5.1.3. Vật liệu compozit ................................................................................................................ 80 5.1.4. Dầu - mỡ .............................................................................................................................. 81 ❖ Dầu ..................................................................................................................................... 81 ❖ Mỡ ....................................................................................................................................... 81 5.1.5. Gỗ ........................................................................................................................................ 82 TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................... 84 Trang 5/84
DANH MỤC HÌNH ẢNH Trang Sơ đồ mẫu đo độ bền kéo ........................................................................ 16 Sơ đồ phương pháp đo độ cứng Brinen .................................................. 17 Sơ đồ sắp xếp các nguyên tử của kim loại .............................................. 21 Các ô tinh thể cơ bản............................................................................... 21 Sơ đồ biểu thị sự biến đổi mạng tinh thể của Fe ..................................... 23 Quá trình kết tinh của kim loại ............................................................... 23 Cấu trúc của dung dịch đặc ..................................................................... 25 Mẫu thử kéo và sơ đồ nguyên lý máy kéo .............................................. 27 Biểu đồ quan hệ lực kéo và biến dạng của mẫu.................................... 27 Sơ đồ đo độ cứng Brinen ...................................................................... 28 Sơ đồ đo độ cứng Rocoen ..................................................................... 29 Sơ đồ đo độ cứng Vicke ........................................................................ 31 Sơ đồ nguyên lý máy và mẫu thử độ dai va đập ................................... 32 Giản đồ trạng thái Fe - C......................................................................... 35 Giản đồ quá trình nhiệt luyện kim loại và hợp kim ................................ 56 Nhiệt độ ủ ................................................................................................ 58 Các phương pháp tôi. .............................................................................. 60 Thùng thấm cacbon ................................................................................. 64 Giản đồ trạng thái hệ hợp kim nhôm ...................................................... 71 Trang 6/84
GIÁO TRÌNH MÔN HỌC 1. Tên môn học: Vật Liệu Cơ Khí 2. Mã mô đun: CK19MH04 3. Vị trí, tính chất, ý nghĩa của môn học: 3.1. Vị trí: Môn học “ Vật Liệu Cơ Khí” được bố trí học sau các môn học chung và học trước khi học các mô đun đào tạo nghề. 3.2. Tính chất: Giáo trình Vật liệu cơ khí là môn học kỹ thuật cơ sở của chương trình đào tạo cao đẳng nghề liên quan đến cơ khí sửa chữa, Vận hành thiết bị khoan khai thác, cơ khí chế tạo và Hàn. 3.3. Ý nghĩa và vai trò của môn học: Môn học này trang bị những kiến