VẬT LIỆU HỌC Phạm Thị Hồng Nga
Bộ môn Công nghệ Kim loại
[email protected] http://www.sciencedirect.com/
http://link.springer.com/
hongngavlh hongngavlh@ @ gmail.com
2001
8
O30
Hồng Nga
60
UTE
Next year
China
hongngavlh hongngavlh@ @ gmail.com
2001
8
O30
Hồng Nga
60
UTE
Next year
China
Mục tiêu Phân loại vật liệu kỹ thuật thông dụng • Tính chất, thành phần, công dụng, và ký hiệu theo tiêu chuẩn các loại vật liệu kim loại, chất dẻo, và vật liệu •
composite
Các phương pháp nhiệt luyện thông dụng • Tính chất cơ học và các chỉ tiêu đánh giá cơ tính thông dụng •
Quy định Đánh giá quá trình: •Dự lớp: •Bài tập: •Tiểu luận: •Báo cáo:
50% 5% 15% 20% 10%
Thi cuối học kỳ: 50% •Trắc nghiệm (60 phút) •Hoặc Tự luận (90 phút)
Bài tập 1. Hãy giới thiệu một số thành tựu nổi bật của cuộc cách mạng vật liệu hiện 2. 3.
4. 5. 6. 7.
đại Vai trò của vật liệu cơ khí trong quá trình công nghiệp hóa – hiện đại hóa ở nước ta Từ một trong các giản đồ pha loại I, II, III, trình bày quá trình kết tinh của hợp kim điển hình khi làm nguội đủ chậm từ trạng thái lỏng, nêu rõ: đồ thị quá trình kết tinh, các pha của hợp kim ở nhiệt độ thường, và tính chất của hợp kim ở trạng thái cân bằng Chọn thép và xác định quy trình nhiệt luyện để chế tạo một trong các chi tiết sau: Chọn gang graphite graphite thích hợp để chế tạo các chi tiết sau: Thành phần hỗn hợp chất dẻo và quy trình chế tạo sản phẩm: chai đựng nước, bồn chứa nước, vỏ nhựa bút bi, thùng chứa chai nước ngọt,… Thành phần hỗn hợp chất dẻo và quy trình chế tạo sản phẩm: bánh răng nhỏ số vòng quay đến 3000 v/ph, ống nhựa chịu nhiệt,…
Tiểu luận 1. Quá trình kết tinh của các hợp kim Fe – C, 0.4% C, 0.8% C, và 1.2%
C khi làm nguội đủ chậm từ trạng thái lỏng. Nêu nhận xét về tổ chức tế vi và tính chất của các hợp kim đó 2. Quá trình kết tinh của hợp kim Fe – C cân bằng giả ổn định, 3.0% C, 4.3%C, và 5.0% C khi làm nguội đủ nhanh. Nêu nhận xét về tổ chức tế vi và tính chất của các hợp kim đó 3. Quá trình khuếch tán trong vật liệu kim loại, các định luật khuếch tán (Fick 1 và Fick 2) 4. Dựa trên các định luật khuếch tán, xác định quan hệ giữa thời gian
thấm C, nhiệt độ thấm, và chiều dày lớp thấm C cho chi tiết 5. Quá trình hóa già hợp kim Al – Cu 6. Khuôn tạo hình chất dẻo 7. Hệ thống thủy lực trong máy phun ép
Bài tập/ Tiểu luận Nhóm 3 ~ 5 người • Gửi e-mail:
[email protected] •
Nhóm xx - Bài tập yy (hoặc Tiểu luận zz)
Nội dung Chương 1: Giới thiệu vật liệu cơ khí • Chương 2: Lý thuyết chung về •
• • • • •
vật liệu kim loại Chương 3: Thép và nhiệt luyện thép Chương 4: Gang graphite thông dụng Chương 5: Kim loại và hợp kim màu Chương 6: Chất dẻo Chương 7: Vật liệu composite
CHƯƠNG 1: Giới thiệu
Mục tiêu:
Cấu trúc kim loại
I. Phân loại vật liệu II. Khái quát về kim loại 1. Kim loại 2. Liên kết kim loại 3. Tính chất III. Mạng tinh thể của kim loại 1. Các khái niệm 2. Các kiểu mạng tinh thể thường gặp a. Lập phương thể tâm b. Lập phương diện tâm c. Lục giác xếp chặt d. Chính phương thể tâm 3. Tính thù hình
IV. Cấu trúc của kim loại 1. Các sai hỏng trong mạng tinh thể 2. Đơn tinh thể và đa tinh thể
I. Phân loại vật liệu
A Kim loại và hợp kim
B
Chất dẻo và composite
1. Độ bền cao, độ cứng cao; độ dẻo thấp, độ dai thấp 2. Độ bền cao, độ cứng cao; độ dẻo cao, độ dai cao 3. Khó hoặc hầu như không tương tác hóa học 4. Dễ bị ăn mòn hóa học, điện hóa, oxy hóa
