Giáo trình vật liệu học (nghề hàn trung cấp)

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN
TRƯỜNG CAO ĐẲNG CƠ GIỚI

GIÁO TRÌNH
MƠN HỌC: VẬT LIỆU HỌC
NGHỀ: HÀN
TRÌNH ĐỘ: TRUNG CẤP
Ban Hành kèm theo Quyết định số: 765 / QĐ-CĐCG ngày 25 tháng 11 năm
2022
của Trường Cao Đẳng Cơ giới

Quảng Ngãi, năm 2022
(Lưu Hành nội bộ)


TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN
Tài liệu này thuộc loại sách giáo trình nên các nguồn thơng 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
Để phục vụ cho học viên học nghề Hàn những kiến thức cơ bản cả về lý thuyết
và thực Hành bảo dưỡng, sửa chữa các hệ thống trên Hàn. Hoặc học nghề cơ khí. Tơi
có biên soạn giáo trình: Vật liệu học với mong muốn giáo trình này sẽ giúp cho học
sinh, sinh viên nắm vững hơn kiến thức về Hàn. Cơ ứng dụng được biên soạn, nội
dung giáo trình bao gồm sáu chương:
Chương1. Lý thuyết về hợp kim.
Chương 2. Gang
Chương 3. Thép

Chương 4. Kim loại và hợp kim màu
Chương 5. Nhiệt luyện và hoá nhiệt luyện
Chương 6. Vật liệu phi kim loại
Kiến thức trong giáo trình được biên soạn theo chương trình dạy nghề trường
Cao đẳng Cơ giới phê duyệt, sắp xếp logic và cô đọng. Sau mỗi bài học đều có các bài
tập đi kèm để sinh viên có thể nâng cao tính thực Hành của mơn học. Do đó, người
đọc có thể hiểu một cách dễ dàng các nội dung trong chương trình.
Mỗi Chương được biên soạn với nội dung gồm: một số các nội dung cơ bản về vật
liệu dùng Hàn, và một số nhiên liệu đốt cháy, nhiên liệu bôi trơn được sử dụng trên chi tiết.
Mặc dù đã rất cố gắng nhưng chắc chắn khơng tránh khỏi sai sót, tác giả rất
mong nhận được ý kiến đóng góp của người đọc để lần xuất bản sau giáo trình được
hồn thiện hơn.
Xin chân tHành cảm ơn!
Quảng Ngãi, ngày..25..tháng 11 năm 2022
Tham gia biên soạn
1. Nguyễn Đình Kiên Chủ biên
2. …………..............


MỤC LỤC

GIÁO TRÌNH MƠN HỌC
Tên mơn học: VẬT LIỆU HỌC
Mã mơn học: MH 09
Vị trí, tính chất, ý nghĩa và vai trị của mơn học:
- Vị trí của mơn học:
Mơn học được bố trí giảng dạy song song với các mơn học/ mơ đun sau: MH 07,
MH 08.
- Tính chất:
Là mơn cơ sở nghề bắt buộc.

- Có ý nghĩa và vai trò quan trọng trong việc cung cấp kiến thức và kỹ năng cho
học sinh, sinh viên học nghề Hàn.
- Vai trò:
Cung cấp một phần kiến thức cơ sở, nghề Hàn.
Mục tiêu của mơn học:
- Vẽ và giải thích được: giản đồ nhôm – silic; giản đồ sắt – các bon
- Trình bày được đặc điểm, phân loại và ký hiệu các loại hợp kim nhôm, gang và
thép
- Nhận dạng các loại hợp kim nhôm, gang và thép
- Trình bày được công dụng, tính chất, phân loại dầu, mỡ bôi trơn, nước làm mát
Mục tiêu của môn học :
- Kiến thức:
A1. Phát biểu đúng khái niệm về vật liệu gang thép, vật liệu phi kim loại.
A2. Vẽ và giải thích được: giản đồ nhôm – silic; giản đồ sắt – các bon
A3. Trình bày được đặc điểm, phân loại và ký hiệu các loại hợp kim nhôm, gang
và thép
- Về kỹ năng:
B1. Ưng dụng để chế tạo vật liệu cơ khi phù hợp với đặt tinh làm việc của
chúng.
B2. Biết nhận dạng vật liệu qua ký hiệu trên vật liệu
B3. Gia công vật liệu sản xuất Hàn
B4. Sắp xếp thiết bị dụng cụ hợp lý, bố trí nơi làm việc khoa học.
B5. Biết nhiệm vụ của dầu bôi trơn đối máy máy móc thiêt bị
- Năng lực tự chủ và trách nhiệm:
C1. Chấp Hành nội qui lớp học, phòng học;


