Tài liệu giáo trình vật liệu cơ khí, chương 1 docx

Chương 1: CẤU TẠO KIM LOẠI VÀ HP KIM
I. KIM LOẠI:
1.
Đònh nghóa:
Kim loại là một vật thể sáng, dẻo có thể rèn được, có tính dẫn
nhiệt, dẫn điện cao.
2.
Các tính chất của kim loại:
a,
Cơ tính:
* Độ bền được đo bằng giới hạn bền.
+Giới hạn bền kéo
б
b
+Giới hạn bền nén б
bn
+Giới hạn bền uốn б
bu
+Giới hạn bền chảy б
c
+Giới hạn bền mỏi б
-1.
+Giới hạn bền đàn hồi б
dh
.
*Độ cứng:
+Độ cứng Brinen (HB)
+Độ cứng Rốcven (HRA, HRB, HRC)
+Độ cứng VicKe (HV)
*Độ dẻo:
Xác đònh độ dãn dài tương đối

δ(%) và độ thắt tương đối ψ(%).
*Độ dai:
Xác đònh băng độ dài vập a
k
.
b.
Lý tính:
*Các tính chất điện từ là tính chất không có gì có thể thay thế
được kim loại, được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp điện,
ngoài ra còn có tính chòu nhiệt cao, tính giãn nở vì nhiệt.
c.
Hóa tính:
*Kim loại thường tác dụng mạnh với các kim loại như (oxy, clo).
Hiện tượng bò rỉ gọi là ăn mòn kim loại, một số kim loại có tính
ổn đònh rất cao trong khí quyển, axit, bazơ là các kim loại q.
d. Tính công nghệ:
Có khả năng chòu các dạng gia công khác nhau: Đúc, dập, gia
công cắt, hàn, nhiệt luyện…
3.
Cấu tạo tinh thể của kim loại:
a. Mạng tinh thể lý tưởng:
*Mạng tinh thể: Là mô hình không gian
mô tả qui luật hình học của sự sắp xếp các
chất điểm trong vật tinh thể.
*Mạng tinh thể gồm các mặt đi qua các chất
điểm, các mặt này luôn song song cách đều
nhau gọi là mặt tinh thể.
*Mạng tinh thể bao gồm các hình khối đơn giản
giống nhau và xếp liên tiếp chúng theo 3 chiều
đo thì có lại mạng tinh thể. Khối đó gọi là khối

cơ bản.
a.
Mạng lập phương thể tâm:
-Các nguyên tử, nằm giữa tâm và đỉnh của
hình lập phương.
-Các nguyên tử nằm ở đường chéo mặt hình
lập phương cách rời nhau còn các nguyên tử
nằm theo đường chéo khối hình lập phương
thì sát nhau hơn.
Đặc trưng cho các kiểu mạng này là Fe
α
,
Cr, W, Mo…
b. Mạng lập phương diện tâm:
a
a
a
-Các nguyên tử nằm ở đỉnh và giữa tâm các mặt hình lập
phương.
-Theo các cạnh và theo các đường chéo khối hình lập phương
các nguyên tử nằm cách rời nhau còn theo đường chéo mặt các
nguyên tử nằm sát nhau hơn.
-Đặc trưng các kiểu mạng này là Fe
γ
, Cu, Ni, Al, Pb…
c.
Mạng lục giác xếp chặt:
-12 nguyên tử nằm ở các đỉnh, 2 nguyên tử
nằm ở giữa 2 mặt đáy, 3 nguyên tử nằm ở
trung tâm khối lăng trụ.

-Các nguyên tử nằm ở đáy dưới xếp sát
nhau, 3 nguyên tử nằm ở giữa xếp vào khe
lõm mặt đáy, tiếp theo là các nguyên tử mặt
đáy trên xếp vào khe lõm của lớp giữa
nhưng trùng vào vò trí đáy
Các kim loại đặc trưng cho kiểu mạng này
là Be, Mg, Ti
α
, Co
α
…
d. Mạng chính phương thể tâm:
-Giống như khối lập phương thể tâm kéo dài
theo chiều cạnh của khối
b. mạng tinh thể thực:
Trên thực tế mạng nguyên tử kim loại luôn luôn có khuyết tật
và sai lệnh.
-Sai lệnh điểm: là sai lệch kích thước nhỏ theo 3 chiều không
gian.
+Các nguyên tử bứt khỏi vò trí cân bằng đi vào khoảng
giữa các nút mạng.
+Các nguyên tử tạp chất chiếm vò trí nút mạng.
-Sai lệch đường: là sai lệch mạngcó kích thước nhỏ theo 2 chiều
đo và lớn theo 1 chiều đo còn lại.
a
c
c
a
+Sai lệch biên .
+Sai lệch xoắn.