thức cơ bản về tổ chức cấu tạo, thành phần và tính chất của một số vật liệu thường dùng trong chế tạo cơ khí như là gang, thép, hợp kim màu, chất dẻo và cao su, qua đó có cơ sở để chọn lựa và sử dụng vật liệu cho phù hợp với mục đích. Môn học còn cung cấp những tiêu chuẩn về ký hiệu các loại vật theo TCVN và một số nước khác. 4. Mục tiêu của môn học/mô đun: 4.1. Về kiến thức: - A1. Trình bày được tính chất chung của kim loại và hợp kim. - A2. Trình bày được các phương pháp đánh giá tính chất của kim loại và hợp kim để xác định cơ tính vật liệu. - A3. Trình bày được thành phần, cấu tạo, tổ chức và tính chất của một số mác thép và gang. - A4. Trình bày được các phương pháp nhiệt luyện và hóa nhiệt luyện kim loại và hợp kim từ đó áp dụng cho từng trường hợp cụ thể. - A5. Trình bày được các khái niệm cơ bản về vật liệu phi kim loại như chất dẻo, cao su, composite. 4.2. Về kỹ năng: - B1. Nhận biết được ký hiệu, mác thép, gang và hợp kim của kim loại màu. - B2. Vận dụng được các kiến thức để lựa chọn vật liệu phù hợp với điều kiện làm việc cụ thể của một chi tiết máy cũng như các phương pháp gia công để tạo hình chi tiết. 4.3. Về năng lực tự chủ và trách nhiệm: C1. Rèn luyện tính cần cù, chăm chỉ trong công việc. C2. Có tính kỷ luật lao động cao, ý thức chấp hành các nội qui về an toàn lao động Trang 7/84
5. Nội dung của mô đun: 5.1. Chương trình khung Thời gian đào tạo (giờ) Trong đó Số Thực Kiểm tra Mã MH, MĐ Tên môn học, mô đun tín hành, thí chỉ Tổng Lý nghiệm, số thuyết thảo LT TH luận, bài tập Các môn học chung/đại I 21 435 157 255 15 8 cương MHCB19MH02 Giáo dục chính trị 4 75 41 29 5 0 MHCB19MH08 Pháp luật 2 30 18 10 2 0 MHCB19MH06 Giáo dục thể chất 2 60 5 51 4 Giáo dục quốc phòng và An MHCB19MH04 4 75 36 35 2 2 ninh MHCB19MH10 Tin học cơ bản 3 75 15 58 2 TA19MH02 Tiếng anh 6 120 42 72 6 0 Các môn học, mô đun II 77 2065 506 1481 27 52 chuyên môn ngành, nghề II.1 Môn học, mô đun cơ sở 10 165 122 33 10 2 CK19MH05 Dung sai 3 45 42 0 3 1 ATMT19MH01 An toàn – vệ sinh lao động 2 30 23 5 2 0 CK19MH04 Vật liệu cơ khí 3 45 42 0 3 1 CK19MH01 Vẽ kỹ thuật 1 2 45 15 28 2 0 Môn học, mô đun chuyên II.2 môn ngành, 67 1900 384 1448 17 50 nghề HAN19MĐ01 Chế tạo phôi hàn 2 60 10 48 0 2 HAN19MĐ02 Gá lắp kết cấu hàn 2 60 10 48 0 2 HAN19MĐ03 Hàn hồ quang tay cơ bản 6 165 14 145 1 5 HAN19MĐ04 Hàn hồ quang tay nâng cao 5 150 0 145 0 5 HAN19MĐ05 Hàn MIG/MAG cơ bản 4 105 14 87 1 3 HAN19MĐ06 Hàn hồ FCAW cơ bản 3 75 14 58 1 2 Trang 8/84
Thời gian đào tạo (giờ) Trong đó Số Thực Kiểm tra Mã MH, MĐ Tên môn học, mô đun tín hành, thí chỉ Tổng Lý nghiệm, số thuyết thảo LT TH luận, bài tập HAN19MĐ07 Hàn TIG cơ bản 3 75 14 58 1 2 HAN19MĐ08 Hàn tự động dưới lớp thuốc 2 60 10 48 0 2 HAN19MĐ09 Hàn điện trở 2 60 10 48 0 2 HAN19MĐ10 Hàn MIG/MAG nâng cao 3 90 10 77 0 3 HAN19MĐ11 Hàn FCAW nâng cao 3 90 10 77 0 3 HAN19MĐ12 Hàn TIG nâng cao 3 90 10 77 0 3 HAN19MĐ13 Hàn ống 6 165 14 144 1 5 HAN19MH01 Quy trình hàn 4 60 56 0 4 0 Kiểm tra và đánh giá chất HAN19MH02 lượng mối hàn theo tiêu 5 90 56 29 4 1 chuẩn quốc tế HAN19MĐ14 Hàn khí 2 60 10 48 0 2 Hàn kim loại màu và hợp HAN19MĐ15 4 90 28 58 2 2 kim màu HAN19MĐ16 Thực tập sản xuất 5 220 14 201 1 4 HAN19MĐ17 Khóa luận tốt nghiệp 3 135 80 52 1 2 Tổng cộng 98 2500 663 1736 42 60 5.2. Chương Trình chi tiết môn học Thời gian (giờ) Thực Kiểm tra hành, thí Số Nội dung tổng quát Tổng Lý nghiệm, TT số thuyết thảo luận, bài LT TH tập Chương 1: Khái niệm cơ bản về kim 1 9 loại và hợp kim Trang 9/84