C2. Tổ chức nơi làm việc hợp lý, khoa học;
C3. Tuân thủ thời gian học tập và thực Hành;
C4. Ý thức tiết kiệm, kỷ luật;

C5. Tinh thần hợp tác làm việc theo tổ, nhóm;
1. Chương trình khung nghề Hàn

MÃ MH,
Tên mơn
MĐ
học, mơ
đun
I

MH 01
MH 02
MH 03
MH 04

MH 05
MH 06
II

MH 07

MH 08

MH 09
MH 10

Các mơn  
học 
chung
Chính trị

Pháp luật
Giáo dục 
thể chất
Giáo dục 
quốc 
phịng ­ 
An ninh
Tin học
Ngoại 
ngữ (Anh 
văn)
Các mơn 
học,   mơ 
đun 
chun 
mơn
Vẽ
kỹ
thuật cơ
khí
Dung sai
lắp ghép
và
đo
lường kỹ
thuật
Vật liệu
cơ khí
Cơ
kỹ

thuật

Tín chỉ
12

Thời gian đào tạo (giờ)
Trong đó
Tổng số
Thực
Lý thuyết
Hành
255
94
148

Kiểm tra
13

2
1

30
15

15
9

13
5

2
1

1

30

4

24

2

2
2

45
45

21
15

21
29

3
1

4

90

30

56

4

66

1650

468

1047

135

4

60

20

35

5

3

45

24

14

7

3

45

25

13

7

4

60

40

12

8


MH 11

MH 12
MH 13

MĐ 14

MĐ 15
MĐ 16
MĐ 17
MĐ 18
MĐ 19
MĐ 20
MĐ 21
MĐ 22

MĐ 23

Kỹ thuật
điện
–
Điện tử
cơng
nghiệp
Kỹ thuật
an tồn
và bảo hộ
lao động
Quy trình
Hàn
Kiểm tra

và đánh
giá chất
lượng
mối Hàn
theo tiêu
chuẩn
quốc tế
Chế tạo
phơi Hàn
Gá
lắp
kết cấu
Hàn
Hàn hồ
quang tay
cơ bản
Hàn hồ
quang tay
nâng cao
Hàn khí
Hàn
MIG/MA
G cơ bản
Hàn TIG
cơ bản
Hàn ống
Hàn hồ
quang
dây lõi
thuốc

(FCAW)
cơ bản

3

45

27

11

7

2

30

13

11

6

5

75

30

41

4

2

60

20

36

4

4

90

20

62

8

2

60

15

38

7

8

240

64

162

14

6

180

20

151

9

2

60

15

41

4

4

120

21

90

9

3

90

18

64

8

4

120

19

90

11

3

90

24

58

8


MĐ24

Thực tập
4
sản xuất
Tổng số:

180

53
78

1905

118
562

9
1195

148

2. Chương trình chi tiết mơ đun

Số
TT
1
2

3

4

5

6

7

8

Tên
chương
mục
Mở đầu.

Thời gian
Tổng
số
1

Chương 1: Lý thuyết về hợp
5
kim.
1. Khái niệm về hợp kim.
1
2.Cấu trúc tinh thể của hợp
4
kim.
Chương 2: Gang.
7
1. Khái niệm về gang..
1
2.Các loại gang.
6
Chương 3: Thép.
10
1. Thép các bon.
5
2.Thép hợp kim.
5
Chương 4: Kim loại màu và
7
hợp kim màu.
1. Nhôm và hợp kim nhôm.
3

2.Đồng và hợp kim đồng.
3
3.Hợp kim làm ổ trượt.
1
Chương 5: Nhiệt luyện và
6
hóa nhiệt luyện.
1. Nhiệt luyện.
3
2.Hóa nhiệt luyện.
3
Chương 6: Vật liệu phi kim
5
loại.
1. Polyme, Cao su, Chất dẻo.
3
2.Dầu mỡ bôi trơn.
2
Kiểm tra kết thúc
4
Cộng
45

3. Điều kiện thực hiện mơn học:

