Đang tải... (xem toàn văn)
BÁO CÁO VẬT LIỆU HỌC 1 Cơ KhíNội dung bài báo cáo này là nói về vật liệu composite. Gồm các phần: Khái niệm vật liệu composite Phân loại vật liệu composite Ứng dụng vật liệu composite Câu hỏi ôn tập
Báo cáo vật liệu học GVHD: Nguyễn Văn Thức PHẦN 1: THẤM CACBON 1.1 Thấm Cacbon Là phương pháp hóa nhiệt luyện phổ biến nhất, dễ thực nhất, thường gặp nước ta nước công nghiệp 1.1.1 Định nghĩa-Mục đích-Yêu cầu: 1.1.1.1 Định nghĩa Thấm C phương pháp hóa nhiệt luyện làm bão hòa C bề mặt chi tiết chế tạo từ thép C thấp 1.1.1.2 Mục đích -Được thực cho chi tiết làm việc điều kiện bị mài mòn nhiều bề mặt cần có độ cứng cao để chống mài mòn, đồng thời chịu tải trọng lớn, va đập, uốn, xoắn cần lõi có độ dẻo dai cao 1.1.1.3 Yêu cầu -Nồng độ %C=0.8%-1.2% -Nồng độ %C giảm dần từ bề mặt vào lõi tránh tượng phân lớp Hình 5.9-Biểu đồ nồng độ %C -Lớp thấm không tạo nên lớp XeII Báo cáo vật liệu học GVHD: Nguyễn Văn Thức Hình 5.10-Lớp thấm 1.1.2 Các phương pháp thấm Cacbon 1.1.2.1 Thấm C thể rắn Chuẩn bị chất thấm C thể rắn: gồm có than gỗ (hạt 2-3 mm) + (10-15%) BaCO hay cho thêm dầu nặng Chuẩn bị hộp thấm: làm thép có chiều dày từ 5-8 (mm) chi tiết xếp a= (20-30) mm Hình 5.11-Thấm thể rắn - C + O2 → CO Nhiệt độ thấm =(880-900)oC t CO → C ht + CO2 Báo cáo vật liệu học GVHD: Nguyễn Văn Thức t BaCO3 → BaO + CO2 t CO2 + C → CO CO → C ht + CO2 ; t BaO + CO2 → BaCO3 - Chiều dày δ Tốc độ thấm: Vth= (0.1-0.12) mm/1h lớp thấm phụ thuộc vào kích thước chi tiết (chi tiết lớn chiều dày lớp thấm tăng) Thông thường: - Chi tiết kích thước bé: δ < Chi tiết có kích thước trung bình: - Chi tiết có kích thước lớn: 0.7 < δ < 1.2 1.2 < δ < 1.8 τ= - (mm) Thời gian thấm (mm) (mm) δ th Vth Sau đạt chiều dày lớp thấm lấy hộp khỏi lò, đậy kín để nguội tới nhiệt độ thường Ưu: -Đây phương pháp đơn giản, dễ thực hiện, nung lò điện nung lò đốt than Khuyết: - Chất lượng không cao không điều chỉnh nồng độ chất thấm trình thấm - 1.1.2.2 Điều kiện lao động nặng nhọc, bụi - Không trực tiếp sau thấm - Không khí hóa, tự động hóa Thấm Cacbon thể lỏng Báo cáo vật liệu học GVHD: Nguyễn Văn Thức Hình 5.12-Thấm C thể lỏng - Môi trường nung: muối nóng chảy 78% NaCl +22% BaCl2 - Nấu chảy lò muối +Lò muốn đốt ngoài: nguồn nhiệt cung cấp từ vỏ lò +Lò muối đốt trong: +Lò muối điện cực - Nhiệt độ thấm =840-860 oC Tốc độ thấm: Vth=(0.2-0.3) mm/ h giữ nhiệt Ưu điểm: -Năng suất cao nung lò muốn nóng chảy, tốc độ truyền nhiệt lớn -Chất lượng tốt điều chỉnh chất thấm dễ dàng -Có thể trực tiếp sau thấm -Có thể khí hóa, tự động hóa Khuyết: -Môi trường làm việc lò muối nóng chảy có nhiều khí độc hại -Thiết bị lò muối bị ăn mòn mạnh làm giảm tuổi thọ thiết bị -Không thể thấm cho chi tiết lớn -Sau thấm khó làm lớp SiC bám bề mặt 1.1.2.3 Thấm C thể