Khoa Học Vật Liệu Cơ Khí Câu 1: Định nghĩa, đặc điểm, cách xây dựng, tính chất mạng tinh thể lý tưởng kim loại? a Định nghĩa: Mạng tinh thể lý tưởng mô hình không gian mô tả quy luật hình học xếp nguyên tử (chất điểm) vật thể tinh thể b Đặc điểm: - Tính vô hạn: Không bị hạn chế kích thước, bao hàm không gian vô tận - Tính tuần hoàn: Nếu qua hai chất điểm mạng vẽ đường thẳng tất chất điểm nằm đoạn đề cách đoạn giống tính lặp lại cách chu kỳ chất điểm theo phương không gian - Số xếp: Mỗi chất điểm điều bao quanh số lượng chất điểm gần với khoảng cách - Ô bản: Toàn thể mạng xem tạo thành từ khôi đơn giản, giống mà cách xếp chất điểm khối xem đại diện chung cho toàn mạng c Cách xây dựng: - Trong không gian dựng hệ tọa độ Oxyz có gốc O, góc α, β, Ɣ (α góc oy oz, β góc ox oz, Ɣ góc oy ox) + Trong không gian dựng hệ tọa độ Oxyz có gốc O, góc: α góc hợp (oy oz), β góc hợp (ox oz), γ góc hợp (ox oy) uuu r r uuur r uuur r + Lần lượt đặt cùng gốc O ba véc tơ OA = a, OB = b, OC = c lên trục tọa độ ox,oy,oz + Xây dựng khối hộp mặt gốc O trùng với gốc trục tọa độ r r r + Ba cạnh | a |, | b |, | c | + Ba góc: α, β, γ + Gắn nguyên tử (chất điểm) vào ô - Cách xây dựng ô bản: + Thể tích ô chứa nguyên tử gọi ô đơn giản + Thể tích ô chứa nguyên tử gọi ô phức tạp - Giả thiết có vô số ô giống ta xếp ô cùng loại nằm xít theo qui luật định tạo nên mạng tinh thể không gian d Các quy định chung mạng tinh thể: - Vị trí nguyên tử chiếm chỗ gọi nút mạng - Đường thẳng nối tâm hai nguyên tử gọi phương mạng - Mặt phẳng qua tâm ba nguyên tử không thẳng hàng gọi mặt mạng - Khoảng cách hai nguyên tử gần theo phương gọi chu kỳ dịch chuyển (hay thông số mạng) theo phương Đơn vị Angtrong, ký hiệu A° (1 A° =10−8 cm) e Tính chất: - Tính dị hướng tinh thể + Tính dị hướng tinh thể thay đổi tính chất phụ thuộc vào phương tinh thể + Nguyên nhân xếp có trật tự nguyên tử không gian theo phương không giống (khoảng cách nguyên tử khác nhau) nên ảnh hưởng đến tính chất lý hóa tinh thể khác tiến hành đo theo phương khác + Ví dụ: Tinh thể đồng thử bền theo phương trị số bền dao động từ 140 -350 MN/m - Tính thù hình: + Nhiều chất rắn chỉ tồn với cấu trúc mạng tinh thể mà tồn với nhiều cấu trúc mạng khác điều kiện nhiệt độ áp suất định + Những cấu trúc mạng khác cùng chất rắn gọi dạng thù hình + Sự thay đổi từ dạng thù hình sang dạng thù hình khác gọi chuyển biến thù hình + Các dạng thù hình thường ký hiệu chữ hy lạp: α, β, γ, δ, ε… + Thông thường dạng thù hình tồn nhiệt độ bình thường nhiệt độ thấp ký hiệu α còn nhiệt độ cao β, γ, δ, ε… + Ví dụ: C tồn dạng thù hình: Kim cương (lp phức tạp), Kim cương cứng không dẫn điện Graphit kiểu mạng lục giác xếp lớp, graphit mềm tăng khả bôi trơn giảm ma sát dẫn điện Câu 2: Khảo sát mạng lập phương thể tâm (tâm khối-A2, K8) a Vẽ ô Tính thông số: Góc, cạnh, số nguyên tử n - Ô sở hình lập phương có chiều dài cạnh a - Vị trí nguyên tử ô sở góc có nguyên tử nằm tâm khối sở - Số nguyên tử (n) thuộc khối sở là: nguyên tử - Bán kính nguyên tử: × r = a × 2a => r = a b Số phối vị: - Định nghĩa: số hạt gần xung quanh hạt Đối với tinh thể ion số ion cùng dấu bao quanh ion trái dấu gần - Mỗi nguyên tử mạng bao quanh nguyên