Lý
thuyết
1

Thực

Hành,
0

Kiểm
thí tra*
0

3

2

0

1

0

0

2

2

0

4

2

1

1

0

0

3

2

1

6

4

0

3

2

0

3

2

0

4

2

1

2

1

0

1

1

1

1

0

0

4

2

0

2

1

0

2

1

0

3

1

1

2

1

0

1

0

1

4

25

13

7


3.1. Phòng học Lý thuyết/Thực Hành: Đáp ứng phòng học chuẩn
3.2. Trang thiết bị dạy học: Projetor, máy vi tính, bảng, phấn, tranh vẽ....
3.3. Học liệu, dụng cụ, mơ hình, phương tiện: Giáo trình, vật liệu...
3.4. Các điều kiện khác: Người học tìm hiểu quy ước ký hiệu trên thép, dầu..
4. Nội dung và phương pháp đánh giá:
4.1. Nội dung:
- Kiến thức: Đánh giá tất cả nội dung đã nêu trong mục tiêu kiến thức
- Kỹ năng: Đánh giá tất cả nội dung đã nêu trong mục tiêu kỹ năng.
- Năng lực tự chủ và trách nhiệm: Trong quá trình học tập, người học cần:
+ Nghiên cứu bài trước khi đến lớp.
+ Chuẩn bị đầy đủ tài liệu học tập.
+ Tham gia đầy đủ thời lượng môn học.
+ Nghiêm túc trong quá trình học tập.
4.2. Phương pháp:
Người học được đánh giá tích lũy mơn học như sau:
4.2.1. Cách đánh giá
- Áp dụng quy chế đào tạo Trung cấp hệ chính quy ban Hành kèm theo Thông tư
số 09/2017/TT-BLĐTBXH, ngày 13/3/2017 của Bộ trưởng Bộ Lao động – Thương
binh và Xã hội.
- Hướng dẫn thực hiện quy chế đào tạo áp dụng tại Trường Cao đẳng Cơ giới như
sau:

Điểm đánh giá
Trọng số
+ Điểm kiểm tra thường xuyên (Hệ số 1)

40%

+ Điểm kiểm tra định kỳ (Hệ số 2)
+ Điểm thi kết thúc mơn học

60%

4.2.2. Phương pháp đánh giá
Phương pháp Phương pháp
Hình thức
Chuẩn đầu ra
đánh giá
tổ chức
kiểm tra
đánh giá
Thường xuyên Viết/
Tự luận/
A1, C1, C2
Thuyết trình
Trắc nghiệm/
Định kỳ
Viết và
Tự luận/
A2, B1, C1, C2
thực Hành
Trắc nghiệm/

Kết thúc môn
Vấn đáp và
Vấn đáp và A1, A2, A3, B1, B2,
học
thực Hành
thực Hành C1, C2,
4.2.3. Cách tính điểm

Số
cột
1

Thời điểm
Sau 10 giờ.

3

Sau 20 giờ

1

Sau 45 giờ

Điểm đánh giá tHành phần và điểm thi kết thúc môn học được chấm theo thang
điểm 10 (từ 0 đến 10), làm tròn đến một chữ số thập phân.
Điểm môn học là tổng điểm của tất cả điểm đánh giá thành phần của môn học
nhân với trọng số tương ứng. Điểm môn học theo thang điểm 10 làm tròn đến một chữ
số thập phân, sau đó được quy đổi sang điểm chữ và điểm số theo thang điểm 4 theo
quy định của Bộ Lao động Thương binh và Xã hội về đào tạo theo tín chỉ.
5. Hướng dẫn thực hiện mơn học

5.1. Phạm vi, đối tượng áp dụng: Đối tượng Trung cấp Hàn
5.2. Phương pháp giảng dạy, học tập môn học
5.2.1. Đối với người dạy


* Lý thuyết: Áp dụng phương pháp dạy học tích cực bao gờm: Trình chiếu, thuyết
trình ngắn, nêu vấn đề, hướng dẫn đọc tài liệu, bài tập cụ thể, câu hỏi thảo luận
nhóm….
* Thực Hành:
- Phân chia nhóm nhỏ thực hiện bài tập thực Hành theo nội dung đề ra.
- Khi giải bài tập, làm các bài Thực Hành, thí nghiệm, bài tập:... Giáo viên hướng
dẫn, thao tác mẫu và sửa sai tại chỗ cho nguời học.
- Sử dụng các mơ hình, học cụ mơ phỏng để minh họa các bài tập ứng dụng.
* Thảo luận: Phân chia nhóm nhỏ thảo luận theo nội dung đề ra.
* Hướng dẫn tự học theo nhóm: Nhóm trưởng phân cơng các tHành viên trong nhóm
tìm hiểu, nghiên cứu theo u cầu nội dung trong bài học, cả nhóm thảo luận, trình bày
nội dung, ghi chép và viết báo cáo nhóm.
5.2.2. Đối với người học: Người học phải thực hiện các nhiệm vụ như sau:
- Nghiên cứu kỹ bài học tại nhà trước khi đến lớp. Các tài liệu tham khảo sẽ được
cung cấp nguồn trước khi người học vào học môn học này (trang web, thư viện, tài liệu...)
- Sinh viên trao đổi với nhau, thực hiện bài thực Hành và báo cáo kết quả
- Tham dự tối thiểu 70% các giờ giảng tích hợp. Nếu người học vắng >30% số
giờ tích hợp phải học lại mơ đun mới được tham dự kì thi lần sau.
- Tự học và thảo luận nhóm: Là một phương pháp học tập kết hợp giữa làm việc
theo nhóm và làm việc cá nhân. Một nhóm gồm 2-3 người học sẽ được cung cấp chủ
đề thảo luận trước khi học lý thuyết, thực Hành. Mỗi người học sẽ chịu trách nhiệm về
1 hoặc một số nội dung trong chủ đề mà nhóm đã phân cơng để phát triển và hoàn
thiện tốt nhất toàn bộ chủ đề thảo luận của nhóm.
- Tham dự đủ các bài kiểm tra thường xuyên, định kỳ.
- Tham dự thi kết thúc môn học.

