Giáo trình Vật liệu nghề điện nước (Nghề: Điện - Nước - Trung cấp) - Trường Cao đẳng Cơ điện Xây dựng Việt Xô

Chia sẻ: Hayato Gokudera | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:77

Thêm vào BST

Báo xấu

23
lượt xem 6
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Giáo trình Vật liệu nghề điện nước (Nghề: Điện - Nước - Trung cấp) trình bày những tính chất và cấu tạo bên trong của vật liệu, các loại vật liệu thường dùng trong ngành điện nước, hợp kim cứng và hợp kim màu, các vật liệu khác và xu thế phát triển vật liệu ngày nay. 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 nghề điện nước (Nghề: Điện - Nước - Trung cấp) - Trường Cao đẳng Cơ điện Xây dựng Việt Xô

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN TRƯỜNG CAO ĐẲNG CƠ ĐIỆN XÂY DỰNG VIỆT XÔ KHOA: XÂY DỰNG GIÁO TRÌNH MÔN HỌC:VẬT LIỆU NGHỀ ĐIỆN NƯỚC NGHỀ ĐIỆN - NƯỚC TRÌNH ĐỘ: TRUNG CẤP (Ban hành kèm theo Quyết định số: QĐ...) Ninh Bình, năm 2017 1
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 LỜI GIỚI THIỆU Giáo trình vật liệu nghề điện nước với mục đích giúp người học dễ học, dễ hiểu và biết cách ứng dụng thực tế cũng như phục vụ kiến thức cho các môn học khác và đảm bảo tính liên thông với chương trình đại học. Giáo trình vật liệu nghề điện nước trình bày những tính chất và cấu tạo bên trong của vật liệu, các loại vật liệu thường dùng trong ngành điện nước, hợp kim cứng và hợp kim màu, các vật liệu khác và xu thế phát triển vật liệu ngày nay. Giáo trình Vật liệu nghề điện nước được biên soạn theo đề cương chương trình nghề Điện - nước trình độ trung cấp, trình bày mối quan hệ hữu cơ giữa thành phần nguyên liệu, những đặc điểm của quá trình công nghệ với tính chất của sản phẩm nghề điện nước. Trong quá trình biên soạn không tránh khỏi thiếu sót, rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của các đồng nghiệp và bạn đọc Tham gia biên soạn Nguyễn Thị Hoài Thu 2
MỤC LỤC LỜI GIỚI THIỆU ................................................................................................2 Chương 1: Các tính chất chung của kim loại và hợp kim ...............................7 1. Tầm quan trọng của kim loại và hợp kim ......................................................7 2. Cấu tạo của kim loại và hợp kim ....................................................................7 2.1. Cấu tạo của kim loại ....................................................................................7 2.2. Cấu tạo của hợp kim ..................................................................................10 3. Tính chất chung của kim loại và hợp kim ....Error! Bookmark not defined. 3.1.Tính chất lí học ...........................................Error! Bookmark not defined. 3.2. Tính chất hoá học ......................................Error! Bookmark not defined. 3.3. Tính chất cơ học ........................................Error! Bookmark not defined. 3.4. Tính công nghệ ..........................................Error! Bookmark not defined. Chương 2: Gang .................................................................................................20 1. Một số khái niệm cơ bản về gang.................................................................20 1.1. Định nghĩa .................................................................................................20 1.2. Phân loại ....................................................................................................20 2. Ảnh hưởng của các yếu tố tạp chất đến tính chất của gang .........................20 2.1. Các bon ......................................................................................................20 2.2. Si lic ...........................................................................................................20 2.3. Man gan .....................................................Error! Bookmark not defined. 