tử cách gần nên số xếp (số phối vị) có ký hiệu K8 - Ta thấy toàn thể tích mạng điền kín nguyên tử theo phương khác bố trí nguyên tử khác Theo phương đường chéo nguyên tử xít nhau, theo phương cạnh khối nguyên tử không xít c Mật độ xếp chặt: * Mật độ xếp chặt mặt (M s): Là tỷ số diện tích tất nguyên tử vùng chọn trước chia cho diện tích vùng ns: số lượng nguyên tử tính diện tích S của mặt tinh thể đã cho Đối với mạng lập phương thể tâm mặặ̣t chứa hai đường chéo khối mặt chặt nhất, nên ta xét mặt : * Mật độ xếp chặt toàn mạng (Mv): Là tỷ số thể tích tất nguyên tử ô sở thể tích ô sở V Công thức: => d Lỗ hổng: Lỗ hổng mặt lỗ hổng mặt * Lỗ hổng khối mặt: - Vị trí tâm lỗ hổng điểm cạnh tâm mặt khối sở, lỗ hổng bao bọc nguyên tử tạo thành khối mặt - Kích thước lỗ hổng xác định đường kính tối đa hình cầu nằm lọt lỗ hổng - Số lượng lỗ hổng: - Đường kính lỗ hổng : *Lỗ hổng khối mặt: (d đường kính nguyên tử kim loại) Lỗ hổng mặt Lỗ hổng mặt Câu 3: Khảo sát mạng lp tâm mặt (diện tâm-A1, K12) a Vẽ ô Tính thông số: Góc, cạnh, số nguyên tử n - Ô sở hình lập phương với số mạng a - Vị trí nguyên tử nằm đỉnh trung tâm mặt bên khối sở - Số nguyên tử thuộc khối sở tính sau: - Bán kính nguyên tử: × r = a => r = a b Số phối vị: - Định nghĩa: số hạt gần xung quanh hạt Đối với tinh thể ion số ion cùng dấu bao quanh ion trái dấu gần - Mỗi nguyên tử bao quanh 12 nguyên tử cách gần với khoảng cách có số xếp K=12 c Mật độ xếp chặt: * Mật độ xếp chặt mặt (M s): Là tỷ số diện tích tất nguyên tử vùng chọn trước chia cho diện tích vùng ns: số lượng nguyên tử tính diện tích S của mặt tinh thể đã cho - Các nguyên tử xếp xít mặt ABC hình Ta có công thức chung: * Mật độ xếp chặt toàn mạng (M v): Là tỷ số thể tích tất nguyên tử ô sở thể tích ô sở V Công thức: => d Lỗ hổng: Lỗ hổng mặt lỗ hổng mặt Lỗ hổng mặt Lỗ hổng mặt Câu 4: Khảo sát mạng lục giác xếp chặt (A3-S12) a Vẽ ô Tính thông số: Góc, cạnh, số nguyên tử n H1 Ô H2 Mặt xít chặt - Ô sở hình lăng trụ đứng sáu cạnh với số a c - Các nguyên tử nằm 12 góc khối, trung tâm hai mặt đáy trung tâm ba khối lăng trụ đứng tam giác cách - Số nguyên tử ô sở - Bán kính nguyên tử: b Số phối vị: - Định nghĩa: số hạt gần xung quanh hạt Đối với tinh thể ion số ion cùng dấu bao quanh ion trái dấu gần - Mỗi nguyên tử bao quanh 12 nguyên tử cách ngắn với khoảng cách đường kính nguyên tử a, nên số xếp K12 mà mạng lục giác nên gọi S12 c Mật độ xếp chặt ( mặt độ mặt mặt độ khối): * Mật độ xếp chặt mặt (M s): Là tỷ số diện tích tất nguyên tử vùng chọn trước chia cho diện tích vùng ns: số lượng nguyên tử tính diện tích S của mặt tinh thể đã cho * Mật độ xếp chặt toàn mạng (M v): Là tỷ số thể tích tất nguyên tử ô sở thể tích ô sở V Công thức: => d Lỗ hổng: Lỗ hổng mặt lỗ hổng mặt Lỗ hổng mặt khối ABCDFE Lỗ hổng mặt khối PKHQ Câu 5: Trình bày cấu tạo mạng tinh thể thực kim loại (đơn tinh thể, đa tinh thể) khuyết tật mạng tinh thể thực kim loại (khuyết tật điểm, khuyết tật đường) a Cấu trúc: * Đơn tinh thể: - Nếu khối kim loại đem dùng có mạng thống phương mạng không đổi toàn thể tích gọi đơn tinh thể - Đơn tinh thể mang tính dị hướng giống tính chất kl lý tưởng - Khi đơn tinh thể lớn lên không bị vật thể