- Chủ động tổ chức thực hiện giờ tự học.
6. Tài liệu tham khảo:
- Giáo trình mơn học Vật liệu học do Tổng cục dạy nghề ban Hành
- Nguyễn Hoành Sơn - Vật liệu học - NXB GD - 2000
- Phạm Thị Minh Phương, Tạ Văn Thất - Công nghệ nhiệt luyện - NXB GD - 2000.


CHƯƠNG 1. LÝ THUYẾT VỀ HỢP KIM.
Mã số: MH 09 – 01

1. Khái niệm về hợp kim
1.1.Định nghĩa hợp kim
Hợp kim là vật thể của nhiều nguyên tố và mang tính kim loại(đãn điện,
dẫn nhiệt cao, dẻo, dễ biến dạng, có ánh kim…)
Nguyên tố chủ yếu trong hợp kim là nguyên tố kim loại, hợp kim có thẻ
tạo nên giữa các nguyên tố kim loại với nhau, hay giữ nguyên tố kim loại với
phi kim loại.
Ví dụ: Thép các bon là hợp kim của nguyên tố kim loại và phi kim loại
(Fe +C) La tông là hợp kim của hai nguyên tố kim loại (Cu+Zn)
THành phần nguyên tố trong hợp kim được biểu thị theo % khối lượng
mỗi nguyên tố. Tổng các tHành phần trong hợp kim luon luôn bằng 100%.
Đơi khi người ta cịn dùng tỉ lệ % ngun tử
Dù hợp kim hình tHành trên cơ sở hai hoặc nhiều ngun tố thì ngun tố kim
loại vẫn là chính. Nếu có hai nguyên tố với nhau ta có hợp kim đơn giản. Nếu có
nhiều nguyên tố ta có hợp kim phức tạp.

1.2.Đặc tính hợp kim.
Các kim loại nguyên chất thể hiện lên ưu việt rõ nhất trong dẫn điện, dẫn
nhiệt vì chúng có các chỉ tiêu này cao nhất (vì vậy các dây dẫn điện được làm
bằng đồng, nhơm nguyên chất). Tuy vậy trong chế tạo cơ khí, thiết bị đồ

dùng… các vật liệu đem dùng thường là hợp kim vì nó có các đặc tính phù
hợp hơn về sử dụng, gia cơng và kinh tế.
Các đặc tính cơ bản là:
- Có độ bền và độ dẻo cao: Đây là đặc tính rất quan trọng của hợp kim để
chịu tải trọng cao khi làm việc, đồng thời hợp kim cũng khơng được giịn dẫn
đến bị phá huỷ.


Các kim loại nguyên chất nói chung rất dẻo (dễ rát mỏng, kéo sợi…)
song độ bền, tính chống mài mịn, độ cứng kém xa hợp kim từ vài ba đến
Hàng chục lần.
- Tính cơng nghệ đa dạng và thích hợp: Để tạo tHành bán tHành phẩm và
sản phẩm, vật liệu phải có khả năng chế biến thích hợp được gọi là tính cơng
nghệ. Kim loại ngun chất tuy dễ biến dạng dẻo nhưng khó cắt gọt, đúc,
khơng hố bền được bằng nhiệt luyện. Hợp kim trái lại có tính cơng nghệ rất
đa dạng như: Dễ cắt gọt, đúc, nhiệt luyện… Phù hợp với nhiều điều kiện cơng
nghệ khác nhau.
- Tính kinh tế cao: Trong nhiều trường hợp luyện hợp kim đơn giản và rẻ
hơn so với luyện kim loại nguyên chất do khơng phải chi phí để khử nhiều
ngun tố lẫn vào. Ví dụ như: Luyện hợp kim Fe – C (thép và gang) đơn giản
hơn so với luyện sắt nguyên chất. Pha Zn vào kim loại chủ Cu ta được đồng
Latông vừa bền lại vừa rẻ (do Zn rẻ hơn Cu nhiều).
-

