Bài 2 kim loại | Bài giảng Cơ khí đại cương

Bộ môn CƠ KHÍ ĐẠI CƯƠNG Biên soạn: HÀN & CNKL ThS. Vũ Đình Toại
Ch¬ng II: C¸c kh¸i niÖm c¬ b¶n vÒ Kim lo¹i vµ Hîp kim Bộ môn CƠ KHÍ ĐẠI CƯƠNG Biên soạn: HÀN & CNKL ThS. Vũ Đình Toại
I. TÝnh chÊt chung cña Kim lo¹i & Hîp kim
1. C¬ tÝnh: lµ nh÷ng ®Æc trng c¬ häc biÓu thÞ kh¶ n¨ng cña kim lo¹i hay hîp
kim chÞu t¸c dông cña c¸c lo¹i t¶i träng
1.1. §é bÒn: lµ kh¶ n¨ng cña vËt liÖu chÞu t¸c dông cña ngo¹i lùc mµ kh«ng
bÞ ph¸ huû. §é bÒn ®îc ký hiÖu lµ 
S¬ ®å mÉu ®o ®é bÒn kÐo k
 : ®é bÒn kÐo k  P : ®é bÒn nÐn 2 n  =  (N / mm ) : ®é bÒn uèn k u  F
: ®é bÒn xo¾n 0 x
->> §¬n vÞ ®o ®é bÒn ®îc tÝnh b»ng N/mm2; kN/m2 hay MN/m2 ; MPa Bộ môn CƠ KHÍ ĐẠI CƯƠNG Biên soạn: HÀN & CNKL ThS. Vũ Đình Toại
1.2. §é d·n dµi t¬ng ®èi %: lµ tû lÖ tÝnh theo phÇn tr¨m gi÷a lîng d·n dµi
sau khi kÐo vµ chiÒu dµi ban ®Çu Tính dẻo 1 − 1
l : chiÒu dµi sau khi kÐo [mm] 1 0  = 1 . 00% 1
l : chiÒu dµi ban ®Çu [mm] 1 o 0 §¬n vÞ: [%] Bộ môn CƠ KHÍ ĐẠI CƯƠNG Biên soạn: HÀN & CNKL ThS. Vũ Đình Toại 1.3. §é
lµ kh¶ n¨ng cña vËt liÖu chèng l¹i biÕn d¹ng dÎo côc bé khi cã cøng:
ngo¹i lùc t¸c dông
1.2.1. §é cøng Brinen - Brinell: HB [kG/mm2] , ư/d: nhỏ hơn 450HB P 2 D  D  HB = 2 2 F = − D − d F 2 2 P  HB = ( ) 2 D d 1 − 1 − ( ) 2 D
→ Tuú theo chiÒu dµy cña mÉu thö mµ chän ®êng kÝnh viªn bi:
D = 10mm, D = 5mm hoÆc D = 0,25mm
→ Tuú theo tÝnh chÊt cña vËt liÖu mµ chän t¶i träng P cho thÝch hîp - Gang: P = 30D2
- §ång vµ Hîp kim ®ång P = 10D2
- Nh«m, babit vµ c¸c hîp kim mÒm kh¸c P = 2,25D2 Bộ môn CƠ KHÍ ĐẠI CƯƠNG Biên soạn: HÀN & CNKL ThS. Vũ Đình Toại
1.2.2. §é cøng R«coen - Rockwell: HRA, HRB, HRC
- Dïng t¶i träng P Ên viªn bi b»ng thÐp ®· nhiÖt luyÖn cã ®êng kÝnh
1,587mm tøc lµ 1/16’’ (thang B) .
- Mòi c«n b»ng kim c¬ng cã gãc ë ®Ønh 1200 (thang C hoÆc A) lªn bÒ mÆt vËt liÖu thö
>> Viªn bi thÐp dïng ®Ó thö nh÷ng vËt liÖu Ýt cøng
>> Mòi c«n kim c¬ng dïng ®Ó thö c¸c vËt liÖu cã ®é cøng cao: thÐp ®· nhiÖt luyÖn, ...
