Vật liệu cơ bản và xử lý nhiệt trong chế tạo máy giáo trình dùng cho các hệ đào tạo cử nhân và trung cấp kỹ thuật hoàng tùng, phạm minh phương, bùi văn hạnh

THƯ VIỆN
DẠI HỘC NHA TRANG

M

PGS. TS. H O À N G TÙNG

671

PGS. IS. PHẠM M IN H PHƯƠNG

H 407T

TS. BÙI V Ă N HANH

VẬT LIỆU
Cờ BẢN&
XỬLYNHIẸT
— ٠

٠

‫ ﻣ ﻎ ﺀ ﺀ‬٠‫ ﺓﻩ ﻫﻪ ﺱﺀ ﻭﻣ ﺺ‬٠‫ﴄ ﻩ‬

tk

‫ ﺟ ﺴ ﻢ ﻣﺶﺀ‬، ‫ﲡﺔ‬

X in v u i lịỉig:

Khơng xé sách

KhOng gạch, viết, vẽ lê.n sách
٠٠

^

xu

^

b^

^

í. a h c

^ ^ v ầ k ỹ t o u At

C X 7


PGS. I'S. HOẢNÍỈ TÙNG
F(‫؛‬s. TS. PHẠM MINH PHƯONG
TS. BỪI VÃN HẠNH

VẬT LIỆU C ơ BẢN & XỬLÝ NHIỆT
TRONCCHẾTẠO MÁY
(Giáo trình cho các hệ đào tạo cử nhân và trung cấp kỹ thuật)

ịĩRƯƯĨ-IÚiìẠỈ ;iỤCNlÌAiro.ivD
THƠ

NHÀ XUẤT BẢN KHOA HỌC

V ỈỆ M

vA KỶ THUẬT

HÀ NÔI - 2007


Tác giả:

PGS. TS. HOÀNG TÙNG
PGS. TS. PHẠM MINH PHU3NG
TS. BÙI VÃN HẠNH

Chịu ìn k li nhiệm xnứt hỏn: PGS. TS. TƠ ĐẢNG HẢI
Biên lập và sửa bơng:
Vẽ bìa:

NGUYỄN

t h ị d iệ u t h ú y

HƯƠNG LAN

In 500 cuốn khổ 16 X 24cm tại Cơng ty TNHH Bao bì & In Hải Nam.
Quyết định xuất bản số: 476-2007/CXB/55-I8/KHKT.
In xona và nộp lưu chiểu quý IV nãm 2007.

LỜI NÓI ĐẦU
ở Việt Nam các ngành cong nghiệp, dặc biệt các ngành cơ klìí, thưịmg ngày
dều gắn vởi vột Uệu và cản dến cdc vạt Uệu có linh ndng da dạng vởì chát ‫ﺍﺍ‬، ợng ng‫ﻻﺓ‬
càng cao.
lỉiện nay kim loại (sắt, nhom, dồng,...) và hợp kim (thép, gang, các hợp kim
của nhôm, đồng, titan,...) dược dùng rất rộng rãi trong các ngành công nghiệp. Các
kim loại, dặc biệt la sất νά cdc hợp kim cíta nó dd và dang dóng val trị qnan trọng
trong sự phát triển các ngành cơng nghiệp về mặt kinh íếvà cả kỹ thuật.
Cdc vột liệu klm loai diíợc dítng rộng rdl dể chẽ' tao ma١ÿmóc νά cơng СЦ la do
chung có cơ tinh tốt đảm bảo dược các yêu cầu dề ra. Nói chung vật liệu kim loại có
độ bền và độ cứng cao, độ dẻo và độ dai tốt, vì vậy máy móc dùng dược lâu, ít mịn.
Một số kim loai và hợp kim có nhĩùĩg tinh chat vật lý đặc biệt như: dẫn điện và dẫn
nhiệt tất, có từ tinh dặc biệt, chiu nhiệt tốt.... Song song với sự phat triển kim loại và
hợp кип, các vật lỉệii khác (compozit, kim loai hột, chất dẻo,...) cũng phát triển và
đưc/c sử diitig trong công nghiệp.
ỉ)ể sử diitig kim loại, hợp kirn và các loai vật liệu khác trong sản xuất cong
nghiệp một cách hợp lý thi các kỹ sư, cán bộ kỹ thuật, kể cả cong nhan cũng cần có
nlỉữnq kiến thức cơ bản nhất về một sốvật liệu thông diing nhất.
D ểdúp ibìg phấn nào íhi/c tếtrên cluing tơi hiêìĩ soạn giáo trìtilì này.
Vật liệu cơ bản và xử tý nhiệt tó mổn học kỹ th u ệ cơ sở trinh bày vê cấu lạo
bên trong và các tinh chíìt của vật liệu kim loại} hợp kim và các vật liệu kháCy về sự
phụ thuộc giữa các tinh chíít vào cấu lạo bên trong của chúngẹ Dựa trên mối quan
hệ dó ngưịri ta llẻ.n hdnh tlm lOl cdc họp klm mới có linh chdt mong muốn và các
phương pháp gia cong nhiệt dểcải thiện các tinh chất Cita kim loại, hợp kim.
Đểriárnị cao chất lượng vật liệu kim loại, cũng nhưcác sản phẩm kim loại, hợp
kim và các vật lìệiỉ klỉác. rigưcri ta dã sử diing công nghệ xử lý nhiệt. Cong nghệ x ử iý
ĩihiẽt là quá trinh him thtt^ dổi tinh chttt của vột liệu kim loai bàng each tha‫ ؟‬dổi
(Yii/ trúc bên trong hoặc thay doi thành phần hoíí học lớp bé tn ệ kim loai mà
khOng liim thav dổi hlnh ddng vti kich thước của chi tiết.

V/ vậy írong chếíạo cơ khi, xử lý nhiệt dóng vai trị quan trọng vi khơng nhữìỉg
nó lạo cho ch‫ ﺍ‬l .ié'l sau khi gia công C.Ơ những linli chái cản 1 1 ‫ ﺣﺎﺍﺍ‬nhu độ c(íng١ độ bẻn ١
độ dẻo dai, khả năng chống mài mòn, chong ăn mòn, V.V.M rnà cịn lảm tăng tinh cơng
nghệ của vật liệu. Do dó có thể nói xii lý nhiệt là một trong những yếu tố công nghệ
quan trọng quyết định chất lượng của sản phẩm cơng nghiệp nói chung.
Các cán bộ kỹ thuật (kểcả cong nhan) khi thiết kế vả chẻ tạo cúc kết cấu máy
phdi có hiểu biết dầy đủ vé các loại vật liệu thường dùng (gang, thép, các ỉìợp kim
nhơm, dồng, họp kim ổ truc, vật liệu khác,...) và các phương pháp xử lỷ nhiệt íhích
hợp. Trong hồn cảnlĩ cung ầ g vật tư không đáp ầ g dímg số hiệu, nếu nắm v ầ g
các tinh chất của vật liệu, các cán bộ kỹ thuật, công nhan có thể chọn củc so hiệu
khác (loại khác) tương dương đểthay thế.
Môn học vật liệu cơ bản và xử lý nhiệt là môn học cơ sở kỹ thuật rất thực
l ‫ ﺍ‬ễ n . ١‫ ﺍﱂ‬١‫ ﻻﺅﺭ‬l٣ong quá trinh học ph‫ ﺍ ﺍﺓ‬uôn luôn liên hệ ѴСЛ thực tẻ' gia cOng và sừ
dung.ầồng thời giảì thìcli các hiện tuợng vột 1‫ ﻻ‬bằng 1‫ ﻵ‬thu‫ﻻ‬ẻ't da học. Ngodi p ‫ ﺍ‬ι‫ ﺓ‬n 1‫ﻵ‬
thuyết, học sinh cần thực hiện các bài thi nghiệm và các bài tập nhằm củng có kiến
thức dược học cung nhưgỉúp làm quen với íhực tế.
Giáo trinh này gồm sáu chương. Trong chương ỉ và chương 2 trinh bày các lý
thuyết cơ sở về kim loại và hợp kim. Chương 4 ,‫ و‬và 6 trinh bày các loại vật liệu kim
loại th u ^ g dUng ‫ ﺍ‬lhép٠gang và kim loại màu ١.Trong chuong 5 trinh ba‫ ﻻ‬bdn chdi và
cách tien hành các phưcmg pháp xử lý nhiệt kim loại.Chương 7 trinh bày một số vật
liệu phi kim loại (chất dẻo, cao su, conipoiit...) th ư ầ g dìmg trong cơng nghiệp chế
tạo máy. Sau mỗi chương đểu có cảu hỏi ơn tập.
Cuốn sách này dược biên soạn theo nội dung của các giáo trinh Cong nghệ
kim loại, Cơ khi dại cương, Kim loai học và Nhiệt luyện, Vật liệu hoc, Công nghệ
Nhiệt luyện... dã dạy nhiều năm tại trư ầ g Đại hoc Bách khoa ỉỉà nội cũng như các
giáo trinh tương tự trong và ngoài nước. Nó dùng cho các hệ đào. tạo trung cấp, cử
nhản kỹ thuật cong nghiệp.
Trong quá trinh bien soạn, chung tỏi đã nhận dược sự giiíp dỡ rất chán tinh

của các bạn đồng nghiệp. Nhân dịp này chúng tôi xin chân thành cảnĩ ơn.
Chúng tôi xin trán trong và cảm ơn moi ‫ؤز‬kiến đóng góp của hạn dọc. Các ỷ
kiê'n xin giíi về Ran biẻn lộp, Nhà xuat bdn Khoa học và

thuộl. 70 'Irdn Hung

Dạo, Hà Nội.

