Chương II: Vật liệu kim loại dùng trong cơ khí potx

1
Chương II
Vật liệu kim loại dùng trong
cơ khí
2
2.1 Tính chất chung của kim
loại và hợp kim
2.1.1 Cơ tính (tính chất cơ học của vật
liệu)
Là những đặc trưng cơ học biểu thị khả năng
của vật liệu khi chịu tác dụng của tải trọng.
Cơ tính của vật liệu bao gồm: độ bền, độ
cứng, độ dãn dài tương đối, độ dai va chạm.
3
a. Độ bền là khả năng của vật liệu chịu tác
dụng của ngoại lực mà không bị phá huỷ. Độ
bền còn gọi là giới hạn bền.
Ký hiệu: bằng chữ σ (xich ma).
Các loại độ bền:
+ Độ bền kéo (σ
k
)
+ Độ bền nén (σ
n
)
+ Độ bền uốn (σ
u
)
+ Độ bền xoắn (σ
x
) …

4
Sơ đồ mẫu đo độ bền kéo khi tác dụng ngoại
lực P (N) lên thanh kim loại có diện tích tiết
diện ngang F (mm
2
).



5

Giá trị độ bền được tính theo công thức:
(N/mm
2
).

Giới hạn bền cho phép [σ].
Giới hạn mà tại đó lực P đạt đến giá trị
làm cho thanh kim loại bị phá huỷ được
gọi là giới hạn bền cho phép được ký hiệu
[σ].
Điều kiện bền σ  [σ].
F
P
=
σ
6
b. Độ cứng là khả năng của vật liệu
chống lại sự biến dạng dẻo cục bộ khi có
ngoại lực tác dụng thông qua vật nén.

Cùng một giá trị lực nén biến dạng trên
mẫu đo càng lớn thì độ cứng càng kém.
Sơ đồ đo độ cứng:

7
Các phương pháp đo độ cứng
Độ cứng Brinen (đo theo phương pháp
Bri nen)
•
Ký hiệu HB
•
Sơ đồ đo độ cứng Brinen như hình vẽ:

8
HB được tính theo công thức:

P: tải trọng (kG)
F: diện tích mặt cầu vết lõm (mm
2
)
Đơn vị của độ cứng Brinen HB là
kG/mm
2
.
Tuỳ theo chiều dày của mẫu thử mà
chọn đường kính viên bi thử D=10 mm,
D=5mm, D=2,5mm.
F
P
HB

=
9
Tuỳ theo tính chất của vật liệu mà chọn
tải trọng P cho thích hợp:
- Đối với thép và gang: P = 30D
2
- Đồng và hợp kim đồng: P = 10D
2
- Nhôm, babit và các hợp kim mềm khác;
P = 2,5D
2
Độ cứng HB dùng đo vật liệu có độ cứng
thấp (< 450 kG/mm
2
) như gang, thép chưa
tôi, đồng, nhôm V.v…
10
Độ cứng Rôcoen
(đo theo phương pháp Rôcoen)
•
Ký hiệu HRA, HRB, HRC tương ứng với 3
thang đo A, B, C:
Nội dung phương pháp:
•
Tải trọng P.
•
Bi thép tôi cứng có đường kính 1/16
”

(1,587 mm) cho thang đo B. Đo vật ít cứng.

•
mũi hình côn bằng kim cương có góc ở
đỉnh 120
0
(thang A hoặc C) dùng thử vật
liệu có độ cứng cao như thép đã qua nhiệt
luyện.
11
Sơ đồ và máy đo đo độ cứng Rocoen



Độ cứng Rôcoen HRC dùng để đo độ cứng
cao (> 450 kG/ mm
2
).
12
Độ cứng Víchke phương pháp đo Vicke
Dùng mũi kim cương hình chóp đáy
vuông, góc giữa hai mặt đối diện 136
0
ấn
lên bề mặt mẫu thử với tải trọng P từ 5 ÷
120 kG (5; 10; 20; 30; 50; 100; 120)
Sơ đồ đo độ cứng Vicke:
13
Độ cứng Vicke ký hiệu HV (kG/mm
2
).
trong đó:

P: tải trọng (kG); d: đường chéo của
vết lõm.
Phương pháp đo độ cứng Vicke có thể
đo cho cả vật liệu mềm và vật liệu có lớp
bề mặt cứng mỏng sau khi đã thấm than,
thấm nitơ, nhiệt luyện v.v…
14
Độ dãn dài tương đối (δ%)
•
Là tỷ lệ tính theo phần trăm giữa lượng
dãn dài sau khi kéo l
1
và chiều dài ban
đầu l
0
; Ký hiệu: δ%