2 Chương 2: Hợp kim sắt – các bon 18 1 Chương 3: Nhiệt luyện và hóa 3 5 1 nhiệt luyện. Chương 4: Kim loại màu – hợp 4 7 kim màu. 5 Chương 5: Vật liệu phi kim loại. 6 1 TỔNG CỘNG 45 42 3 6. Điều kiện thực hiện môn học: 6.1. Phòng học Lý thuyết: Đáp ứng phòng học chuẩn 6.2. Trang thiết bị dạy học: Projetor, máy vi tính, bảng, phấn 6.3. Học liệu, dụng cụ, mô hình, phương tiện: Giáo trình, mô hình học tập, 6.4. Các điều kiện khác: Người học tìm hiểu thực tế về công tác xây dựng phương án gia công, sản xuất tại xí nghiệp. 7. Nội dung và phương pháp đánh giá: 7.1. Nội dung: - Kiến thức: Đánh giá tất cả nội dung đã nêu trong mục tiêu kiến thức - Kỹ năng: Đánh giá tất cả nội dung đã nêu trong mục tiêu kỹ năng. - Năng lực tự chủ và trách nhiệm: Trong quá trình học tập, người học cần: + Nghiên cứu bài trước khi đến lớp. + Chuẩn bị đầy đủ tài liệu học tập. + Tham gia đầy đủ thời lượng môn học. + Nghiêm túc trong quá trình học tập. 7.2. Phương pháp: Người học được đánh giá tích lũy môn học như sau: 7.2.1. Cách đánh giá - Áp dụng quy chế đào tạo Cao đẳng hệ chính quy ban hành kèm theo Thông tư số 09/2017/TT-LĐTBXH, ngày 13/3/2017 của Bộ trưởng Bộ Lao động – Thương binh và Xã hội. - Hướng dẫn thực hiện quy chế đào tạo áp dụng tại Trường Cao đẳng dầu khí như sau: Trang 10/84
Điểm đánh giá Trọng số + Điểm kiểm tra thường xuyên (Hệ số 1) 40% + Điểm kiểm tra định kỳ (Hệ số 2) + Điểm thi kết thúc môn học 60% 7.2.2. Phương pháp đánh giá Phương pháp Phương pháp Hình thức Chuẩn đầu ra Số Thời đánh giá tổ chức kiểm tra đánh giá cột điểm kiểm tra Tự luận/ Viết/ A1, A2, A3, Trắc nghiệm/ Sau 15 Thường xuyên Thuyết B1, B2, B3, 1 Báo cáo/trả giờ. trình/Câu hỏi C1, C2 lời câu hỏi Viết/ Tự luận/ Thuyết Trắc nghiệm/ Sau 15 Định kỳ A4, B4, C3 1 trình/Trắc Báo cáo/Thực giờ nghiệm hành A1, A2, A3, A4, Tự luận và A5, Viết/thuyết Kết thúc môn trắc Sau 45 trình/Trắc B1, B2, B3, B4, 1 học nghiệm/Thực giờ nghiệm B5, hành C1, C2, C3, 7.2.3. Cách tính điểm - Điểm đánh giá thành phần và điểm thi kết thúc môn học được chấm theo thang điểm 10 (từ 0 đến 10), làm tròn đến một chữ số thập phân. - Điểm môn học là tổng điểm của tất cả điểm đánh giá thành phần của môn học nhân với trọng số tương ứng. Điểm môn học theo thang điểm 10 làm tròn đến một chữ số thập Trang 11/84
phân, sau đó được quy đổi sang điểm chữ và điểm số theo thang điểm 4 theo quy định của Bộ Lao động Thương binh và Xã hội về đào tạo theo tín chỉ. 8. Hướng dẫn thực hiện môn học 8.1. Phạm vi, đối tượng áp dụng: Đối tượng Cao đẳng, trung cấp nghề sửa chữa thiết bị chế biến dầu khí. 8.2. Phương pháp giảng dạy, học tập môn học 8.2.1. Đối với người dạy * Lý thuyết: Áp dụng phương pháp dạy học tích cực bao gồm: thuyết trình ngắn, nêu vấn đề, hướng dẫn đọc tài liệu, bài tập tình huống, câu hỏi thảo luận * Bài tập: Phân chia nhóm nhỏ thực hiện bài tập theo nội dung đề ra. * Thảo luận: Phân chia nhóm nhỏ thảo luận theo nội dung đề