Các tác giả


C h itij. ‫ا‬

KHAI NIỆM Cơ BẢN VÊ KIM LOẠI VA HỢP KIM

vạ( liệu tlUng ١rt,ng uOng ngliiệp rất da dạng, tuy nhiÊn ki 1
1
1loại \'à lir.ĩp ki 1
1
1
ciía uliUiig vần dư(.,o sử dụng nliiều nliat (7() 80 ‫ب‬%) kliOi lưong, v'i vậy vần pliải liiểu
bìÊ.t nliững tinh cliất co bản ١'à pliạiii vi sử dụng vliUiig.

11 KHÁI

n i Ẹ m v ề v ậ t l iệ u c On g

N G in p

Vt IẻầU núi chung ! nhng V'ật rắn nià c()n ngườ‫ ؛‬sử dụng dể chế tạo dụng cụ,

máy 1
П()С١t!i‫؛‬â bị... \'à ngny cả dể thay thế một số bộ phận cùa cơ thể hoặc thổ hiện ý
đổ nghệ thuật.
I)ựa theo cấu t٢úc - tinh chất dặc ti^)g, ngưi^i ta phân ra 4 nhOin ١.'ật tiệu chínti:
- Vật !lệu k‫؛‬m lí.)ạ‫؛‬.
- Ceramic (vật l‫؛‬ệu \'ơ cư).
- !)ymc (vật hệu hữu ССУ).
- Conipozit (vật hệu kết h(.yp).
Niiồì ra cổ những nhOm phụ k!iỌ g!idp vào brin ^ιόιη trên nhu: bán dẳn, siCu
dán nh‫؛‬،:t độ thấp, s‫؛‬èu dần nhiệt độ cao: s‫؛!؛‬con, vặt liộu nanO.
12.

KHAI NIỆM VỀ VẬT LIỆU KIM LOẠI
Kiiii loại là vật tliể sáng (cổ ánli kiiii), c(١tliổ rèn dược (do cổ tínli dCo), cd tinh

dần diện, dán nliiệt tOl, cổ liệ số nhỉộl diện trO ،lifting...
Ihện nay dâ tìiii dược І1
ГЛ1I()0 nguyén tố, trong d،'i hon 3/4 là kiiii loại; trong
btìiig tuầii liồn các nguyCn t،١
' lioá !i(.١
c, cliUng ntiii ở bèn trái dififtig dậiii nét (bảiig 1.1).
Ngoài ra một số nguyên tố cO ١'ị tri trung gian giữa kíiii loại ١’à á kini, dO là các
iiguyCn lO bán dần: Ge, Si ... Các nguyCii tốcbii lại là á kiiii:

c, o, H, Ν.13...; klií tr،í:

IIc, Nc, .\r, Kr... ١’à lialOzcii: 1", Cl, llr, !... (bẻn pliải dirííng dậm nét).
Iliực tếdiưa c،') tiCu cliuẩn tliật r،') rệt pliihi biệt kiiii loại và á kiiii.
1'rong kiiii І0
1

.1
І ІІ.ІІ pliâii ra: kiiii loại dcii \’à kiiii loại màu.


- Kim loại den là sắl và các hợp kim Ircn cơ sở sál, ví dụ: ihcp và gang.
- Kim loại màu bao gồm các kim loại còn lại Irong bảng luần hoàn và h(٠
yp
kim Ircn cơ sở của chúng.

1.3. CẤU TẠO MẠNG TINH THE
L3X Cấu tạo ng٢
uyên tử của k im lo ạ i
- Đậc điểm cấu tạo nguyên tử của kim loại: nguyên tử là một hệ thống phức
lạp gồm hạt nhân (chứa prỗtôn + nơtrôn) mang diện lích dương và các diện tử mang
diện tích âm quay quanh hạt nhân. Đặc diêm của kim loại là số diện lử hố trị rất ít
(thưímg là 1 -r 2e : e là cleclron), các diôn lử liên kết rất yếu với hạt nhân, dỗ bứt ra
khỏi hạt nhân và trở thành diện tử tự do còn nguyên tử trở thành ion dương. Đặc tính
của các điện tử này quyết dinh nhiều dến lứih chất dặc trưng của kim loại.

1.3.2. Cấu tạo
tỉn h th ể k im lo٠ạ i
٠
Một sỏ khái niệm cơ bản
Tất cả các kim loại và hợp kim ở trạng thái rắn dều là vật thể C() cấu tạo mạng
tinh thể. Các nguyên tử (ion) chiếm những vị trí nhất định trong khơng gian tạo thành
mạng tinh thể.

Hình 1.1. Mạng lập phương đơn giản

a) mang tinh thể, b) mặt tỉnh thể. c) ỏ cơ bản

Ị X d Ị r iỊ

II

n i
Ịq o a ìỊ

οι

QÁ
uni

69

ni
iq o a

‫وج‬

‫ور‬
‫ ؛‬Ш \0Ц

он

19

ỊpỌJƠ SỊp

‫ح‬
‫ح‬
то

‫وو‬

λο
Ịq o 9 Ị

‫وة‬

q i
ỊỊỌ p e b

‫ع‬
.CD

Ρ9

PO
ỊƠỌJP

.٠
‫ة‬

'‫ج‬
٠
٠
‫ي‬
٧

‫وع‬

пз
u e u ie s

Ζ9
LUS
q e u jo jd
‫وﻟﻢ‬

i ٧d
iU Ịp ọ ạ u

.‫و‬
PH
u j ip o a z e J d
69

‫دد‬
иэх
ΘΟ

‫وج‬

7


- Mạng linh thổ gồm những mặt nguyên tử sắp xốp s٠ng s()ng và cách dcu nh٤
iư

- gp‫ إ‬là mặt íình thể.
- Đưèrng thảng di qua 2 nguyCn tử (ion) và tiếp lục di qua các nguyCn tử (iơn)
klìác gpi là phương tinh thể.
- Phần thể tích nhỏ nhất dặc t٢ưng ch . một loại mạng tinh thể nào đổ dược gọi
là ổ cơ bản. Nếu xếp liCn tiếp các ‫ ة‬cơ bản theo 3 chiổu không gian sẽ dược tồn
mạng linh thể (hình 1.1).
- Thong sốrnạtĩg là kích thước cơ bản cùa mạng tinh thể١lừ dó có thể I‫؛‬nh ra
các khoảng cách bất kỳ trong mạng. Đơn vị thường dUng là àngslrơn١(‫ل‬
،\‫ﻻ‬
) hay kilo
íchxi (kx).
Hẹ lập phư(mg chỉ có một thOng sớ mạng là cạnh a cùa khốí cơ bản. Hệ lục
giác có haỉ thOng số mạng là a và c.

u a Các d ạ n g ô cơ b ả n của m ạ n g tin h th ể k im l . ạ i

‫ة‬

Cơ

bản dưc;c dặc l ^ g cho kiểu mạng tinh thể của kin) loại. Iheo linh tốn

của Bravais thi tất cả có 14 kiểu mạng tinh thể khác nhau thuộc 7 hẹ. ٢rong
!٦
các kim
loại thường dUng trong cồng nghiệp cơ kl)í٠thưímg gặp ba kiểu n)ạng linh thể là: lập
phương thể lâm (cOn gọi là lập phương lâm kl)ối và ký hỉệu là Α2 hoặc Iptk)‫ ؛‬lập
phương dỉện tâm (còn gọ٤lập phương lâm mặt và ký hiệu là AI hoặc Ipim) (liình 1.3).
Ơ cơ sở mạng sáu phư(mg xếp chạt (ký hiệu là A3 hoậc spxc), (hlnh 1.4).
a. Ім р phương tâm khối (ký hiệu Α2, Iptk): có ‫ ة‬các kim loạí: íCa,(2r,٧... (hlnh

1. 2).