xung quanh hạn chế đơn tinh thể có hình dạng định đặc trưng cho kiểu mạng * Đa tinh thể: - Trong thực tế kim loại đem sử dụng dù có kích thước nhỏ cũng bao gồm nhiều tinh thể, cấu tạo gọi đa tinh thể - Khi quanh sát chỗ gãy vỡ kim loại ta thấy gồm vô số phần tử nhỏ tinh thể, tinh thể dược gọi hạt - Đặc tính đa tinh thể + Sự định hướng mạng tinh thể hạt ngẫu nhiên nên phương mạng hạt lệch góc đó, thường vài độ đến vài chục độ + Đa tinh thể có tính đẳng hướng giả, tức theo phương tính chất giống (trung bình công tính chất theo phương khác nhau) + Ở vùng biên giới hạt, nguyên tử chịu qui luật định hướng tất hạt xung quanh nên có xếp không trật tự, hay nói khác mạng tinh thể bị xô lệch - Qui luật hạt: Mỗi hạt tinh thể nên có tính dị hướng xong phương mạng hạt lệch khoảng cách trung bình thống kê nguyên tử theo tất phương thử làm cho tính dị hướng không còn * Siêu hạt: - Định nghĩa: Trong hạt phương mạng không tuyệt đối ổn định, hạt còn nhiều phận nhỏ mà phương mạng chúng lệch góc nhỏ phận gọi siêu hạt hay block - Tính Chất: Biên giới siêu hạt cũng có mạng tinh thể bị xô lệch mức độ thấp so với biên giới hạt - Quy định siêu hạt: Các phương mạng lệch góc nhỏ nên thường bỏ qua a Biến dạng theo đơn tinh thể theo chế trượt: - Mặt trượt: + Mạng tinh thể có vô số mặt phương tinh thể mặt phương cũng mặt phương trượt + Mặt trượt mặt có nguyên tử liên kết bền vững (khoảng cách ngắn nhất) đồng thời mối liên kết mặt trượt với phải nhỏ nhất, muốn khoảng cách hai mặt đối diện phải lớn Để thỏa mãn hai yêu cầu mặt trượt mặt có mật độ nguyên tử lớn (các nguyên tử nằm sát nhất) - Phương trượt: + Mạng lập phương thể tâm: có mặt trượt, mặt trượt có hai phương trượt + Mạng lập phương diện tâm: có mặt trượt, mặt trượt có ba phương trượt + Mạng lục giác xếp chặt: có mặt đáy mặt trượt, mặt đáy có ba phương trượt - Số hệ trượt ảnh hưởng đến hoạt động trượt: + Khả biến dạng dẻo kim loại sơ đánh giá theo số hệ trượt (số cách trượt) tức theo tích số mặt trượt với phương trượt + Ký hiệu hệ trượt: H + Nếu xét mặt trượt: H= (số mặt trượt x số phương trượt) Ví dụ: Mạng lập phương thể tâm H= 6x2=12 Mạng lập phương diện tâm H= 4x3 =12 Mạng lục giác H=1x3 = + Nhận xét: σ τ = × σ × sin 2ϕ × cos λ ≥ στ th ~ Hệ số trượt nhiều tính dẻo Pn cao Vai trò P ϕ ϕ - P = Fo × σ o σ o ứng suất pháp tác dụng lên tiết diện P τ ~ Khi có cùng hệ số loại mạng ngang mẫu F , P tiết diện tải trọng o có số phương trượt mặt trượt ϕ đơn tinh thể nhiều dẻo trượtPhương trượt - σ τ phụ thuộc nhiều vào định hướng mặt O P trượt với phương tải trọng (tức góc ϕ ) b Vai trò OK ứng suất trượt: + Khi ϕ = 0o hay ϕ = 90o dù tải trọng dặt vào lớn σ τ = trượt xảy + Các vị trí ϕ khác có giá trị σ τ tương ứng Vị o trí thuận lợi ϕ = 45o P λ F F c Cơ chế trượt: * Đối với đơn tinh thể hoàn thiện (lý tưởng) Hình: Sơ đồ trượt mạng tinh thể lý tưởng - Mô tả trình trượt mạng tinh thể lý tưởng + Các nguyên tử 1234 cách nguyên tử 1’2’3’4’ theo chiều đứng a chiều ngang b + Khi nguyên tử 1234 vị trí cân lực tác dụng lên từ nguyên tử xung quanh + Khi nguyên tử dịch chuyển khoảng x cân bị phá vỡ + Giả sử nguyên tử dịch chuyển khoảng xb/2 nguyên tử chịu lực hút chủ yếu 2’ + Khi x=b lực