5. Trọng lượng riêng cao 6. Trọng lượng riêng rất thấp 7. Lượng dư gia công ít 8. Lượng dư gia công nhiều
9. Tự xác định thành phần theo yêu cầu 10. Thành phần hóa học cho trước hoặc có sẵn 11. Độ bền riêng tính theo kích thước của chi tiết chịu lực 12. Độ bền riêng tính theo trọng lượng
II. Khái quát về kim loại 1. Kim loại •
Dựa trên tính chất Có màu sắc đặc trưng Dẻo, dễ biến dạng: uốn, gập, dát mỏng Dẫn điện và nhiệt tốt Có điện trở dương
•
Dựa trên cấu tạo ngtử
II. Khái quát về kim loại 2. Liên kết kim loại • Các nguyên tử ràng buộc với nhau bởi
liên kết kim loại (lực hút tĩnh điện cân bằng về mọi phía giữa Ion+ và các điện tử tự do bao quanh)
II. Khái quát về kim loại
3. Tính chất (Tính kim loại) • Ánh kim hay vẻ sáng • Dẫn nhiệt và dẫn điện cao • Tính dẻo cao
III. Mạng tinh thể của kim loại
1. Các khái niệm
III. Mạng tinh thể của kim loại 1. Các khái niệm Vật tinh thể: •các chất điểm của nó sắp xếp có quy luật •có nhiệt độ nóng chảy xác định
Vật vô định hình: •các chất điểm cấu tạo nên nó sắp xếp không có trật tự •không có nhiệt độ nóng chảy xác định
Tất cả kim loại và hợp kim
Thuỷ tinh, chất dẻo, cao su…
III. Mạng tinh thể của kim loại 1. Các khái niệm
Mạng tinh thể
Tinh thể muối ăn
Là một mô hình không gian mô tả sự sắp xếp của các chất điểm cấu tạo nên vật tinh thể
III. Mạng tinh thể của kim loại 1. Các khái niệm
Mặt tinh thể - Là mặt phẳng đi qua một số các
chất điểm trong mạng tinh thể - Các mặt tinh thể song song nhau thì có tính chất giống nhau • Phương tinh thể - Là đường thẳng đi qua một số các chất điểm trong mạng tinh thể - Phương tinh thể song song nhau thì có tính chất giống nhau
III. Mạng tinh thể của kim loại 1. Các khái niệm
Khối cơ bản (khối cơ sở) - Là thành phần nhỏ nhất đặc
trưng cho mạng tinh thể - Nếu sắp xếp các khối cơ bản liên tục theo ba chiều không gian sẽ nhận được toàn bộ mạng tinh thể • Thông số mạng - a, b, c - , , [o (Radian)]
III. Mạng tinh thể của kim loại 1. Các khái niệm
Điểm trống - Hình dạng được tạo bởi các đa
diện cong - Coi kích thước điểm trống là một quả cầu nội tiếp trong khoảng trống • Nút mạng: Vị trí cân bằng mà nguyên tử, ion dao động xung quanh
Lập phương thể tâm
n M v
2
nv
V
Lập phương diện tâm
n
68%
M v
4
nv
V
74%
III. Mạng tinh thể của kim loại 2. Các kiểu mạng tinh thể thường gặp a. Mạng lập phương thể tâm
• Cr, W, Mo, V… • Số lượng nguyên tử trong một khối:
n
1 8
8 1 2 (nguyên tử)
• Mật độ khối: tổng V của các ngtử trên một đơn vị thể tích
M v
nv
V
68%
n: số nguyên tử thuộc một khối
v: thể tích nguyên tử V: thể tích khối cơ sở
III. Mạng tinh thể của kim loại 2. Các kiểu mạng tinh thể thường gặp a. Mạng lập phương thể tâm
* Điểm trống khối 4 mặt - Nằm ở 1/4 đường thẳng nối điểm giữa hai
cạnh bên đối diện trên cùng một mặt bên - dtr = 0.221d
d: đường kính nguyên tử kim loại * Điểm trống khối 8 mặt - Nằm ở tâm các mặt bên và ở giữa các cạnh bên
- dtr = 0.154d (d: đường kính ngtử kim loại)
III. Mạng tinh thể của kim loại 2. Các kiểu mạng tinh thể thường gặp b. Mạng lập phương diện tâm
• Ni, Al, Cu… • Số lượng nguyên tử trong một khối:
n
• Mật độ khối:
M v
1 8
8
1 2
6 4 (nguyên tử)
nv
V
• Có mật độ xếp chặt lớn nhất
74%
III. Mạng tinh thể của kim loại 2. Các kiểu mạng tinh thể thường gặp b. Mạng lập phương diện tâm
• Điểm trống:
* Khối 4 mặt - Nằm ở 1/4 đường chéo tính từ đỉnh