‫د‬
‫ز‬-

а)

b)

с)

Hình 1,2. ơ cơ sở mạng lập phương tâm khốỉ


o lập pliưctiig lâm kĩìốì ٧(‫ اﻵ‬cạĩìlì lă a, lác nguveiì lử nàm ờ dỉiilì và Iruiig lâm
kli(A)i١‫ ة ؛ﻟﻤﺈ)(ا‬này 1(3 ‫أ‬1‫ا ةا‬1‫(ى‬٠
)٠
‫ أ‬kv !1 ‫؛‬hàng Ộ٧ ‫ ج‬.
h. Lập phương tâỉìỉ mặt (kỷ lỉiệii ،٩./. lỊ)tm): 1(3 ơ các kim !ơạ‫؛‬: Fc-f, ‫\ا‬Cu, NI, 1١
Pb ...) ١
liình 1.3.

() ca sở này !à liìnli !ặp pliyng V(31 iạn!ì là a, các nguyCn lử nằm (V(Jinli \'à
٨
3i. Ô n٤
١
y d)Irung I٤
١
m các jnặt hên của Wi(':‫؛‬i khi (JU(;c ký lìiộu hàng E - hình 1.3.

-

-

‫ا‬
١
# ‫ا‬
‫؛‬٠

٠

٠

][/
‫ إ ' ر ا ا‬- ٠- - ‫ل‬

Hình 1.3, ỏ cơ sở mạng lập phương tâm mặt

c. sáu phương xếp chặt (ký hiệu ،4‫و‬. spxc}‘. 1(3 ở C'ái kim loại: Zn, Cci, Mg...
Ô cơ sở ở đâv là h ìỂ lục giác \'(3ì các cạnh là a và c (gồm sáu. lầng l٢ụ lam
giác dểu)١các nguyCn tử à 12 dinh, giữa cdc mặl dáy \'à 3 nguyên lử nằm ‫ ؤ‬tâm 3
khớỉ lăng 1‫ا‬٦‫ ﻟﻢ‬lam gỉác cách dều nliau, hìnli .1.4.

Hình ۶٠4. ơ cơ sỏ mạng sáu phương xếp chặt

d.'lình ‫خ؛)ا‬.١‫ أ‬dổi ihii liínli chu kiin l()ụ‫؛‬
Kim loại ờ cdc nhiệt độ, á.p suấl khác nliau 1(3 k.iố٠
u mạng khác nhau, dư()c g(‫؛ر‬
là línli ihU hình cUa kim logi. Ví dụ Fe, Co, Mn, vSii, 'Ic, Cc...

Các dạng thù hìnli klìác nhau của
cùng một nguyên t() dược ký hiẹu bằng
chữ cái Hy Lạp : a, p, Y, ơ... trong ứó a
chỉ dạng tồn tại ở nhiẹl độ thấp nhất cịn
p, y, ơ... lần lưcyi ở các nhiệt dộ cao lum, ví
dụ: Fca, Fcp, Fey..(hình 1.5). Q trình
thay dổi cấu trúc mạng từ dạng thù hình
này sang dạng ihù hình khác dược gọi là
chuyển biến thù hình.
Đặc điểm khi chuyển biến thù hình:
- Toả hoặc thu nhiệt.
- Thay dổi thể lích.
- ITiay đổi lính chất.
Nhìn vào sự biến đổi thù hình của sắl cho thấy : Fca mềm, có lừ tính, cịn Fcy
lại dẻo, nhưng khơng cịn từ tính. Nhờ vậy mà cải thiện được tính cơng nghệ của sắt.
Trong thực tế không phải 100% nguyên tử đều nằm đúng vị trí qui dịnh, mà
ln có những nguyên lử nằm sai lệch khỏi vị trí qui định, gây nên sai lệch mạng linh
thể (gọi là lệch mạng). Tuy số nguyên lử nằm sai lệch khỏi vị trí qui dinh rấl ÍI (chỉ 1
^ 2%) nhưng cũng gây ảnh hưởng rất lớn đến các lính chấl của kim loại.

1.3.4. Đơn tin h th ể v à đa tin h th ể
1. Đơn tinh thể
Đơn linh ihể là vật thể có mạng thống nhất và phương mạng khổng thay dổi
irong lồn bộ ihể lích của nó. Đơn tinh thể có hình dạng nhất dịnh đặc trưng cho kiểu
mạng của mình. Đơn linh ihể có tính dị hướng. Thực lế rất ít gặp dơn tinh ihể vì
chúng có kích thước rất bé (1 ^ lOOpm), do phải 'nuôi bằng cồng nghẹ" bằng
phưctng pháp cổng nghệ dặc biệt (hình 1.6a).
Tính dị hướng của dcm ỉinh ihể là sự khác nhau vé lính chất (cơ, lý, hố...) theo
những phưig mạng khác nhau của tinh thể.

10


іУциуёп ηΐίάη: 'I hco plìưctiig kliđc nhau, ĩiiạt ‫ )(ل‬nguyeii tử kháu nhau, lực liCn
kcl kliác nhau, tinh chất klìác nltau. 'l٠
hư(١
mg phư(٢
ng nồ(-) c(١mật độ l(/]‫؛‬n thi có ‫ )(ل‬hén
cac.
Khái niệin dcyn tinh thổ có thổ lỉốn hệ \'(‫ اؤ‬kíìái niẹiĩi dưn tinh thể của Ge, Si (٧ật
liệu bán dẳn).
2. Đa tinh thể
a. Hại tinh thể (gọi tắt lù tinh the):
Trơng thực tế hầu như chJ gặp đa tinh thể. Đa linh thể gồm rất nhiổu dơn tinh
thể nhb (cỡ μηι), mỗỉ d(-٢
n linli thể trong da linh thể dư(٠
yc gọi là hạt tinh thể. Gác hạt
cổ pltư(,mg mạng định hư(۶
ng khác nltau (ngảu nhiCn theo phiítmg truyền nhiệt khi kết
linh) và liCn kết với nhau qua vUng ranh giứỉ (gọi là bien hạt hoặc tinh giới hạt).
Đac điểm:
- Mạng tinh thể trong mỗi hạt déu CÓ trật lự.
- Gảc hạt trong da tinh thể cO phưrmg mạng sắp xcp bất kỳ nên da tinh thể có
tinh dẳng hướng.
- VUng biCn gỉứi hạt các nguyCn lử sấp xcp khOng có trật tự và chịu ảnh hường
của các hạt xung quanh (hình 1.6b,c).

Hình 1.6, MO hlnh dơn tỉnh thể và da tỉnh thể

a) da tinh thể. b) da tinh thể, c) ảnh hiển vi quang học mẫu da tinh thể sau tẩm thực.

/). ỉ)ộ hạt: hạt to, nhỏ có ảnh hư‫؛‬mg l(۶
n t(/Ỵi cơ tinh cùa kim loại. Độ hạt là biểu
hiộn kíclt ihư(٩
c trung binh của các hạt.

cỏ

16 cfíp từ 0(), 0, 1, 2...14 theo thứ lự nhỏ

dđn. Độ hạt càng nhỏ tinh chất С(Г hoc cUa kim loại càng cao, 8 cấp cùa kim loai
lhư6ng dUng là từ cấp 1 dến 8.

11


1.4. S ự KẾT TINH CỦA KIM LOẠI
Sự kết linh của kim loại là sự t،K) thành mạng linli thể của kiin loại khi chuyổn
lừ t٢ạng thái lOng sang trạng thái dặc. Khi kết tinh có sự biến dổi từ trạng thíii. sắp
xếp khOng hồn tồn trật tự thành cO trật tự (dO là cấu IrUc tinh thổ), nổ xảy ra ở mỏi
nhiệt độ nhất dinh dOi ٧ớ٤mỗi kiiiì l()ại.
Phần lớn kim loại (hay hcyp kim) dưí.yc chế tạo ra ờ trạng thái lỏng rổi làm
nguội trong các khuOn dúc, tức là qua kết tinh, sau dó mới qua các dạng gia cOng
khác nhau (٧í dụ rèn, dập, cán...) dể làm thànli bán thành phẩm hoặc sản phẩm.