+Sai lệch hỗn hợp.
-Sai lệch mặt: Là sai lệch mạng có kích thước nhỏ theo 1 chiều
đo và lớn theo 2 chiều đo còn lại. Những sai lệch mặt có thể là
mặt phẳng hoặt mặt cong.
II.
HP KIM:
1.
Đònh nghóa:
Hợp kim là sản phẩm của sự nấu chảy hai hay nhiều nguyên tố
kim loại hoặc á kim để được vật liệu mới có tính chất kim loại.
2.
Cấu tạo tinh thể của hợp kim:
Câu tạo hợp kim có thể là dung dòch đặc, hợp chất hóa học, hỗn
hợp cơ học.
a.
Dung dòch đặc:
Nguyên tử của các nguyên tố thành phần
có kích thước gần giống nhau, khi kết
tinh các hợp kim này tạo thành mạng tinh
thể trong đó có nguyên tử của các
nguyên tố thành phần.
*Người ta phân biệt 2 loại dung dòch đặc.
-Dung dòch đặc thay thế: Nguyên tử A
đẩy một số nguyên tử B ra khỏi nút mạng tinh thể và thay vào vò
trí ấy
+Ví dụ: Nguyên tử Ni đẩy một số nguyên tử Cu
ra khỏi nút mạng và thay thế vào vò trí ấy.
-Dung dòch đặc xen kẽ: Nguyên tử các nguyên tố
hòa tan nằm giữa xen kẽ vào các lỗ hỏng giữa
các nút mạng tinh thể của các kim loại cơ bản.

+Ví dụ: Nguyên tử Bo, C, O
2
nằm xen kẽ vào lỗ hỏng giữa các
nút mạng tinh thể của nguyên tố kim loại cơ bản.

Ni
Cu

Ni
b. Hợp chất hóa học:
-Nguyên tử các nguyên tố khác nhau tác dụng hóa học với nhau,
theo tỷ lệ chính xác giữa các nguyên tử có kiểu mạng xác đònh
và thành phần hóa học xác đònh biểu diễn bằng một công thức
hóa học xác đònh.
-Đặc điểm chung có độ cứng, độ giòn cao do mạng tinh thể của
nó phức tạp hơn mạng tinh thể kim loại.
c.
Hỗn hợp cơ học:
-Hợp kim có cấu tạo là hỗn hợp cơ học khi nguyên tử của các
nguyên tố thành phần khác nhau về kích thước, mạng tinh thể.
-Các nguyên tử của mỗi nguyên tố sẽ tụ tập lại thành những hạt
riêng rẽ phân biệt rõ rệt được trên tổ chức tế vi, còn dung dòch
đặc thì không phân biệt được.
3.
Phân biệt kim loại và hợp kim:
Kim loại Hợp kim
-Có độ bền và độ cứng thấp.
-Tính dẻo cao, dễ biến dạng
dẻo, tính đúc, gia công cắt
kém.

-Chế tạo khó.
-Có độ bền và độ cứng cao hơn.
-Có tính đúc tốt, gia công cắt cao, có
khả năng hóa bền bằng nhiệt luyện.
-Chế tạo dễ.
4. Phân tích cấu tạo của kim loại và vật liệu phi kim loại:
*Người ta chia vật rắn thành 2 nhóm lớn.
-Vật rắn tinh thể: Chất điểm sắp xếp theo một quy luật hình học
nhất đònh.
-Vật rắn vô đònh hình: Chất điểm sắp xếp hỗn loạn.
Kim loại Phi kim loại
-Có cấu tạo tinh thể: Chất điểm
sắp xếp theo một quy luật hình
-Có cấu tạo vô đònh hình chất điểm
sắp xếp hỗn loạn.