2.4. Phốt pho .....................................................................................................20 2.5. Lưu huỳnh..................................................Error! Bookmark not defined. 3.Các loại gang thường dùng............................................................................21 3.1. Gang xám...................................................................................................21 3.2. Gang biến tính ...........................................................................................22 3.3. Gang trắng .................................................................................................22 3.4. Gang dẻo ....................................................Error! Bookmark not defined. 3.5. Gang cầu ....................................................................................................22 3.6. Gang xám...................................................Error! Bookmark not defined. Chương 3: Thép .................................................................................................24 1. Ảnh hưởng của các yếu tố tạp chất đến tính chất của thép ..........................24 1.1. Các bon ......................................................Error! Bookmark not defined. 1.2. Si lic ...........................................................................................................24 1.3. Man gan .....................................................................................................24 1.4. Lưu huỳnh..................................................Error! Bookmark not defined. 1.5. Phốt pho .....................................................Error! Bookmark not defined. 2. Thép các bon.................................................Error! Bookmark not defined. 2.1. Khái niệm ..................................................Error! Bookmark not defined. 2.2. Các loại thép các bon thường dùng ...........................................................25 3
2.3. Kí hiệu thép các bon theo tiêu chuẩn của các nước Error! Bookmark not defined. 3. Thép hợp kim................................................................................................27 3.1. Khái niệm về thép hợp kim .......................................................................27 3.2. Các loại thép hợp kim................................................................................31 3.3. Kí hiệu theo tiêu chuẩn của các nước........................................................32 Chương 4: Kim loại màu ...................................................................................33 1. Đặc điểm, tính chất chung của kim loại màu và hợp kim màu ....................33 2. Đồng và hợp kim đồng .................................................................................33 2.1. Đồng ..........................................................................................................33 2.2. Hợp kim của đồng .....................................Error! Bookmark not defined. 3. Nhôm và hợp kim của nhôm ........................Error! Bookmark not defined. 3.1. Nhôm .........................................................Error! Bookmark not defined. 