T¶i träng t¸c dông hai lÇn:
- t¶i träng s¬ bé P = 10kG 0
- t¶i träng chÝnh P: + Bi thÐp: P = 100kG
+ Mòi kim c¬ng: P = 150kG
- Thang B: gi¸ trÞ ®o ®îc ký hiÖu HRB (P = 100kG)
- Thang C: gi¸ trÞ ®o ®îc ký hiÖu HRC (P = 150kG) : ư/d đến 70 HRC
- Thang A: gi¸ trÞ ®o ®îc ký hiÖu HRA (P = 60kG)
- Gi¸ trÞ ®é cøng Rockwell ®îc chØ thÞ trùc tiÕp trªn ®ång hå cña m¸y ®o Bộ môn CƠ KHÍ ĐẠI CƯƠNG Biên soạn: HÀN & CNKL ThS. Vũ Đình Toại
1.2.2. §é cøng ROCKWELL
Máy đo độ cứng ROCKWELL Bộ môn CƠ KHÍ ĐẠI CƯƠNG Biên soạn: HÀN & CNKL ThS. Vũ Đình Toại
1.2.3. §é cøng Vicke - Vicker: HV [kG/mm2]
T¶i träng P tõ 5 – 120kG
thêng P = 5; 10; 20; 30;50;100 vµ 120kG P HV = 85 , 1 44 2 d
- Ph¬ng ph¸p ®o ®é cøng Vicke cã ®o cho c¶ vËt liÖu mÒm vµ vËt liÖu cøng
- cã líp máng cña bÒ mÆt sau khi thÊm than, thÊm nit¬, nhiÖt luyÖn v.v..
- Đo độ cứng tế vi: cacbit, nitrit, … Bộ môn CƠ KHÍ ĐẠI CƯƠNG Biên soạn: HÀN & CNKL ThS. Vũ Đình Toại
1.4. §é dai va ®Ëp a : k
lµ kh¶ n¨ng cña vËt liÖu chÞu ®ùng ®îc c¸c t¶i
träng va ®Ëp mµ kh«ng bÞ ph¸ huû
§¬n vÞ: a [J/mm2] hay [kJ/m2] k
Công va đập: A J, kJ k
ở nhiệt độ thử mẫu cụ thể Mẫu thử Bộ môn CƠ KHÍ ĐẠI CƯƠNG Biên soạn: HÀN & CNKL ThS. Vũ Đình Toại
1.4. §é dai va ®Ëp a : k Sơ đồ thử Bộ môn CƠ KHÍ ĐẠI CƯƠNG Biên soạn: HÀN & CNKL ThS. Vũ Đình Toại
2. Lý tÝnh: lµ nh÷ng tÝnh chÊt cña kim lo¹i thÓ hiÖn qua c¸c hiÖn tîng vËt lý
khi thµnh phÇn ho¸ häc cña kim lo¹i ®ã kh«ng bÞ thay ®æi.