‫ا‬4 ‫د‬D iều k iệ n x ả y ra kêt tin h
a. Bien đổi năng lượng khi kết rinh: trong tự nhiCn mọl quá trinh tự phát dểu
xảy ra theo ch‫؛‬ồu giảm nảng lư(.mg lự do (theo ohiểu cố nảng lư(.mg dự tr٥ bé hrni).
1’rong hệ thống gổm nhiổu châ'l diổm chuyển dộng(nguyèn tử١phân tử), năng luthig

dự trữ dưực dậc trung bàng năng lurmg tụ do 1'. Ilình 1.7. biểu thị sụ biến dổi năng
luợng tụ do F của trạng thái rắn và trạng thái lỏng phụ thuộc vào nhiột độ.
F = U -T S
trong dó:

Ư-nội năng của hệ thống,
s - cntrOpi.
'1' - nhiệt độ K.

t Khi nhiệt độ 'I' > Ts vật thể ờ trạng thái lỏng VI ،،‫؛‬Ing lU(.mg tụ do cùa trạng
thái lỏng nhỏ hơn ờ trạng thái rắn I'l+ Khi nhiệt độ 'r < Ts vật thể ở trạng thái tinh ihc’ vì F"i > F'R.

Hình 1.7. Sơ đổ biến dổi náng lirợng ،ự d . AF của các trạng thái rắn.
lOng phụ thuộc vào nhiệt độ

12


+ Khi nliiệl độ I' = ‫ ؟[م‬lại (‫ ﻝ;ﺍ>(ل‬: ! R١kim loại (١trạng thái cân hằng dộng: có
n١
()l lư(.٢!ig kim 1()‫ ؛ﻟﺬ‬kcl linh lh١lại có mộỉ lư(٠
^ng kim l()ại rán như vậy nOng cháy. Gii
ở nhi(٠
t ckVI' < 'l.s, khi đổ ‫ل‬:‫<ل;ل > ا‬meti со sự ket tJnh.
Klii nguhi qua 'Fs se xảy ra quá trinh ket tinh ηύη ]] dư(c go‫ ؛‬là nhiẹi độ ket
linit (klti ngu()٤
) liay go‫ ؛‬là nhỉộl độ clt٤
‫؛‬v (khi nung ndng), diổu này chỉ cO linh ly
thuvCi, vì Iqi dUng nhiộl độ dó khi làm ngu()ỉ vân chưa xảy ra kếl linh‫ ؛‬klti nung n(١ng

vần chưa xảy ra ndng chảy.
Sự kCt liitlt thực lố chỉ xảy ra ở nliiệt độ thấp hctn nhiệt độ kếl linh ly ihuyCl 1٦
8‫م‬
mộl khoảng nhitl định đổ lại dO Fr < ‫ ل;ا‬một cách rõ rệt.
٥. Độ qua nguội:
lỉiộu số gíữa nhiẹi độ kCl linlt ly thuvCl I ٦
s và nhiộl độ kếl linh ihực lế Tkx là độ
quá ngu،)i Δ'Γ:
Δ'1 = Г‫ ؟‬- ٢
Γκ٦, phần lứn kim loại kêt linli Ѵ(ГІ Δ1٦= 2 5 ‫ب‬
"c.
CQng tưong lự như vậy cho klti nung nổng, sự nF)ng chảy thực lế xảy ra (١nhỉột
độ 1١
‫' >ﺀ‬i;‫؟‬. Độ chCnh lệch gíữa chúng dư(.٢
c go‫ ؛‬là độ quá nhiẹi.

1 4 2 . Hai qiia tr in h của sự kết tin h
Khi nhiệt d() Γ < l ٦
s xảy ra sự kcl tinh. Sự kết tínli dược thực híện nhờ hai q
Irình sottg song và nOi liíp nhau. ٢
Frong kiitt loại lOng xuất hiện những irung lâm kcl
tinh cỏ kích Ihưvtíc rất nhỏ gọi là mẩm \'à tiếp theo mầm phái Iriển thành linh thổ- hạl.
a. l ạo mãm\

Có liai loại mầm là mầm tự sinh và mẩm ký sinli (mầm klìơng 1‫ي‬sinh). Mầm
tự sinlt là máíit tíio thành lừ chinh bản lltân kini loại lỏng (do có sự tlìay dổi nội nầng
khi kitn loqi ngưội) cbn mắm ký sinh là mầnt tí.i() thành trCn cơ scVcác phần lừ rắn có
sẵn à Intng kim loại lỏng (đổ là các tqp ch((l khdng tan, bụi than, bụi quặng, bụi tương
10, (٦xyi٠niirit..go‫ ؛‬là lạp ehấl), chUng dbng vai trO nltư những mầm, giUp cho q
Irình lạo mẩm dế dàng hơn.

I). Phúí irìểrìmầm:

١Sau klti tnầm dưoỉc tạo thành, cliUng licp lục phái triển Ihànli hạt linh ihể. t)ây
là quá irìnlt lự phát V١
1 cO sự giảm nảng lượng của hẹ thống. Do phương phát Irỉển
g ‫؛‬٥a các mầm định hưdrng ngảu nhiCn nen khi pltíil triển len chUng gặp nhau lạo biCn
giới hqt.

13


٠
»

I4.a Sự h i ẳ th àn h hạt tin h thê
a. ĩiếìỉ irình kết íinh

Khi kết tinh, q trinh sĩnh niầin và phát tr‫؛‬ổn ntầm xảy ra song song và nốl
tiếp nhau: khJ oác mần٦mớl dược sJnh ra thl các mầm dã cO tiếp tục phát tr‫؛‬ển..., cứ
như vậy chUng lớn dần dến khi chUng gặp nhau, kim loại lí١ng hết, ta se dược da tinh
thể gồm các hạt tinh thể định hư(^g khác nhau.
b. Hinh dang hạt linh thể.
lỊạl tinh thể (hoặc hạt kim loại) kim loạí dúc có nhíểu dạng khác nhau: lấm,
trOn, kim, nhimg thường là dạng nhánh cây. Sự phát Iríển tinh thể có línlt dị hướng,
theo mặt và phương có mật độ lớn mầm phát triển nhanh hơn, mặt khác cUng phát
triển theo phư(mg tản nhiệt nCn lúc dầu có dạng nhánh cây (hlnh 1.8)١
sau dó kim loại
giữa các nhánh cây mới kCt linh lạo nCn hạt (l,‫؛‬nh thể) dặc kin.

Hình 1.8. Sơ đồ cấu t ạ . nhánh cây

٧ í dụ, các th('١
i kim loại dUc thương có lict diện Irhn, vuỏng, hí)ạc chữ à ặ [

(hình 1.9), lừ ngồi v'ào trong cỏ ba ١
^ng tinh thể lần lượt như sau (hlnh I.9a):
[ img ngồi cùng tó lớp hạl nhỏ rnin đẳng triic ‫ر‬., do kim loại lỏng licp xúc vơi
ibành khuOn nguội nên dược kCt tinh V('h độ quá nguội

lớn, mặt khác do lác dụng

cùa bổ mặt khuơn nCn hạt lạo thành khá nhỏ mịn.
Vìg iiẻ/p theo tó viìng hạt tươĩìg dối Icrn hìnlì trụ 2 kéo dài ١atơng gdc với
thành khuOn. Sau khi vỏ ngoài dã kết tinh xong thành kliuOn bắt dầu n(١ng Icn nên
kim loại lOng ket tinh \\۵1‫ \'ا‬٦ngày càng nhỏ, hạt tạo thành có khuynh hư(١ng ngày
càng Idrn horn, ddng lh(١
ri phát triển mạnh theo hương ngược với chiổu !ản nh‫؛؛‬l (vuOng
g(١c v(‫؛‬
١ thành-kiiuOn) nCn lạo thành \'hng hạt 1(‫ ج‬Itình trụ vudng g(١c ١'(‫ ذﻵ‬Ilìành khuOn.
14