3.2. Hợp kim nhôm ...........................................................................................35 4. Thiếc - chì - kẽm...........................................................................................37 4.1. Thiếc ..........................................................................................................37 4.2. Chì .............................................................................................................37 4.3. Kẽm ...........................................................Error! Bookmark not defined. Chương 5: Sự ăn mòn kim loại và phương pháp chống ăn mòn kim loại ...40 1. Hiện tượng, nguyên nhân, tác hại của ăn mòn kim loại ...............................40 2. Các phương pháp chống ăn mòn ..................................................................41 2.1. Phủ bằng kim koại .....................................................................................41 2.2. Phủ bằng chất phi kim loại ........................................................................42 Chương 6: Chất dẻo ...............................................Error! Bookmark not defined. 1. Khái niệm .....................................................Error! Bookmark not defined. 1.1. Định nghĩa .................................................................................................44 1.2. Thành phần ................................................Error! Bookmark not defined. 2.Tính chất và phân loại chất dẻo .....................................................................45 2.1. Tính chất ....................................................................................................45 2.2 . Phân loại ...................................................................................................46 2.3. Công dụng .................................................................................................46 Chương 7: Bột mài, cao su, amian, da thuộc, gỗ ............................................47 1. Bột mài .........................................................................................................47 1.1. Tính chất ....................................................................................................47 1.2. Phân loại ....................................................................................................47 1.3. Công dụng của bột mài và cách sử dụng ...................................................47 2. Cao su ...........................................................................................................48 2.1. Phân loại cao su .........................................................................................48 2.2. Tính chất ....................................................................................................50 2.3. Công dụng .................................................................................................50 3. Amian- da thuộc - gỗ ....................................................................................50 4
3.1. Amian ........................................................................................................50 3.2. Da thuộc.....................................................................................................51 3.3. Gỗ ..............................................................................................................53 Chương 8: Dầu, mỡ, xăng, nhiên liệu diezen và dung dịch nhờn lạnh.........56 1. Dầu - mỡ .......................................................................................................56 1.1. Tác dụng, yêu cầu ......................................................................................56 1.2. Các loại dầu, mỡ ........................................................................................57 2. Xăng - nhiên liệu diezen ...............................................................................61 2.1. Xăng...........................................................................................................61 2.2. Nhiên liệu diezen .......................................Error! Bookmark not defined. 