2.1. Khèi lîng riªng: lµ khèi lîng cña 1cm3 vËt chÊt P  =
P: khèi lîng cña vËt chÊt [g / 3 cm ]
V: thÓ tÝch cña vËt chÊt V
2.2. NhiÖt ®é nãng ch¶y: lµ nhiÖt ®é nung nãng ®Õn ®ã sÏ lµm cho kim lo¹i
tõ thÓ r¾n chuyÓn sang thÓ láng
2.3. TÝnh d·n në: lµ kh¶ n¨ng d·n në cña kim lo¹i khi nung nãng
2.4. TÝnh dÉn nhiÖt: lµ kh¶ n¨ng dÉn dßng nhiÖt cña kim lo¹i
2.5. TÝnh dÉn ®iÖn: lµ kh¶ n¨ng truyÒn dßng ®iÖn cña kim lo¹i
2.6. Tõ tÝnh: lµ kh¶ n¨ng nhiÔm tõ cña kim lo¹i Bộ môn CƠ KHÍ ĐẠI CƯƠNG Biên soạn: HÀN & CNKL ThS. Vũ Đình Toại
3. Ho¸ tÝnh: lµ ®é bÒn cña kim lo¹i ®èi víi nh÷ng t¸c dông ho¸ häc cña c¸c
chÊt kh¸c nh «xy, níc axit v.v…mµ kh«ng bÞ ph¸ huû
3.1. TÝnh chÞu ¨n mßn: lµ ®é bÒn cña kim lo¹i ®èi víi sù ¨n mßn cña c¸c m«i
trêng xung quanh
3.2. TÝnh chÞu nhiÖt: lµ ®é bÒn cña kim lo¹i ®èi víi sù ¨n mßn cña «xy trong
kh«ng khÝ ë nhiÖt cao hoÆc hoÆc ®èi víi t¸c dông ¨n
mßn cña mét vµi thÓ láng hoÆc thÓ khÝ ®Æc biÖt ë nhiÖt ®é cao
3.3. TÝnh chÞu axit: lµ ®é bÒn cña kim lo¹i ®èi víi sù ¨n mßn cña axit Bộ môn CƠ KHÍ ĐẠI CƯƠNG Biên soạn: HÀN & CNKL ThS. Vũ Đình Toại
4. TÝnh c«ng nghÖ: lµ kh¶ n¨ng cña kim lo¹i vµ hîp kim cho phÐp gia c«ng
nãng hay gia c«ng nguéi 4.1. TÝnh
®Æc trng bëi ®é ch¶y lo·ng, ®é co vµ tÝnh thiªn tÝch
®óc: - §é ch¶y lo·ng biÓu thÞ kh¶ n¨ng ®iÒu ®Çy khu«n cña kim lo¹i vµ hîp kim
- §é co biÓu thÞ sù co ngãt cña kim lo¹i khi kÕt tinh tõ láng sang ®Æc
- TÝnh thiªn tÝch lµ sù kh«ng ®ång nhÊt vÒ thµnh phÇn ho¸ häc và tổ chức cña
kim lo¹i trong c¸c phÇn kh¸c nhau cña vËt ®óc
4.2. TÝnh rÌn: lµ kh¶ n¨ng biÕn d¹ng vÜnh cöu cña kim lo¹i khi chÞu t¸c dông
cña ngo¹i lùc ®Ó t¹o thµnh h×nh d¹ng cña chi tiÕt mµ kh«ng bÞ ph¸ huû
4.3. TÝnh hµn: lµ kh¶ n¨ng t¹o thµnh sù liªn kÕt gi÷a c¸c chi tiÕt hµn khi ®-
îc nung nãng côc bé chç mèi hµn ®Õn tr¹ng th¸i ch¶y hay dÎo
4.4. Tính cắt gọt: Là khả năng gia công tạo hình có phoi bằng dụng cụ cắt
gọt: Tiện, phay, bào, khoan – khoét – Doa, mài Bộ môn CƠ KHÍ ĐẠI CƯƠNG Biên soạn: HÀN & CNKL ThS. Vũ Đình Toại
II. CÊu t¹o vµ sù kÕt tinh cña kim lo¹i:
1. CÊu t¹o cña kim lo¹i:
Mét sè chi tiÕt m¸y b»ng kim lo¹i
Tổ chức tế vi của kim loại
CÊu tróc KL nh×n qua kÝnh hiÓn vi ®iÖn tö
Liªn kÕt kim lo¹i nhê ®¸m m©y ®iÖn tö Bộ môn CƠ KHÍ ĐẠI CƯƠNG Biên soạn: HÀN & CNKL ThS. Vũ Đình Toại