ra. * Hướng dẫn tự học theo nhóm: Nhóm trưởng phân công các thành viên trong nhóm tìm hiểu, nghiên cứu theo yêu cầu nội dung trong bài học, cả nhóm thảo luận, trình bày nội dung, ghi chép và viết báo cáo nhóm. 8.2.2. Đối với người học: Người học phải thực hiện các nhiệm vụ như sau: - Nghiên cứu kỹ bài học tại nhà trước khi đến lớp. Các tài liệu tham khảo sẽ được cung cấp nguồn trước khi người học vào học môn học này (trang web, thư viện, tài liệu) - Tham dự tối thiểu 70% các buổi giảng lý thuyết. Nếu người học vắng >30% số tiết lý thuyết phải học lại môn học mới được tham dự kì thi lần sau. - Tự học và thảo luận nhóm: là một phương pháp học tập kết hợp giữa làm việc theo nhóm và làm việc cá nhân. Một nhóm gồm 4-6 người học sẽ được cung cấp chủ đề thảo luận trước khi học lý thuyết, thực hành. Mỗi người học sẽ chịu trách nhiệm về 1 hoặc một số nội dung trong chủ đề mà nhóm đã phân công để phát triển và hoàn thiện tốt nhất toàn bộ chủ đề thảo luận của nhóm. - Tham dự đủ các bài kiểm tra thường xuyên, định kỳ. - Tham dự thi kết thúc mô đun. - Chủ động tổ chức thực hiện giờ tự học. 9. TÀI LIỆU THAM KHẢO: [1]. Trần Mão, Phạm Đình Sùng-Vật liệu cơ khí -NXBGD 1998. [2]. Hoàng Trọng Bá-Vật liệu phi kim loại -NXBGD2007 [3].Nguyễn Hoa Thịnh, Nguyễn Đình Đức-Vật liệu Composite - NXBKH&KT-2002. [4]. Hoàng Tùng – Vật liệu & công nghệ kim loại – NXB GD 09-2005 Trang 12/84
Trang 13/84
CHƯƠNG 1: KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ KIM LOẠI VÀ HỢP KIM ❖ GIỚI THIỆU CHƯƠNG 1 Chương 1 là chương giới thiệu tính chất cơ bản của kim loại, hợp kim từ đó giúp người học dễ dàng tiếp cận nội dung môn học ở những chương tiếp theo. ❖ MỤC TIÊU CHƯƠNG 1 Sau khi học xong chương này, người học có khả năng: ➢ Về kiến thức: - Trình bày được tính chất chung của kim loại và hợp kim - Trình bày được cấu tạo của kim loại và hợp kim. - Trình bày được các phương pháp đánh giá tính chất của kim loại và hợp kim ➢ Về kỹ năng: - Nhận diện được các phương pháp đánh giá tính chất của kim loại, hợp kim - Vận dụng được kiến thức đã học vào thực tế. ➢ Về năng lực tự chủ và trách nhiệm: - Ý thức được tầm quan trọng và ý nghĩa thực tiễn của công tác đánh giá tính chất của kim loại và hợp kim - Tuân thủ nội quy, quy định nơi làm việc. ❖ PHƯƠNG PHÁP GIẢNG DẠY VÀ HỌC TẬP CHƯƠNG 1 - Đối với người dạy: sử dụng phương pháp giảng giảng dạy tích cực (diễn giảng, vấn đáp, dạy học theo vấn đề); yêu cầu người học thực hiện câu hỏi thảo luận và bài tập chương 1 (cá nhân hoặc nhóm). - Đối với người học: chủ động đọc trước giáo trình (chương 1) trước buổi học; hoàn thành đầy đủ câu hỏi thảo luận và bài tập tình huống chương 1 theo cá nhân hoặc nhóm và nộp lại cho người dạy đúng thời gian quy định. ❖ ĐIỀU KIỆN THỰC HIỆN CHƯƠNG 1 - Phòng học chuyên môn hóa/nhà xưởng: Không - Trang thiết bị máy móc: Máy chiếu và các thiết bị dạy học khác - Học liệu, dụng cụ, nguyên vật liệu: Chương trình môn học, giáo trình, tài liệu tham khảo, giáo án, phim ảnh, và các tài liệu liên quan. - Các điều kiện khác: Không có ❖ KIỂM TRA VÀ ĐÁNH GIÁ CHƯƠNG 1 - Nội dung: Trang 14/84