3. Dung dịch nhờn lạnh ....................................................................................62 3.1. Tác dụng của dung dịch nhờn lạnh ...........................................................62 3.2. Các dung dịch nhờn lạnh ...........................................................................65 Chương 9: Vật liệu kết hợp...............................................................................67 1. Khái niệm về Compozit ................................................................................67 1.1. Quy luật kết hợp ........................................................................................67 1.2. Đặc điểm và phân loại ...............................................................................67 2. Compozit hạt ................................................................................................67 2.1. Compozit hạt thô .......................................................................................69 2.2. Compozit hạt mịn ......................................Error! Bookmark not defined. 3. Compozit cốt sợi...........................................Error! Bookmark not defined. 3.1. Ảnh hưởng của các yếu tố hình học sợi ...................................................71 3.2. Compozit cốt sợi liên tục thẳng hàng ........................................................73 4. Compozit cấu trúc.........................................................................................74 4.1. Compozit cấu trúc dạng lớp ......................................................................74 4.2. Compozit cấu trúc dạng tấm ba lớp...........Error! Bookmark not defined. 5
GIÁO TRÌNH MÔN HỌC: VẬT LIỆU NGHỀ ĐIỆN NƯỚC Mã môn học: MH12. Vị trí, tính chất, ý nghĩa và vai trò của môn học: - Vị trí: Vật liệu nghề điện nước là môn học được dạy song song với nhóm môn học kỹ thuật cơ sở; được thực hiện trước khi học các mô đun chuyên môn. - Tính chất: Là môn họckỹ thuật cơ sở trong chương trình đào tạo trình độ trung cấp. - Ý nghĩa và vai trò của môn học: Vật liệu nghề điện nước là môn học có ý nghĩa quan trọng trong chương trình đào tạo nghề điện nước. Môn học giúp cho học sinh có những kiến thức cơ bản về các loại vật liệu phục vụ cho các môn học chuyên môn cũng như cho qua trình làm việc sau này. Mục tiêu của môn học: - Về kiến thức: + Nêu được tính chất, công dụng của một số vật liệu kim loại, hợp kim và vật liệu phi kim loại thường dung trong công nghiệp; + Mô tả được quá trình ăn mòn, phương pháp chống ăn mòn kim loại và hợp kim; +Trình bày được tính chất, công dụng và phạm vi sử dụng của dầu, mỡ, dung dịch nhờn lạnh; + Giải thích được các kí hiệu vật liệu theo các tiêu chuẩn Việt Nam, Liên Xô, Mỹ, Nhật… - Về kỹ năng: Phân biệt được gang, thép, kim loại màu và hợp kim của chúng. - Về năng lực tự chủ và trách nhiệm: rèn luyên khả năng tư duy, sang tạo. Nội dung của môn học: 6
CHƯƠNG 1 TÍNH CHẤT CHUNG CỦA KIM LOẠI VÀ HỢP KIM Mã chương:MH12-01. Giới thiệu: Kim loại và hợp kim của kim loại là các vật liệu được sử dụng rất phổ biến trong các nghành công nghiệp. Hiểu được về tính chất, công dụng của chúng giúp học sinh có những kiến thức phục vụ các môn học tiếp theo. Mục tiêu: - Nêu được tầm quan trọng, cấu tạo, tính chất chung của kim loại và hợp kim; - Trình bày được các phương pháp thử kim loại và hợp kim; - Rèn luyện khả năng trư duy, sang tạo. Nội dung chính: 1.Tầm quan trọng của kim loại và hợp kim. Trong các nhóm vật liệu 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 những 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 càng cao. 