Bài giảng Vật liệu cơ khí - CĐ Công nghiệp và xây dựng

(NB) Bài giảng Vật liệu cơ khí cung cấp cho người học các kiến thức: cấu tạo tinh thể của vật liệu kim loại, hợp kim và giản đồ trạng thái, các chuyển biến pha khi nhiệt luyện, công nghệ nhiệt luyện thép. Mời các bạn cùng tham khảo!
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Bài giảng Vật liệu cơ khí - CĐ Công nghiệp và xây dựng BỘ CÔNG THƯƠNGTRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHIỆP VÀ XÂY DỰNG BÀI GIẢNG HỌC PHẦN VẬT LIỆU CƠ KHÍ (Lưu hành nội bộ )Người biên soạn: Hoàng Việt Nam Hoàng Minh Thuận Uông Bí, năm 2010 1 CHƯƠNG I. CẤU TẠO TINH THỂ CỦA VẬT LIỆU KIM LOẠI1.1. Khái niệm và đặc điểm của kim loại 1.1.1. Định nghĩa kim loại Kim loại là do một nguyên tố hoá học tạo nên với tính chất đặc trưng làdẻo, dẫn điện, dẫn nhiệt tốt và có ánh kim. Hiện nay có trên 85 nguyên tố kimloại (VD: Sắt Fe; Đồng Cu; Nhôm AL; Kẽm Zn; ...) 1.1.2. Đặc điểm cấu tạo nguyên tử của kim loại * Chất kết tinh và chất vô định hình: + Chất kết tinh (chất tinh thể): là những chất kết cấu rắn có dạng hình họcxác định và có những đặc điểm: - Các nguyên tử sắp xếp có hệ thống; - Khi nung lên nhiệt đ ộ cao thì chuyển từ thể rắn sang thể lỏng. + Chất vô định hình: là những chất có hình dạng không xá định như thuỷtinh, keo, sáp, nhựa thông, hắctín, thuỷ ngân,... và có những đặc điểm sau: - Các nguyên tử sắp xếp không có hệ thống; - Khi nung lên nhiệt độ cao thì chuyển từ thể rắn sang thể nhão rồi sangthể lỏng; - Bề mặt gẫy nhẵn không có dạng hạt. * Cấu tạo tinh thể của kim loại: Z c Y a b a) b)X Hình 1.1. Ô cơ sở và thông số mạng của mạng vật rắn tinh thể Tất cả các kim loại ở trạng thái rắn đ ều là những chất có cấu tạo tinh thể.Trong các chất có cấu tạo tinh thể, các nguyên tử, ion chiếm những vị trí nhấtđịnh trong không gian hay nói cách khác, chúng sắp xếp theo một trật tự, quyluật nhất định tạo nên mạng tinh thể.Trong mạng tinh thể, các nguyên tử daođộng xung quanh các nút mạng tinh thể như dao động quanh vị trí cân bằng. Hình 1.1a biểu diễn một phần của mạng tinh thể (mạng tinh thể lậpphương đơn giản) trong đó các iôn kim loại được biểu diễn bằng những vòngtròn nhỏ nằm ở các nút của hình lập phương gọi là nút mạng. Phần nhỏ nhất và đặc trưng cho một loại mạng tinh thể nào đó được gọi 2là ô cơ bản (hình 1.1b). nếu xếp liên tiếp các ô cơ bản ta được mạng tinh thể. Khi nghiên cứu một mạng tinh thể nào đó, ta chỉ cần nghiên cứu một ô cơbản là đủ. Mạng tinh thể thường gặp của kim loại có các kiểu sau: - Mạng lập phương thể tâm: Trong ô cơ bản của kiểu mạng này, các ion nằmở các nút (đỉnh) và ở tâm của hình lập phương; số nguyên tử có trong ô cơ bản là 2. Hình 1.2. Mạng lập phương t hể tâm - Mạng lập phương diện tâm: Trong ô cơ bản, các ion nằm ở các nút(đỉnh) của hình lập phương và nằm ở trung tâm các mặt của hình lập phương; sốnguyên tử trong ô cơ bản là 4. Hình 1.3. Mạng lập phương diện tâm - Mạng lục giác xếp chặt: Cấu trúc như một lăng trụ lục giác. Hai đáy làhai tiết diện lục giác đều, trên mỗi đáy có 6 nguyên tử ở 6 đỉnh và một nguyên tửnằm ở tâm đáy; ngoài ra còn có 3 nguyên tử nằm cách đều nhau và cách đều 2đáy; số nguyên tử trong ô cơ bản là 6. Hình 1.4. Mạng lục giác xếp chặt 3 1.1.3. Liên kết kim loại Trong kim loại phần lớn cácnguyên tử nhường bớt điện tử để trởthành ion dương còn các điện tử trởthành điện tử tự do. Các điện tử nàykhông bị chi phối bởi một nguyên tửnào cả. Giữa các ion dương vớ i nhauvà các điện tử với nhau sẽ tồn tại lựcđẩy, giữa ion và điện tử sinh ra lưchút. Sự cân bằng giữa các lực này làcơ sở của liên kết kim loại. Đây làdạng liên kết quan trọng của kimloại, nhờ mối liên kết này mà kim Hình1.51.5. Liên kết kim loạiloại có tính dẻo rất cao1.2. Cấu tạo mạng tinh thể của kim loại nguyên chất 1.2.1. Các khái niệm về mạng tinh thể Trong kim loại thực tế các nguyên tử không hoàn toàn nằm ở các vị trí mộtcách trật tự như đã nói ở trên mà luôn luôn có một số ít nguyên tử nằm sai vị trígây nên sai lệch mạng. Trong thực tế không có kim loại nguyên chất tuyệt đối.Do vậy trong kim loại bao giờ cũng có các tạp chất. Kích thước các nguyên tử lạnày luôn khác nguyên tử kim loại nên gây ra sai lệch trong mạng tinh thể. Sailệch mạng tinh thể chiếm số lượng rất thấp (1-2% thể tích mạng) nhưng ảnhhưởng rất lớn đến cơ tính của kim loại . 1.6 1.2.2. Các kiểu mạng tinh thể thường gặp của kim loại Trong các kim loại thông ...