%
l
0
, l
1
độ dài trước và sau khi kéo tính
bằng mm
•
Vật liệu có độ dãn dài tương đối càng
lớn thì càng dẻo và ngược lại.
100
0
01

×
−
=
l
ll
δ
15
Độ dai va chạm (a
k
)
•
Là khả năng chịu tải trọng tác dụng đột
ngột (tải trọng va đập) của vật liệu mà không
bị phá huỷ.Ký hiệu: a
k


A: công sinh ra khi va đập làm gẫy mẫu(J)
F: diện tích tiết diện mẫu (mm
2
)
Đơn vị của a
k
(J/mm
2
; kJ/m
2
)
F
A

a
k
=
16
Sơ đồ đo a
k









17
2.1.2 Lý tính
•
Là tính chất vật lý của kim loại thể hiện
qua hiện tượng vật lý khi thành phần hoá
học của kim loại đó không bị thay đổi.
•
Lý tính của kim loại thể hiện qua: khối
lượng riêng, nhiệt độ nóng chảy, tính dãn
nở, tính dẫn nhiệt, tính dẫn điện, từ tính.
2.1.3 Hoá tính
Là tính chất hoá học của kim loại thể hiện
qua khả năng chống lại tác dụng hoá học
của môi trường như tính chịu ăn mòn, chịu
a xít v.v…

18
2.1.4 Tính công nghệ
Khả năngcủa kim loại và hợp kim cho
phép gia công nóng hay nguội dễ hay khó.
Tính công nghệ gồm các tính sau:
a.Tính đúc (tính công nghệ đúc của vật
liệu) là khả năng của kim loại dễ hay khó
đúc bao gồm tính chảy loãng, tính thiên
tích, độ co, tính hoà tan khí.
b.Tính rèn là khả năng biến dạng vĩnh
cửu của kim loại khi chịu tác dụng của
ngoại lực để tạo thành hình dạng của chi
tiết mà kim loại không bị phá huỷ.
19
b.Tính hàn là khả năng của vật liệu
có thể hàn được
c.Tính gia công cắt gọt là khả năng
vật liệu gia công cắt gọt dễ hay khó
như: cắt, cưa, dũa, tiện, phay, bào,
mài, khoan, doa v.v…
d.Tính thấm tôi là chiều dày lớp kim
loại được tôi cứng.
20
2.2 Cấu tạo và sự kết tinh
của kim loại
2.2.1 Cấu tạo của kim loại
nguyên chất
21
Kim loại có cấu tạo tinh thể
•

Các nguyên tử kim loại sắp xếp theo một
quy luật nhất định.
•
Mỗi đơn tinh thể đặc trưng cho kim loại
đó có các nguyên tử sắp xếp theo trật tự
riêng dưới dạng hình học xác định.
•
Dùng mô hình mạng tinh thể còn được
gọi là mạng không gian để biểu diễn quy
luật sắp xếp các nguyên tử
22
Mô hình sắp xếp các nguyên tử của kim loại




•
Nhiều mạng tinh thể sắp xếp thành mạng
không gian.
•
Trong mạng tinh thể nút mạng là tâm của
các nguyên tử.
•
Mạng tinh thể như trên được gọi là mạng
đơn tinh thể.
•
Mỗi mạng tinh thể có đặc trưng riêng.
23
•
Đặc điểm của cấu trúc tinh thể là sự sắp xếp tuần hoàn

các ô cơ sở đây là phần không gian nhỏ nhất của mạng.
•
Đặc trưng cho ô cơ sở là thông số mạng:
+ Khoảng cách các nguyên tử theo các
phương trục x,y, x là a, b, c được đo bằng A
o
+ Góc giữa các phương trục α, β, γ
+ Bán kính các nguyên tử r
+ Số nguyên tử trong một mặt n
s
+ Số sắp xếp của mạng K
+ Số nguyên tử trong một ô cơ bản n
+ Mật độ khối M
v
+ Mật độ mặt M
s
•
Để biểu diễn một kiểu mạng chỉ cần vẽ ô cơ sở của chúng.
24
Ô tinh thể cơ bản
25
Các kiểu mạng thường gặp
Lập phương diện tâm
(hay lập phương tâm diện)