1.3.Ưu và nhược điểm của hợp kim
Hợp kim được sử dụng rộng dãi trong chế tạo cơ khí vì nó có đặc tính ưu
việt hơn hẳn kim loại ngun chất và giá tHành hạ
Hợp kim có cơ tính tổng hợp tốt hơn kim loại nguyên chất: có độ bền cao
hơn nhiều so với kim loại nguyên chất, độ dẻo thấp hơn nhưng cơ tính chung
của nó đảm bảo thoat mãn đầy đủ các yêu cầu của chế tạo cơ khí

Hợp kim có tính cong nghệ đa dạng và phù hợp: Đảm bảo gia công cắt
gọt, biến dạng dẻo, có độ thấm tơi lớn… một số hợp kim đặc biệt có tính chất
rát q như khơng bị hoen rỉ, có điện trở lớn, giãn nở đặc biệt, chống mài mòn
lớn, chịu nhiệt độ cao… mà kim loại nguyên chất khơng thể có được.
Hợp kim dễ chế tạo, đơn giản, rẻ tiền: luyện thép có nhiệt độ chảy thấp
hơn luyện sắt, la tông bền và rẻ hơn đồng….
Độ bền cao hơn, cho phép chế tạo các chi tiết chịu tải nặng
Tính cơng nghệ đa dạng: cắt gọt, gia cơng áp lực, đúc, nhiệt
luyện… Trong nhiều trường hợp, nấu hợp kim dễ hơn nấu kim
loại nguyên chất
2. Cấu trúc tinh thể của hợp kim
2.1. Các dạng cấu tạo của hợp kim

Hợp kim có cấu tạo một pha là dung dịch rắn
Hợp kim có cấu tạo một pha là hợp chất hóa học(hay pha trung
gian) Hợp kim có cấu tạo bởi hai hay nhiều pha
2.2. Giản đồ pha của hợp kim


Định nghĩa: Giản đồ pha là giản đồ biểu thị sự biến đổi tổ chức pha theo
nhiệt độ và tHành phần của hệ ở trạng thái cân bằng
2.3. Quy tắc pha và công dụng
Trạng thái cân bằng của hệ được xác định bởi các yếu tố bên trong(tHành
phần hóa học) và các yếu tố bên ngoài (nhiệt độ và áp suất). Tuy nhiên các yếu
tố này phụ thuộc lẫn nhau. Bậc tự do là số lượng các yếu tố độc lập có thể thay
đổi được trong phạm vi nhất định mà khơng làn thay đổi số pha của nó (ký hiệu
F – freedom)
Quy tắc pha xác định mối quan hệ giữa số pha P (phase), bậc tự do F và
số cấu tủ C (component) ta có:
F=C-P+2

Nhưng do việc nghiên cứu vật liệu tiến Hành trong khí quyển, có áp suất
khơng đổi nên số yếu tố bên ngồi chỉ cịn là một nhiệt độ. Vì vậy cơng thức
của nó là:
F = C – P +1
Cần chú ý rằng bậc tự do là những số nguyên và không âm và số pha cực
đại của 1 hệ chỉ có thể lớn hơn số cấu tủ của nó 1 đơn vị (P max = C +1), nó
giúp cho việc xác định số pha của một hệ hợp kim dễ dàng. Ví dụ
- Khi F = 1 tức là chỉ có một yếu tố có thể thay đổi được ( nhiệt độ hay
tHành phần), lúc này số pha bằng số cấu tủ
- Khi F =2 có hai yếu tố thay đổi được cùng một lúc, số pha bằng số cấu tủ
trừ đi 1
2.4. Cấu tạo của giản đồ pha và công dụng
Cấu tạo của giản đồ pha
Giản đồ pha của một hệ hợp kim (còn gọi là giản đồ trạng thái, cân bằng)
biểu thị mối quan hệ giữa nhiệt độ, tHành phần và số lượng pha ở trạng thái
cân bằng. Các hệ hợp kim khác nhau có giản đồ pha khác nhau. Giản đồ pha
được xây dựng bằng thực nghiệm.
a. Giản đồ pha 1 cấu tử
Hệ một cấu tử khơng có sự biến đổi về tHành phần hóa học nên chỉ có
một trục, trên đó người ta ghi các nhiệt độ nóng chảy, hiệt độ chuyển biến pha
b. Giản đồ pha hai cấu tử
giản đồ pha của hệ hai cấu tử gồm hai trục, trục tung biểu diễn nhiệt độ,
trục hoành biểu diễn tHành phần hóa học ( thường theo % khối lượng) trong
hệ trục đó người ta vẽ các đường phân chia giản đồ tHành các khu vực có tổ
chức và pha giống nhau