✓ Kiến thức: Kiểm tra và đánh giá tất cả nội dung đã nêu trong mục tiêu kiến thức ✓ Kỹ năng: Đánh giá tất cả nội dung đã nêu trong mục tiêu kĩ năng. ✓ Năng lực tự chủ và trách nhiệm: Trong quá trình học tập, người học cần: + Nghiên cứu bài trước khi đến lớp + Chuẩn bị đầy đủ tài liệu học tập. + Tham gia đầy đủ thời lượng môn học. + Nghiêm túc trong quá trình học tập. - Phương pháp: ✓ Điểm kiểm tra thường xuyên: 1 điểm kiểm tra (hình thức: hỏi miệng) ✓ Kiểm tra định kỳ lý thuyết: không có ❖ NỘI DUNG CHƯƠNG 1 1.1. TÍNH CHẤT CHUNG CỦA KIM LOẠI VÀ HỢP KIM Kim loại và hợp kim được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp để chế tạo các chi tiết máy, máy móc. Tuy nhiên, khi sử dụng chế tạo chúng cần phải dựa vào các yêu cầu kỹ thuật để lựa chọn kim loại và hợp kim thích hợp, bảo đảm chất lượng và tính kinh tế của sản phẩm. Muốn vậy phải nắm được các tính chất của chúng. Thông thường kim loại và hợp kim được đánh giá bằng các tính chất cơ bản sau đây. 1.1.1. Cơ tính Là những đặc trưng cơ học biểu thị khả năng của kim loại hay hợp kim chịu được tác động của các loại tải trọng. Các đặc trưng đó bao gồm: Độ bền: Là khả năng của kim loại chịu được tác động của ngoại lực mà không bị phá hủy. Độ bền được ký hiệu bằng chữ  (xích ma). Tùy theo dạng khác nhau của ngoại lực ta có các độ bền sau: độ bền kéo (k), độ bền nén (n), độ bền uốn (u) Khi chế tạo ra một loại vật liệu, độ bền được xác định ngay trong phòng thí nghiệm theo các mẫu ứng với các tải trọng tác động. Trên hình 1.1 giới thiệu sơ đồ mẫu đo độ bền kéo khi đặt ngoại lực P (N) lên một thanh kim loại có tiết diện mặt cắt ngang Fo (mm2). Trang 15/84
Lực P tăng dần đến khi mẫu đứt, khi đó. Sơ đồ mẫu đo độ bền kéo Giá trị độ bền được tính theo công thức. P k = (N/mm2) F0 Như vậy tại thời điểm khi lực P đạt đến một giá trị nào đó làm cho thanh kim loại bị đứt sẽ ứng với giới hạn bền kéo của vật liệu đó. Tương tự ta có thể đo được độ bền nén và độ bền uốn. Đơn vị đo độ bền được tính bằng: N/mm2; KN/m2; MN/m2 Độ cứng: Là khả năng của vật liệu chống lại sự biến dạng dẻo cục bộ khi có ngoại lực tác dụng lên kim loại thông qua vật nén. Nếu cùng một giá trị lực nén, vết lõm biến dạng trên mẫu đo càng lớn, càng sâu thì độ cứng của mẫu kim loại đó càng kém. Đo độ cứng là phương pháp thử đơn giản và nhanh chóng để xác định tính chất của vật liệu mà không cần phá hỏng chi tiết. Độ cứng có thể đo bằng nhiều phương pháp, nhưng đều dùng tải trọng nén thông qua viên bi bằng thép đã nhiệt luyện cứng hoặc mũi kim cương hình nón hay hình chóp ép lên bề mặt của vật liệu muốn thử, đồng thời xác định kích thước vết lõm in trên bề mặt vật liệu đó. VD: đo độ cứng bằng viên bi (gọi là phương pháp Brinen). Để đo độ cứng Brinen người ta dùng tải trọng P để ấn biên bi bằng thép đã nhiệt luyện, có đường kính D lên bề mặt vật liệu muốn thử (hình 1.2) Trang 16/84