 Kim lo¹i cã cÊu t¹o tinh thÓ
S¬ ®å m¹ng tinh thÓ cña KL Ghi nhí:
- C¸c nguyªn tö KL ph©n bè theo mét quy luËt nhÊt ®Þnh
- NhiÒu m¹ng tinh thÓ s¾p xÕp thµnh m¹ng kh«ng gian
- Mçi nót m¹ng ®îc coi lµ t©m cña c¸c nguyªn tö Bộ môn CƠ KHÍ ĐẠI CƯƠNG Biên soạn: HÀN & CNKL ThS. Vũ Đình Toại 1.1. ¤ c¬
lµ phÇn kh«ng gian nhá nhÊt cña m¹ng tinh thÓ ®Æc trng cho m¹ng kh«ng b¶n: gian ¤ c¬ b¶n cña m¹ng tinh thÓ KL
M¹ng tinh thÓ cña KL nh×n
díi kÝnh hiÓn vi ®iÖn tö Bộ môn CƠ KHÍ ĐẠI CƯƠNG Biên soạn: HÀN & CNKL ThS. Vũ Đình Toại
1.2. C¸c kiÓu ¤ c¬ b¶n:
1.2.1. LËp ph¬ng thÓ t©m: Ký hiÖu:
1.2.2. LËp ph¬ng diÖn t©m: Ký hiÖu: Bộ môn CƠ KHÍ ĐẠI CƯƠNG Biên soạn: HÀN & CNKL ThS. Vũ Đình Toại
1.2.3. Lôc ph¬ng dµy ®Æc : Ký hiÖu: Ký hiÖu: Bộ môn CƠ KHÍ ĐẠI CƯƠNG Biên soạn: HÀN & CNKL ThS. Vũ Đình Toại
 Tuú theo lo¹i « c¬ b¶n ngêi ta x¸c ®Þnh c¸c th«ng sè m¹ng
Th«ng sè m¹ng lµ gi¸ trÞ ®é dµi ®o theo chiÒu c¹nh cña « c¬ b¶n
- M¹ng lËp ph¬ng: chØ cã mét th«ng sè m¹ng lµ a
- M¹ng lôc gi¸c: cã 2 th«ng sè m¹ng lµ a vµ c
 §¬n vÞ ®o cña th«ng sè m¹ng lµ ¨angstrong (Ao): 1Ao = 10-8cm
2. Sù biÓn ®æi m¹ng tinh thÓ cña kim lo¹i :
Khi ®iÒu kiÖn ngoµi thay ®æi (¸p suÊt, nhiÖt ®é, v.v..) tæ chøc kim lo¹i sÏ thay ®æi theo
D¹ng « c¬ b¶n thay ®æi 
Th«ng sè m¹ng cã gi¸ trÞ thay ®æi
Sù biÓn ®æi m¹ng tinh thÓ (Biến đổi thù hình) Bộ môn CƠ KHÍ ĐẠI CƯƠNG Biên soạn: HÀN & CNKL ThS. Vũ Đình Toại §êng nguéi: Tèc ®é nguéi toC T1 C = tg R  T2  (s) 0 tn §êng nguéi
 Đèi víi mçi kim lo¹i nguyªn chÊt, b»ng
thÝ nghiÖm ngêi ta x¸c ®Þnh ®îc mét ®êng nguéi nhÊt ®Þnh Bộ môn CƠ KHÍ ĐẠI CƯƠNG Biên soạn: HÀN & CNKL ThS. Vũ Đình Toại
3. Sù kÕt tinh cña kim lo¹i
Khi kim lo¹i ë tr¹ng th¸i láng chuyÓn sang tr¹ng th¸i r¾n ®îc gäi lµ sù kÕt tinh
 Kim lo¹i kÕt tinh theo mét qu¸ tr×nh gåm nhiÒu giai ®o¹n toC
Trung t©m kÕt tinh – t©m mÇm
Qu¸ tr×nh kÕt tinh ph¸t triÓn
KÕt thóc qu¸ tr×nh kÕt tinh  (s) T©m mÇm:
- cã thÓ lµ c¸c ph©n tö t¹p chÊt kh«ng nãng chảy nh bôi têng lß - chÊt s¬n khu«n v.v…
- t©m mÇm tù sinh h×nh thµnh ë những nhãm nguyªn tö cã trËt tù ®¹t ®Õn kÝch th- íc ®ñ lín
 Tuú theo vËn tèc nguéi kh¸c nhau mµ lîng t©m mÇm xuÊt hiÖn nhiÒu hay Ýt, sù kÕt
tinh sÏ t¹o ra sè lîng ®¬n tinh thÓ (hay h¹t) nhÊt ®Þnh