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 mới như: - Sự xuất hiện công nghệ chế tạo hợp kim nhôm cứng Đura (1903) đã giúp cho ngành công nghiệp hàng không và tên lửa có bước phát triển nhảy vọt. - 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. 2.Cấu tạo của kim loại và hợp kim. 2.1.Cấu tạo của kim loại. Khái niệm về kim loại: Kim loại là vật thể sáng, dẻo, có thể rèn được, có tính dẫn nhiệt và dẫn điện cao.Trong điều kiện thường và áp suất khí quyển hầu hết các kim loại tồn tại ở trạng thái rắn (ngoại trừ thủy ngân). 2.1.1.Cấu tạo nguyên tử của kim loại Theo thuyết cấu tạo nguyên tử thì nguyên tử kim loại bao gồm hạt nhân mang điện tích dương nằm ở giữa tâm nguyên tử và các điện tử mang điện tích âm quay xung quanh hạt nhân. 7
Đối với kim loại thường có từ 1 đến 2 điện tử ở lớp ngoài cùng, nhưng điện tử này dễ tách khỏi quỹ đạo để trở thành điện tử tự do. Các điện tử tự do này chính là nguyên nhân của tính dẫn điện, dẫn nhiệt, tính dẻo dai của kim loại. 2.1.2.Cấu tạo mạng tinh thể của kim loại - 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 (Hình 1.2 a). - Mạng tinh thể bao gồm các mặt đi qua các nguyên tử, các mặt này luôn luôn song song cách đều nhau và được gọi là mặt tinh thể (Hình 1.2 b). - Ô cơ sở là hình khối nhỏ nhất có cách sắp xếp chất điểm đại diện chung cho mạng tinh thể (Hình 1.2 c). Trong thực tế để đơn giản chỉ cần biểu diễn mạng tinh thể bằng ô cơ sở của nó là đủ. Tuỳ theo loại ô cơ bản người ta xác định các thông số mạng. 8
* 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… *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… *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: Mg, Zn… 9
Như vậy có thể xem một khối kim loại nguyên chất là tập hợp vô số các mạng tinh thể (hạt tinh thể) được sắp xếp hỗn độn, mạng tinh thể lại gồm vô số các ô cơ sở và dạng của từng ô cơ sở tùy thuộc vào kiểu mạng của kim loại đó. 2.2.Cấu tạo của hợp kim Khái niệm về hợp kim Hợp kim là vật liệu có chứa nhiều nguyên tố và mang tính chất kim loại. Nguyên tố chủ yếu trong hợp kim là nguyên tố kim loại. 2.2.1.Dung dịch đặc(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. - 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. 10
2.2.2.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 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: 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, Cu 3Zn3, CuZn3,… Cơ tính chung của hợp chất hóa học: có độ cứng cao, độ dòn 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). 2.2.3.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 cơ tính của các pha tạo thành. 3.Tính chất chung của kim loại và hợp kim. 11
Tính chất Tính chất cơ học Tính chất vật lý Tính chất hóa học công nghệ Độ bền Khối lượng riêng Tính chịu ăn mòn Tính đúc Độ cứng Tính nóng chảy Tính chịu nhiệt Tính rèn Độ dẻo Tính giãn nở Tính chịu axit Tính hàn Độ dai va đập Tính dẫn nhiệt Tính cắt gọt Tính dẫn điện Từ tính 3.1.Tính chất lí học. 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. Tính chất lý học cơ bản của kim loại gồm có: màu sắc, khối lượng riêng, tính nóng chảy, tính dãn nở nhiệt, tính dẫn nhiệt, tính dẫn điện và tính nhiễm từ. 3.1.1. Màu sắc. Tính chất quang học: tất cả các kim loại đều đục và có khả năng phản quang. Tùy thuộc vào bản chất của từng kim loại mà sự phản xạ với tia sáng trắng có các màu sắc khác nhau. Đồng - màu đỏ, kẽm - màu xám, thiếc - màu trắng bạc…đôi khi mặt ngoài kim loại có màu nhưng không phải màu kim loại mà là màu của oxit. Từ đây người ta chia thành phần kim loại đen và kim loại màu. Kim loại đen gồm gang và thép. Kim loại màu là tất cả các kim loại ngoài gang và thép. 3.1.2.Khối lượng riêng: Là khối lượng của 1 cm3 vật chất. Trong đó m: là khối lượng của vật chất. V là thể tích của vật chất. 3.1.3.Tính nóng chảy: Kim loại có tính chảy loãng khi bị đốt nóng và đông đặc lại khi làm nguội. Nhiệt độ ứng với lúc kim loại chuyển từ thể đặc sang thể lỏng hoàn toàn gọi là điểm nóng chảy. Điểm nóng chảy có ý nghĩa quan trọng trong công nghệ đúc, hàn. 3.1.4.Tính giãn nở nhiệt: Là tính chất thay đổi thể tích khi nhiệt độ của kim loại thay đổi. Tính giãn nở được đặc trưng bằng hệ số giãn nở. 3.1.5.Tính dẫn nhiệt: Là tính truyền nhiệt của kim loại khi bị đốt nóng hoặc bị làm lạnh. Tính truyền nhiệt của kim loại giảm xuống khi nhiệt độ tăng và ngược lại khi nhiệt độ giảm xuống. 