tác dụng lên nguyên tử 0, đến vị trí - Độ bền lý thuyết: b G 2π x G σ τ lt = × × sin Đơn giản a=b, x=b/4 σ τ lt = 2π a 2π b * Đối với đơn tinh thể chứa lệch (không hoàn thiện): - Quá trình trượt: Nếu có σ τ tác dụng lên mặt trượt cân bị phá vỡ Khi chỉ cần ứng suất có giá trị nhỏ bán mặt AB bắt đầu di chuyển đoạn nhỏ, tiến đến vị trí đối diện với nguyên tử hàng dưới, lúc bán mặt AB chuyển sang bán mặt A’B’ Quá trình trượt xảy với chuyển động bán mặt AB từ trái sang phải trượt kết thúc bán mặt AB chuyển tới bề mặt tinh thể tạo bậc thang - Độ bền thực tế: + Ứng suất gây trình trượt thực tế gọi độ trượt thực tế στ tt +Nếu a=b, μ=1/3 độ bền thực tế σ τ tt = 36 8.103 Câu 9: Nêu đặc điểm biến dạng dẻo đa tinh thể Trình bày phương pháp nâng cao độ bền kim loại σ b = f ( ϕ ) ? a Đặc điểm biếng dạng dẻo đa tinh thể so với đơn tinh thể không hoàn thiện: - Định nghĩa đa tinh thể: Đa tinh thể tập hợp nhiều hạt có phương mạng định hướng khác cách ngẫu nhiên, vùng biên giới có cấu tạo, tính chất khác vùng trung tâm - đặc điểm: + Các hạt đa tinh thể có biến dạng dư không đều, chúng có định hướng phương mạng khác nên tác dụng tải trọng hạt bị biến dạng khác Hạt có phương mạng định hướng thuận lợi trượt bị biến dạng trước với ứng suất tương đối bé ngược lại + Các hạt đa tinh thể không đứng độc lập mà gắn bó với biến dạng dẻo hạt có ảnh hưởng đến hạt bên cạnh bị chúng cản trở Các hạt đa tinh thể bị trượt theo nhiều hệ trượt khác đồng thời xảy quay mặt phương trượt + Vùng biên giới hạt đa tinh thể nguyên tử xếp không trật tự nên không hình thành mặt trượt phương trượt trượt khó phát triển Chính biên giới hạt yếu tố hãm lệch hiệu Khi lệch chuyển dịch đến gần biên giới bị dừng lại nên biên giới hạt tập trung mật độ lệch cao - Kết luận: + Ứng suất để sinh biến dạng dẻo đa tinh thể phải lớn nhiều ứng suất sinh biến dạng dẻo đơn tinh thể + Làm nhỏ hạt làm tăng độ bền mà còn làm tăng độ dẻo hạt kim loại nhỏ, số lượng hạt nhiều, biên giới hạt tăng làm cho tác dụng cảng trở lớn độ bền tăng + Khi số lượng hạt tăng hạt nhỏ dẫn đến số lượng hạt có phương mạng định hướng với trượt tăng lên, số hạt chịu biến dạng dẻo nhiều làm tổng biến dạng dư tăng lên + Các nguyên tố Fe, Mn, Cr, W, Mo, V, Zr, Nb, Ti… có khả kết hợp với cacbon thép để tạo cacbit, nguyên tố nằm nhóm chuyển tiếp hệ thống tuần hoàn hóa học Mendeleep + Các nguyên tố tạo thành cacbit thép có số điện tử tầng d so với số điện tử tầng d cùa Fe Theo quy định tầng d số điện tử 10 sắt chỉ có ( 3d ) Số điện tử tầng d thiếu khả tạo cacbit mạnh + Xếp theo thứ tự tạo cacbit : Ti ( 3d ) , Zr ( 4d ) ,V ( 3d ) ,Ta ( 5d ) , Nb ( 4d ) , W ( 5d ) ,Cr ( 3d ) ,Mn ( 3d ) , Mo ( 4d ) - Phân loại : + Cacbit kiểu mạng đơn giản : • Trừ Fe, Cr, Mn nguyên tố tạo thành cacbit thép có đường kính nguyên tử lớn thỏa mãn điều kiện dc < 0,59 d Me • Ví dụ : TiC, VC, WC, NbC, ZrC, W2C,Mo 2C • Mạng tinh thể đơn giản ứng với kiểu mạng lập phương hay lục giác • Có nhiệt độ nóng chảy cao ví dụ TiC có nhiệt độ nóng chảy 3200o C , WC khoảng 2600o C , VC khoảng 2750o C • Có độ cứng cao so với Xementit độ cứng cao lại dòn • Có nhiệt độ phân hủy cao, tính ổn định cao + Cacbit kiểu mạng phức tạp : • Các nguyên tố Cr, Mn có đường kính nguyên tử không lớn thỏa mãn điều kiện dc > 0,59 d Me • Ví dụ : Mn 3C,Cr7c3 ,Cr23C6 • Có mạng tinh thể phức tạp • Nhiệt độ nóng chảy không cao ví dụ nhiệt độ nóng chảy Mn 3C 1845o C , Cr7C3 1670o C thấp nhiều so với cacbit kiểu mạng đơn giản • Nhiệt độ phân hủy không cao, khả ổn định thấp • Pha cacbit kiểu mạng phức tạp thường cứng dòn + Xementit hợp kim : • Khi lượng chứa nguyên tố tạo cacbit yếu trung bình không cao, cỡ (1-2%) ví dụ Cr, W, Mo, Mn Thì nguyên tố khả tạo thành cacbit độc lập đã trình bày mà tạo thành Xementit hợp kim tương ứng với công thức ( Fe, Me ) C , nút mạng Fe Fe3C có nguyên tố hợp kim chiếm giữ • Tính chất : ∗ Trung gian cacbit Xementit có nghĩa khó phân hủy nung nóng Xementit ∗ Cấu trúc nguyên tử nguyên tố hợp kim khác sắt khả hòa tan chúng Xementit - Vai trò Cacbit Xementit : Cacbit Xementit hợp kim có tác dụng làm tăng độ cứng tính chống mài mòn thép Ngoài còn giúp cho thép tăng tính cứng nóng, giữ Ostenit nhỏ mịn nung nóng nhiệt độ cao Vì lượng cacbon lượng nguyên tố hợp kimtrong thép cần tính toán chặt chẽ cho tạo pha có ảnh hưởng lớn đến cơ, lý, hóa tính thép hợp kim Câu 22: Phân loại ký hiệu thép hợp kim(theo TCVN): a Phân loại: - Phân loại theo tổ chức tế vi - Phân loại theo nguyên tố hợp kim - Phân loại theo tổng lượng nguyên tố hợp kim - Phân loại theo công dụng * Phân loại theo tổ chức tế vi: - Phân loại trạng thái cân sau ủ: + Thép trước cùng tích: Ferit + Peclit + Thép cùng tích: Peclit + Thép sau cùng tích: Peclit + Cacbit thứ + Thép Ledeburit: Peclit + Cacbit thứ 2+ Ledeburit + Thép Ferit: pherit có cacbon, có nhiều hợp kim Cr, V + Thép Austenit: Loại có nhiều Mn , Ni Austenit - Phân loại theo thường hóa + Thép họ Peclit ~ Loại thép hợp kim thấp ~ Tính ổn định ɣ nguôi không lớn ~ Đường cong chữ C sát trục tung ~ Nguội không khí tĩnh làm ɣ phân hóa thành P + Thép họ Mactenxit ~ loại hợp kim trung bình cao ~ Tính ổn định ɣ nguôi lớn đến mức làm nguội kk tĩnh vẫn đạt tổ chức M ~ Thép còn gọi thep tự ~ Đường cong chữ C dịch chuyển mạnh sang bên phải trục tung + Thép họ Austenxit ~ Là loại hợp kim cao (Mn, Ni, Cr) ~ Điểm chuyển biến M nhỏ 0oC nên thường hóa vẫn tổ chức γ * Phân loại theo nguyên tố hợp kim - Thép có nguyên tố hợp kim chính: Cách dựa vào tên nguyên tố hợp kim để đặt tên cho thép Ví dụ: Thép Cr, thép Mn thép chỉ có nguyên Cr, Mn ⇒ Chúng thép hợp kim hoá đơn giản - Thép có hai hay nhiều nguyên tố hợp kim: thép hợp kim hoá phức tạp nhiều nguyên tố hợp kim Ví dụ: Thép Cr–Ni, thép Cr–Ni–Mo * Phân loại theo tổng lượng nguyên tố hợp kim - Thép hợp kim thấp + Loại có tổng lượng hợp kim < 2,5% + Thường gặp thép Peclit - Thép hợp kim trung bình + Loại có tổng lượng hợp kim từ (2,5 ÷ 10)% + Thường loại từ Peclit-Mactenxit - Thép hợp kim cao + Loại có tổng lượng hợp kim > 10 % + Thường loại Mactenxit hay Austenit * Phân loại theo công dụng - Thép hợp kim kết cấu + Là nhóm thép dùng để chế tạo chi tiết máy kết cấu kim loại + Yêu cầu chủ yếu chịu tải trọng lớn nên cần có độ bền cao, tính dẻo, dai tốt + Thường loại có C thấp trung bình, hàm lượng Hợp Kim cũng thấp - Thép hợp kim dụng cụ + Là nhóm thép dùng để chế tạo dụng cụ như: dao cắt, khuôn dập, dụng cụ đo + Yêu cầu chủ yếu độ cứng, tính chống mài mòn cao + Thường loại có C cao, hàm lượng HK từ thấp đến cao - Thép hợp kim đặc biệt + Là nhóm thép có tính chất vật lý hóa học đặc biệt như: chống ăn mòn cao, chịu nhiệt cao, giãn nỡ nhiệt cao + Thường loại có C thấp cao, hàm lượng HK cao b Ký hiệu thép hợp kim: - Tiêu chuẩn Việt Nam: xNTHKy Trong đó: + x: chỉ phần vạn nguyên tố C + NTHK: tên nguyên tố hợp kim + y: chỉ phần trăm nguyên tố hợp kim phía trước + Nếu 1% không cần ghi - Ví dụ: Thép 9Mn2: có 0,09 %C; 2%Mn Thép 70CrV: có 0,7 % C; 1%Cr; 1%V Câu 23, 24: Yêu cầu chung cho nhóm thép kết cấu Trình bày nhóm thép kết cấu? a Yêu cầu chung cho nhóm thép kết cấu: - Yêu cầu tính tổng hợp cao + Phải có giới hạn chảy cao: Khi giảm kích thước khối lượng chi tiết máy mà vẫn đảm bảo bền + Phải có độ dẻo độ dai tốt: Khi giới hạn chảy cao thông thường độ dẻo độ dai giảm dể sinh phá hủy giòn nên cần có độ dẻo độ dai cao + Phải có giới hạn mỏi cao: cần cho chi tiết làm việc tải trọng thay đổi + Phải có độ chống mài mòn cao: Vì có chi tiết làm việc bị mòn thiếu hụt kích thước không còn xài nữa, Nên có độ cứng cao - Yêu cầu tính công nghệ + Gia công áp lực tốt + Gia công cắt gọt, đúc, hàn tốt + Gia công nhiệt luyện tốt, dễ đạt độ cứng - Yêu cầu thành phần hóa học + Hàm lượng C: Trong giới hạn (0,1-0,6)%,cao không vượt 0,65% + Hạn chế thép kết cấu C: Độ thấm nhỏ(dưới 15mm).Do chỉ phù hợp cho chi tiết có kích thước nhỏ cần tính cao.Quá trình nhiệt luyện thép cacbon nước tốc độ tới hạn lớn dễ gây cong vênh,nứt nẻ + Hợp kim hóa thép kết cấu nhằm mục đích nâng cao giới hạn chảy.So với thép kết cấu cacbon,thép kết cấu hợp kim đắt có độ bền cao tính công nghệ đủ b Các nhóm thép kết cấu Thép bon Thép hóa tốt Thành phần hh - Là thép có hàm lượng C thấp (0,1-0,25)%C, cá biệt lên tới 0.3% - Yêu cầu độ cứng bề mặt cao lõi có độ dẻo, độ dai tốt - Độ cứng bề mặt (5963)HRC độ cứng lõi (3042)HRC Ví dụ mác thép CT3, 15X,20XH Mục đích Công dụng Thường dùng chế tạo chi tiết chịu tải trọng tĩnh va đập với bề mặt chịu mài mòn mạnh bánh răng, trục cam, chốt - Là thép có hàm lượng C trung bình (0,3-0,5)%C cá biệt lên tới 0.55% - Yêu cầu độ bền độ dai cao, Cơ tính tổng hợp cao - Cơ tính thép đạt nhờ phương pháp hóa nhiệt luyện nên gọi thép hóa tốt C45; 40Cr; 30CrMnSi; 40CrNi… Dùng chế tạo chi tiết có tải trọng tĩnh tải trọng va đập tương đối cao Thép đàn hồi (lò xo, nhíp) - Lượng cacbon (0,5-0,65)% tạo cho thép có tính đàn hồi cao - Nguyên tố hợp kim chủ yếu Mn, Si với lượng chứa 1-2% chúng nâng tính đàn hồi cho thép Thép ổ bi C65, C70, 60Mn, 70Mn… 20Cr2Ni4A, 9Cr18… - Là thép chịu tải trọng tĩnh va đập lớn - Là thép phải có tính đàn hồi cao, khả chống biến dạng dẻo lớn - Là thép chuyên dùng có độ bền mỏi tiếp xúc cao, khả chống mài mòn tốt - Thép hợp kim hoá (0,6 – 1,5)%Cr - Hàm lượng C cao 1% để đảm bảo có độ cứng tính hống mài mòn cao Câu 25: Yêu cầu chung cho nhóm thép làm dụng cụ cắt gọt Trình bày nhóm thép làm dao cắt có tốc độ cắt thấp? a Yêu cầu chung: - Yêu cầu tính + Thép làm dao cắt phải có độ cứng cao: Độ cứng thép làm dao khoảng (60-67)HRC + Tính chống mài mòn cao: Để đảm bảo tuổi thọ dao tính xác gia