Sơ đồ phương pháp đo độ cứng Brinen Độ cứng Brinen được tính theo công thức: P HB = F Trong đó: F - diện tích mặt cầu của vết lõm (mm2) P - tải trọng nén vào viên bi (N) HB - Độ cứng Brinen (N/mm2) Độ cứng HB dùng kiểm tra các vật liệu có độ cứng không lớn hơn 450 (kN/m2) Độ giãn dài tương đối (δ%): Là tỷ lệ tính theo phần trăn giữa lượng giãn dài sau khi kéo và chiều dài ban đầu.  = (l1 - l0)/ l0  100% -  đọc là denta (%) - lo là chiều dài ban đầu (mm) - l1 chiều dài tính toán sau của mẫu thử (mm) Vật liệu có độ giãn dài càng lớn thì càng dẻo và ngược lại Độ dai va chạm (ak). Có những chi tiết máy khi làm việc phải chịu các tải trọng thay đổi đột ngột (hay gọi là tải trọng va đập). Khả năng chịu đựng của vật liệu bởi các tải trọng đó mà không bị phá hủy gọi là độ dai va chạm. Ký hiệu là ak đơn vị là (J/mm2) hay (kJ/m2). 1.1.2. Lý tính Là những tính chất của kim loại thể hiện qua các hiện tượng vật lý khi thành phần hóa học của kim loại đó không thay đổi. Lý tính cơ bản của kim loại gồm có : khối lượng riêng, nhiệt độ nóng chảy, tính dãn nở, tính dẫn nhiệt, tính dẫn điện và từ tính. Khối lượng riêng: là khối lượng của 1 cm3 vật chất. Nếu gọi m là khối lượng của vật chất, V là thể tích của vật chất,  là khối lượng riêng của vật chất, thì ta có công thức: m = (g /cm3) V Trang 17/84
Ứng dụng của khối lượng riêng trong kỹ thuật rất rộng rãi, nó không những dùng để so sánh kim loại nặng nhẹ để tiện việc lựa chọn vật liệu, mà còn giải quyết được một số vấn đề thực tế. Ví dụ, những vật lớn như thép đường ray, thép hình rất khó cân được khối lượng, nhưng vì biết được khối lượng riêng và có thể đo được kích thước mà tính ra thể tích nên có thể không cần cân chỉ dùng công thức tính ra khối lượng của chúng. Nhiệt độ nóng chảy: Là nhiệt độ nung nóng đến đó thì làm cho kim loại từ thể rắn trở thành thể lỏng. Sắt nguyên chất chảy ở nhiệt độ 15390C. Điểm chảy của gang là 1130-13500C (do hàn lượng C trong gang quyết định). Điểm chảy của thép là 1400- 15000C (do hàn lượng C trong thép quyết định). Tính chất này rất quan trọng đối với công nghiệp chế tạo cơ khí, vì phương pháp chế tạo các chi tiết máy rẻ nhất là phương pháp đúc, nhưng khi dùng phương pháp đúc thì kim loại cần có tính chảy loãng tốt. Tính chảy loãng của kim loại ở thể lỏng tốt hay xấu do nhiệt độ nóng chảy của kim loại quyết định, nhiệt độ nóng chảy của kim loại càng thấp thì kim loại có tính chảy loãng càng tốt. Tính giãn nở nhiệt: Là khả năng giãn nở của kim loại khi nung nóng. Độ giãn nở lớn hay bé có thể biểu thị bằng hệ số giãn nở trên chiều dài của đơn vị (1mm) gọi là hệ số giãn nở theo chiều dài. Ví dụ, hệ số dãn nở theo chiều dài của sắt nguyên chất là 0,0000118, của thép là 0,0000120. Tính dẫn nhiệt: Là khả năng dẫn nhiệt của kim loại. Độ dẫn nhiệt của các kim loại và hợp kim không giống nhau. Kim loại có tính chất dẫn nhiệt tốt thì càng dễ đốt nóng nhanh và đồng đều, cũng như càng dễ nguội nhanh. Các vật có tính dẫn nhiệt kém muốn đốt nhanh hoàn toàn phải mất nhiều thời gian và nếu làm nguội quá nhanh thì có thể gây ra nứt vỡ. Đơn vị đo tính dẫn nhiệt được biểu thị bằng kcalo/m/giờ độ. Trong thực tế người ta thường so sánh tính dẫn nhiệt giữa kim loại này với một kim loại khác lấy làm tiêu chuẩn. Ví dụ : Bạc là kim loại có tính dẫn nhiệt tốt nhất lấy là 1 đơn vị, thì các kim loại khác có thể so sánh như sau Trang 18/84