3.1.6.Tính dẫn điện: Là khả năng cho dòng điện đi qua của kim loại. So sánh tính dẫn nhiệt và dẫn điện ta thấy kim loại nào có tính dẫn nhiệt tốt thì tính dẫn điện cũng tốt và ngược lại. 12
3.1.7.Tính nhiễm từ: 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. 3.1.8.Nhiệt dung Là nhiệt lượng cần thiết để tăng một đơn vị kim loại lên 10C, khả năng vật liệu hấp thụ nhiệt từ bên ngoài: dQ : là năng lượng cần để gây ra độ biến thiên nhiệt độ dT 3.2. Tính chất hoá học 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. Tính năng hóa học của kim loại có thể chia thành các loại sau: 3.2.1.Tính chống ăn mòn: Là độ bền của kim loại đối với sự ăn mòn của môi trường xung quanh. 3.2.2.Tính chịu axit: Là độ bền của kim loại đối với sự ăn mòn của môi trường axit. 3.3.Tính chất cơ học Là những đặc trưng cơ học biểu thị khả năng của kim loại hay hợp kim chịu tác động của các loại tải trọng. Các đặc trưng đó bao gồm: 3.3.1.Tính bền: Là khả năng chống lại các tác dụng của lực bên ngoài mà không bị phá hỏng. Tùy theo các dạng khác nhau của ngoại lực mà ta có các loại độ bền: độ bền kéo (Rk), độ bền nén (Rn), độ bền uốn (Ru). Đơn vị đo của độ bền thường dùng là N/mm2 hoặc MN/mm2. 3.3.2.Tính cứng: Là khả năng chống lại 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 mà vết lõm trên mẫu đo càng lớn thì độ cứng của vật liệu đó càng kém. Thử độ cứng được thực hiện trên máy thử, và được đánh giá bằng các đơn vị đo độ cứng như sau: độ cứng Brinen (HB), Rocvell (HRA, HRB, HRC), Vicke (HV). 3.3.3.Tính dẻo: Là khả năng vật liệu thay đổi hình dáng, kích thước mà không bị phá hủy khi chịu tác dụng của lực bên ngoài. Để xác định độ dẻo người ta thường tiến hành đánh giá theo cả hai chỉ tiêu cùng xác định trên mẫu sau khi thử độ bền kéo: - Độ giãn dài tương đối (δ): là khả năng vật liệu thay đổi chiều dài sau khi bị kéo đứt. 13
- - Độ thắt tiết diện tương đối (ψ): là khả năng vật liệu chịu thay đổi tiết diện sau khi bị kéo đứt. Trong đó: l0 và l1 là chiều dài mẫu trước và sau khi kéo, được tính cùng đơn vị đo. F0 và F1 là diện tích tiết diện mẫu trước và sau khi kéo, được tính cùng đơn vị đo. 3.3.4.Tính đàn hồi. Tính đàn hồi của vật liệu là khả năng trở về hình dáng ban đầu của vật liệu sau khi loại bỏ ngoại lực. Một thí dụ rất dễ nhận thấy hàng ngày là tính đàn hồi ở lò xo, nó sẽ trở lại hình dạng ban đầu sau khi bị nén hoặc kéo. Tất cả kim loại trừ kim loại chì đều có tính đàn hồi, trong đó thép có tính đàn hồi lớn nhất. Do đó hầu hết các loại lò xo đều làm bằng thép. Khi trọng lượng quá lớn đối với kim loại thì “ giới hạn đàn hồi “ bị vượt qua, kim loại lúc đó bắt đầu thể hiện tính dẻo tức là vĩnh viễn bị biến dạng. 3.4.Tính công nghệ: Là khả năng thay đổi trạng thái của kim loại, hợp kim. Tính công nghệ bao gồm các tính chất sau: 3.4.1.Tính đúc: Được đặc trưng bởi độ chảy loãng, độ co. Độ chảy loãng biểu thị khả năng điền đầy khuôn của kim loại và hợp kim. Độ chảy loãng càng cao thì tính đúc càng tốt. Độ co càng lớn thì tính đúc càng kém. 3.4.2.Tính rèn: Là khả năng biến dạng vĩnh cửu của kim loại khi chịu lực tác dụng bên ngoài mà không bị phá hủy. Thép có tính rèn cao khi được nung nóng ở nhiệt độ phù hợp. Gang không có tính rèn vì giòn. Đồng, nhôm, chì có tính rèn tốt ngay cả ở trạng thái nguội. 3.4.3.Tính hàn: Là khả năng tạo thành sự liên kết giữa các phần tử khi nung nóng chỗ hàn đến trạng thái chảy hay dẻo. 3.4.4.Tính cắt gọt: Là khả năng kim loại gia công 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. 3.4.5.Tính nhiệt luyện. Nhiệt luyện là một phương pháp tác động nhiệt độ lên vật chất nhằm làm thay đổi vi cấu trúc chất rắn, đôi khi tác động làm thay đổi thành phần hóa học, đặc tính của vật liệu. Quá trình nhiệt luyện bao gồm sự nung nóng hoặc làm nguội với mức độ chênh 14
lệch đáng kể, hoặc xử lý nhiệt theo một thời gian biểu nhằm mục đích làm mềm hay làm cứng vật liệu, cũng như tạo ra sự cứng hay mềm khác nhau trên cùng một vật liệu Bản chất của nhiệt luyện kim loại là làm thay đổi tính chất thông qua biến đổi tổ chức của vật liệu. Một quy trình nhiệt luyện bao gồm 3 giai đoạn: nung, giữ nhiệt, làm nguội. Khi nung, tổ chức vật liệu sẽ thay đổi theo nhiệt độ, tuỳ thời điểm nâng, hạ nhiệt với các tốc độ khác nhau mà nhiệt luyện với các phương pháp khác nhau sẽ cho ra tính chất vật liệu mong muốn. Một kim loại hay một hợp kim nào đó mặc dù có những tính chất rất quý nhưng tính công nghệ kém thì cũng khó được sử dụng rộng rãi vì khó chế tạo thành sản phẩm 4.Các phương pháp thử kim loại và hợp kim. 4.1.Thử kéo *Phương pháp đo Để xác định được giá trị độ bền kéo của kim loại và hợp kim trước tiên phải chế tạo mẫu của vật liệu đó. Mẫu được chế tạo theo tiêu chuẩn của từng nước. Ở Việt Nam mẫu thử có tiết diện hình tròn hoặc hình chữ nhật (Hình 1.10 - a, b). Sau đó mẫu được kẹp trên máy kéo nén vạn năng được truyền động bằng cơ khí hoặc thủy khí (Hình 1.10 - c). Khi tiến hành kéo mẫu trên máy, máy sẽ vẽ biểu đồ quan hệ giữa lực kéo và biến dạng của mẫu. Tùy theo tính chất của vật liệu là vật liệu dẻo (thép, đồng, nhôm…) hay vật liệu giòn (gang) mà ta có các dạng biểu đồ tương ứng (Hình 1.11). 15
Trên biểu đồ quan hệ lực kéo và biến dạng của mẫu làm bằng vật liệu dẻo ta thấy có các giai đoạn như sau: OA: Giai đoạn đàn hồi, quan hệ giữa lực và biến dạng là quan hệ bậc nhất lực kéo lớn nhất gọi là lực tỉ lệ Ptl. Giới hạn tỉ lệ : Trong đó F0 là diện tích ban đầu của mặt cắt ngang. AC: giai đoạn chảy, lực không tăng nhưng biến dạng tăng, giá trị lực là lực chảy. Giới hạn chảy : CBD: giai đoạn củng cố (tái bền). Giới hạn bền được tính: Riêng đối với vật liệu giòn ta thấy mẫu bị đứt khi biến dạng còn bé, vật liệu chỉ có giới hạn bền. *Ý nghĩa Nhờ các chỉ tiêu phản ánh độ bền của kim loại và hợp kim mà ta đánh giá được khả năng sử dụng của kim loại và hợp kim đó: - Khả năng chịu tải trọng tĩnh: nếu các chi tiết máy có cùng hình dáng, kích thước nhưng làm bằng các vật liệu khác nhau thì: + Vật liệu nào có bd lớn hơn sẽ có khả năng chịu được tải trọng lớn hơn mà vẫn đảm bảo được tính đàn hồi. + Vật liệu nào có ch lớn hơn sẽ chịu được tải trọng lớn hơn mà vẫn không 16
bị biến dạng. + Vật liệu nào có b lớn hơn sẽ có khả năng chịu được tải trọng lớn hơn mà vẫn chưa bị phá hủy. - Tuổi thọ sử dụng: nếu các chi tiết máy làm việc cùng chịu tải trọng như nhau nhưng được làm từ các loại vật liệu khác nhau thì vật liệu nào có độ bền cao hơn sẽ có tuổi thọ lâu hơn. - Làm nhỏ gọn kết cấu: nếu các chi tiết máy có cùng kết cấu và được chế tạo từ những vật liệu khác nhau thì chi tiết máy nào làm bằng vật liệu nào có độ bền cao hơn sẽ có kích thước nhỏ gọn hơn. 4.2.Thử độ cứng Mỗi loại vật liệu khác nhau sẽ có độ cứng khác nhau. Để đánh giá độ cứng người ta sử dụng các phương pháp đo độ cứng khác nhau như: phương pháp đo độ cứng Brinen, phương pháp đo độ cứng Rocvel, phương pháp đo độ cứng Vicke. * Phương pháp thử: - Phương pháp đo độ cứng Brinen: Người ta dùng tải trọng của máy ép thử để ấn viên bi thép lên bề mặt mẫu (Hình 1.12). Trị số độ cứng được tính theo công thức sau: Trong đó: P: tải trọng của máy thử (kg). F: diện tích mặt chỏm cầu vết lõm (mm2). Nếu gọi đường kính viên bi là D, đường kính vết lõm là d, chiều sâu vết lõm là h thì ta có công thức tính độ cứng như sau: 17