Các điểm trên đường nằm ngang biểu thị cho các hợp kim có tHành phần
khác nhau nhưng ở cùng một nhiệt độ. Đi từ trái qua phải tỷ lệ cấu tử B tăng
dần lên, cấu tử A giảm đi và ngược lại

Các điểm nằm trên đường thẳng đứng biểu thị cho 1 hợp kim có tHành
phần xác định nhưng ở nhiệt độ khác nhu
Nếu hợp kim có hai pha thì điểm biểu diễn của chúng phải nằm về hai phái đối
diện với điểm biểu diễn hợp kim

Hình 1.1. Giản đồ pha của sắt Hình 1.2. Hệ trục của giản đồ pha hai cấu tử
 Công dụng của giản đồ pha
Giản đồ pha cảu hợp kim hai cấu tử có cơng dụng rất lớn trong thực tế.
Từ giản đồ pha có thể xác định được:
Cấu tạo pha của hệ hợp kim tại các nhiệt độ và tHành phần khác nhau, từ
cấu tạo pha có thể suy đốn tính chất của từng hợp kim cụ thể
THành phần và tỷ lệ các pha của các hợp kim bằng quy tắc đòn bẩy: Từ
ba điểm biểu diễn hợp kim (tHành phần và hai pha) tạo ra hai đoạn thằng mà
độ dài của mỗi đoạn biểu thị tỷ lệ của pha đối diện trong hợp kim. Cụ thể như

sau:
Nhiệt độ chảy, nhiệt độ chuyển biến pha của các hợp kim, từ đó xác định
được nhiệt độ rèn, cán , đúc…
Các chuyển biến pha, dự đoán được các tổ chức tạo tHành ở trạng thái
không cân bằng…
2.3. Dung dịch rắn
a. Khái niệm: Dung dịch rắn là pha tinh thể (có tHành phần thay đổi)
trong đó các nguyên tử của nguyên tố thứ nhất A vẫn được giữ nguyên kiểu
mạng khi nguyên tố thứ hai B được phân bố vào mạng của A thay thế hoặc
xen kẽ.


Trong đó - A là ngun tố dung mơi
- B là nguyên tố hoà tan
- Ký hiệu: A(B)

b. Phân loại dung dịch rắn
* Dung dịch rắn thay thế: là nguyên tử của nguyên tố hoà tan b thay thế
cho các ngun tố dung mơi A ở chính các nút mạng của A( hình 1.6a) theo độ
hồ tan lại chia ra:
Dung dịch rắn hồ tan vơ hạn: khi chất hồ tan B có thể hồ tan vào dung mơi
A với tỷ lệ bất kỳ
- Dung dịch rắn hồ tan có hạn: nếu lượng hồ tan của b trong a khơng
thể vượt quá giá trị nhất định, nghĩa là sự thay thế chỉ xảy ra ở một tỷ lệ nào
đó.
* Dung dịch rắn xen kẽ: các nguyên tử của nguyên tố hoà tan B nằm ở
các lỗ hổng trong mạng tinh thể của ngun tố dung mơi A ( hình 1.6b)
c. Các đặc tính của dung dịch rắn:
Có liên kết kim loại như kim loại nguyên chất. vì vậy, dung dịch rắn vẫn
có tính dẻo tốt, tuy khơng cao bằng kim loại ngun chất làm dung mơi.
THành phần hố học thay đổi trong phạm vi nhất định mà không làm
thay đổi kiểu mạng của chất dung môi.
Mạng tinh thể của dung dịch ln bị xơ lệch, cịn lại thơng số mạng khác
với thông số mạng của dung môi.

a- Dung dịch rắn thay thế
b- Dung dịch rắn
xen kẽ Hình 1. Dung dịch rắn


CÂU HỎI ƠN TẬP
1. Trình bày đặc điểm cấu tạo hợp kim ?
2. Trình bày ưu nhược điểm của hợp kim?
3. Trình bày cấu trúc tinh thể hợp kim?

