Giáo trình Vật liệu cơ khí (Nghề: Hàn - Trình độ: Trung cấp) - Trường Cao đẳng nghề Cần Thơ

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:65

Thêm vào BST

Báo xấu

15
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Giáo trình "Vật liệu cơ khí (Nghề: Hàn - Trình độ: Trung cấp)" được biên soạn với mục đích giúp sinh viên trình bày được đặc điểm, tính chất, ký hiệu và phạm vi ứng dụng của một số vật liệu thường dùng: gang, thép cácbon, thép hợp kim, hợp kim cứng, ceramic, vật liệu phi kim loại, dung dịch làm nguội; nêu được một số khái niệm cần thiết về nhiệt luyện và hoá nhiệt luyện.

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: Trung cấp) - Trường Cao đẳng nghề Cần Thơ

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. 1
LỜI GIỚI THIỆU Giáo trình Vật Liệu Cơ Khí được biên soạn trên cơ sở kế thừa do các nhà giáo có nhiều kinh nghiệm giảng dạy trong các trường Đại Học, Cao Đẳng, Trung Học chuyên nghiệp, kết hợp với những nội dung mới nhằm đáp ứng yêu cầu nâng cao chất lượng đào tạo phục vụ sự nghiệp công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước. Đề cương của giáo trình dựa theo chương trình khung của tổng cục dạy nghề. Để đào tạo nghề Hàn. Giáo trình được biên soạn ngắn gọn, dễ hiểu. Chúng tôi đã có nhiều cố gắng khi biên soạn, nhưng giáo trình chắc không tránh khỏi những khiếm khuyết. Hy vọng nhận được sư đóng góp ý kiến của các bạn đọc để những giáo trình được biên soạn kế tiếp đạt chất lượng tốt hơn. Cần Thơ, ngày17 tháng 09 năm 2021 Tham gia biên soạn Chủ biên : Nguyễn Thành Sơn 2
MỤC LỤC LỜI GIỚI THIỆU ............................................................................................................ 2 CHƯƠNG 1: KIM LOẠI VÀ HỢP KIM ..................................................................... 10 1.1 Khái niệm về vật liệu cơ khí. ........................................................................... 10 1.1.1 Vật liệu kim loại: ...................................................................................... 10 1.1.2 Vật Liệu polyme: ...................................................................................... 11 1.1.3 Vật liệu ceramic: ....................................................................................... 11 1.2 Vai trò của vật liệu cơ khí trong cuộc sống ..................................................... 11 1.3 Khái quát quá trình phát triển của ngành vật liệu............................................ 12 1.3.1 Giai đoạn tiền sử của loài người: .............................................................. 12 1.3.2 Giai đoạn chết tạo và sử dụng vật liệu theo kinh nghiệm: ....................... 12 1.3.3 Giai đoạn chế tạo và sử dụng vật liệu theo kiến thức khoa học: .............. 13 1.4 Cấu tạo của kim loại và hợp kim ..................................................................... 13 1.4.1 Khái niệm về kim loại ............................................................................... 13 1.4.2 Cấu tạo tinh thể của kim loại .................................................................... 13 - Mạng lập phương diện tâm: ................................................................................ 14 1.5 Hợp Kim .......................................................................................................... 15 1.5.1 Khái niệm về hợp kim............................................................................... 15 1.5.2 Cấu tạo của hợp kim và đặc tính của chúng ............................................. 15 1.6 Tính chất chung của kim loại và hợp kim ....................................................... 17 1.6.1 Tính chất vật lý ......................................................................................... 17 1.6.2 Tính chất hóa học ...................................................................................... 18 1.6.3 Tính chất cơ học ....................................................................................... 18 1.6.4 Tính chất công nghệ .................................................................................. 21 CHƯƠNG 2: GANG VÀ THÉP ................................................................................... 23 2.1. Gang và các loại gang thường dùng ................................................................ 23 2.1.1. Giới thiệu chung về gang .......................................................................... 23 2.1.2. Các yếu tố ảng hưởng đến tính chất của gang .......................................... 24 2.1.3. Các loại gang thường dùng ....................................................................... 25 2.1.4. Gang xám .................................................................................................. 25 2.1.5. Gang cầu ................................................................................................... 25 2.1.6. Gang dẻo ................................................................................................... 26 2.1.7. Gang trắng................................................................................................. 26 2.2. Thép và các loại thép thường dùng.................................................................. 27 2.2.1. Khái niệm về thép ........................................................................................ 27 2.3. Thép cacbon ..................................................................................................... 27 3