Hình 1.9. Sơ đổ tổ chức thO đại của thỏ‫ ؛‬đúc

\/ỉíìỉg ở giữa là viìng hạt lem dảỉig triic ‫و‬. Cỵ cùng khi klm loại íỏng ở giữa
kcl tinh thi thành khu(٦n đã nóng len nh‫؛‬ổ٧١kim Inạ‫ ؛‬kết tỉnh với Δ Ι nhỏ hơn nCn hạt
trơ nèn l(۶n h(^n, đổng ihờí phưímg tán nhiệt ٩ua thành khuOn khơng rõ ràng nốn hạt
phát triển dều the() mpi phưcng (dẳng trục).
'٢rơng ha \àing trCn, ١^ng ngeàỉ cùng luỏn là lốfp vỏ mỏng, khi làm nguội mẫnh
liệt thi vUng 2 lấn át vùng 3, cỏ khi còn làm mất hẳn vUng 3 và thỏi dUc như là chỉ có

vùng linli thể hình trụ ١mơng góc với thành khuỏn như bổ dũa (h١nh I.9b), lổ chức này
dưctc gpí là xuyên tinh, l ổ chức này có mật độ caơ nhimg khó biến dạng dẻo, khOng
phù hợp V(h chng nghẹ cán. NgưcTc lại khi kỉiuỏn dư‫')؟‬c làm nguội chậm thl ١
٢
ùng 3 lấn
át ١^ùng 2 (hình l.9c), khi dó hạt phát triổn dểu tlieo mọi phương nCn tạo tii١
h thể hình
cẩu. Câu irUc kim loạỉ này trờ nCn dỗ cản lum
ílại linh thể khác nhau làní cho ca tinh cUa kim loại rất kliác nhau. Khi ở dạng
tấm, dạng kim Ihì kim loại se rất gibn, (Vd٤
.mg hính trụ Ihì khó cán, khi (١dạng cầu
k‫؛‬n٦loại cO счУtinh tổt hơn cả.

1.5. TÍNH c h At c h u n g c ủ a k i m l o ạ i v à h ợ p k i m
lin h cliất của kim loại thổ hiộn ٩ua các dặc trưng: cơ tinh, ly tínli, hố linh,
tínli cOng nghệ.

‫ا‬5 ‫د‬Cơ tin h
Cơ tínli là nliững dặc trưng cơ lu.)c biểu thị khả nảng cùa kim loại, hợp kim chĩ٧
dược lảc dụng cùa các loai tải trpng. Các dặc trưng dỏ bao gổm độ bổn, độ dCo, độ
dai va dập và độ cứng.
13


l.Đ ộ ben
Độ bển là khả nàng của kiin l.ại chịu Jưực íác dụng của ng(١
ại lực mà kbỏng bị
phá hỏng. Độ bổn cùa kim Inại dưực xảc dinh bằng Ihử nghiệm Irong điểu kiện tải
lr(٠
)ng linh và ngấn hạn (với các trạng thái lực tác dộng như : kC(), nén, uổn, xoắĩi...).

٧í d٧dối với trường hợp thi nghiệm vứi lực tác dộng là lực kéo (hlnh 1. !()).

Hình 1.10. Sơ đổ b‫؛‬ểu đổ tảỉ trọng kéo và bíèn dạng của kim ‫ا‬٠3 ‫ا‬

Các chi tieu phản ánh độ bển tĩnh là giới hạn dàn hồi, giới hạn chảy và giới hạn
bển. Iheo giá trị tảng dần la lần lư^ dược các giới hạn sau:
Giới hạn dàn hồi ơdh (σ dọc là xích ma): là ứng suất km nhất tác dụng lên mẫu
do lác dộng của lực Fáh mà khi bO lực tliì màu kl)ờng bị thay dổi hình dáng, kích
thư(١c (khOng cổ bien dạng dư). Thực ‫ ﺟﺄ‬rất khO xác định chínlt xác псп dùi١
g khái
niệm bien dạng ٩ui ước: là ứng suất mà khi bỏ tải trpng ihì độ biến dạng dư là kltOng
dáng kổ và bé hon trị sO clio trước: 0,01 .‫ب‬0,05 ‫ةﺀ‬
٠rth=I٠
'(»,/S٠ [MPal

hay ٠‫)ا‬.(١
‫ =ا‬۴‫ه‬.‫اأ‬/ ‫ة‬٠\ΜΡαΙ hay 0‫ﻻ‬.‫ﻻ‬5= ^ ٠
‫ﺀ‬
),05‫ا‬8<‫( ل‬MPa)

trong dó: - ỉ\ịị)} F()٠
0J, 10,05 “ tảỉ trpng kéo [Nj ứng vcri độ biến dạng dư rất nhỏ
nliưng có thể nhận dược và bàng 0,01.‫ة؟‬: 0,05‫؟‬٤
‫ب‬
‫ )ة‬- 11‫ة‬١- diện ngang ban dầu của mảu, tinh theo mnT.
- Giới hạn chảy ơc : là ứng suất tô'i thiểu mà (Vdớ xảy ra ٩uá trinh chảy dẻo,
thư(mg dược xác d iỂ ứng \χ/γί đoạn nằm ngang trCn biểu dồ kCo. Đối vớ’ì da S(.)/ kim
loại và họp kim thường khờng cO đo٤
m nằ'm ngang này nên ihưímg dUng giOi hạn
chảy ٩٧‫ ؛‬ước.

.16


c;i(ti hạn clìảy qui ư(1fc ơo ?là ứng SIÍ di/(/yi lác ílụiig của nó sau khi bỏ lả‫ ؛‬l ٢^ng
ihì mâu bĩ biến dạng du ./%0,2 = ‫ة‬
٠‫ه‬٠
‫ر ^ارا)(را=د‬

[MFai

l٢٠ng ủ () ‫ ?})] أ‬- lả‫ ؛‬l٢(.)ng (lực) kCo ứng ٧(‫ ؛ﻵ‬d() biCn d‫؛‬.ing dư là 0,2%', ‫؛‬N ]٠
- Gicri hạn hên kéo

ƠỊc

: là ứng suấi I(٦
'i da mà mâu ch!u dược l٢ước khi bị phá

huỷ dứi.
ơk=i;k/‫)>؛‬

[M/>a/

Irong dớ ĩ \ - lải l٢ọng (lực) kéo lối da Iren biổu dồ kCo, [N].
l٦
uỳ theo loại tải t٢(.)ng tác dộng mà ١
''ậl l‫؛‬ộu cổ dưc;c tất cả các loại độ bổn như:
độ bổn kéo, độ bổn nén, độ bổn uốn, ٧.٧...
Các kint loại dổu có dặc trưng độ bổn của minh và dược xác dinh giá trị cụ

thể thOng qua thi nghiệm với các mẫu cổ kícli thước, hình dáng theo tiêu chuẩn quốc
gia h()ạc tiCu chuẩn quốc te'.
2.

Độ dẻo (độ dãn dà‫ ؛‬tưong đố‫ )؛‬s%.: là khả năng dễ biến dạng dCo của vật

liộu. Để đánh giá khả nảng này của ١۶
ật liệu kim loại, thường dUng các chỉ tíCu sau:
‫اا‬- Đơ dãn dài tư(,mg dối: ỗ% = 1 —1. 1
0
0
%
‫ ؛؛&ةﻟﺒﺆبﺀﺑﺈآر‬HSCHHAikPifii
s - wS
4‫ ر‬% ‫ \ ﺷ ﺘ ﺖ‬1009٤‫ا‬,
s.

- Độ thắt tỷ dối:

Ị

'Ĩ H Ư

V ỈịiN

jjậ /4 iS 4 -z
trong đố : 1<١
, ‫ ﻵ‬- ohlểu dà‫؛‬, tiết dỉộn ngang ban dầu tủa niảu thử (mm, mm ^],
‫ ؛‬.S| - chiều dài, tiết díộn ngang sau khi dứt của n،ảu Íinm,nim2j ,1
Độ

.3 «: ‫؛‬à cOng cẩi، 1‫ا‬،‫ج؛‬1 ‫را‬،‫ ااا‬g٠
r‫؛‬y (‫ا‬,‫ ﻗﺎا‬huỷ) một don vị diện tích

dai va dập a

mầu l ‫؛‬١ử dưới lác dụng của tải trọng va dập.
‫ﻇﺢ‬

‫ ﺍ‬Nm ‫ ﺍ‬cm‫ﺀﺍﺇ^ ﺍ ; ! ؛‬١‫ ﺍﰒ‬hoặc l kGmlcm2,\.

s
trong dO: Ak - cồng phá huỷ t ‫؛‬ết d ‫؛‬,[ộn ngang s cùa niảu thử [Nm
.s - tiê't diện ngang

ờ chỗ cO rânh khía cùa mẩu thử lcm^Ị

Độ cứng H B ;H R C ;H V : là kítả nảng chdn,g biến dạng dẻo cqc bộ của vật .4
l‫؛‬.ộu dưới tác dụng của tải trọng nCn \’à tliOng qua mũi dụng cụ nén
Đạc trưng dọ cứng của vật l‫؛‬ẹu là llibng số thưírng cần biết trong cOng nghệ gia
١a.t l cbng‫ ؟؛‬u, \'ì ١.'ậy do dỏ cứng là v‫؛‬ộc làm thưímg xuyCn trong sản xuất co khi.