- Phương pháp đo độ cứng Rocvel Phương pháp này cũng dùng lực để ép đầu thử lên bề mặt mẫu, đầu thử có thể là viên bi thép hoặc mũi côn kim cương có góc ở đỉnh là 1200 (Hình 1.14). Đồng hồ trên máy thử có 3 thang đo A, B, C tương ứng với các lực thử P1 = 60 kg, P2 = 100 kg, P3 = 150 kg. Mỗi thang đo có ký hiệu hoặc đơn vị lần lượt như sau: Thang A: lực thử P1, mũi thử kim cương. Ký hiệu (đơn vị): HRA. Thang B: lực thử P2, mũi thử là viên bi thép. Ký hiệu (đơn vị): HRB. Thang C: lực thử P3, mũi thử kim cương. Ký hiệu (đơn vị): HRC. Thang đo B dùng để đo các vật liệu mềm, kích thước nhỏ và trung bình và thường là các thành phẩm (kim loại màu hoặc thép đã ủ hoặc thường hóa). Thang đo A dùng để đo các vật liệu cứng và mỏng (hợp kim cứng, thép đã tôi) Thang đo C dùng để đo các vật liệu cứng và dày (thường là các sản phẩm bằng 18
thép đã tôi như khuôn dập) - Phương pháp đo độ cứng Vicke Dùng mũi đo kim cương hình chóp đáy là hình vuông, góc giữa hai mặt đối xứng là 1360 (Hình 1.15) Độ cứng Vike được ký hiệu bằng HV (kg/mm2): Trong đó: P là tải trọng (kg), d là độ dài đường chéo của vết lõm (mm2). Phương pháp đo độ cứng Vicke được dùng để đo cho cả vật liệu cứng và vật liệu mềm. *Ý nghĩa - Thông qua độ cứng của vật liệu có thể đặc trưng cho tính chất làm việc của các chi tiết máy: + Khả năng chống mài mòn: bề mặt chi tiết máy có độ cứng càng cao thì khả năng chống mài mòn càng tốt. + Khả năng cắt gọt của dao hoặc khuôn dập nguội: độ cứng của dao càng cao thì khả năng cắt gọt càng tốt, năng suất làm việc sẽ lớn. - Thông qua độ cứng có thể đặc trưng cho tính công nghệ của vật liệu ở dạng phôi: + Mỗi loại vật liệu khác nhau sẽ có khoảng gia công cắt thích hợp theo một hệ số độ cứng nhất định, ví dụ như thép có trị số độ cứng thích hợp nhất là từ 150 - 200HB. + Khả năng mài bóng: độ cứng càng cao thì khả năng mài bóng càng tốt. 4.2.3.Quan hệ giữa các loại độ cứng Giữa các loại độ cứng trên không có mối quan hệ toán học, muốn biết được mối quan hệ giữa các loại độ cứng ta phải tra bảng. Nhưng trong thực tế có thể quan niệm độ cứng cao hay thấp (đối với thép) theo các chỉ tiêu sau: - Loại độ cứng dễ cắt gọt hoặc dập nguội: trị số nhỏ hơn 220HB, 20HRC, 19
100HRB. - Loại độ cứng trung bình: trị số khoảng 250 - 450 HB, 25 - 45 HRC. - Loại độ cứng cao: khoảng 50 - 64 HRC. - Loại độ cứng rất cao: trị số lớn hơn 64 HRB hoặc 84 HRA. 4.3.Thử va đập Để thử độ dai va đập người ta thực hiện trên máy thử va đập bằng lực đập của búa với độ cao h để phá hủy mẫu kim loại (Hình 1.16). Có hai loại mẫu được sử dụng để xác định độ dai va đập: - Mẫu charpy có kích thước 10x10x55mm, khi thử phải ngàm hai đầu trên máy. - Mẫu Izod có kích thước 10x10x75 mm, xẻ rãnh chữ V sâu 2 mm cách một đầu 28mm và ngàm tại đầu này trên máy. Quả búa con lắc của máy đập vào mặt đối diện chỗ xẻ rãnh, đồng hồ của máy chỉ giá trị công phá hủy mẫu. Độ dai va đập ak được xác định bởi công thức: Trong đó: A là công để phá hỏng mẫu (Nm), F là diện tích mặt cắt ngang của mẫu tại chỗ xẻ rãnh (m2). CHƯƠNG 2 GANG Mã chương:MH12-02 Giới thiệu: Gang là một loại vật liệu được sử dụng khá phổ biến trong các ngành công nghiệp nói chung và nghề điện nước nói riêng. Đây là loại vật liệu mà học sinh có thể đã có những kiến thức trong thực tế. Mục tiêu: - Nêu được định nghĩa gang, phân loại được gang; - Chỉ ra được những ảnh hưởng của các nguyên tố tạp chất đến tính chất của 20