khí Báo cáo vật liệu học GVHD: Nguyễn Văn Thức Hình 5.13-Thấm C thể khí - Dùng lò chuyên dùng hoạt động theo nguyên lý chất thấm khí Cacbuahyđrô t Cn H n → nC ht + nH - dùng thêm dầu hỏa tha cacbuahydro Nhiệt độ thấm: tthấm=(930-950)oC - Tốc độ thấm: Vth= (0.2-0.3) mm/1h giữ nhiệt Ưu: - Chất lượng tốt dễ dàng điều chỉnh nồng độ chất thấm - - Cho suất cao Điều kiện lao động tương đối Dễ khí hóa, dễ tự động hóa trực tiếp sau thấm Khuyết: - Có tượng tạo muội than bám vào bề mặt chi tiết (do nồng độ chất thấm cao) - Giá thành thiết bị mắc 1.1.2.4 Nhiệt luyện sau thấm C Sau thấm C bắt buộc phải tôi+ram thấp Tổ chức tế vi lớp thấm: Báo cáo vật liệu học GVHD: Nguyễn Văn Thức Hình 5.14-Tổ chức tế vi lớp thấm - Gồm lớp: - Lớp 1 δ = P + XeII + P + [ F + P ] 2 1 F+ P 2 có nồng độ C %C=0.4%C Nhiệt độ tôi: - Nếu ưu tiên bề mặt : không hoàn toàn (ttôi=AC1+(30-50)oC thép sau tích Nếu nung nóng chậm, lấy AC1=A1 - - Thì nhiệt độ (760-780) oC Nếu ưu tiên tính cho lõi: không hoàn toàn (ttôi=AC3+ (30-50)oC) Điều kiện bình thường Nếu nung nóng chậm lấy AC3=A3 nên nhiệt độ 860880oC Các phương pháp tôi: - Tôi lần +ram thấp (Thép C) Hình 5.15-Tôi lần+ram thấp Báo cáo vật liệu học GVHD: Nguyễn Văn Thức Lấy giới hạn 760o: ưu tiên cho bề mặt - Lấy giới hạn 880o: ưu tiên cho lõi - Tôi hai lần +ram thấp Hình 5.16-Tôi hai lầm +ram thấp - Tôi trực tiếp +ram thấp: áp dụng cho thép hạt bé Hình 5.17-Tôi trực tiếp +Ram thấp - Tôi cải tiến+tôi bề mặt+Ram thấp Báo cáo vật liệu học GVHD: Nguyễn Văn Thức Hình 5.18-Tôi cải tiến+Tôi bề mặt+Ram thấp 1.1.2.5 Thấm cacbon plasma Plasma trạng thái thứ tư vật chất (các trạng thái khác rắn, lỏng, khí) chất bị ion hóa mạnh Đại phậnphân tử hay nguyên tử lại hạt nhân; electron chuyển động tương đối tự hạt nhân Các tượng xảy plasma chuyển động phức tạp Trong nghiên cứu plasma, người ta xét khối plasma tĩnh, tức khối plasma có điện tích chuyển động toàn khối đứng yên Các ví dụ plasma dễ thấy mặt trời, sao, đèn huỳnh quang sét Sự thấm carbon cho thép bao gồm việc nhiệt luyện bề mặt kim loại sử dụng nguồn carbon thể rắn, lỏng, khí hay plasma Trước thấm carbon thực cách cho tiếp xúc trực tiếp than lên kim loại, kỹ thuật đại sử dụng loại khí plasma sinh carbon (ví dụ cacbonic hay metan) Quá trình phụ thuộc chủ yếu vào thành phần khí xung quanh nhiệt độ lò nung Các yếu tố cần giám sát cẩn thận nhiệt ảnh hưởng lên vi cấu trúc vật liệu Khi có yêu cầu kiểm soát thành phần khí, thấm carbon thực áp suất thấp buồng chân không Thấm carbon plasma ứng dụng ngày rộng rãi công nghiệp để cải thiện tính chất bề mặt số kim loại, thép không rỉ, thân thiện với môi trường (so với việc dùng chất khí hay chất lỏng) tác dụng cách đồng lên bề mặt có hình dạng phức tạp (plasma xuyên vào lỗ khe hẹp) Báo cáo vật liệu học GVHD: Nguyễn Văn Thức PHẦN CÂU HỎI Câu 1: Giới thiệu thành tựu cách mạng vật liệu đại Trong khoa học đại, vật liệu coi trụ cột lớn Thế kỷ 21, vật liệu với tính cao đa trở thành trọng tâm nghiên cứu khoa học, thước đo tiến khoa học kỹ thuật sức mạnh tổng hợp quốc gia Những điểm nóng vật liệu là: vật liệu nano (để chế tạo vật cực nhỏ), vật liệu siêu dẫn (cho phép dòng điện cường độ cực lớn chạy qua gần điện trở), vật liệu sinh học, vật liệu điện tử, vật liệu quang điện Vật liệu mang tính chiến lược nước coi trọng chủ yếu gồm loại: vật liệu chức cao, gốm sứ kỹ thuật cao vật liệu tổng hợp Trong tháng đầu năm nay, giá trị thương phẩm nhóm vật liệu giới vượt 220 tỉ đô-la Mỹ, tỷ lệ tăng trưởng bình quân trước 2008 10-15 % năm Các ngành công nghiệp như: lượng, môi trường, điện tử, xe hơi, hàng không vũ trụ, động cơ, khí, đồ điện, kiến trúc, hải dương, công nghiệp nhẹ lĩnh vực đòi hỏi nhiều vật liệu thay thế, phát triển vật liệu thay trở thành điểm nóng nhiềunước Vật liệu siêu dẫn nâng cao nhiều hiệu suất tận dụng lượng, tác động lớn tới hướng đầu tư xây dựng sở hạ tầng, ví dụ xe điện tốc độ cao (400-500 km/giờ) chạy đệm từ, mang lại mặt hoàn toàn mẻ cho ngành vận tải biển, đường sắt, sở hạ tầng Từ thập niên 80 kỷ trước đến nay, vật liệu sinh học phát triển 100 loại 1/3 bắt đầu thương mại hóa Ví dụ loại keo sinh học có độ dính cao công ty thuộc bang Maryland Mỹ chế tạo mà nguyên liệu lấy từ loại vi khuẩn hải dương, cho lên men sản xuất thành keo Loại keo dùng dán tàu thuyền, tàu vũ trụ, thiết bị chống ăn mòn trongyhọclâmsàng Trong thập niên 1980, nhà khoa học Mỹ Anh phát bụi than ống khói có mặt “than 60”, loại than cấu tạo gồm 60 phân tử thuộc kết cấu thứ ba với thành phần toàn than 100% khác với than chì kim cương Than 60 loại vật liệu kỳ lạ, trở thành nguyên tố để phát triển hàng vạn loại vật liệu Chẳng hạn thêm vào nguyên tố Bari, Stronti, Ytterbium Uranium vào kết cấu phân tử than 60, sản sinh loại vật liệu chưa có với tính siêu dẫn, siêu cứng, chống mòn, chống xạ, bán dẫn, chống nhiệt độ cao Báo cáo vật liệu học GVHD: Nguyễn Văn Thức Kể từ thập niên 90 kỷ 20, nước thu thành tựu đột phá lĩnh vực vật liệu nano, đưa việc phát triển vật liệu qua giai đoạn Dự kiến từ 5-10 năm tới xuất vật liệu cao dùng cho kỹ thuật nano, có độ cứng thép 11 lần cực nhẹ Việc phổ cập kỹ thuật thông tin viễn thông nhanh chóng đổi vật liệu điện tử Các nhà khoa học chế tạo vật liệu nhựa giá thành thấp thay silicon sản xuất mạch tích hợp Các nhà khoa học Mỹ châu Âu nghiên cứu chế tạo chíp vi xử lý vật liệu nhựa giá thành thấp nhiều có tốc độ chức xử lý tương đương chíp silicon Mới tập đoàn Philips (Hà Lan) sử dụng vật liệu nhựa làm chất bán dẫn sản xuất hình vi tính thay cho silicon Phương pháp không đòi hỏi nhiều công đoạn, không yêu cầu nghiêm khắc môi trường nên việc sản xuất đơn giản loại mạch tích hợp silicon, khiến cho công nghệ thích hợp cho việc sản xuất hình rộng lớn Giá thành ưu lớn chíp mạch vật liệu nhựa Hiện chi phí đầu tư cho nhà máy sản xuất chíp mạch bán dẫn silicon lên tới tỉ đô-la Mỹ nên giá thành vi mạch lên tới đô-la sử dụng vật Các chuyên gia vật liệu bán dẫn hữu cho sản phẩm điện tử vật liệu nhựa tất yếu trở thành thị trường đầy hứa hẹn cho tương lai CÂU 2: Composite cốt sợi a.Composite polyme - sợi thủy tinh Là loại sản xuất với khối lượng nhiều chúng rẻ, nhẹ, có độ bền riêng cao gắn kết tốt hai pha - cốt, với hai loại cốt sợi liên tục gián đoạn Loại phổ biến polyeste - sợi thủy tinh, tiếp đến nylon - sợi thủy tinh Tuy nhiên loại có nhược điểm không đủ độ cứng vững số trường hợp yêu cầu (như làm kết cấu máy bay, cầu ), nhiệt độ làm việc thấp, 200oC (trên polyme bị chảy hủy hoại) Hiện composite polyme - sợi thủy tinh dùng ngày nhiều phương tiện vận tải đặc biệt vỏ (thân) xe hơi, tàu biển, ống dẫn, container chứa hàng, lát sàn công nghiệp Đặc biệt công nghiệp ôtô có sức cạnh tranh cao nhờ giảm khối lượng tiêu hao nhiên liệu b Composite polyme - sợi khác Composite polyme - sợi cacbon có môđun đàn hồi riêng cao hơn, tính chịu nhiệt độ bền hóa học cao đắt có loại sợi gián đoạn Loại composite có sức cạnh tranh lớn máy bay giảm nhẹ khối lượng (giảm 20 - 30% so với dùng kim loại) 10 Báo cáo vật liệu học GVHD: Nguyễn Văn Thức Composite epoxy - sợi bo dùng máy bay lên thẳng (làm cánh rôto), loại polyme - sợi aramit bắt đầu dùng hàng không, tàu biển đồ dùng thể thao c Composite kim loại - sợi Trong loại kim loại là: nhôm, đồng (phổ biến nhất), magiê, titan với cốt sợi: cacbon, bo, cacbit silic, dây kim loại Tỷ lệ thể tích sợi khoảng 20 - 50% Một composite có triển vọng loại nhôm - sợi bo có phủ cacbit silic để làm chậm phản ứng không mong muốn nhôm bo Composite kim loại có nhiệt độ làm việc cao polyme Chịu nhiệt độ cao loại hợp kim sở Ni Co với cốt sợi dây vonfram dùng tuabin d Composite cacbon - cacbo Trong loại tất cacbon: cốt sợi cacbon bao quanh hạt (tinh thể) cacbon nhiệt phân phân hóa tạo thành trạng thái nóng sợi cacbon Nền cacbon tạo thành nguyên lý dùng để chế tạo sợi cacbon: cacbon hóa chất hữu nhiệt độ cao (trong chất lỏng áp suất trung bình cao, chất khí áp suất nhỏ áp suất khí quyển), điều kiện tinh thể grafit hình thành phát triển e Composite cốt sợi pha Đây loại composite người ta dùng hai (hay nhiều hơn) loại sợi nền, có kết hợp tính chất tốt loại có loại cốt sợi Trong loại phổ biến dùng hai loại cốt sợi cacbon thủy tinh polyme (trong sợi cacbon bền, cứng vững, nhẹ song đắt sợi thủy tinh) Khi composite sợi pha bị ứng suất kéo, phá hủy xảy không tức thời: sợi cacbon bị đứt trước sau tải trọng truyền sang sợi thủy tinh, cuối composite bị phá hủy hoàn toàn bị hỏng tải trọng tác dụng vào Câu 3: Công nghệ chế tạo composite sợi thủy tinh Mô tả cốt composite “thủy tinh – nhựa” 11 Báo cáo vật liệu học GVHD: Nguyễn Văn Thức - Cốt composite “thủy tinh – nhựa” có dạng đường kính từ – 20 mm, chiều dài (có thể lại thành cuộn) với bề mặt xung quanh tiết diện có gân xoắn ốc Cốt composite chế tạo từ sợi thủy tinh, kết dính polymer dạng nhựa epoxy - Flintkote FG4 la lưới sợi thủy tinh dùng để gia cố cho hệ thống lớp phủ asphalt, matit nhựa đường, nhũ tương nhựa đường chống thấm - Không độc hại Mức độ ảnh hưởng đến người môi trường, xếp vào nhóm nguy hiểm thứ (ít nguy hiểm) theo Tiêu chuẩn Nga ГОСТ 12.1.07 - Được sử dụng xây dựng dân dụng công nghiệp, xây dựng công trình giao thông, cấu kiện bê tông dự ứng lực, thay cốt thép truyền thống Cốt composite “thủy tinh – polymer” cho cấu kiện bê tông có hàng loạt ưu điểm so với cốt thép truyền thống - Cường độ kéo đứt cao gấp lần cốt thép mác A-III - Cốt composite không bị ăn mòn, kể môi trường kiềm bê tông - Cốt composite bền axit - Cốt composite làm từ vật liệu nghịch từ không dẫn diện, cho phép sử dụng cho công trình bệnh viện, sân bay, trạm radar công trình quân - Độ dẫn nhiệt thấp Độ dẫn nhiệt cốt composite thấp 100 lần so với thép - Không hấp thụ sóng điện từ - Cốt composite không đánh tính chất nhiệt độ thấp, khác với xu hướng gia tăng độ giòn cốt thép giảm nhiệt độ - Hệ số giãn nở nhiệt cốt composite bê tông tương đương nhau, tránh nứt vỡ nhiệt độ làm việc thay đổi - Nhẹ thép khoảng lần, nhẹ khoảng lần thay lượng cốt thép tương đương cường độ, cho phép giảm đáng kể khối lượng công việc tiến hành công tác bê tông, cốt thép - Có thể sử dụng cốt composite với chiều dài - Độ bền kéo hệ thống lớp chống thấm cải thiện lớn giúp tăng khả chống nứt lên hệ thống lưới gia cố va đảm bảo thời gian sử dụng lâu dài cho hệ thống chống thấm - Chi phí vận chuyển bốc dỡ thấp - Dự đoán độ bền không 80 năm 12 Báo cáo vật liệu học GVHD: Nguyễn Văn Thức 13 [...]... thủy tinh, rồi cuối cùng composite bị phá hủy hoàn toàn khi nền bị hỏng do tải trọng tác dụng vào Câu 3: Công nghệ chế tạo composite sợi thủy tinh Mô tả về cốt composite “thủy tinh – nhựa” 11 Báo cáo vật liệu học 1 GVHD: Nguyễn Văn Thức - Cốt composite “thủy tinh – nhựa” có dạng thanh đường kính từ 4 – 20 mm, chiều dài bất kì (có thể cuốn lại thành từng cuộn) với bề mặt xung quanh tiết diện của thanh... cứ hệ thống nào không có lưới gia cố va do vậy đảm bảo thời gian sử dụng lâu dài cho hệ thống chống thấm - Chi phí vận chuyển và bốc dỡ thấp - Dự đoán độ bền không ít hơn 80 năm 12 Báo cáo vật liệu học 1 GVHD: Nguyễn Văn Thức 13 .. .Báo cáo vật liệu học 1 GVHD: Nguyễn Văn Thức Composite epoxy - sợi bo được dùng trong máy bay lên