17


Độ cứìig của vật liệu kiin loại rííl khac nhau; cỏ loại rất mềm, có loai rất
cứng... Vì vậy dể xác định độ cứng, trong kỹ thuật thư(١
mg dUng các phư(^ng plìáp do
khá'c nhau. Các phưưng pháp do độ cứng lhưỉ٢
ng dUng là: độ cứng lirincn (IIlỉ); độ

cứng ROc٦vel (IIRA, IIRlỉ, HRC), độ cứng ٧i٠
cke (IIV). vSơ đổ của các phư(.mg pháp
do độ cứng пси trCn hình 1.11.

-

b)

Hình 1.11. Sơ đổ tác dụng tảí trọng của các phương pháp do độ cứng:

a) Brinen. b) ROcwel. c) Vlcke
a. Độ cứng Brineri ПВ
Xác định độ cứng Brinen bằng cách ấn một tải trọng F lên bé mặt phẳng của
vật liệu qua viên bi có dường kinh D. Sau khỉ thoi tác dụng (tải trọng) viCn bi dể lại
trẻn bề mặt mảu vết lOm với dường kínli d (hlnh l.lí.a ). Số do độ cứng dược xác định
bằng tỷ số cùa tảí trọng

với dỉộn tích mặt lOm có dạng chỏm cầu s. Độ cứng có thứ

nguyên của ứng suất:
2F
.‫ر‬
, ,/,
‫ل‬0 [0 - ( ‫ي )ا‬- ( ‫]ﻟﺮ')ﻻ‬

H B = f =—

s

ƯU

điểm của gỉá trị IIB là giữa nổ vứi

ơb

có quan hẹ bậc nhất nen có thể khOng

cần thử kéo vản đốn dược g‫؛‬ới hạn bển, nhtmg cUng có nhược điểm là khOng thể do
các vật liệu có độ cứng cao hơn HB 450 (V١
1bi dược làm bằng thép tôi ctog).
Điều kiện thử Iffi là bề mặt do phải sạch, phảng; chỉểu dày mấu phải δ > .lOh chiều sâu vCt lOm; tâm vết lOm phải cách mép mầu hơn 2 lần dường kinh vicn bi I);
dương kinh vết lOm d. phải thoả mãn 0,21) < d < 0,61).
hi Độ càg R o cw el HR(HRA,HRBfHRC)
t)o độ cứng Rơc١
v\el HR tiện l(٠
yi hơn, kít quả do cho ngay trên máy và do dược
các vật lỉệu từ mềm dến cứng, vết lOm khá nhỏ, thưỉmg kliong ảnh hưởng lới bổ mặt
làm viCc.

IX


f)ộ cứng Rocvvel là l()ại độ cứng ٩٧‫؛‬ư(١
c (khổng ٧(١thứ nguyCn), xác dinh hầng
cliiíu sâu gây ra Ь(ГІ lác dụng của tải Ir(.)na chinh d^)t vào mũi kim cưtmg Itình nOn cổ
g(١
c dínli 12()(', rồi hỏ lực di.
(ĩỉá trl độ cứng R‫ة‬c١
vcl dưực tinh từ c(١ng thức: 111( = k - c١
trong dó: k - chiíu sâu qui ước, k = !(:)(.) dổi với các tliang ،\, c, k = 130 d()i V'ới thang

R
h-h()

h.

0,002" 0,002 "
"
‫ى‬
Khi do độ cứng ROccvel bao giờ cũng cổ liai lần tác dộng tải trọng: đầu t‫؛‬ồn
lác dộng tải trọng sơ bộ p٥(10 kG), chiểu sâu vết l(~)in tinh từ đây. Sau dớ tác dộng tải
trọng chinh Pj rồi bỏ lải irqng này. Ị ٦
ính chiCu sâu do tác dộng này.
h(j - chiổu sâu mũi dâm dưới tác dụng của tải trọng Po,
hj - chiểu sâu ntUi dâm dưới tác dụng của lải trọng Pi.
MUi dâm cứ liai loại: mũi kim cưt^ng có hlnh ndn v(/yi góc ơ dinh l,à 120. dUng
dể do các vật liệu tưt^ng dối cứng, cứng và rât cứng. MQi bỉ thép có dạng bi trịn có
dường kinh 1/16 inc hay 1,588 mm, dUng clto các loại vật liệu mổm và cứng trung
binh.
IIRP (dUng bi thép ١
.'ớì tải trọng p = 100 kG) áp dụng cho các loạỉ vật liệu mềm
và cứng vừa, thường dUng cho gang, thCp, h(.۴
p kim dồng, nhOm.
IIRG (mUi kim cương và p = 150 kG) áp dụng cho các vật liệu có độ cứng
trung binh và cao nhưilìép, gang sau klti toi và ram.
í IR٨

(mUi kim cư(tng và ỉ) = 6() kG) Ihư(١
mg cht' sử dụng cho các vật liệu rất

Cỉ^g như hợp kim cttag,!ơp thấm xyanua.

Yêu cầu khi thử ÍIR: bổ mặt thử phải sạch, phẳng: chiểu dày mảu thử phải
>10h١- It chiểu sâu vết thỬỊ khoảng cách giữa 2 tâm vet thử phải > 2,5mm với m٥i do
là kin) cương và > 4mm veil vicn bi thép‫ ؛‬th('ri gian chiu lải tr(٠
tng là 5 7 ‫ آ‬s.
c. ỉ)ộ ciaig Vicke ỉỉ\;
l-hưí^tg pháp do này iưcyng tự nl)ư do độ cAtg I3rinen, song cO nhữtg khác bíệl sau:
- Mũi nCit bằng klnt cương Itlnlt chdp bốn nmặt dểu với gổc ‫ ة‬đỉnh giữa hai mặt
dới diộn là 136٩
- lải trọng tác dụng nh(١, lừ 1 dến 100 kG, trong dO ntức 30 kG với thcyi gian
giữ tải trọng 10 15 ‫ب‬s dư(.)’c coi là diổu kiộn t‫؛‬،,u
١ chuẩn. Khi thay dổi tảỉ trợng, tỷ lệ

10


giữa lải lr(.)iig và binh phưưng dưctng chéo vCi !‫ اأﻟﺔ‬luờn luỏn khỏng dcM. Điều này cho
phCp dùng ‫ إذا‬lr(.)ng ihay đổ‫ ؛‬inà khờng ảnh hưí^ng dến kết quả do.
٧١٤ ١,۶ậy độ cứng Vickc dư(.c dùng dể do độ cứng cho mpi vật lỉẹu từ rât mềm

dín ٢ất cứng, vật thử có thổ mOng dCn 0,3mm, IIV dược coi là độ cứng chuẩn trong
nghiên cứu khoa h()c Số do độ cứng Vicke dưc/c xác djnh ihco cOng thức:
٠

IIV
٤
f٠
ng dó:

٠

ị;

2 F s in (a /2 )

l,854F

s

‫ﻻ‬

d'

k G //)
mm

r' - tả‫ ؛‬trtjng, kCi,
a - góc ờ đỉnh giữa 2 mặt dối diộn của mfli nén klm cương, a = 13(‫اه؛‬
d - giá trị trung binh số học cùa hai dirímg chéo vết ‫؛‬õm, mm.