2.3.1. Khái niệm về thép cacbon ......................................................................... 27 2.3.2. Các loại thép cacbon ................................................................................. 28 2.3.3. Thép cacbon kết cấu ................................................................................. 28 2.4. Ưu, nhược điểm của thép cacbon .................................................................... 29 2.5. Tổ chức tế vi của gang và thép ........................................................................ 29 2.5.1. Quan sát tổ chức tế vi của gang và thép ................................................... 29 2.5.2. Tổ chức tế vi của thép cacbon ở trạng thái cân bằng ................................ 31 2.5.3. Thép trước cùng tích ................................................................................. 31 2.5.4. Thép cùng tích .......................................................................................... 32 2.5.5. Thép sau cùng tích .................................................................................... 33 2.6. Tổ chức tế vi các loại gang: ............................................................................. 33 2.6.1. Gang trắng................................................................................................. 33 2.6.2. Gang xám .................................................................................................. 34 2.6.3. Gang dẻo: .................................................................................................. 35 2.6.4. Gang cầu ................................................................................................... 35 2.7. Thép hợp kim ................................................................................................... 36 2.7.1. Khái niệm về Thép hợp kim ..................................................................... 36 2.8. Các loại thép hợp kim ...................................................................................... 37 2.8.1. Thép hợp kim kết cấu ............................................................................... 37 2.8.2. Thép hợp kim dụng cụ .............................................................................. 37 2.8.3. Thép làm khuôn dập ................................................................................. 37 2.8.4. Thép làm dụng cụ đo ................................................................................ 40 2.8.5. Thép hợp kim đặc biệt .............................................................................. 40 2.9. Hợp kim cứng .................................................................................................. 41 2.9.1. Thành phần và tính chất ............................................................................ 41 2.9.2. Phân loại và công dụng ............................................................................. 41 2.9.3. Kim loại màu và hợp kim màu .................................................................... 42 Đồng và hợp kim đồng ................................................................................. 42 Nhôm và hợp kim nhôm ............................................................................... 44 CHƯƠNG 3: NHIỆT LUYỆN VÀ HÓA NHIỆT LUYỆN.......................................... 47 3.1. Khái niệm về nhiệt luyện ................................................................................. 47 3.1.1. Giản đồ trạng thái Fe - C .......................................................................... 47 3.1.2. Các tổ chức của hợp kim Fe - C ............................................................... 48 3.1.3. Quá trình kết tinh của hợp kim Fe-C ........................................................ 49 3.1.4. Các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình nhiệt luyện........................................ 49 4
3.2. Các hình thức nhiệt luyện ................................................................................ 50 3.2.1. Ủ thép ........................................................................................................ 50 3.2.2. Thường hóa ................................................................................................ 52 3.2.3. Tôi thép ..................................................................................................... 52 3.2.4. Ram ........................................................................................................... 53 3.3. Các phương pháp ram ...................................................................................... 53 3.4. Hóa nhiệt luyện ................................................................................................ 54 3.4.1. Khái niệm chung ....................................................................................... 54 3.4.2. Các hình thức hóa nhiệt luyện .................................................................. 54 3.4.3. Thấm cacbon ............................................................................................. 54 3.4.4. Thấm nitơ .................................................................................................. 56 3.5. Hóa bền cơ học ................................................................................................ 57 3.5.1. Mục đích, phân loại, nguyên lý chung ...................................................... 57 3.5.2. Mục đích ................................................................................................... 57 3.5.3. Phân loại.................................................................................................... 57 3.5.4. Nguyên lý .................................................................................................. 