- dtr = 0.225d ờng kính nguyên tử kim loại * Khối 8 mặt - Nằm ở trung tâm khối và ở giữa các cạnh bên
- dtr = 0.414d
III. Mạng tinh thể của kim loại 2. Các kiểu mạng tinh thể thường gặp c. Mạng lục giác xếp chặt
• Zn, Cd, Mg, Ti… • Ô cơ sở có các nguyên tử nằm ở các đỉnh,
tâm các mặt đáy và tâm của 3 hình lăng trụ tam giác xen kẽ nhau • Số lượng nguyên tử trong một khối: n = 6 (nguyên tử) • Thông số đặc trưng: a cạnh đáy c chiều cao lăng trụ • Khi c/a = 1.633 thì mạng được coi là xếp chặt
III. Mạng tinh thể của kim loại 2. Các kiểu mạng tinh thể thường gặp d. Mạng chính phương thể tâm
• Các kim loại thường không có kiểu mạng này. Nó là mạng
tinh thể của tổ chức mactenxit • Mạng chính phương thể tâm có hai thông số là: a và c • Tỷ số c/a gọi là độ chính phương
MÔ HÌNH • • • • • • • •
Lập phương đơn giản Lập phương thể tâm Lập phương diện tâm Chính phương thể tâm Lục giác xếp chặt Lập phương đơn giản (khối cơ bản) Lập phương thể tâm (khối cơ bản) Lập phương diện tâm (khối cơ bản)
III. Mạng tinh thể của kim loại 3. Tính đa hình (tính thù hình) • Là sự tồn tại các kiểu mạng tinh thể khác nhau
khi nhiệt độ và áp suất thay đổi • Ký hiệu: , , , ,
Sắt
IV. Cấu trúc của kim loại 1. Các sai lệch trong mạng
a. Sai lệch điểm
tinh thể
• Là sai lệch có kích thước nhỏ (chỉ vài ba
thông số mạng) theo cả ba phương đo, có dạng bao quanh một điểm • Gồm có: - Xô lệch mạng - Điểm trống - Nguyên tử xen kẽ - Nguyên tử lạ (tạp chất)
IV. Cấu trúc của kim loại 1. Các sai lệch trong mạng b. Sai lệch đường
tinh thể
• Là sai lệch có kích thước nhỏ (cỡ kích
thước nguyên tử) theo hai chiều và lớn theo chiều thứ ba • Có thể là một dãy các sai lệch song cơ bản chủ yếu vẫn là lệch • Có hai dạng: lệch biên và lệch xoắn
IV. Cấu trúc của kim loại 1. Các sai lệch trong mạng tinh thể b. Sai lệch đường b1. Lệch biên
• Trong mạng tinh thể hoàn chỉnh có thêm bán mặt thừa ABCD,
sẽ làm cho các nguyên tử ở vùng biên bán mặt, tức là xung quanh trục AD bị xô lệch, gây nên lệch biên • Lệch biên có tác dụng rất lớn đến quá trình trượt
IV. Cấu trúc của kim loại 1. Các sai lệch trong mạng tinh thể b. Sai lệch đường b2. Lệch xoắn
Trong tinh thể hoàn chỉnh được cắt bằng bán mặt ABCD rồi dịch chuyển phần tinh thể hai bên bán mặt này ngược chiều nhau một thông số mạng tạo nên lệch xoắn • Lệch xoắn dùng để giải thích quá trình kết tinh lại của kim loại kết tinh •
IV. Cấu trúc của kim loại 1. Các sai lệch trong mạng c. Sai lệch mặt
tinh thể
• Là sai lệch có kích thước lớn theo hai
chiều đo và nhỏ theo chiều thứ ba • Điển hình của sai lệch mặt là biên giới hạt và siêu hạt, bề mặt tinh thể
IV. Cấu trúc của kim loại
2. Đơn tinh thể và đa tinh thể a. Đơn tinh thể • Trong một khối tinh thể: – theo một phương bất kỳ phương mạng không đổi hướng – thông số mạng a, b, c và , , là hằng số • Có tính dị hướng • Không phải là cấu trúc thực tế của kim loại
IV. Cấu trúc của kim loại 2. Đơn tinh thể và đa tinh thể b. Đa tinh thể • Là cấu trúc thực tế của kim loại • Đơn tinh thể: hạt
Đa tinh thể: đa hạt - Phương mạng trong từng đơn tinh thể thì song song
nhau, nhưng giữa các đơn tinh thể thì lệch nhau một góc bất kỳ - Tính đẳng hướng - Vùng biên giới hạt các nguyên tử sắp xếp không trật tự, nhiệt độ nóng chảy thấp và chứa nhiều tạp chất..
Các phương pháp nghiên cứu tổ chức tế vi
Confocal microscopy image of the wear track on T60 and T30
TEM