Độ ciíng Vicke ờ dỉỂu kiện liêu chuẩn chỉ cần viết bằng HV với số do, ví dụ
II٧300. Nếu ờ diỂu kiộn phi tiêu chuẩn phảỉ ghi thêm ١.'ề tả‫ ؛‬trọng, thờ‫ ؛‬gian giữ, ví dụ
HVio/адЗОО ‫؛‬à độ ciíng HV khi do dưới tả‫ ؛‬trọng 10 kG, thời gian giữ 30 s là 300
kG/nim‫؛‬.
Yêu cầu khi thửlỉV : bề mặt thử phả‫ ؛‬phẳng, nhẵn; c.h‫؛‬ồu dày mẫu thử>l,5d (d
là dường chéo vết lOm); tâm 2 vết p h ả 2 , 5 < ‫؛‬d; thời gian lác dộng khOng nhỏ hơn 1(1 s.
‫ا‬

5 ‫ ه‬. Ly tinh
Lý tinh cùa kim loạỉ là nhfeg tinh chất thể híện qua các hiện tượng vật lí khi

thành phấn cùa kim loại khOng thay dổi.
Lý tinh của kim loại gồm có: khố‫ ؛‬lượng riẻng, nhỉẹt độ nOng chảy, linh dân
nở, linh dẫn nhiệt, tinh dản diện và từ tinh.
- Khôĩ lượng riẻng là khối lưt^ng cùa lcm^ vật chất. Nếu gọi p là kliối lư(ĩng
của vật chất, V là thể lích cùa vật chất, y là khố‫ ؛‬lượng ríêng của vật cliấl till ta có
cOng thức linh khố‫ ؛‬lượng riCng của vật chất là:
p
7 =‫ ( ؤ‬8‫) ﻻ ا‬
ứng dụng của khối lư<^tg riêng trong kỹ thuật của kim loại râ'l rộng răi, nd
khOng nhtog dUng dể so sánh nhWig kim loại nặng, nhẹ dể l ‫؛‬ện v ‫؛‬ệc lựa chọn vật l‫؛‬ệu
mà cịn có thể giả‫ ؛‬quyết một số vấn đổ khd khân thực tế. Ví dụ: nhỉhíg vật liệu kiiti
loại l،'m nliircác tlianh thép dưímg ray, thép hình khó cân dược kliOi lư(.nig; nhưng vì
b‫؛‬ết dưực khổ'‫ ؛‬lư‫؟‬mg riCng ١.'à cO thể do dược kích tliước đổ xác định thể lích, do vậy
cho phép xác định dược khOi lư ơ g rlCng mà khOng cần cân chUng.
20


- Nhỉệt độ ηόπΗ cliav là nhiệt ciộ khi nung nỏiìg h‫!؛‬n loại dến dó SC làm cho
ki!n 1‫ا‬0‫ ا؛‬chuyển từ thổ rắn sang thổ lỏng.
^ t nguyCn chất chảy (V nhiệt độ Ỉ539‫؛‬c.
١ Đicni chảy của gang là 1147 ‫ب‬
135()‫(اﺀ‬: (do hàm lưcTng cachon trong gang quyct dlnlí). Điểm chảy của thép là 14()() ‫ب‬
15()()('‫ ا‬١(do hàm lưc;ng cacbon trong ihCp quyct dịĩìli).
'l٦
‫؛‬nh chất này rất quan trpng d(‫؟‬i \'Oi c(')ng nghiệp chế tạo co khí١\'ì phư(٢ng
pháp chế tạo phOi cho các chi tiết máy rẻ tỉổn nl)ất ỉà plỉư(mg pháp dUc, nhưng klii sử
d٧ng phưO!)g pháp này thl him loại phải cứ tinh chảy loăng tốt. Ị ٦
ính chả.y loãng của
him logi hoặc hcrp hin١ở thổ lOng tdt hay xấu c(^ hản do diổm nóng chảy của him loại
quyCt dinh. Nhiệt độ nOng chảy càng thâ'p ihl linh chiy lỗng cùa him loại, họp hin)

càng t(٩
)t.
١1'ítih dãn nở nhiệt là hhả nang dăn nở của him lr)ại hoặc họp him hhi nung
ndng. Độ dăn ncV lứn hay bé có thổ bicu ‫أ‬1١‫ ا‬bàng hệ số dăn nử trên một don vị chiổu
dài (Imni) gpi là hệ sổ dăn ncr theo chiCu dài. Ví d٧, hộ S() dãn nO theo chỉểu dàỉ của
sắt nguyCn chít là 0,118.1()٠٦cùa thép là 0,12.10‫ﻰ‬
‫ﺑ‬. l ١
‫؛‬nh dân nở nhiẹt rất quan trpng
d()/ị ١Oi thiCl hế, chế tạo các lắp ghCp co hlií hhi chUng làm viộc.
~ 'Ị ínli dẩn nhiệí là hhả nảng dản nhiột cùa him loại. Độ dản nhiệt của các hin)

loại và h(.۶
p him hltOng giống nhau. Ví dụ, gang, thép dổu cổ tinh dản nhiệt trtt nhưiìg
<éni .xa s() với ddng và nhOm. Nếu lấy hệ sO dản nhiệt của bạc (Ag) là 1 thl của dồng
:à 0,9 (Cu); của nhOnì (i٠
\ l) là 0,5 và của sắt (l٠
'e) là 0,15.
- l írih dẩn diện là hhả nảng truyổn d(3ng dỉệiỉ của hỉn٦loại và hợp hiiu. Nói
:hung hiin loại dổu là vật dản dỉộn t(٨
)t: tổl nhâ.t 1‫ ذ‬bạc, sau dó là dồng và nhOm; nhưng
lo bạc dắt tỉổn nen him loai dư(.c١dUng nhiCu nl١âl trong hỹ thuật dể làm X'ật liộu dản
liện là d،‫؛‬ng và nh()m. Ndi chung him loai nào có tíiìh dỉ١n nhiẹt tOt thl tinh dần di‫؟‬n
:ũng t(٠
)ì. II(.٢
P him nói chung có tinh dần di('n h^m hon him loạỉ.
- Γι'( tinh là hl١
ả nang dản lỉí cùa hin) loí.ii. sắt, n‫؛‬h.en, coban và h(?fp him của
:húi١g dổu cỏ từ linh tốt nen chUng dư۶
‫؟‬c g(,.)i la him loại từ tínli.

5

‫م‬.

a H oa tin h
Hố tinh cùa him loại là độ bền của him logi d(3i \'cyi nhữig tác dụng hoá học

ùa các cliât hhác như Oxy, nư('٢
c, axíl, v.v... mà hhOng b‫ ا‬phá huỷ. Tinh nảng hoá
,(.)c co bản của him loại cổ thổ chia thành mấy l()٤
٠
ii sau;
+ l inh chiu an mòn: la độ bền cUa him loai dổi \'('yi sự an mbn của các mỏi
'ư(١
mg xuiĩg quanli (hl)Ong hhí. nư(^c...).
21


+ 'Vitih ổn định ηόη^: !à độ bền của kim loại dỏi ١'ớỉ ٠
sự an mịn của ỏxy l٢ong
mơi Irưcmg không khi (١nhiẹi độ cao hoặc dối với lác d٧ng an mí.)n c-ủa mộl vài châ١
khác ở Ihể lỏng hoặc Ihể khi dặc biệt khi ‫ ة‬nhiệt độ cao.
+ Tinh chịu axít: là độ bổn của kim loại dối v(/yi sự an mịn cùa axit.

5٠
4 ‫ا‬. T íiứi cơ n g n g h ệ
Dây là khả nãng của kim loại và hợp kim có thể biến dổi trạng thái hình dáng
hlnh học cùa chúng bằng cOng nghệ gỉa cOng nóng hoặc gia cOng nguội. I٦
ính cOng
nghẹ bao gồm các linh chíl sau:

+ Tinh điic là khả nảng tạo thành các sản phẩm dUc bằng quá trinh nấu chảy
kim loại hoặc hợp kim, sau dó dược r(١l và kết tinh trong lOng khuồn dUc.
Các kim loại và hợp kim cứ linh dUc khác nliau phụ lliuộc vào tinh chảy loãng,
độ co.
+ 'Tinh chảy loãng biổu thị khả nảng điển dầy khuOn của kim loại và hợp kim.
Nếu linh chảy loãng càng cao thl tinh dUc càng lốt.
+ Độ co là mức độ gíảm thể tích kim loại khi kim loại kết tinli ờ trong khuỏn. Độ
co gây ra khuyết lật lOm co và rỗ co trong vật dUc. ỉ)ộ co càng km, linh dUc càng kém.
+ Tinh rèn, dập là kltả nãng biến dạng dẻo (biến dạng vĩnh cửu) của kim loại,
hựp kim khỉ chUng chịu tác dụng của ngoại lực dể tạo thành hlnh dáng, kết cấu theo
yêu cầu mà chUng khớng bị phá huỷ.
Thép có linh rèn, dập cao khỉ nung nOng ở nhiệt độ phù hợp. «ang kh(٦ng cO
khả nàng rèn vì gang giOn.' Dồng, chl có linh rèn cao ngay (Vtrạng thái nguội.
+ Tinh hàn là khả náng lạo thành liên kết bén, vững giữa hai hoặc nhiểu phần tử
kim loại khi dư(.rc nung nOng cục bộ chỗ hàn dcn trạng thái chảy lìoặc dẻo. Nh(١
y có
linh hàn của kim loại mà ngày nay người ta có thể chế tạo dư(٠
rc các kết cấu siêu
trường, siêu trọng.Tính hàn của các kim loại và ịỵyp kim rất khác nhau‫ ؛‬thỏng Ihưỉmg
có ba loạ‫؛‬: kim loại và hợp k.ỉm cổ tinh hàn dé‫ ؛‬tinh hàn hạn chế và tínli hàn kh(١.
Thép cacbon và thép hợp kim dược đánh gỉá tinh hàn theo 3 th(٨
)ng số: lưcmg
cacbon lirong dưưng (cacbon dư(mg lưí^ng) Cịi\ hệ số khả nàng nứt nOng klii liàn lies
và hệ số khả năng' nứt nguội P j.
+ Títih gia cơng cắỉ gọt là khả nảng của vật liộu kim loại cổ ihỂ tạo ra các dạng
bề mặt cO độ chinh xác cao bằng cách cắt bỏ một lớp kim loại th(٦ng qua một dụng cụ
cắt V'à chuyển dộng cắt của máy cát gọt (máy cOng cụ).

