BÀI BÁO CÁO - VẬT LIỆU VÀ CƠ TÍNH CỦA VẬT LIỆU

1
TRNG I HC BÁCH KHOA HÀ NI
B môn Máy và Thit b Công nghip Hóa cht
C KHÍ NG DNG
Khi lng 3(3-1-0-6)
Mã hc phn: CH3456
CHNG 1
VT LIU VÀ C TÍNH CA VT LIU
1.1. Các khái nimc bnv vtliuch to
1.1.1. Phân loivtliu
1.1.2. Cutrúccavtliu
1.1.3. Các tính chtcavtliu
1.2. Hpkimđen
1.2.1 Gang
1.2.2 Thép carbon va thép hpkimthp
1.2.3 Thép hp kim cao
1.2.4 Ky thut nhitluyn thép
1.2.5 Ky thut hoa nhitluyn
1.3. Kim loi màu va hpkim
1.4. Vtliuphi kim
1.5. Vtliu Composite
2
1.1. CÁC KHÁI NIM C BN V VT LIU CH TO
Polyme
1.1.1. Phân loivtliu
3
1.1.2. Cutrúccavtliu kim loi
a) Cutova s kttinhca kim loi nguyên cht
Khác vihuhtcácvtliu phi kim có cutrúcvôđnh
hình, kim loiva hp kim có cutotinhthê. Trong mt đn
tinh thê, các nguyên t kim loi phân bô theo mt qui lut

nht đnh.
- Các nguyên t kim loiphânb theo mtquylutnht đnh
-Nhiumng tinh th spxp thành mng không gian
-Mi nút mng đc coi là tâm ca các nguyên t
4
Lpphng
đngin
Lpphng
thê tâm
Lpphng
dintâm
Lcphng
Hình thoi
5
Mi kim loi nguyên cht có mt
đng ngui riêng
S kttinhca kim loi
6
S kttinhca kim loi
S kttinhca kim loi
7
S kttinhca kim loi
Dng ô c bnhoc
thông sô mng có thê
bin đituy theo điu
kin bên ngoài.
Ví d đivist Fe, trong
quá trình làm ngui,
mng tinh thê có thê bin
đi theo nhiudng thu

hình khác nhau.
S thay đimng tinh th
trong quá trình kttinh
ng bin đimng tinh th cast
8
b) Cutocahpkim
ê phân bitcáchpkim, cns dng các khái nim sau:
PHA là nhng phnt cahp kim có thành phn đng
nht  cùng mttrng thái va ngncáchvi các pha khác
bng b mt phân chia (nu  trng thái rnthi phicós
đng nhtv cùng mtkiumng va thông s mng)
Mttphp các pha  trng thái cân bng là hê hpkim
NGUYÊN
là mtvtcht đclp có thành phn không đi,
to nên các pha cah. Trong mts trng hp nguyên
cng là các nguyên t hoá hchoc là hpcht hoá hccó
tính n đnh cao.
CÁC T CHC HP KIM -Hp kim có nhiu NGUYÊN có
thê hình thành t nhiutô chc khác nhau nh:
dung dch
đc, hpcht hoa hc va hnhpc hc.
Dung dch đc
Hai hoc nhiunguyênt có kh nng hoa tan vào nhau 
trng thái đcgi là dung dch đc. Có hai loidung dch đc:
Dung dch đcthayth Dung dch xen k
- Thay th các nguyên t -Xenk vào các các l trng
 nút mng. gia các nút mng.
- Có th hoà tan vô hn - Hoà tan có hn
9
Hpcht hoá hc

