CHUONG-I Vật liệu học

VẬT LIỆU HỌCPhạm Thị Hồng Nga

Bộ môn Công nghệ Kim loạ[email protected]

http://www.sciencedirect.com/

http://link.springer.com/

[email protected] 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

Đánh giá quá trình: 50% •Dự lớp: 5 %•Bài tập: 15%•Tiểu luận: 20%•Báo cáo: 10%Thi cuối học kỳ: 50% •Trắc nghiệm (60 phút)•Hoặc Tự luận (90 phút)

Quy định

Bài tập1. Hãy giới thiệu một số thành tựu nổi bật của cuộc cách mạng vật liệu hiện

đại2. Vai trò của vật liệu cơ khí trong quá trình công nghiệp hóa – hiện đại hóa ở

nước ta3. 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

4. Chọn thép và xác định quy trình nhiệt luyện để chế tạo một trong các chi tiết sau:

5. Chọn gang graphite thích hợp để chế tạo các chi tiết sau:6. 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,…7. 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 luận1. 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 – Cu6. Khuôn tạo hình chất dẻo7. 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 liệuII. Khái quát về kim loại

1. Kim loại2. Liên kết kim loại3. Tính chất

III. Mạng tinh thể của kim loại1. Các khái niệm2. Các kiểu mạng tinh thể thường gặp

a. Lập phương thể tâmb. Lập phương diện tâmc. Lục giác xếp chặtd. Chính phương thể tâm

3. Tính thù hìnhIV. Cấu trúc của kim loại

1. Các sai hỏng trong mạng tinh thể2. Đơn tinh thể và đa tinh thể

I. Phân loại vật liệu

AKim loại và hợp kim

1. Độ bền cao, độ cứng cao; độ dẻo thấp, độ dai thấp2. Độ bền cao, độ cứng cao; độ dẻo cao, độ dai cao

3. Khó hoặc hầu như không tương tác hóa học4. Dễ bị ăn mòn hóa học, điện hóa, oxy hóa

5. Trọng lượng riêng cao6. Trọng lượng riêng rất thấp

7. Lượng dư gia công ít8. Lượng dư gia công nhiều

9. Tự xác định thành phần theo yêu cầu10. Thành phần hóa học cho trước hoặc có sẵn

11. Độ bền riêng tính theo kích thước của chi tiết chịu lực12. Độ bền riêng tính theo trọng lượng

BChất dẻo và composite

II. Khái quát về kim loại1. Kim loại

• Dựa trên tính chấtCó màu sắc đặc trưngDẻo, dễ biến dạng: uốn, gập, dát mỏngDẫn điện và nhiệt tốtCó điện trở dương

• Dựa trên cấu tạo ngtử

II. Khái quát về kim loại2. 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 loại3. 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 loại1. 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…


Mạng tinh thể

Là một mô hình không gian mô tả sự sắp xếp của các chất điểm cấu tạo nên vật tinh thể

Tinh thể muối ăn


- 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

Mặt tinh thể

• 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


- 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

Khối cơ bản (khối cơ sở)

• Thông số mạng- a, b, c- [o (Radian)] ,,


- 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

Điểm trống

%68VnvM v

2n 4n

%74VnvM v

Lập phương diện tâmLập phương thể tâm

III. Mạng tinh thể của kim loại2. Các kiểu mạng tinh thể thường gặp

a. Mạng lập phương thể tâm• Cr, W, Mo, V…• Số lượng nguyên tử trong một khối:

(nguyên tử)

• Mật độ khối: tổng V của các ngtử trên một đơn vị thể tích

n: số nguyên tử thuộc một khốiv: thể tích nguyên tửV: thể tích khối cơ sở

%68VnvM v

21881

n


a. Mạng lập phương thể tâm

- 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 4 mặt

* 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)


b. Mạng lập phương diện tâm• Ni, Al, Cu…• Số lượng nguyên tử trong một khối:

(nguyên tử)• Mật độ khối:

• Có mật độ xếp chặt lớn nhất

46218

81

n

%74VnvM v


b. Mạng lập phương diện tâm• Điểm trống:

- Nằm ở 1/4 đường chéo tính từ đỉnh- dtr = 0.225d ờng kính nguyên tử kim loại

* Khối 4 mặt

* Khối 8 mặt- Nằm ở trung tâm khối và ở giữa các cạnh bên- dtr = 0.414d


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 đáyc chiều cao lăng trụ

• Khi c/a = 1.633 thì mạng được coi là xếp chặt


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 loại3. 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 loại1. Các sai lệch trong mạng tinh thể

a. Sai lệch điểm• 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)


b. Sai lệch đường• 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


b1. Lệch biênb. Sai lệch đường

• 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


b2. Lệch xoắnb. Sai lệch đường

• 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


c. Sai lệch mặt• 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 loại2. 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 loại2. 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 coatings

TEM

THIẾT BỊ NHIỄU XẠ TIA X – D5000 - GHI GIẢN ĐỒ NHIỄU XẠ, PHÂN TÍCH PHA VÀ

CẤU TRÚC TINH THỂ

Documents

CHUONG-I Vật liệu học