CHƯƠNG 2: GANG.
Mã số: MH 09 – 02

1. Khái niệm về gang
1.1. Khái niệm chung
Gang là hợp kim của sắt và các bon với lượng c= ( 2,14
6,67)%.
ngồi ra cịn có một số tạp chất như: Mn, Si, p, s.
THành phần hoá học
+ C = ( 2,14
6,67)% thường dùng gang có c = (3 4)%
+ Si = (1 4,25)%
+ Mn = (2 2,5)% trong gang trắng, Mn < 1,3% trong gang xám
+P = (0,1 0,2)%
+ S 0,15%
1.2. Tổ chức tế vi
+ Cacbon ở trạng thái liên kết hợp chất hóa học( Fe C ) thường gặp trong
3
gang trắng.
+ Cacbon ở trạng thái tự do( graphit) với các dạng tấm, phiến, cụm bông,
cầu thường gặp trong gang xám, gang dẻo, gang cầu.
1.3. Cơ tính và cơng nghệ
a. Cơ tính
+ Nhìn chung gang là loại vật liệu có độ bền kéo thấp,độ dòn cao.
+ Trong gang xám, gang dẻo, gang cầu, tổ chức graphit tồn tại như những
lỗ


hổng có sẵn trong gang, là nơi tập trung ứng suất lớn làm gang kém bền.
Tuy nhiên, graphit có ảnh hưởng tốt đến cơ tính như: tăng khả năng

chống mài mịn do ma sát ( vì bản thân graphit có tính bơi trơn, thêm vào đó
có ``lỗ hổng”, graphit là nơi chứa dầu bôi trơn) làm tắt rung động và dao động
cộng hưởng.
b.Tính cơng nghệ:
+ Tính đúc tốt( có nhiệt độ nóng chảy thấp và tính chảy lỗng cao)
+ Tính gia cơng cắt gọt tốt, vì độ cứng tốt, phoi dễ gẫy vụn
+ Khơng rèn được.
Cơng dụng
Nói chung, gang có tính tổng hợp khơng cao như thép,nhưng có tính đúc
tốt, dễ cắt gọt, chế tạo đơn giản hơn và rẻ. vì vậy, các loại gang có graphit
dùng rất nhiều trong chế tạo cơ khí, dùng để chế tạo các loại chi tiết chịu tải
trọng tĩnh và ít chịu va đập như: bệ máy, vỏ.....
2. Các loại gang
Gang xám
THành phần và tổ chức C:
THành phần: c = ( 2,8
3,2)%, ngoài ra cịn có Mn = (0,5
0,8)%; Si = (0,5 3)% p = (0,15 0,4)% ; s = (0,12 0,2)%
Tổ chức tế vi: gang xám là loại gang mà phần lớn cacbon nằm ở dạng tự
do( gọi là graphit). graphít trong gang xám có dạng tấm ( hay phiến) cong tự
nhiên.
Phân loại: tuỳ theo mức độ tạo tHành graphit mạnh hay yếu, gang xám
được chia ra các tổ chức sau:
+ Gang xám ferit: có mức độ tạo tHành graphít mạnh nhất. tất cả cacbon
đều ở dạng tự do, khơng có xêmentit. gang chỉ có 2 pha: graphit và nền kim
loại là ferit
+ Gang xám ferit-peclit: có mức độ tạo tHành graphit mạnh, lượng
cacbon liên kết ( Fe C ) chỉ khoảng 0,1
3
peclit.

0,6% tạo ra nền kim loại Ferit -

+ Gang xám peclit: có mức độ tạo tHành graphit bình thường, lượng Fe C 0,6
3
0,8 %, tạo nên nền kim loại peclit.


Hình 2.1
2.1.1. Tính chất
Lý tính:
- Do graphit có màu xám nên mặt gẫy của gang có màu xám.
- Dẫn nhiệt, dẫn điện kém hơn so với thép
- Nhiệt độ nóng chảy thấp
a. Cơ tính:
- Do graphít có độ cứng, độ bền thấp hơn xêmentit nên gang xám có
độ cứng, độ bền thấp hơn gang trắng nhiều. ( 150

250hb,

150
k=

400 n/mm2 )
Độ dẻo, độ bền thấp hơn thép, độ bền nén gần bằng
- Khơng chịu biến dạng và va đập
b. Tính cơng nghệ:
- Biến dạng kém, tính cắt gọt cao, cho phoi vụn.
- Tính đúc tốt hơn thép
- Có khả năng khử cộng hưởng và tự bôi trơn tốt( hệ số ma sát nhỏ)

c. Tính kinh tế: chế tạo gang xám đơn giản hơn so với
thép. 3.1.3.Phạm vi sử dụng
Dùng để chế tạo các sản phẩm đúc có đặc điểm: kích thước sản phẩm
lớn, kết cấu phức tạp, các chi tiết không chịu va đập khi làm việc mà chịu nén
là chủ yếu, cần giảm rung động khi làm việc và có khả năng tự bơi trơn.
Ví dụ: thân máy, bệ máy, các ổ trượt, bánh răng chịu tải trọng nhỏ….
3.1.4. Ký hiệu
Theo tiêu chuẩn nga: CЧ với 2 số chỉ giới hạn bền kéo và giới hạn bền
vị: KG/mm2
uốn, đơn
-


ví dụ: CЧ 24-14 là gang xám có

k

=240n/mm2 ,

u

=

440n/mm2

thường dùng các loại gang xám: CЧ 12-28, CЧ 15-32, CЧ
21-40, CЧ 24-44 .
Theo tiêu chuẩn việt nam: GXvà 2 số giống như của nga.
2.2. Gang biến tính
2.2.1. THành phần và tổ chức C