57 CHƯƠNG 4: VẬT LIỆU PHI KIM LOẠI ................................................................... 59 4.1. Chất dẻo, cao su ............................................................................................... 59 4.1.1. Chất dẻo .................................................................................................... 59 4.1.2. Cao su ....................................................................................................... 59 4.1.3. Các loại chất dẻo cơ bản: .......................................................................... 59 4.2. Cao su: ............................................................................................................. 60 4.2.1. Phân loại: .................................................................................................. 60 4.2.2. Tính chất: .................................................................................................. 60 4.2.3. Công dụng: ................................................................................................ 60 4.3. Amian, compozit ............................................................................................. 61 4.3.1. Amian: ...................................................................................................... 61 4.3.2. Compozit. .................................................................................................. 61 4.4. Vật liệu bôi trơn: .............................................................................................. 63 4.4.1. Dầu bôi trơn: ............................................................................................. 63 4.4.2. Mỡ bôi trơn ............................................................................................... 63 4.5. Chất làm nguội................................................................................................. 64 5
CHƯƠNG TRÌNH MÔN HỌC Tên môn học: VẬT LIỆU CƠ KHÍ Mã môn học: MH10 Thời gian thực hiện môn học: 30 giờ (Lý thuyết: 20 giờ ; Thực hành, thảo luận, bài tập: 08 giờ; Kiểm tra: 02) I.Vị trí , tính chất, ý nghĩa vai trò môn học: - Vị trí: Là môn học kỹ thuật cơ sở môn học được bố trí học trước các môn học, mô đun chuyên môn nghề. Là môn cở sở nền tảng để thực hành các môn học, mô đun nghề. - Tính chất: Là môn học bắt buộc trong chương trình đào tạo nghề Hàn. Mục tiêu môn học: - Về kiến thức: -Trình bày được đặc điểm, tính chất, ký hiệu và phạm vi ứng dụng của một số vật liệu thường dùng:Gang, thép cácbon, thép hợp kim, hợp kim cứng, ceramic, vật liệu phi kim loại, dung dịch làm nguội. - Trình bày rõ một số khái niệm cần thiết về nhiệt luyện và hoá nhiệt luyện. - Về 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 dùng cho nghề. - Có thể tự mua các loại vật liệu theo yêu cầu của sản xuất. - Phân tích được ký hiệu của các loại vật liệu dùng cho cơ khí chế tạo. - Nhận biết đúng và sử dụng đúng các loại vật liệu. - Về năng lực tự chủ và trách nhiệm: - Có ý thức tự giác, tính kỷ luật cao, tinh thần trách nhiệm trong công việc, có tinh thần hợp tác, giúp đỡ lẫn nhau. - Rèn luyện tính kỷ luật, kiên trì, cẩn thận, nghiêm túc, chủ động và tích cực sáng tạo trong học tập Nội dung của môn học: 1. Nội dung tổng quát và phân bổ thời gian: Thời gian (giờ) Thực hành, Số thí Kiểm tra Tên chương mục Tổng Lý TT nghiệm, (LT hoặc số thuyết thảo TH) luận Bài tập I CHƯƠNG I: KIM LOẠI VÀ HỢP KIM 04 03 1 0 1.1. Khái niệm về vật liệu cơ khí 1.2. Vai trò của vật liệu cơ khí trong cuộc 2 sống 1.3. Khái quát quá trình phát triển của ngành vật liệu 6
1.4. Cấu tạo của kim loại và hợp kim 1.4.1. Khái niệm về Kim loại 1 1.4.2 Cấu tạo tinh thể kim loại 1.5. Hợp kim 1.5.1. Khái niệm về hợp kim 1.5.2. Cấu tạo hợp kim và đặc tính của chúng 1 1.6. Tính chất chung của kim loại và hợp kim 1.6.1.Tính chất vật lý 1.6.2.Tính chất hóa học 1.6.3. Tính chất cơ học 1.6.4. Tính công nghệ II CHƯƠNG II: GANG VÀ THÉP 13 10 2 1 2.1. Gang và các loại gang thường dùng 2.1.1. Giới thiệu chung về gang 2.1.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến tính chất của gang 2.1.3. Các loại gang thường dùng 1 2.1.4. Gang xám 2.1.5. Gang cầu 2.1.6. Gang dẻo 2.1.7. Gang trắng 1 2.2. Thép và các loại thép thường dùng 2.2.1. Khái niệm về thép 2.2.2. Thành phần hóa học và tính chất chung của thép 2.2.3. Ảnh hưởng của các nguyên tố đến tính 1 chất của thép 2.3. Thép cacbon 2.3.1.Khái niệm về thép cacbon 1 2.3.2. Các loại thép cacbon 2.3.3 Thép cacbon kết cấu 2.4. Ưu khuyết điểm của thép cacbon 2.5. Tổ chức tế vi của gang và thép 2.5.1. Quan sát tổ chức tế vi của gang và thép 2.5.2. Tổ chức tế vi của thép cacbon ở trạng thái cân bằng 1 2.5.3.Thép trước cùng tích 2 2.5.4. Thép cùng tích 2.5.5. Thép sau cùng tích 1 2.6. Tổ chức tế vi các loại gang 2.6.1. Gang Trắng 2.6.2. Gang Xám 1 2.6.3. Gang Dẻo 2.6.4. Gang Cầu 2.7. Thép hợp kim 1 2.7.1. Khái niệm về thép hợp kim 2.7.2. Thành phần hóa học thép hợp kim 1 7
2.7.3. Các đặc tính thép hợp kim 2.7.4. Ký hiệu của thép hợp kim 2.8. Các loại thép hợp kim 1 2.8.1. Thép hợp kim kết cấu 2.8.2. Thép hợp kim dụng cụ 2.8.3. Thép làm khuôn dập 2.8.4. Thép làm dụng cụ đo 2.8.5. Thép hợp kim đặc biệt 2.9. Hợp kim cứng 2.9.1. Thành phần và tính chất 2.9.2. Phân Loại và công dụng 1 2.9.3. Kim loại màu và hợp kim màu Kiểm tra: 45 phút CHƯƠNG III: NHIỆT LUYỆN VÀ HÓA III NHIỆT LUYỆN 08 05 3 0 3.1. Khái niệm về nhiệt luyện 3.1.2. Giản đồ trạng thái Fe-c 3.1.3. Các tổ chức trong giản đồ 3.1.4. Quá trình kết tinh của Hk Fe-C 3.1.5. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình nhiệt luyện 3.2. Các hình thức nhuyệt luyện 1 3.2.1. Ủ thép 3.2.2. Thường hóa 3.2.3. Tôi thép 1 3.2.4. Ram 3.3. Các khuyết tật xảy ra khi nhiệt luyện 2 thép 1 3.3.1. Ngăn ngừa 3.3.2. Cách khắc khục 3.3.3. Ảnh hưởng của nhiệt luyện và tầm quan trọng của kiểm nhiệt 1 3.4. Hóa nhiệt luyện 3.4.1. Khái niệm chung 3.4.2. Các hình thức hóa nhiệt 3.4.3. Thấm Cacbon 3.4.4. Thấm Nitơ 1 3.5. Hóa bền cơ học 1 3.5.1. Mục đích phân loại, nguyên lý chung 3.5.2. Mục đích 3.5.3. Phân loại 3.5.4. Nguyên lý chung IV CHƯƠNG IV: VẬT LIỆU PHI KIM 5 2 1 8
LOẠI 2 4.1. Chất dẻo, cao su 4.1.1. Chất dẻo 4.1.2. Cao su 4.1.3. Các loại chất dẻo cơ bản 4.2. Cao su 4.2.1. Phân loại 1 4.2.2. Tính chất 4.2.3. Công dụng 4.3. Amiang, CompoZit 1 4.3.1. Amiang 4.3.2. CompoZit 4.4. Vật liệu bôi trơn 1 4.4.1. Dầu bôi trơn 1 4.4.2. Mỡ bôi trơn 4.5. Chất làm nguội 1 Kiểm tra: 45 phút Tổng cộng 30 20 8 2 9
CHƯƠNG 1: KIM LOẠI VÀ HỢP KIM Mã chương: MH 10-01 Giới thiệu: Kim loại và hợp kim là những vật liệu chủ yếu từ trước tới nay quyết định sự thành bại của sản xuất công nghiệp, chúng được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp để chế tạo các chi tiết máy. Tuy nhiên trong sản xuất cần phải dựa vào các yêu cầu kỹ thuật để lựa chọn kim loại và hợp kim thích hợp, đảm bảo chất lượng và kinh tế của sản phẩm. Muốn vậy phải nắm được các tính chất cơ bản của chúng. Mục tiêu: - Trình bày được khái niệm và vai trò của vật liệu. - Phân biệt được cấu tạo kim loại và hợp kim. - Mô tả được các tính chất chung của kim loại và hợp kim. Nội dung: 1.1 Khái niệm về vật liệu cơ khí. - Vật liệu cơ khí trong khái niệm thông dụng là tất cả các vật chất mà con người sử dụng trong sản xuất cơ khí để tạo dựng nên các sản phẩm cho cuộc sống như: Thiết bị máy móc trong công nghiệp, nông nghiệp, giao thông vận tải, y tế, văn hóa, giáo dục… - Khái niệm vật liệu cơ khí rất rộng và đa dạng. Có những loại vật liệu như kim loại, chất dẻo, compozit….không chỉ dùng trong sản xuất cơ khí, mà còn rất cần trong xây dựng, trong kỹ thuật điện, trong công nghiệp hóa học, thực phẩm…. - Vật liệu cơ khí có nguồn gốc từ 3 nhóm vật liệu lớn: Vật liệu kim loại, vật liệu hữu cơ polyme và vật liệu ceramic. 1.1.1 Vật liệu kim loại: cấu thành từ những chất vô cơ, chủ yếu là các nguyên tố kim loại, phi kim loại. Những nguyên tố kim loại thường gặp như sắt. đồng. nhôm, niken, titan…những nguyên tố phi kim như cacbon, nitơ, oxy. Trong điều kiện bình thường ở trạng thái rắn các nguyên tố kim loại sắp xếp với nhau theo những trật tự nhất định, do vậy chúng là vật tinh thể. Thế giới kim loại thật là hấp dẫn và vô cùng phong phú, có những kim loại đã là người bạn lâu dài hàng ngàn năm của con người như Cu, Fe, Ag, Au, Pb… lại có những kim loại mới chỉ quen biết với con người mấy chục năm gần đây. - Tính chất của kim loại thật lạ kỳ và đa dạng. Thủy ngân thì tồn tại ở thể lỏng ngay cả tại âm ba mươi độ Cencius, còn Vonfram thì không hề bị hóa lỏng nếu không nung được nó quá 3410oC. Liti nhẹ bằng nửa nước, khó nhấn chìm được trong nước, còn Osimi nhà vô địch của các kim loại lại chìm nghỉm trong nước, vì nó có mật độ lớn gấp 20 lần nước…Trái đất của chúng ta rất giàu nhôm, hàm lượng của chúng trong vỏ trái đất chỉ thua kém oxy và silic, trong khi đó hàm lượng Francis ít đến mức chỉ bằng gam. - Vật liệu kim loại có chung tính chất dẫn điện, dẫn nhiệt tốt. Nhiều kim loại bền và dẻo ở cả nhiệt độ thấp lẫn nhiệt độ cao. - Kim loại và hợp kim của chúng được chia thành hai nhóm lớn: + Kim loại và hợp kim sắt, là kim loại vật liệu mà trong thành phần chủ yếu có nguyên tố sắt. Đó chính là thép và gang. + Kim loại và hợp kim không sắt. Trong thành phần của các kim loại hay vật liệu này không chứa hoặc có rất ít sắt. Ví dụ như đồng, nhôm, kẽm, niken và các hợp kim của chúng. 10
1.1.2 Vật Liệu polyme: bao gồm các chất hữu cơ (chứa cacbon) có cấu trúc đa phân tử. Hầu hết các chất polyme không có cấu trúc tinh thể, tuy nhiên cũng có những trường hợp chúng có cấu trúc hổn hợp vừa tinh thể vừa vô định hình. Nói chung các vật liệu polyme dẫn điện, dẫn nhiệt kém. Một số trong chúng làm chất cách điện tốt. Chúng giòn ở nhiệt độ thấp có khả năng biến dạng dẻo ở nhiệt độ cao, bền vững hóa học ở nhiệt độ thường và ngoài không khí. 1.1.3 Vật liệu ceramic: Có thành phần chủ yếu là gồm các chất giữa kim loại và phi kim loại như cacbit, nitri, oxyt… với liên kết ion hoặc đồng hóa trị, có cấu trúc tinh thể hoặc vô định hình. Các ceramic truyền thống là thủy tinh, gốm, các loại sành sứ, gạch ngói. Nói chung dẫn điện kém, khá cứng và bền ở nhiệt độ cao. Nhưng có xu hướng giòn. Trong những năm gần đây nhiều loại vật liệu ceramic mới được tìm thấy có những tính năng rất quý như nhẹ, chịu nhiệt tốt, tính chống mài mòn tốt, được ứng dụng ngày một nhiều trong công nghiệp điện, điện tử hàng không và vũ trụ. - Từ ba nhóm vật liệu cơ bản nói trên, con người cũng đã và đang tạo nên một nhóm vật liệu tổ hợp là vật liệu compozit. Đây là loại vật liệu được tạo nên từ không ít hơn 2 loại vật liệu khác nhau về tính chất. Các vật liệu Compozit có được những tính chất hoàn toàn mới mà các loại vật liệu thành phần không thể có. Ví dụ điển hình về vật liệu compozit là bê tông cốt thép, đây là sự kết hợp của thép (kim loại) có tính chịu kéo tốt với bê tông (vật liệu vô cơ), chịu nén tốt, để tạo nên kết cấu vừa chịu kéo, vừa chịu nén tốt. Ngày nay khoa học vật liệu đã tạo ra rất nhiều loại compozit trên cơ sở kết hợp giữa polyme với kim loại, hoặc giữa polyme với ceramic… Có ứng dụng quan trọng trong công nghiệp nói chung và sản xuất cơ khí nói