11

1.6. NUNG NONG k i m l o ạ i ٠
HỢP KIM VÀ GIA CÒNG
BIẾN DẠNG DẺO
‫ا‬6 ‫د‬Trạng th ái ấ

kim loại san khi g ia co n g b iên d ạ n g dẻo

'IVong các công nghệ g‫؛‬a cổng bien dạng deo (như rèn, dập, cán ٠
..) sau kh‫؛‬
b‫ﺣﺈ‬n dạng deo, kim loại bị bien cứng, hoá bền, mạng tĩnh thổ bị xô lộch, nội ứng suất
tầng, kim loại ở trạng thá‫ ؛‬khổng cân bàng \’à lubn có xu hưtmg trở về trạng thái cân
bằng ban dẩu bằng cách tạo ra các hạt пк'уі déu trục làm tảng độ dẻo, giảm độ cứng.
Đổ là quá trinh kct tinh lại (K ll;), quá trinh này xảy ra rất chậm ở nhiệt độ thường.
Khi nung qUa trinh này xảy ra nhanh horn.
^uá trinh kct tinh lại xảy ra trong ha‫ ؛‬trưcmg h(.rp:
1'rong cOng nghộ gia cr)ng nguội (nhiệt độ khi gia cOng nhỏ hơn nhiẹt độ kết
tinlì lại cùa k‫؛‬m loại), ví dụ như cán nguội, dập nguội..., đổ cO sự kết tínlì lại, người ta
phải ủ kim loại da qua gia cOng. Ngưc;c lại trong cỏng nghệ gia cOng nOng (nhiột độ
khi gia cOng Ιί^η hơn nhiệt độ kết linli lại cUa kim loại), ví dụ như khi cán nóng, rèn
ndng ... Ihì sự kếl tinh lại da xảy ra ngay klii biCn dạng và sau klii biến dạng.
‫ر‬

1 6 2 . Các g ia i đoạn ch n y ên b iến k h i n u n g n ó n g
Khi nung kim loại dà qua gia cdng nguội se có các quá trinh sau xảy ra:
u .Ilổ i phiic
Hồi phục xảy ra ở nhiệt độ tha'p ((),! ‫ ب‬0,2'1١
‫ك‬mà 'ị\ la nhiộl độ chảy của kim
lo‫؛‬.i‫ )؛‬dản den kct quả la giảm sai lẹch lìtạng (cl١
ủ y^u la sai lệch diổm, dặc biệt la nUt

tr(١ng)١giảm mật độ lệch và ứng suât bên trong. 'luy nhiCn tổ cliức tế vi chưa tliay dổi.
h. Kết tinh lại (fcrij) lần thứnlìấí: kh‫ ؛‬nung nóng kim loại tcri nliiệt độ lớn hơn
nhỉột độ xác định (gqi la nhiệt độ кй linh !á‫)؛‬, trong m‫؛‬mg tinh thổ xO lộch cO quá
trinh liình thànl١các hạt ni(١i (kliOng cổ các sai lệch do bíCn dạng dCo gây ra) theo cơ
chố lạo mầm va phát trỉổn mần) như quá trìnli kết linh từ trạng thái lOng sang trạng
thái dặc, do dỏ mọi tínli chất dưqc phục hổi: d() bổn, độ cứng gỉảm mạnh‫ ؛‬độ dẻo, độ
dai lăng mạnh.
* Nhiệt độ ma tại đổ xuất hiện nhữỉtg mầm kốl tinl) lại dầu tiCn go‫ ؛‬la nhiột độ
кй linli !ại ('Γκη.). Vậy mu(‫؟‬n pliục hồi tínlt dCo phải nung kim loai da qua gia cOng
ngu()i d(١
'n nhiệt độ 1(УП І1(УП nhíột độ kết linh lại. Nhiệt độ kết tinh lại phụ thuộc nhiẹt

23


độ chay của chúiig, có llic xác dinh theo cong thức: d١
Kí٦= a. 'ĩ< (tínli theo ‫؛‬K).
١
'l'٢
ong
dó a !à hộ số phụ th٧()c vào độ sạclt cùa k‫إ‬nl l()ạl và thưí^ng a = (0,4 6,() ‫ب‬
).
c. Kết linh lai lản ihử liai.
Sau klii kết linh lại lần thứ nhất١nếu liếp lục nâng nhiột độ hay keo dài th(١
٢
i
gian giữ nhiệt thi se có q l٢
ình các hạt h^n ''.nuớl'' các h٤
.it nhO bên cạnh làm hạt to
thêm, dó là quá trinh kết tinh lạ‫! ؛‬án thứ hai. Quá trinh này xảy ra là tít nliiCn vl hạt

lớn cổ nảng lư(.٢
ng thấp h(^ hạt nhỏ. ‫)؛‬ây là quá trinh có hại, cần tránh vl làm giảm
tinh chật co học cùa vật liệu.

L6.a B iên d ạ n g n o n g
a. Khai nìệm ٠.
Bien dạng nóng l.à biCn dạng dCo kim loạỉ ở nhiệt độ Idrn lion nliỉột độ kết tinh
lại. Như vậy dồng thí^ vcíi quá trinh biCn dạng dẻo còn xảy ra quá trlu-li kết linh lại:
hiện iưọng biín cứng có thổ bị khử bỏ hồn tồn.
h. Các quá trinh xảy ra:
Quá trlnli biCn dạng dẻo làm xờ lệch mạng tinh thể nen kim lot.ii bị bien cứng
và hoá bổn. ‫ )ﻵل‬biCn dạng thực hiện (١nhiệt độ lOn hon nhiệt độ kết tinh lại nen ngay
lập tức xảy ra quá trinh kết linh lại. KCt linh lại làm mât xồ lẹch mạng, gây giảm bổn,
gỉảm độ cứng: các hiệu quả do bien dgng deo gây ra bị kl)ử bb.
Khác với biCn dạng nguội, khi bien dạng nOng kim loạ‫ ؛‬khbng bị bien cứng:
các khuyCt tật xảy ra kbi dUc như rỗ XĨP) rỗ klií sẽ n٦ất di, làm clio co tínlì tảng đổng
thcri lạo ra lổ chức thdr, s(.٢
i. llỉện iư(.^ng này cần chU ý khi dUng ihCp dể chế tạo các chi
tiết máy.

CÂU HỎI ÔN TẬP
1٠ Tinh thểktin loạ‫ ؛‬la gì và dặc trUng co bdn cita cấu lạo linli tliểktin loại ?
2. Sự hiến dổi íhiì lììnli ciìa kim loai là gi? Cho ví dụ.
3. Sự kết tinh của kitn loai là

٤
١
‫ل‬/'‫ا‬

quá trinh kết tinh nhưihé nào?

4 ٠ Phan biệt sự klidc nliau g‫؛‬i~ía độ bển. gìới hạn clidy. gìcVì hạn ddn hổi ctia
kiin loa?'‫؛‬
‫و‬. riiencio gọi tó độ cig ỈỈỈÌ, ỈỈRC, ỉỉ\/ và plìọm vi ỉSửdụtii^ chinvC?
ớ.
24

Kim loại có nhilìig iíìih cơỉìg tìghệ nao ') Cho ví dụ.