Thực chất gang biến tính là gang xám có tấm graphit thu nhỏ nhờ có
thêm chất biến tính vào tHành phần của gang trước khi kết tinh nên tHành
phần, tổ chức tương tự như gang xám.
2.2.2. Tính chất và cơng
dụng Có độ bền cao hơn
gang xám
Để chế tạo các chi tiết quan trọng như: mâm cặp máy tiện, băng trượt của
máy…
2.2.3. Ký hiệu
Tương tự như gang xám và có thêm chữ M trước chữ CЧ ví dụ: MCЧ
28-48, MCЧ 32-52.
2.3. Gang trắng
2.3.1. THành phần tổ chức C
- THành phần: c=(3,5 4,3)%
Tổ chức C: tồn tại ở dạng Fe3C , pha này chiếm tỷ lệ rất lớn ( 50% trong tổ
chức của gang)

2.3.2. Tính chất
a. Lý tính: trên bề mặt gẫy của gang có màu sáng trắng do cacbon ở
trạng thái hợp chất hóa học Fe C . do đó gọi là gang trắng.
3
b. Cơ tính
+ Do C ở dạng Fe C nên gang rất cứng ( 650 700) hb và dịn. do đó
3
khơng thể gia cơng cắt gọt, khơng thể dùng gang thuần trắng để làm các chi
tiết máy có độ chính xác cao.
+ Độ dẻo, độ bền thấp
+ Có khả năng chịu mài mịn tốt
c. Tính kinh tế: phương pháp chế tạo gang trắng đơn giản, giá tHành rẻ.
2.3.3. Cơng dụng

- Do gang trắng rất cứng và có tính chống mài mịn tốt nên được dùng
làm các chi tiết yêu cầu độ cứng cao ở bề mặt làm việc trong điều kiện chịu


mài mòn như: bi nghiền, bề mặt trục cán, mép lưỡi cày, bề mặt vành bánh xe
lu... ( cần chú ý là khơng làm tồn bộ chi tiết bằng gang trắng, vì như vậy dễ
bị gãy, vỡ và chỉ tạo cho lớp bề mặt là gang trắng, còn lõi vẫn là gang graphit.
muốn bề mặt bị biến trắng người ta làm nguội nhanh bề mặt đúc)
- Phần lớn gang trắng được dùng để sản xuất thép, một phần dùng để ủ
tHành gang dẻo.
2.4. Gang dẻo
2.4.1. THành phần và tổ chức C
- THành phần: c = ( 2,2 2,8)%; si = ( 0,8 1,4)%; Mn 1,0%; s
0,1%; p =0,2%
- Tổ chức tế vi ở dạng cụm bông
- Chế tạo gang dẻo: ủ gang trắng tHành gang dẻo
2.4.2. Tính chất:
Do graphit tập trung đều, gọn hơn nên gang dẻo có độ dẻo cao và
bền hơn gang xám (

k

= 300

600n/ m 2 ;
m

= 5 10%)

3.4.2. Phạm vi sử dụng

Gang dẻo có cơ tính tổng hợp tốt hơn gang xám nhưng đắt do quá trình
nấu luyện chế tạo lâu, tốn nhiệt và thời gian ủ nên gang dẻo chủ yếu được
dùng làm chi tiết máy đồng thời thoả mãn các yêu cầu sau:
Hình dạng phức tạp; Tiết diện(tHành) mỏng; Chịu va đập.
3.4.3. Ký hiệu
Theo tiêu chuẩn nga: KЧ với 2 số chỉ giới hạn bền kéo (đơn vị là KG/ m
2
m
) và

độ giãn dài tương đối ( đơn vị là %)
ví dụ: KЧ 33-8 là gang dẻk o có:
= 8%

= 330N/ m 2 ;
m

Theo TCVN: GZ và 2 số giống như tiêu
chuẩn nga
- Các loại gang dẻo thường dùng: KЧ 30-6, KЧ 33-8, KЧ 37-12, KЧ 4512,
2.5. Gang cầu
2.5.1. THành phần và tổ chức C: