Bài giảng vật liệu học chương 1 giới thiệu về vật liệu cơ khí

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
TPHCM
------O0o------

BÀI GIẢNG
VẬT LIÊU HỌC
GV: NGUYỄN THANH ĐIỂU

03/03/2016 2:37 CH


TÀI LIỆU THAM KHẢO
- Sách, giáo trình chính
[1]. Lê Công Dưỡng-Vật liệu học đại cươngNXB KHKT Hà Nội 2002.
- Sách tham khảo
[2]. Trần Thế San -Vật liệu cơ khí hiện đại- NXB
KHKT- Hà Nội 2012.
[3]. Nghiêm Hùng - Kim loại học và nhiệt luyệnNXB Giáo dục- Hà Nội 1993.
03/03/2016 2:37 CH


TÀI LIỆU THAM KHẢO
- Sách tham khảo
[4]. Hoàng Trọng Bá- Vật liệu phi kim loại- NXB
KHKT- Hà Nội 2007.
[5]. Trần Thế San-Vật liệu đại cương-NXB
ĐHQG TPHCM-TpHCM2013.
[6]. Nghiêm Hùng- Sách tra cứu thép và gang
thông dụng-NXB ĐHBK Hà Nội- Hà Nội 1997.

03/03/2016 2:37 CH

NỘI DUNG
Tuần thứ 1: 3 tiết
 Giới thiệu về học phần, yêu cầu đối với người học
 Chương 1: Giới thiệu vật liệu cơ khí
Tuần thứ 2 và 3: 6 tiết
 Chương 2: Lý thuyết chung về vật liệu kim loại
Tuần thứ 4 và 5: 6 tiết
 Chương 3: Thép và nhiệt luyện thép

03/03/2016 2:37 CH


NỘI DUNG
Tuần thứ 6: 3 tiết
 Chương 4: Gang Graphite thông dụng
 Chương 5: Kim loại và hợp kim màu
Tuần thứ 7 và 8: 6 tiết
 Chương 6: Chất dẻo
Tuần thứ 9 và 10: 6 tiết
 Chương 7: Vật liệu composite

03/03/2016 2:37 CH


TUẦN THỨ 1
Giới thiệu về học phần, yêu cầu đối với người học
Chương 1: Giới thiệu vật liệu cơ khí
+ Phân loại vật liệu theo các liên kết hóa học cơ

bản: liên kết kim loại, liên kết ion, liên kết cộng hóa
trị, và liên kết Van der Waals.
+ Mạng tinh thể và vật liệu kim loại
+ Các dạng khuyết tật trong mạng tinh thể
+ Các tính chất kim loại đặc trưng
+ Polymer và chất dẻo
+ Giới thiệu vật liệu composite, vai trò của vật liệu
nền và vật liệu cốt.
03/03/2016 2:37 CH


Chương 1: Giới thiệu vật liệu cơ khí
Vai trò của vật liệu:
Hiện nay kim loại( sắt, đồng, nhôm…) và hợp kim(
thép, gang, các hợp kim của nhôm, đồng,titan…) được
dùng rất rộng rãi trong các ngành kinh tế quốc dân,
quốc phòng cũng như đời sống hàng ngày. Các kim
loại đặc biệt là sắt và các hợp kim của nó, đã và đang
đóng vai trò quan trọng trong sự tiến hóa của xã hội
loài người. Thép, gang và một số kim loại mầu là vật
liệu chủ yếu của công nghiệp cơ khí( chế tạo máy,
động lực..) và các phương tiện giao thông vận tải. Một
khối lượng thép khá lớn được sử dụng trong xây
dựng. Công nghiệp hóa chất, năng lượng hạt nhân, du
hành vũ trụ v.v….đòi hỏi các vật liệu kim loại đặc biệt.
03/03/2016 2:37 CH


Chương 1: Giới thiệu vật liệu cơ khí

VẬT LIỆU HỌC LÀ KHOA HỌC NGHIÊN CỨU
QUAN HỆ CẤU TRÚC – TÍNH CHẤT CỦA VẬT LIỆU,
TRÊN CƠ SỞ ĐÓ ĐỀ RA CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO VẬT
LIỆU, SỬ DỰNG VẬT LIỆU HỢP LÝ VÀ CÓ HIỆU QỦA
KINH TẾ CAO.