Pha đcto nên do s liên ktgia các nguyên t khác
nhau theo mtt l xác đnh gi là hpcht hoá hc
Ví d: Hpcht hoá hcFe
3
C rt n đnh
Hnhpc hc
Nhng nguyên t không hoa tan vào nhau cng không liên
kt đ to thành hpcht hoá hc mà ch liên ktvinhau
bng lcc hcthuntuý, thi gih hpkimđó là hnhp
c hc. Hnhpc hc không làm thay đimng nguyên
t ca các nguyên t thành phn.
10
Các
dng
gin đô
hp
kim hai
nguyên
11
1.1.3 Các tính chtcavtliu
xúc tác
1.1.3.1. Mtsô ly tính quan trng cavtliu
12
1.1.3.2. Mtsô c tính quan trng cavtliu
a.  bn
 bn  là kh nng cavtliuchutácdng ca ngoilc
mà không b phá hu. Tu theo dng khác nhau ca ngoilc
mà ta có các loi đ bn sau: đ bnkéo(
k
); đ bn

un(
u
); đ bn nén (
n
) v.v
Ngoilc P(N) tác dng trên mt thanh kim loicódin tích
titdin ngang F
0
(mm
2
). Khi P đt đnmtgiátr nào đólàm
thanh kim loibđtsng vi đ bnkéocavtliu đó:
Tng t ta cng đo đc đ bnunvàđ bnnén.

2
0
/ mmN
F
P
k






A
B
C


K

T

B

B
00
(a) Vtliudo(b) Vtliuròn
* ô bncavtliu phu thuc vào nhit đô làm vic
13
b.  cng
 cng là kh nng cavtliuchng libindng docc
b khi có ngoilctácdng thông qua vtnén. Nu cùng mt
giá tr lc nén, lõm bindng trên vt đo càng ln, càng sâu
thì đ cng camu đô càng thp.
Brinell – HB, Rockwell – HR, Vickers - HV
 cng Brinell HB
-  đo đ cng Brinell ta dùng titrng P đ n lên viên bi bng
thép đã nhitluyncóđng kính D lên b mtvtliumunth.
-Tu theo chiu dày camuth mà chn đng kính viên bi D =
10mm, D=5mm hoc D = 0,25mm, đng thitu theo tính chtca
vtliumàchntitrng P cho thích hp:
+ ivi thép và gang P = 30D
2
.
(Ví d viên bi có D = 10mm thì P = 30.10
2
=3000KG).
+ ivi đng và kim loi đng P = 10D

2
.
+ ivi nhôm, babit và các hpkimmm khác P = 2,5D
2
.
 cng Brinell đc tính theo công thc[kG/mm
2
]
trong đóF làdin tích mtcucavtlõm(mm
2
)
D là đng kính viên bi (mm);
d là đng kính cavt lõm (mm).
22
2
22
dD
DD
F 

F
P
HB 
14
 cng Rockwell
-  cng Rockwell đcxácđnh bng cách dùng titrng P
n lên viên bi bng thép đãnhitluyncóđng kính 1/16”
tc là 1,587mm (thang B) hocmicônbng kim cng có
góc đnh 120
0

(thang C hocA) lênb mtvtliuth.
Trong khi th tr sđcng đcch trctip ngay bng kim
đng h.
- Viên bi thép dùng đ th nhng vtliuítcng còn micôn
kim cng dùng đ th các vtliucóđ cng cao nh thép
đãnhitluyn. Titrng thđctácdng hai ln: titrng
s b P
0
=10KG, sau đó đntitrng chính P. ivi viên bi
thép thì P=100KG (thang B trên đng h, màu đ); còn đivi
micônkimcng thì P=60KG (xem thang A trên đng h,
màu đen).
15
1.1.3.3. Mtsô tính cht công nghê quan trng
 Tính đúc đc đctrng bi đ chy loãng, đ co ngót và
tính thiên tích.  chy loãng
là kh nng đin đy khuôn ca
kim loivàhpkim. Nu đ chy loãng càng cao thì tính đúc
càng tt.  co ngót
càng ln thì tính đúc càng kém. Tính thiên
tích là s không đng nhtv thành phnhoáhcca kim loi
trong các phn khác nhau cavt đúc. Thiên tích càng lnthì
chtlng vt đúc càng kém.
 Tính rèn là kh nng bindng vnh cuca kim loikhichu
tác dng ca ngoilc đ to thành hình dng ca chi titmà
không b phá hu. Thép có tính rèn cao khi nung nóng  nhit đ
phù hpvìkhiđó tính doln. Gang không có kh nng rèn vì
gang giòn. ng, chì có tính rèn tt ngay ctrng thái ngui.
 Tính hàn là kh nng tos liên ktgiacácchi tit hàn khi
đc nung nóng ccb ch mi hàn đntrng thái chy hay

do.
1.2. HP KIM EN
16
Xementit là hpkimFe-C
6,67%
Cng, giòn, chumàimòn,
tính công nghê kém
Xementit là hpkimFe-C
6,67%
Cng, giòn, chumàimòn,
tính công nghê kém
Xementit là hpkimFe-C
6,67%
Cng, giòn, chumàimòn,
tính công nghê kém
17
Ostenit  : Dung dch đc
xen k ca C trong Fe 
Ti 727
o
C : 0,8%C
Ti 1147
o
C : 2,14%C
-Phado, dai, d bindng.
Ch tnti trên 727
o
C
- Ch có ý ngha khi gia công
rèn dp  nhit đô cao

Ferit  : Dung dch đcxen
k ca C trong Fe 
Ti 727
o
C hoà tan 0,02%C
Nhit đ hoà tan gimtora
Fe nguyên cht
-Do, Mmvà bnthp
18
Peclit: (T chc hai pha)
Hnhpc hc: F + XeII
cùng kttinh th rn
(Cùng tích Peclit)
Peclit: (T chc hai pha)
Hnhpc hc: F + XeII
cùng kttinh th rn
(Cùng tích Peclit)
Cùng tinh Lêđêbuarit (Le)
. Hnhpc hc:  + Xe I
. (1147
o
C, 4,43%C):  và Xe cùng
kttinht pha lng
-  cng cao, giòn , (do Xe cao)
19
• Gang là hpkimcast và cacbon, vihàmlng cacbon
lnhn 2,14% và cao nht là 6,67%. Cng nh thép trong
gang chacáctpcht Si, Mn, S, P và các nguyên t khác.
Trong gang ch có 0,8~0,9 %  dng liên ktFe
3

C còn li 
dng graphite t do
• Do có hàm lng cacbon cao nên đctínhca gang là cng
và giòn, có nhit đ nóng chythp, dđúc.
1.2.1. GANG
Theo t chcvàcutoca gang ngi ta chia ra:
- Gang trng - Gang xám
- Gang cu - Gang do
- Gang hpkim
Gang trng
-Làloi gang mà huht cacbon  dng liên ktFe
3
C. T
chc xêmentit có nhiu trong gang làm mt gãy canócó
màu sáng trng nên gi là gang trng.
- Gang trng rtcng và giòn, tính ctgt kém, nên ch dùng
đ ch to gang rèn hocch tocácchi titcntínhchng
mài mòn cao nh bi nghin, trc cán.
- Gang trng ch hình thành khi có hàm lng C, Mn thích
hpvàvi điukinngui nhanh.
- Gang trng không có ký hiu riêng.
20
Gang xám
-Làloi gang mà huht cacbon  dng graphít. Nh có
graphít nên mtgycómu xám. Gang xám có đ bnnén
cao, chu mài mòn, đcbitlàcótínhđúc tt.
Gang xám
-Gang xám gm 3~3,6% C. Nhit đ nóng chykhong
1250~1280°C, h s dnnhit