riêng. Sợi thủy tinh độ bền cao và sợi cacbon dùng làm vật liệu chính trong chế tạo nhiều chi tiết của máy bay 1.2 Vai trò của vật liệu cơ khí trong cuộc sống - Chúng ta đang ở thế kỷ 21, kỷ nguyên mà con người bé nhỏ về thể chất lại có thể vươn tầm hiểu biết của mình ra thế giới và vũ trụ bao la vô tận nhờ các thiết bị hiện đại, dựa trên cơ sở của sự phát triển vũ bão của công nghệ thông tin. Nền văn minh nhân loại phát triển cùng với việc con người ngày càng biết dùng nhiều loại vật liệu hoàn thiện hơn phục vụ cho cuộc sống của mình. - Con người với trí tuệ, một phẩm chất kỳ diệu của “lao động” không những đã, mà còn đang tiếp tục sáng tạo ra nhiều vật liệu phục vụ cuộc sống. Không chỉ các vật liệu truyền thống, mà còn tìm ra nhiều loại vật liệu kỳ diệu khác, đưa nền văn minh nhân loại phát triển đến mức mà cách đây chỉ vài chục năm những nhà văn viễn tưởng táo bạo nhất cũng không thể nào hình dung nổi. Những mốc quan trọng trong lịch sử phát triển xã hội loài người cũng được xây dựng trên cơ sở lấy các vật liệu nòng cốt chế tạo công cụ lao động làm biểu tượng, đó là “ thời kỳ đồ đá”, “ thời kỳ đồ đồng”, “thời kỳ đồ sắt” …. - Mỗi khi con người tìm ra một loại vật liệu mới, với những tính năng ưu việt hơn, là một lần góp phần thúc đẩy năng suất lao động xã hội phát triển, mở ra những ngành khoa học mới, có thể nêu ra một vài sự kiện để minh họa: + Sự xuất hiện của công nghệ chế tạo hợp kim nhôm cứng đuyara (1930) nhờ quá hóa già biến cứng, giúp cho công nghiệp hàng không và tên lửa có bước phát triển nhảy vọt trong đại chiến thế giới thứ hai. + Sự ra đời của công nghệ chế tạo polyme. Hồi đầu thế kỷ có lẽ cả người giàu tưởng tượng nhất cũng khó hình dung nổi một chuyện mà hôm nay đã trở thành quá bình thường :Từ một khúc gỗ, từ hạt đậu tương, từ những chai dầu thô đen xỉn và bẩn thỉu, từ tảng than đen nhánh…, lại có thể làm ra những tấm lụa mịn màng, những bộ lể phục trang nghiêm, những 11
bộ quần áo lộng lẫy, hoặc những tấm thảm rực rỡ. Vậy mà nhờ tìm ra công nghệ chế tạo chất dẻo polyme (1980) nhân loại có thể thực hiện được điều đó và từ đấy thêm một vật liệu, người bạn đồng hành kỳ diệu mới, kèm theo là sự ra đời của ngành công nghiệp sợi, tơ nhân tạo… + Với sự tìm ra công nghệ chế tạo bán dẫn (1955) bằng kỹ thuật tinh luyện và tạo lớp chuyển tiếp… kỹ thuật thông tin phát thanh truyền hình nhanh chóng được phát triển. - Trên cơ sở ứng dụng các kiến trúc khoa học, hàng loạt các vật liệu khác cũng được chế tạo và ứng dụng rộng rãi trong sản xuất cơ khí như : thép không gỉ austenit (1935), hợp kim titan (1960), vật liệu lò phản ứng hạt nhân (1960), thép xây dựng vi hợp kim hóa (1965), thép kết cấu độ bền cao (1965), vật liệu compozit sợi (1965), hợp kim nhớ hình (1975) và kim loại thủy tinh (1980). Đó là chưa kể nhiều loại vật liệu đang trong quá trình nghiên cứu quy mô phòng thí nghiệm, có nhiều triển vọng sử dụng rộng rãi trong những thập kỷ tới. 1.3 Khái quát quá trình phát triển của ngành vật liệu - Thực ra không có ranh giới rõ rệt giữa khái niệm vật liệu nói chung với vật liệu cơ khí nói riêng. Vì vậy để tiềm hiểu quá trình phát triển và áp dụng vật liệu trong sản xuất cơ khí, cần quan tâm đến lịch sử sử dụng và phát triển vật liệu nói chung có thể chia lịch sử phát triển khoa học vật liệu thành 3 giai đoạn lớn sau đây: 1.3.1 Giai đoạn tiền sử của loài người: Hàng vạn năm trước công nguyên (TCN) người nguyên thủy từ khi biết sử dụng công cụ lao động để duy trì và phát triển cộng đồng, đã biết sử dụng các vật liệu sẳn có trong tự nhiên: + Vật liệu hữu cơ: Da, gỗ, sợi thực vật…; + Vật liệu vô cơ: Đất sét, đá, các loại khoán vật; + Kim loại: Vàng, bạc và đồng tự nhiên, sắt thiên thạch. - Phần lớn các vật liệu được sử dụng ở dạng nguyên thủy, không qua chế biến. Các vật dụng hình thành bằng cách cắt, đập, mài, nghiền, đặc biệt người cổ Ai Cập, Babylon, La mã, Trung Quốc đã biết phơi đất sét ngoài nắng để làm gạch xây. 1.3.2 Giai đoạn chết tạo và sử dụng vật liệu theo kinh nghiệm: Đây là thời kỳ khá dài trong lịch sử tiến hóa của nhân loại. Con người thông qua lao động tích lũy các kinh nghiệm. thực hiện các thí nghiệm rời rạc mò mẫm, nhằm tạo ra các vật liệu cần thiết không có sẵn trong tự nhiên. - Những sự kiện quan trọng của thời kỳ này: + Khoản 6 nghìn năm TCN con người đã biết công nghệ luyện đồng từ quặng để chế tạo các công cụ và vũ khí. Những cục xỉ đồng với độ tuổi 8500 năm phát hiện trên cao nguyên Anatolia Thổ Nhĩ Kỳ nói lên sự xuất hiện rất sớm nghề luyện đồng từ quặng trên hành tinh chúng ta. Các trống đồng cổ ở nước ta có niên đại không dưới 3 nghìn năm. + Người cổ đại cũng đã biết dùng công cụ bằng sắt từ rất sớm. Các dụng cụ bằng thép xuất hiện vào khoản thế kỷ 15 TCN và chậm sau đó 4 thế kỷ, người Hy Lạp và La Mã đã biết tôi thép để tăng độ cứng. Kỹ thuật này đạt đỉnh cao vào thời kỳ trung cổ với các thanh kiếm Damascus (Syrie) nổi tiếng mà cho đến ngày hôm nay vẫn còn là một bí ẩn công nghệ. Khi khai quật ở Nivevia – kinh đô xứ Assiria cổ xưa trong cung điện vua Sargon đệ nhị thể kỷ thứ VIII TCN, các nhà khảo cổ đã phát hiện ra một kho chứa khoản 200 tấn sản phẩm bằng sắt (mũ sắt, lưỡi cưa, các công cụ rèn…) - Những lò luyện sắt đầu tiên có ở Trung Quốc và Ai Cập hơn 3000 năm TCN. Cây cột trụ bằng sắt gần như nguyên chất (99,72%) nổi tiếng của Ấn Độ được dựng từ năm 415 để tưởng niệm vua Chanđragupta đệ nhị nặng 6,5 tấn, cao trên 7m vẫn tồn tại qua bao năm tháng đến ngày nay là một kỳ tích về công nghệ luyện kim của nhân loại cổ xưa. 12
- Kỹ thuật chế tạo thép quy mô lớn xuất hiện vào cuối thế kỷ 18, nhờ đó người ta đã sử dụng phổ biến để chế tạo máy hơi nước, tàu thủy, xây dựng đường sắt, cầu cống, nhà cửa…Tháp Epfen bằng thép cao 320m, nặng 7341 tấn, hoàn thành ở Pari năm 1889 vẫn còn đang là niềm tự hào và biểu tượng của nước Pháp văn minh. + Xi măng, loại vật liệu xây dựng quan trọng ngày nay, có lịch sử từ thế kỷ 15 TCN, đầu tiên dưới dạng hổn hợp đá nghiền và vôi tôi, sử dụng ở Ai Cập, Babylon và La Mã; mãi đến đầu thế kỷ 19 sau công nguyên mới xuất hiện xi măng Porland ở Anh, Mỹ, Nga và sau đó là kỹ thuật đúc bê tông cốt thép, sử dụng đầu tiên ở Mỹ trong xây dựng vào năm 1875. 1.3.3 Giai đoạn chế tạo và sử dụng vật liệu theo kiến thức khoa học: Cuộc cách mạng công nghiệp vào cuối thế kỷ XIX thúc đẩy phát triển nhiều ngành khoa học khác nhau, đặc biệt là các khoa học về vật liệu và hóa học những ngành có ảnh hưởng trực tiếp đến phát triển vật liệu.Các nhà khoa học đã đi sâu tìm hiểu cấu tạo nội tại của vật liệu, mối quan hệ giữa cấu tạo bên trong và tính chất. Nhờ nắm được những kiến thức khoa học đó, con người đã có khả năng đánh giá định tính chiều hướng phát triển vật liệu, định hướng các công nghệ chế tạo với tính chất mong muốn. Ngày nay, người ta đã có thể chế tạo vật liệu có những tính chất định trước. 1.4 Cấu tạo của kim loại và hợp kim 1.4.1 Khái niệm về kim loại Kim loại là vật thể sáng, dẻo có thể rèn đƣợc, có tính dẫn nhiệt và dẫn điện cao. Tuy nhiên định nghĩa cũ chưa đúng cho mọi kim loại. Ví dụ: Sb (ăngtimoan) giòn không thể rèn được. Hiện nay để nhận biết được một chất là kim loại người ta dựa vào hệ số nhiệt độ của điện trở: ở kim loại hệ số này là dương tức là khi nhiệt độ tăng thì điện trở tăng. 1.4.2 Cấu tạo tinh thể của kim loại Vật rắn chia làm 2 nhóm: Tinh thể và vô định hình Trong vật rắn tinh thể, các chất điểm sắp xếp theo một quy luật trật tự hình học nhất định. Trong các vật rắn vô định hình các chất điểm sắp xếp hỗn loạn Tất cả các kim loại và hợp chất của chúng ở trạng thái rắn đều là vật tinh thể (có cấu tạo tinh thể). Chúng có nhiệt độ nóng chảy hoặc đông đặc xác định Để nghiên cứu các quy luật sắp xếp các chất điểm trong vật tinh thể người ta nêu ra khái niệm về mạng không gian (mạng tinh thể) hình 1.1a 13
Hình 1.1: Lập phương đơn giản a) Mạng tinh thể b) Mặt tinh thể c) Khối cơ bản + Trong điều kiện thường và áp suất khí quyển hầu hết các kim loại tồn tại ở trạng thái rắn ngoại trừ thủy ngân. Ở trạng thái này các nguyên tử của các kim loại xắp xếp theo một trật tự nhất định trong không gian tạo thành mạng tinh thể. + Mạng tinh thể là mô hình không gian mô tả quy luật hình học của sự sắp xếp các chất điểm(nguyên tử, ion hay phân tử) trong vật tinh thể. + Mạng tinh thể bao gồm các mặt đi qua chất điểm, các mặt này luôn luôn song song cách đều nhau và được gọi là mặt tinh thể. + Khối cơ bản là các khối đơn giản giống nhau mà xếp theo ba chiều đo thì có được mạng tinh thể.. khối cơ bản là hình khối nhỏ nhất có cách sắp xếp chất điểm đại diện chung cho mạng tinh thể. Trong mạng tinh thể, ion chiếm chỗ các nút mạng và dao động quanh các điểm nút đó như dao động quanh các vị trí cân bằng. Mạng tinh thể như gồm bởi các mặt đi qua các chất điểm, các mặt này luôn luôn song song và cách đều nhau gọi là các mặt tinh thể (H1.1b) Khi biểu diễn mạng tinh thể của Kim loại để đơn giản người ta chỉ vẽ một phần nhỏ nhất đặc trưng cho một loại mạng gọi là ô cơ bản hay ô cơ sở (H1.1c) CÁC KIỂU MẠNG TINH THỂ THƯỜNG GẶP : -Mạng lập phương thể tâm: Hình1.2: Ô cơ sở mạng lập phương thể tâm - Mạng lập phương thể tâm: các nguyên tử (ion) nằm ở các đỉnh và ở tâm của khối lập phương. Các kim loại nguyên chất có kiểu mạng này như: Feα , Cr, W, Mo, V… - Mạng lập phương diện tâm: Lập phương diện tâm: các nguyên tử (ion) nằm ở các đỉnh và giữa (tâm) các mặt của hình lập phương. Các kim loại nguyên chất có kiểu mạng này như: Feg, Cu, Ni, Al, Pb… 14
Hình 1.3: Ô cơ sở mạng lập phương diện tâm - Lục giác xếp chặt: bao gồm 12 nguyên tử nằm ở các đỉnh, 2 nguyên tử nằm ở giữa 2 mặt đáy của hình lăng trụ lục giác và 3 nguyên tử nằm ở khối tâm của 3 lăng trụ tam giác cách đều nhau -Các kim loại nguyên chất có kiểu mạng này như: kẽm, coobanα, magiê, titan, catđimi Hình 1.4: Ô cơ sở mạng lục giác xếp chặt 1.5 Hợp Kim 1.5.1 Khái niệm về hợp kim Hợp kim là sản phẩm của sự nấu chảy hai hay nhiều nguyên tố mà nguyên tố chủ yếu là kim loại và hợp kim mang tính chất của kim loại. Trong thành phần của hợp kim có thể có một lượng nhỏ các nguyên tố á kim. Ví dụ thép là hợp kim của sắt và cacbon. Nói chung kim loại nguyên chất có những nhược điểm như rất dẻo, độ bền, độcứng thấp, không ổn định theo nhiệt độ. Do đó các cơ cấu máy chính xác không thể làm bằng kim loại nguyên chất được mà phải làm bằng hợp kim. Trong lĩnh vực cơ khí, hợp kim được sử dụng rộng rãi vì các ưu điểm sau: - Cơ tính hợp kim phù hợp với vật liệu chế tạo cơ khí: đối với ngành cơ khí vật liệu sử dụng phải có các yêu cầu như độ bền cao, tuổi thọ sử dụng lâu. Về mặt này thì hợp kim hơn hẳn kim loại nguyên chất, chúng có độ cứng, độ bền cao hơn hẳn trong khi độ dẻo và độ dai vẫn đủ cao. -Tính công nghệ thích hợp: 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 cótính 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 suất cao. Giá thành hạ hơn: dễ chế tạo hơn do không phải khử bỏ các tạp chất một cách triệt để như kim loại. 1.5.2 Cấu tạo của hợp kim và đặc tính của chúng - Có thể nói tính chất của hợp kim phụ thuộc vào sự kết hợp của các nguyên tố cấu tạo nên chúng. Khi ở dạng lỏng, các nguyên tố hòa tan lẫn nhau để tạo nên dung dịch lỏng. Tuy nhiên, khi làm nguội ở trạng thái rắn sẽ hình thành các tổ chức pha của hợp kim, có thể sẽ rất khác nhau do tác dụng với nhau giữa các nguyên tố. Có thể có các tổ chức pha như sau: Tổ chức một pha (một kiểu mạng tinh thể): + Khi các nguyên tố trong hợp kim tác dụng hòa tan ở trạng thái rắn, gọi là dung dịch rắn. 15
+ Khi các nguyên tố trong hợp kim tác dụng hóa học ở trạng thái rắn, gọi là hợp chất hóa học. - Tổ chức hai pha trở lên (có từ hai kiểu mạng tinh thể trở lên): khi giữa các pha trong hợp kim có tác dụng cơ học với nhau gọi là hỗn hợp cơ học. Dung dịch rắn: -Khi nguyên tử của hai hay nhiều nguyên tố được sắp xếp trong cùng một kiểu mạng. Có thể chia dung dịch rắn làm hai loại: dung dịch rắn xen kẽ và dung dịch rắn thay thế. Hình 1.5: Cấu tạo của dung dịch rắn thay thế và xen kẽ 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 giới hạn. 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 thay thế.Cơ tính chung của dung dịch rắn: có độ cứng thấp, độ bền thấp tuy nhiên độ dẻo và độ dai cao do có cấu tạo mạng tinh thể của kim loại nguyên chất. Hợp chất hóa học Trong nhiều loại hợp kim, nhiều pha được tạo thành do sự liên kết giữa các nguyên tố khác nhau theo một tỉ 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: Nguyên tố sắt và cacbon tạo nên Fe3C rất ổn định, nhưng nguyên tố Cu với Zn có thể cho ta nhiều dạng hợp chất như: CuZn, Cu3Zn3, CuZn3,… - Cơ tính chung của hợp chất hóa học: có độ cứng cao, độ giòn cao do có kiểu mạng tinh thể phức tạp không giống với kiểu mạng của kim loại nguyên chất đồng thời có nhiệt độ phân hủy cao (t0nc cao). Hỗn hợp cơ học Trong hệ hợp kim, có những nguyên tố không hòa tan vào nhau cũng không liên kết tạo thành hợp chất hóa học mà chỉ liên kết với nhau bằng lực cơ học thuần túy thì gọi hợp kim đó là hỗn hợp cơ học. Như vậy hỗn hợp cơ học không làm thay đổi mạng nguyên tử của nguyên tố thành phần. Vì để tạo được liên kết cơ học nguyên tử các nguyên tố thành phần khác nhau nhiều về kích thước và mạng tinh thể. Cơ tính chung của hỗn hợp cơ học: phụ thuộc vào cơ tính của các pha tạo thành. Muốn đánh giá cơ tính của hợp kim tạo thành tại nhiệt độ xác định phải căn cứ vào tỉ lệ cấu tạo và 16
cơ tính của các pha tạo thành. Hình 1.6: Cấu tạo của hỗn hợp cơ học 1.6 Tính chất chung của kim loại và hợp kim Để sử dụng vật liệu nói chung ta phải nắm vững các tính chất của nó, xem các tính chất đó có đáp ứng đƣợc yêu cầu của công việc hay không. Ví dụ để làm dụng cụ cắt kim loại phải có kim loại vật liệu có độ bền cao, độ cứng cao, độ chịu mòn và chịu nhiệt cao, để làm dây dẫn điện phải có vật liệu có tính dẫn điện tốt, để chế tạo máy bay cần có loại vật liệu vừa bền lại vừa nhẹ … Hoặc trong một số trường hợp, ta lại cần có các vật liệu không bị gỉ, không bị nhiễm từ … Các tính chất của vật liệu có thể chia thành: tính chật vật lý, tính chất hóa học, tính chất cơ học và tính công nghệ. 1.6.1 Tính chất vật lý Tính chất vật lý hay còn được gọi là lý tính của vật liệu là những tính chất xác định mối quan hệ của môi trường tự nhiên với vật liệu. Lý tính cơ bản của vật liệu gồm có: khối lượng riêng, nhiệt độ nóng chảy, tính giãn nở, tính dẫn nhiệt, tính dẫn điện và từ tính. Khối lượng riêng Khối lượng riêng là khối lượng của 1 cm3 vật chất. Nếu gọi m là khối lượng của vậtchất (g), V là thể tích của vật chất (cm3) và là khối lượng riêng của vật chất (hay vật liệu) ta có: ứng dụng của khối lượng riêng trong kĩ thuật rất rộng rãi, nó không những có thể dùng để so sánh các vật liệu nặng nhẹ khác nhau để tiện việc lựa chọn vật liệu mà còn có thể giải quyết những vấn đề thực tế. Ví dụ những vật lớn, thép hình khó cân được khối lượng, nhưng biết được khốilượng riêng của vật liệu và đo được kích thước của chúng, người ta có thể tính được thể tích nên có thể t không cần cân cả vật mà ta vẫn tính được khối lượng của chúng. Nhiệt độ nóng chảy Nhiệt độ nóng chảy của vật liệu là nhiệt độ mà khi nung nóng đến đó thì vật liệu từ thể rắn chuyển thành thể lỏng. Tính chất này rất quan trọng đối với công nghệ chế tạo cơ khí vì tính chảy loãng của vật liệu ở thể lỏng tốt hay xấu do nhiệt độ nóng chảy của chúng quyết định. Nhiệt độ nóng chảy của vật liệu càng thấp thì tính chảy loãng của chúng càng tốt và càng dễ đúc. Ví dụ: Sắt nguyên chất là 1 5390C, thép 1 400 ÷ 1 5000C, gang 1 1300C ÷ 1 3500C Tính giãn nở nhiệt Là khả năng thay đổi kích thước khi thay đổi nhiệt độ, nó đƣợc biểu thị bằng hệ số giãn nở (α) trên chiều dài đơn vị (1 mm), với thép α = 12. 10-6 K-1. Tính dẫn nhiệt Dẫn nhiệt là hiện tượng nhiệt được truyền từ vùng nhiệt độ cao đến vùng nhiệt độ thấp của vật liệu. Các kim loại thƣờng dẫn nhiệt tốt, ngược lại các vật liệu khác như gốm,vật liệu phi kim và polyme dẫn nhiệt kém nên chúng thường được dùng làm vật liệu cách nhiệt. Tính dẫn điện Một trong những đặc tính quan trọng nhất của vật liệu rắn là khả năng dẫn điện của nó. Tính dẫn điện của vật liệu là khả năng truyền dòng điện của vật liệu. Ðặc trƣng cho khả năng dẫn điện của kim loại là độ dẫn điện  với đơn vị đo ( cm)-1. Các kim loại đều là vật dẫn điện tốt. Dẫn điện tốt nhất là bạc, sau đó đến đồng và nhôm. Hợp kim nói chung và các vật liệu phi kim có tính dẫn điện kém hơn kim loại. 17
Ðộ dẫn điện được biểu diễn bằng điện tích Q (Culông) đi qua một đơn vị diện tích S (cm ) trong một đơn vị thời gian t thường tính bằng giây của dây dẫn dài l (cm) có điện áp hai 2 đầu dây là U (V). Công thức: Với  là điện trở suất của vật liệu mẫu (.cm). Căn cứ vào khả năng dẫn điện, các vật liệu rắn được chia thành ba loại: vật liệu dẫn điện, vật liệu bán dẫn và vật liệu cách điện. Từ tính Hiện tượng các vật liệu biểu hiện lực hút hoặc lực đẩy có ảnh hưởng lên các vật liệu khác gọi là hiện tượng "từ". Từ tính là khả năng dẫn từ của kim loại. Sắt, niken, cô ban và hợp kim của chúng đều có từ tính thể hiện rất rõ rệt nên chúng đƣợc gọi là kim loại từ tính. Vật liệu từ có tầm quan trọng lớn trong hàng loạt ngành công nghiệp nhƣ chế tạo động cơ điện, máy phát và máy biến thế điện, điện thoại và máy tính … 1.6.2 Tính chất hóa học - Là độ bền của vật liệu đối với những tác dụng hóa học của các chất khác nhau như: oxi, nƣớc, axit, … mà không bị phá hủy. - Thông thường mỗi vật liệu có tính ổn định hóa học ứng với từng môi trường nhất định. Tính chất hóa học cơ bản của vật liệu có thể chia thành mấy loại sau: - Tính chịu ăn mòn: là độ bền của vật liệu đối với sự ăn mòn của các môi trường xung quanh. - Tính chịu nhiệt: là độ bền của vật liệu đối với sự ăn mòn của oxi trong không khí ở nhiệt độ cao hoặc đối với tác dụng ăn mòn của một vài thể lỏng hoặc thể khí đặc biệt ở nhiệt độ cao. - Tính chịu axít là độ bền của vật liệu đối với sự ăn mòn của axít. 1.6.3 Tính chất cơ học -Tính chất cơ học (hay còn được gọi là cơ tính) của vật liệu là những đặc trưng cơ học biểu thị khả năng của vật liệu chịu tác dụng của các loại tải trọng. - Các đặc trưng quan trọng của cơ tính là độ bền, độ cứng, độ đàn hồi, độ dai va đập, độ bền mỏi và tính chống mài mòn. Ðộ bền - Ðộ bền là khả năng của vật liệu chịu tác dụng của ngoại lực mà không bị phá hủy. Độ bền được kí hiệu là ζ. Tùy theo dạng khác nhau của ngoại lực ta có các loại như: độ bền kéo ζk, độ bền uốn ζu, độ bền nén ζn, độ bền xoắn ζx, … Ðộ cứng Độ cứng là khả năng của bề mặt vật liệu chống lại các vật thể ấn vào nó. Độ cứng là một chỉ tiêu quan trọng của cơ tính. Ðo độ cứng là phƣơng pháp thử đơn giản và nhanh chóng để xác định tính chất của vật liệu mà không cần phá hủy chi tiết. Ðộ cứng có thể đo bằng 3 phương pháp: Ðộ cứng Brinell Ðộ cứng Brinell được xác định bằng cách dùng tải trọng P để ấn viên bi bằng thép đã nhiệt luyện có đường kính D lên bề mặt vật liệu muốn thử (hình 1.11). Ðơn vị đo độ cứng Brinell HB là kG/mm2 hoặc đổi ra MPa. 18
Tùy theo chiều dày của mẫu thử chúng ta chọn đường kính của viên bi là D = 10 mm, D = 5 mm hoặc D = 0,25 mm, đồng thời tùy thuộc vào tính chất của vật liệu chúng ta chọn tải trọng P cho thích hợp.  Ðối với thép và gang thì P = 30D2.  Ðối với đồng và hợp kim đồng P = 10D2.  Ðối với nhôm, babít và hợp kim mềm khác P = 2,5D2. 0 1 2 3 4 5 6 7 b a d Hình 1.7: Sơ đồ đo độ cứng Brinell (a) và sơ đồ đo đường kính vết lõm bằng kính lúp có thước mẫu (b) Ví dụ: Khi thử thép dùng bi có đường kính D = 10 mm ta chọn tải trọng P = 30D2 = 300 kg. 𝑃 Ðộ cứng Brinell được tính theo công thức: HP= 𝐹 Trong đó F là diện tích mặt cầu của vết lõm và được tính: Với D (mm) là đường kính viên bi và d (mm) là đường kính vết lõm. Ðộ cứng HB của vật liệu được kiểm tra không lớn hơn 450 (kg/mm2). Ðộ cứng Rockwell Ðộ cứng Rockwell: tác dụng liên tiếp 2 tải trọng khác nhau (tải trọng đầu P 0 và tải trọng chính P1) lên mũi ấn kim cương hình tháp góc ở đỉnh 1200 (hình 1.12) (thang A vàC) hoặc viên bi bằng thép có đường kính bằng 1,587 mm (1/16", HV 850 -thang B) lên bề mặt vật liệu thử. Kí hiệu là HRA, HRB, HRC, thường dùng để đo các vật liệu cứng. 19
Hình 1.8: Vị trí tương đối giữa mũi đâm và mẫu đo ở các thời điểm đo: 00: lúc chưa đo; 11: tải trọng sơ bộ P0 22: thêm tải trọng chính P1; 33: P1. Độ đàn hồi Là khả năng của vật liệu có thể thay đổi hình dạng dƣới tác dụng của lực bên ngoài rồi trở lại như cũ khi bỏ lực tác dụng đi. Độ đàn hồi có thể xác định bằng các phương pháp thử khác nhau. Độ dai va chạm Có những chi tiết máy khi làm việc phải chịu các tải trọng tác dụng đột ngột (hay tải trọng va đập). Khả năng chịu đựng của vật liệu bởi các tải trọng đột ngột hay va đập đó mà không bị phá hủy được gọi là độ dai va đập (hay độ dai va chạm). Muốn thử va đập cần phải có mẫu thử được lựa chọn theo những qui định riêng như ngang hay dọc thớ, vị trí nào trên sản phẩm và có hình dạng kích thước theo tiêu chuẩn. Ðộ bền mỏi Khi chi tiết máy làm việc trong điều kiện tải trọng biến đổi theo thời gian, có qui luật và được lặp đi lặp lại theo chu kì nhiều lần thường xảy ra phá hủy với ứng suất thấp hơn giới hạn bền kéo tĩnh. Hiện tượng này được gọi là hiện tượng mỏi. Nguyên nhân của mỏi là do có sự tích lũy dần các khuyết tật mạng dẫn đến hình thành các vết nứt tế vi, rồi các vết nứt này phát triển tạo nên sự phá hủy. Khả năng chống lại hiện tượng mỏi của vật liệu được gọi là độ bền mỏi. Trong phá hủy mỏi người ta quan tâm đến hai chỉ tiêu quan trọng là độ bền mỏi và tuổi thọ chu kỳ. Ðộ bền mỏi là ứng suất lớn nhất mà vật liệu có thể chịu đựng được một số chu trình làm việc bất kì mà không bị phá hủy và nó được kí hiệu là -1. Còn số chu kì tối thiểu mà vật liệu chịu đựng được trước khi xuất hiện vết nứt mỏi có kích thước đủ lớn dẫn đến phá hủy được gọi là tuổi thọ chu kì và được kí hiệu là NG. Tuổi thọ chu kì có thể là vô hạn khi Max lớn hơn -1 . Ðối với thép NG = 106  107 còn hợp kim nhôm thì NG = 106. Trong quá trình làm việc, tất cả các tiết máy đều chịu lực tác dụng khác nhau, bởi vậy cơ tính là tính chất quan trọng của bất kì vật liệu chế tạo máy nào. Tính chống mài mòn. Mài mòn là quá trình phá hủy dần lớp bề mặt chi tiết của vật liệu bằng cách tách các hạt khỏi bề mặt do tác dụng của ma sát. Ngƣời ta xác định sự mài mòn theo sự thay đổi kích thước hoặc khối lượng của vật liệu. Khả năng của vật liệu chống lại sự mài mòn trong những điều kiện ma sát nhất định của vật liệu đƣợc gọi là tính chống mài mòn của vật liệu. Ðể đánh giá mức độ mòn, người ta thường dùng: 20