Ag Cu Al Fe Hg 1 0,9 0,5 0,15 0,02 Al, Cu có tính dẫn nhiệt gần băng nhau, gấp 2 lần nhôm, gấp 6 lần sắt. Tính dẫn điện: Tính dẫn điện là khả năng truyền dòng điện của kim loại. Kim loại đều là vật dẫn điện tốt, nhất là bạc sau đó đến đồng và nhôm. Nhưng do bạc là nguyên tố đắt tiền nên trong kỹ thuật kim loại được dùng nhiều nhất để làm dây dẫn điện là đồng và nhôm. Các kim loại có tính dẫn điện nhiệt tốt thì dẫn điện cũng tốt. Hợp kim nói chung có tính dẫn điện kém hơn so với kim loại. Nhiệt dung: Là nhiệt lượng cần thiết để làm tăng nhiệt độ của kim loại lên một độ C. Nhiệt dung của kim loại càng lớn tức là tốn nhiệt lượng cần nhiều mới đốt nóng vật đó lên được. Tính nhiễm từ: là khả năng dẫn từ của kim loại. Chỉ có một số kim loại có từ tính, tức là nó bị từ hóa sau khi đặt trong một từ trường. Fe, Ni và Co và hầu hết các hợp kim nó đều có từ tính thể hiện rất rõ rệt nên được gọi là kim loại từ tính. Còn hầu hết các kim loại khác không có tính nhiễm từ. 1.1.3. Tính chất hóa học: Là độ bền của kim loại và hợp kim đối vói những tác dụng hóa học của các chất khác như: oxi, nước, axit v.v mà không bị phá hủy. Tính chất hóa học cơ bản của kim loại và hợp kim được biểu thị ở 3 dạng chủ yếu sau. Tính chịu ăn mòn: Là độ bền của kim loại đối với sự ăn mòn của môi trường xung quanh như: hơi nước hay oxy của không khí ở nhiệt độ thường hoặc ở nhiệt độ cao. Tính chịu axít: Là độ bền của kim loại đối với sự ăn mòn của axít. Tính chịu nhiệt: Là độ bền của kim loại đối với sự ăn mòn của ôxi trong không khí ở nhiệt độ cao hoặc đối với tác dụng ăn mòn của một vài thể lỏng hoặc thể khí ở nhiệt độ cao. Trang 19/84
1.1.4. Tính công nghệ: Là khả năng thay đổi trạng thái của kim loại và hợp kim bằng các phương pháp công nghệ để sản xuất các sản phẩm, tính công nghệ bao gồm: Tính cắt gọt: Là khả năng của kim loại gia công cắt gọt dễ hay khó, được xác định bằng tốc độ cắt gọt, lực cắt gọt và độ bóng bề mặt kim loại sau khi cắt gọt. Tính hàn: Là khả năng tạo thành sự liên kết giữa các phần tử hàn khi nung nóng cục bộ tại chỗ mối hàn cho đến trạng thái chảy hoặc dẻo. Tính rèn: Là khả năng biến dạng vĩnh cửu của kim loại khi chịu lực tác dụng bên ngoài để tạo thành hình dạng của chi tiết mà không bị phá hủy. Tính đúc: Xác định bởi độ chảy loãng của kim loại khi nấu chảy để đổ đầy vào khuôn đúc, độ co và tính thiên tích (thiên tích là độ không đồng nhất về thành phần hóa học trong từng phần của vật đúc và trong nội bộ của kim loại và hợp kim) Tính nhiệt luyện: Là khả năng làm thay đổi độ cứng, độ bền, độ dẻo . . . của kim loại, bằng cách nung nóng kim loại tới nhiệt độ nhất định giữ ở nhiệt độ đó một thời gian, rồi sau đó làm nguội kim loại theo một chế độ nhất định. 1.2. CẤU TẠO CỦA KIM LOẠI VÀ HỢP KIM 1.2.1. Cấu tạo của kim loại nguyên chất Khác với vật liệu phi kim loại có cấu tạo định hình, kim loại có cấu tạo tinh thể. Trong một đơn vị tinh thể xét ở trạng thái rắn, các nguyên tử kim loại phân bố theo một quy luật nhất định. Tùy thuộc vào kim loại và các điều kiện bên ngoài, mỗi đơn tinh thể đặc trưng cho kim loại đó có các nguyên tử sắp xếp theo một trật tự riêng dưới dạng hình học xác định. Người ta gọi đó là mạng tinh thể. Nhiều mạng tinh thể sắp xếp thành mạng không gian. Mỗi nút mạng được coi là tâm của các nguyên tử (hình 1.3). Mạng tinh thể không gian đó gọi là đơn tinh thể. Mỗi mạng tinh thể có đặc trưng riêng. Để phân biệt người ta lấy ra phần không giân nhỏ nhất của mạng và gọi là ô cơ bản. Trang 20/84