=25,5~32,5 W/m
2
,  =
7000~7200kg/m3, nhit dung riêng c = 543,4 J/Kg K, E =
1,15~1,6.10
5
và =0,23~0,27.
-Kýhiuca gang xám:
+ Theo tiêu chunLiênXô: C21-40
+ Theo TCVN: GX21-40
-Cácch cái ch loi gang xám, các nhóm s chđbn.
Trongcáckýhiutrênthì
kéo
=21KG/mm
2
, 
un
=40KG/mm
2
.
21
Gang cu
-Làloi gang có t chcnh gang xám, nhng graphít có
dng thu nh thành hình cu, nh vy mà gang cucóđ bn
cao hn gang xám nhiu, đcbitcóđ dobo đm. Gang
cucóc tính xpx bng thép cacbon mác thp.
Gang cu
-Kýhiu gang cu:
+ Theo tiêu chunLiênXô: B 42-12
+ Theo TCVN: GC42-12

Các ch cái ch loi gang cu, các nhóm s chđbnvàđ
giãn dài tng đi. Trong các ký hiutrênthì
kéo
=
42KG/mm
2
, = 12%.
- Gang cu dùng đ ch tobng phng pháp đúc các chi
tit trung bình và ln, hình dng phctp, chutitrng ln,
chuvađpnh các loitrckhuu, trc cán
22
Gang do
-Làloi gang đcch tot gang trng bng phng pháp
. Gang docóđ bn cao, đ dolnnh graphít phân hu
t Fe
3
C trong gang trng to nên dng cm.
-Kýhiu gang do:
+ Theo tiêu chunLiênXô: K33-8
+ Theo TCVN: GZ33-8
-Các ch cái ch loi gang do, các nhóm s chđbnvàđ
giãn dài tng đi. Trong các ký hiutrênthì
kéo
=
33KG/mm
2
, = 8%.
- Gang dothng có giá thành cao hnvìkhóđúc hnvà
thigian lâu. Chúng thng dùng đ ch tocácchi tit
phctp thành mng.

Gang hpkim
- Gang Crom có cha 26~36% Cr có kh nng bn nmòn
viHNO3, cáchpchtcha Cl, S. Có th làm vic đn
1200°C.
- Gang có cha 19% Cr và 9% Ni bn nmònvi HNO
3
và có
th làm vic  1000°C.
- Gang Niken có cha 20% Ni và 5~6% Cu, chukim  nhit
đ cao, chu đc HCl và H2SO
4
loãng  nhit đ thng,
chumàimòntt.
- Gang Silic cha khoang 14,5~18% Si, chu nmònttvi
H
2
SO4 và HNO
3
 btk nng đ nào, nhng kém bnvi
các axit có gc Halogen.
23
• Thép cacbon là hpkimcast và cacbon vi hàm lng
cacbon nh hn2,14%.Ngoài ra trong thép cacbon còn cha
mtlng tpchtnh Si, Mn, S, P
• Nhit đ nóng chykhong 1400~1500°C, h s dnnhit
=46~58 W/mK,  = 7850kg/m3, nhit dung riêng c
p
= 460
J/Kg K
• Nguyên t có nh hng lnnht trong thép là cacbon, ch

cn thay đimtlng rtnhđã làm thay đinhiu đn tính
cht lý, hoá ca thép.
• Cùng vis tng hàm lng cacbon, đ cng và đ bn
tng lên còn đ dovàđ dai ligimxung. S thay đi
hàm lng cacbon đng thi làm thay đic tính công ngh,
tính đúc, tính hàn và tính rèn dp. Ví d, khi tng cacbon tính
rèn xu đinhng tính đúc litthn.
1.2.2. THÉP CARBON
• Thành phntpcht Si, Mn là nhng tpchtcóli. Khi
hàm lng ca chúng thích hp (Mn0,75% và Si0,35%) có
kh nng kh ôxy khi các ôxit st, làm tng đ bn, đ cng
ca thép. Tuy nhiên, không nên cho nhiutpchtloi này vì
nó có nh hng xt đn tính công ngh nh gia công ct
gt, nhitluyn
•Luhunh (S) và phôtpho (P) đcbitcóhi cho thép
cacbon. Nguyên t S s làm cho thép b giòn nóng ( nhit đ
cao, nhng tpchtcóchaS s mmragâynh hng
đn liên ktbnvng ca thép, ngitagi là giòn nóng).
Ngcli, P li làm thép b phá hutrng thái ngui nên
gilàgiònngui. Vì vy, cnhnch S và P dimc
0,03%.
• Thép cacbon là vtliu đcs dng rng rãi nh giá thành
không cao. Tuy nhiên thép cacbon có c tính tng hpkhông
cao, ch dùng làm các chi titmáychutitrng nh và va
trong điukinápsut và nhit đ thp.
24
PHÂN LOI THÉP CARBON
a. Theo hàm lng cacbon có trong thép ta chia ra:
- Thép cacbon thp C < 0,25%.
- Thép cacbon trung bình C = 0,25~0,50%.

- Thép cacbon cao C > 0,50%.
b. Theo phng pháp luynkimngitachiara:
- Thép luyn trong lò chuynthng. Thép này có cht
lng không cao, hàm lng các nguyên t thng kém
chính xác.
- Thép luyn trong lò Mac tanh có chtlng cao hn
trong lò chuyn.
- Thép luyn trong lò đin. Thép này có chtlng cao
hnnhiu, kh httpcht đnmcthpnht.
c. Theo công dng ngitachiara:
Thép cacbon thông dng
(hay còn gi là thép thng).
-Loi thép này c tính không cao, ch dùng đ ch tocácchi
titmáychutitrng nh, thng dùng trong ngành xây dng.
Thép cacbon thông dng đc chia ra làm ba nhóm: A, B và C.
Nhóm A chđánh giá bng các ch tiêu c tính (đ bn, đ do,
đ cng ). Nhóm B đctrng bng thành phn hoá hc, và
nhóm C đctrng bng c hai ch tiêu c tính và thành phn hoá
hc. Ví d CT31 (nhóm A); BCT31 (nhóm B); CCT31 (nhóm C).
-Kýhiuca thép cacbon thông dng:
+ Theo tiêu chun Liên Xô: CT0, CT1,CT2, CT3, CT4, CT5, CT6,
theo ch
s hàm lng cacbon tng dnt 06.
+ Theo TCVN 1765-75: CT31, CT33, CT34, CT38, CT42, CT51,
CT61. Trong ký hiunàych CT đ ch thép cacbon thông dng,
ch s tiptheoch giihnbnthpnht ng vimikýhiu.
25
Thép cacbon ktcu
-Làloi thép có hàm lng tpchtS, P rtnh, tính nng lý
hoá tt, hàm lng cacbon chính xác và ch tiêu c tính rõ

ràng.
- Thép ktcu cacbon dùng đ ch tocácchi titmáychu
titrng cao hn, vtliuloinàythng đc cung cp
didng bán thành phm.
-Kýhiuthépcacbonktcu:
+ Theo tiêu chun Liên Xô: 08, 10, 15, 20, 25, , 85.
+ Theo TCVN: C08, C10, C15, C20, C25, , C85 trong đó
ch C ch thép cacbon; ch s ch hàm lng cacbon tính
theo phnvn. Ví d thép C45 có 0,45% C.
- Thép cacbon dng c
-Làloi thép có hàm lng cacbon cao (0,7~1,3%), có hàm
lng tpcht S và P thp (< 0,025%). Thép cacbon dng c
tuy có đ cng sau nhitluyn cao nhng chunhitthp nên
ch dùng đ làm các dng c nh: đc, da hay các loi
khuôn, các chi titcn đ cng.
-Kýhiuthépcacbondng c:
+ Theo tiêu chun Liên Xô: Y7, Y8, Y8A, Y9, , Y13. Ch Y
ch thép cacbon dng c, ch s tip theo ch hàm lng
cacbon tính theo phn nghìn.
+ Theo TCVN: CD70, CD80, CD80A, CD90, , CD130. Ch
CD ch thép dng c cacbon, ch s tip theo ch hàm lng
cacbon tính theo phnvn.