thẳng (làm cánh rôto), còn loại polyme - sợi aramit bắt đầu được dùng trong hàng không, tàu biển và đồ dùng thể thao... bị ăn mòn, kể cả trong môi trường kiềm của bê tông - Cốt composite bền trong axit - Cốt composite làm từ vật liệu nghịch từ và không dẫn diện, cho phép sử dụng cho các công trình bệnh viện, sân bay, trạm radar và các công trình quân sự - Độ dẫn nhiệt thấp Độ dẫn nhiệt của cốt composite thấp hơn 10 0 lần so với thép - Không hấp thụ sóng điện từ - Cốt composite không đánh mất các tính chất của mình ở... trên nguyên lý như dùng để chế tạo sợi cacbon: cacbon hóa một chất hữu cơ ở nhiệt độ cao (trong chất lỏng ở áp suất trung bình và cao, còn trong chất khí ở áp suất nhỏ hơn áp suất khí quyển), trong các điều kiện như thế các tinh thể grafit sẽ hình thành và phát triển e Composite cốt sợi pha Đây là loại composite trong đó người ta dùng hai (hay nhiều hơn) loại sợi trong cùng một nền, có sự kết hợp các... nền hợp kim trên cơ sở Ni hoặc Co với cốt sợi là dây vonfram dùng trong tuabin d Composite cacbon - cacbo Trong loại này tất cả đều bằng cacbon: cốt là sợi cacbon còn nền bao quanh là các hạt (tinh thể) cacbon nhiệt phân được phân hóa và tạo thành ở trạng thái nóng trên sợi cacbon Nền cacbon được tạo thành cũng trên nguyên lý như dùng để chế tạo sợi cacbon: cacbon hóa một chất hữu cơ ở nhiệt độ cao... phủ asphalt, matit nhựa đường, nhũ tương nhựa đường và chống thấm - Không độc hại Mức độ ảnh hưởng đến con người và môi trường, được xếp vào nhóm nguy hiểm thứ 4 (ít nguy hiểm) theo Tiêu chuẩn Nga ГОСТ 12 .1. 07 - Được sử dụng trong xây dựng dân dụng và công nghiệp, xây dựng công trình giao thông, và trong các cấu kiện bê tông dự ứng lực, thay thế cốt thép truyền thống Cốt composite “thủy tinh – polymer”... giảm nhiệt độ - Hệ số giãn nở nhiệt của cốt composite và bê tông tương đương nhau, do đó tránh được nứt vỡ khi nhiệt độ làm việc thay đổi - Nhẹ hơn thép khoảng 5 lần, nhẹ hơn khoảng 9 lần khi thay thế 1 lượng cốt thép tương đương về cường độ, do đó cho phép giảm đáng kể khối lượng công việc khi tiến hành công tác bê tông, cốt thép - Có thể sử dụng cốt composite với chiều dài bất kì - Độ bền kéo của .. .Báo cáo vật liệu học GVHD: Nguyễn Văn Thức Hình 5 .10 -Lớp thấm 1. 1.2 Các phương pháp thấm Cacbon 1. 1.2 .1 Thấm C thể rắn Chuẩn bị chất thấm C thể rắn: gồm có than gỗ (hạt 2-3 mm) + (10 -1 5 %)... nóng vật liệu là: vật liệu nano (để chế tạo vật cực nhỏ), vật liệu siêu dẫn (cho phép dòng điện cường độ cực lớn chạy qua gần điện trở), vật liệu sinh học, vật liệu điện tử, vật liệu quang điện Vật. .. lỗ khe hẹp) Báo cáo vật liệu học GVHD: Nguyễn Văn Thức PHẦN CÂU HỎI Câu 1: Giới thiệu thành tựu cách mạng vật liệu đại Trong khoa học đại, vật liệu coi trụ cột lớn Thế kỷ 21, vật liệu với tính