03/03/2016 2:37 CH


MỞ ĐẦU
KHÁI NIỆM VỀ VẬT LIỆU
 Dựa vào cấu trúc-tính chất đặc trưng, người ta
phân biệt 4 nhóm vật liệu thường sử dụng trong công
nghiệp hiện nay:
 Vật liệu kim loại
 Vật liệu vô cơ – Ceramic
 Vật liệu hữu cơ – Polyme
 Vật liệu tổ hợp – Compozit

03/03/2016 2:37 CH


KHÁI NIỆM VỀ VẬT LIỆU







1. Vật liệu kim loại:
VLKL thông dụng: thép, gang, đồng, nhôm, titan,
niken…., và các hợp kim của chúng.
Thép đóng vai trò then chốt trong công nghệ chế tạo
(thép hợp kim, thép nito,thép hơp kim siêu bền..)
Nhôm cũng đóng vai trò không nhỏ trong công nghệ
chế tạo. HK nhôm có độ bền cao, chống ăn òn tốt
vật liệu thích hợp trong ngành công nghiệp chế tạo
ôtô, máy bay, tàu thủy

03/03/2016 2:37 CH


KHÁI NIỆM VỀ VẬT LIỆU


2. Ceramic( VL vô cơ): có nguồn gốc vô cơ là
hợp chất giữa kim loại, silic với á kim( oxit, nitrit,
cacbit) gồm khoáng vật đất sét, xi măng, thủy tinh.
Các tính chất điển hình của VLVC ceramic là:
◦ - cứng, giòn, bền ở nhiệt độ cao
◦ Sử dụng vật liệu chịu lửa, vật liệu cắt gọt..

03/03/2016 2:37 CH


KHÁI NIỆM VỀ VẬT LIỆU


3. Polyme( VL hữu cơ) có nguồn gốc hữu cơ mà

thành phần chủ yếu là cacbon, hydro và các á kim
có cấu trúc đại phân tử:
◦ - khối lượng riêng nhỏ
◦ - dễ uốn dẻo đặc biệt ở nhiệt độ cao
◦ - bền hóa học ở nhiệt độ thường và khí quyển,
nóng chảy và phân hủy ở nhiệt độ thấp.
4. Compozit: được tạo thành do sự kết hợp của 2
hoặc 3 loại vật liệu trên, sao cho tính chất của
chúng bổ sung cho nhau.
Ví dụ: KL- polyme; KL-Ceramic; polyme-ceramic

03/03/2016 2:37 CH


Ngày nay khoa học vật liệu đã chế tạo ra những loại vật
liệu mà chính tạo hóa cũng phải ghen tị. đó là:
- Những chất phun phủ có chứa những hạt gốm vô cùng
nhỏ giúp vật liệu có khả năng chống mài mòn.
- Những Pin sắt-polyme có điện lượng lớn gấp nhiều lần
pin hiện nay.
- Những tấm kim loại-compozit làm vỏ ô tô có khả năng
phục hồi lại hình dạng cũ sau khi bị biến dạng bởi
những cú va đập.
- Những loại vật liệu compozit nhẹ và dai
- Sẽ xuất hiện những loại vật liệu thông minh có khả
năng thích ứng với điều kiện môi trường, bù đắp lượng
hao mòn và cảnh báo sắp có sự cố…
- Vật liệu nano chế tạo ra robot mini, dụng cụ y sinh,
máy chính xác, hàng không vũ trụ, quốc phòng, khám
phá tài nguyên biển và đại dương….

03/03/2016 2:37 CH


Chương 1: Giới thiệu vật liệu cơ khí
I. Cấu tạo mạng tinh thể của kim loại nguyên chất
I.1.1 Cấu tạo nguyên tử kim loại:
- Nguyên tử là hệ thống gồm hạt nhân (mang điện tích
dương) và các điện tử bao quanh (mang điện tích âm)
mà ở trạng thái bình thường được trung hòa về điện.
+ Hạt nhân gồm prôtôn (điện tích dương) và nơtrôn
(không mang điện). Các điện tử phân bố quanh hạt
nhân tuân theo các mức năng lượng từ thấp đến cao.
-

03/03/2016 2:37 CH


Chương 1: Giới thiệu vật liệu cơ khí
I. Cấu tạo mạng tinh thể của kim loại nguyên chất
I.1.1 Cấu tạo nguyên tử kim loại:
+ Cấu hình điện tử chỉ rõ: số lượng tử chính (1, 2,
3...), ký hiệu phân lớp (s, p, d...), số lượng điện tử
thuộc phân lớp (số mũ trên ký hiệu phân lớp).
-

03/03/2016 2:37 CH


Chương 1: Giới thiệu vật liệu cơ khí
I. Cấu tạo mạng tinh thể của kim loại nguyên chất

I.1.2. Các dạng liên kết trong chất rắn:
a - Liên kết đồng hóa trị
- Hình thành khi có 2 (hoặc nhiều) nguyên tử góp
chung nhau một số điện tử hóa trị để có đủ tám điện
tử ở lớp ngoài cùng.
-

a) - Clo
b) - Ge

c) - CH4
03/03/2016 2:37 CH


Chương 1: Giới thiệu vật liệu cơ khí
I. Cấu tạo mạng tinh thể của kim loại nguyên chất
b - Liên kết ion
- Xảy ra giữa nguyên tử có ít điện tử hóa trị dễ cho bớt
điện tử để tạo thành ion (+) với nguyên tử có nhiều
điện tử hóa trị dễ nhận thêm điện tử để tạo thành ion
(-)liên kết ion cho độ giòn cao nhất( tinh thể dễ vỡ
vụn)
-

03/03/2016 2:37 CH


Chương 1: Giới thiệu vật liệu cơ khí
I. Cấu tạo mạng tinh thể của kim loại nguyên chất
c - Liên kết kim loại

- Là liên kết giữa mạng ion dương xác định với các
điện tử tự do. Năng lượng liên kết là tổng hợp lực đẩy
và lực hút tĩnh điện giữa các ion dương và mây điện
tử tự do. Song liên kết kim loại không hề thay đổi khi
các ion thay đổi vị trí cân bằngLiên kết Kl cho độ
dẻo cao nhất.

03/03/2016 2:37 CH


Chương 1: Giới thiệu vật liệu cơ khí
I. Cấu tạo mạng tinh thể của kim loại nguyên chất
I.2. Khái niệm về vật tinh thể, vật vô định hình.
- Vật tinh thể: là vật thể mà các chất điểm của nó sắp
xếp có qui luật( có trật tự).
+ Có nhiệt độ nóng chảy( hoặc đông đặc) xác định.
+ Tất cả các kim loại và hợp kim của nó đều là vật tinh
thể.
- Vật vô định hình: là vật thể mà các chất điểm của
nó sắp xếp không có trật tự
+ Không có nhiệt độ nóng chảy xác định.
+ Các vật vô định hình như: thuỷ tinh, chất dẻo, cao
su...
03/03/2016 2:37 CH


Chương 1: Giới thiệu vật liệu cơ khí
I. Cấu tạo mạng tinh thể của kim loại nguyên chất
I.3. Khái niệm về mạng tinh thể:
Mạng tinh thể là một mô hình không gian mô tả sự

sắp xếp của các chất điểm cấu tạo nên vật tinh thể.
Phần lớn vật liệu có cấu trúc, tính chất rất đa dạng
phụ thuộc vào kiểu mạng

03/03/2016 2:37 CH


Chương 1: Giới thiệu vật liệu cơ khí
I. Cấu tạo mạng tinh thể của kim loại nguyên chất
I.3. Khái niệm về mạng tinh thể:
a. Mặt tinh thể: là mặt phẳng đi qua một số chất điểm
trong mạng tinh thể.
- Các mặt tinh thể song song nhau có có tính chất
giống nhau
b. Phương tinh thể:
Là đường thẳng đi qua một
số các chất điểm trong mạng
tinh thể
Vi du:
phương tinh thể AB,CD

03/03/2016 2:37 CH


Chương 1: Giới thiệu vật liệu cơ khí
I. Cấu tạo mạng tinh thể của kim loại nguyên chất
I.3. Khái niệm về mạng tinh thể:
c. Ô cơ sở
- Là hình khối nhỏ nhất có cách sắp xếp nguyên tử đại
diện cho toàn bộ mạng tinh thể.

Do tính chất đối xứng từ một ô cơ sở tịnh tiến theo
3 chiều trong không gian sẽ được mạng tinh thể.

03/03/2016 2:37 CH


Chương 1: Giới thiệu vật liệu cơ khí
I. Cấu tạo mạng tinh thể của kim loại nguyên chất
I.3. Khái niệm về mạng tinh thể:
d. Thông số mạng( hằng số mạng)
-là kích thước của ô cơ sở từ đó có thể tính ra được
khoảng cách giữa hai nguên tử bất kỳ trong mạng.
( a,b,c ) đơn vị đo là A 0 :Angstrong 1Å = 10-8 cm
( , , ) đơn vị đo là độ hay Radian

03/03/2016 2:37 CH


Chương 1: Giới thiệu vật liệu cơ khí
I. Cấu tạo mạng tinh thể của kim loại nguyên chất
I.3. Khái niệm về mạng tinh thể:
d - Lỗ hổng mạng tinh thể
- Là không gian trống giữa các nguyên tử (coi nguyên
tử là hình cầu đặc). Kích thước lỗ hổng được đánh giá
bằng đường kính hay bán kính quả cầu lớn nhất có
thể đặt lọt vào không gian trống đó. Hình dạng, kích
thước lỗ hổng phụ thuộc cấu trúc mạng.

03/03/2016 2:37 CH

Chương 1: Giới thiệu vật liệu cơ khí
I. Cấu tạo mạng tinh thể của kim loại nguyên chất
d - Lỗ hổng mạng tinh thể
- Có 2 loại lỗ hổng: Lỗ hổng trong khối 4 mặt và lỗ
hổng trong khối 8 mặt. Các kiểu mạng khác nhau sẽ
có số lỗ hổng khác nhau và kích thước của chúng
cũng khác nhau. Ý nghĩa: cho phép sự xâm nhập
khuếch tán của vật chất trong tinh thể để cho phép tạo
ra hợp kim.

03/03/2016 2:37 CH