công + Tính cứng nóng cao: Nhằm trì độ cứng nhiệt độ cao + Phải có tính công nghệ tốt: Chịu dang gia công cắt gọt,áp lực,hàn,nhiệt luyện - Yêu cầu công nghệ + Dễ cứng tính thấm tốt + Có khả chịu gia công áp lực trạng thái nóng + Có khả khả hàn + Có độ bền uốn cao + Độ bền xoắn cao - Yêu cầu thành phần hh: + Thép làm dao cắt: Hàm lượng C lớn 0.7%C để thép có độ cứng tính chống mài mòn + Hợp kim cứng: Hàm lượng Cácbit thép hợp kim cao tới (15-30)% + Hợp kim hóa: ~ Các nguyên tố hợp kim hóa có tác dụng làm tăng độ thấm tôi,làm thép dễ cứng ~ Hợp kim hóa để làm tăng tính cứng nóng:Hợp kim hóa với hàm lượng thấp nguyên tố hợp kim cản trở đến trình ram,do nâng cao tính cứng nóng không đáng kể b Các nhóm thép làm dụng cụ cắt gọt tốc độ cắt thấp: Thép Cacbon dụng cụ Thép hợp kim thấp va Thép hợp kim TB Tốc độ cắt (5÷10) m/phút (5÷10) m/phút Thành phần hh Là loại thép cacbon có - Thép hợp kim thấp: có tổng lượng nguyên chất lượng cao tố hợp kim đưa vào < 2,5% chứa P S không - Thép hợp kim trung bình: có tổng lượng vượt 0,025% cho nguyên tố hợp kim đưa vào từ 2,5 - 10% nguyên tố - Độ thấm cao thép C dụng cụ hợp kim hóa Cr 1% nên tăng độ thấm tôi, Si 1% làm tăng độ cứng W làm tăng tính chống mài mòn Ví dụ mác thép CD70, CD80, CD130 X05,X,9XC,XB5… Chế độ nhiệt luyện Tôi Ram thấp Tôi Ram thấp kèm theo đưa vào thêm + Chế độ chung tổng Đc tổ chức: Máctenxit nguyên tố hợp kim Cr, Si W thể ram + xêmentit thứ II + Tổ chức nhận đc cuối kỳ Công dụng cụ thể Làm dao cắt nhỏ có Dùng làm dao tiện,dao cắt,đục,mũi suất thấp, khoan,taro,bàn ren,dao phay,các loại dao cắt có tay với hình dạng hình dạng phức tạp kích thước không lớn đơn giản như: dũa, khoan, cưa, ta rô, hàn ren, dao tiện, Câu 26: Yêu cầu chung cho thép làm dụng cụ cắt gọt Trình bày nhóm thép làm dao cắt có tốc độ cắt trung bình (thép gió)? a Yêu cầu chung: - Yêu cầu tính + Thép làm dao cắt phải có độ cứng cao: Độ cứng thép làm dao khoảng (60-67)HRC + Tính chống mài mòn cao: Để đảm bảo tuổi thọ dao tính xác gia công + Tính cứng nóng cao: Nhằm trì độ cứng nhiệt độ cao + Phải có tính công nghệ tốt: Chịu dang gia công cắt gọt,áp lực,hàn,nhiệt luyện - Yêu cầu công nghệ + Dễ cứng tính thấm tốt + Có khả chịu gia công áp lực trạng thái nóng + Có khả khả hàn + Có độ bền uốn cao + Độ bền xoắn cao - Yêu cầu thành phần hh: + Thép làm dao cắt: Hàm lượng C lớn 0.7%C để thép có độ cứng tính chống mài mòn + Hợp kim cứng: Hàm lượng Cácbit thép hợp kim cao tới (15-30)% + Hợp kim hóa: ~ Các nguyên tố hợp kim hóa có tác dụng làm tăng độ thấm tôi,làm thép dễ cứng ~ Hợp kim hóa để làm tăng tính cứng nóng:Hợp kim hóa với hàm lượng thấp nguyên tố hợp kim cản trở đến trình ram,do nâng cao tính cứng nóng không đáng kể b Thép gió: - Khả chịu nhiệt Tp hóa học: + Là loại thép làm dao cắt quan trọng nhất, thoả mãn tốt yêu cầu vật liệu làm dao + Thép gió ký hiệu chữ P, chữ số hàm lượng W tính %, mác thường dùng P9, P18… + Nguyên tố W quan trọng định tính cứng nóng thép - Tốc độ cắt trung bình: + So với thép C dụng cụ thép hợp kim thấp suất cao gấp (2-4) lần, tuổi thọ cao gấp (8÷10) lần,tính chống mài mòn cao + Tính cứng nóng đạt (560 ÷ 600)0C, Tốc độ cắt (25 ÷ 30) m/phút - Thép gió P18 P9: Hai số hiệu thép sử dụng phổ biến Do thành phần cacbon hợp kim hóa cao nên giản đồ trạng thái thép gió thuộc loại thép ledeburit (phân loại theo tổ chức tế vi) Thép gió loại thép Mactenxit (phân loại theo thường hóa) - Nhiệt luyện: Nhiệt luyện thép gió thường tôi+ram để định độ cứng, tính chống mài mòn đặc biệt tính cứng nóng theo yêu cầu + Tôi nguyên công định độ cứng thép gió với đặc điểm nhiệt độ cao (gần 1300 °C) với khoảng dao động hẹp (10 °C) + Ram thép gió nhằm làm ứng suất bên trong, khử bỏ austenit dư, tăng độ cứng (độ cứng tăng 2÷3 HRC, tượng gọi độ cứng thứ hai) Thép gió ram 2-4 lần 550C-570 °C lần vòng - Công dụng: Thép gió có ứng dụng chủ yếu chế tạo dụng cụ cắt gọt Theo phân loại thép dụng cụ, chúng xếp vào loại thép làm dao có suất cao Câu 27: Yêu cầu chung thép làm khuôn dập nóng Trình bày nhóm thép làm khuôn dập nóng phương pháp nhiệt luyện chúng? a Yêu cầu chung: - Yêu cầu tính: + Độ bền độ dai cao, độ cứng vừa phải để đảm bảo chịu tải trọng lớn va đập + Độ cứng (350 ÷ 450) HB để đảm bảo độ dai cao + Tính chịu nhiệt độ cao tiếp xúc với phôi nóng tới (500-7000C) + Phải có tính chống mõi nhiệt cao - Yêu cầu tính công nghệ: Phải đảm bảo độ thấm tôi,tính bền nóng,tính chống ram.Các nguyên tố hợp kim đem dung Cr,Ni,W… - Yêu cầu thành phần hóa học: Hàm lượng cacbon (0,4-0,6) 0 ,đôi nhỏ đến 0,3% hàm lượng nguyên tố hợp kim cần thiết để đảm bảo độ thấm tôi, tính bền nóng, tính chống ram Các nguyên tố hợp kim đem dùng Cr, Ni, W… b Phân loại: Đặc điểm Thép làm khuôn rèn Thép làm khuôn chồn, ép - Khuôn rèn có kích thước lớn, - Kích thước nhỏ khuôn Chịu tải trọng va đập lớn rèn, Chịu tải trọng va đập nhỏ - Bề mặt bị nung khoảng (500550)0C thời gian ngắn Thành phần hh + %C + Hợp kim đặc trưng - Hàm lượng C=(0.5-0.6)% - Để nâng cao độ thấm độ dai va đập thường Hợp kim hóa Cr,Ni - Hàm lượng C=(0.3-0.4)% để đảm bảo độ dai, tính dẫn nhiệt tốt - Hợp kim hóa Cr,W, Mo, V tổng lượng 10% Mác thép điển hình 50CrNiTi, 50CrNiSiW Chế độ nhiệt luyện Tôi (820-840)oC đạt độ cứng Tôi (1075-1125)oC ram (52-58)HRC ram nhiệt độ nhiệt độ (560-580)oC tạo tổ tùy thuộc vào kích khuôn chức Trusit ram với độ cứng (45-50) HRC 50CrNiSi, - Các mác thép thường dùng: 30Cr2W8V, 40Cr2W5Mo Câu 28: Phân loại hợp kim nhôm Trình bày hệ Al-Mn, Al-Mg? a Phân loại: Hợp kim nhôm chia làm loại: * Hợp kim nhôm thiêu kết :là loại hợp kim nhôm chế tạo từ nguyên liệu ban đầu bột sau ép thiêu kết * Hợp kim nhôm đúc:là chế tạo cách nấu chảy * Hợp kim nhôm biến dạng - Là hợp kim chế tạo cách nấu chảy - Hợp kim nhôm biến dạng phân thành loại + Ở bên trái điểm D hk Al biến dạng không hóa bền nhiệt luyện + Ở bên phải điểm D hk Al biến dạng hóa bền nhiệt luyện + Bên phải điểm C hợp kim nhôm đúc tổ chức chứa cùng tinh nên có tính đúc cao Lượng chứa nguyên tố hợp kim hợp kim nhôm đúc cao hợp kim nhôm biến dạng b.Hệ hợp kim Al-Mn Al-Mg * Hợp kim nhôm Al-Mn - Hàm lượng Mn[...]... gia công dùng nhiệt để làm thay đổi tính chất của thép và hợp kim nhờ thay đổi cấu trúc bên trong mà không làm thay đổi hình dáng kích thước hình học bên ngoài của chi tiết - Một thao tác nhiệt luyện gồm 3 giai đoạn: + Nung nóng AB + Giữ nhiệt BC + Làm nguội CD * Đặc điểm: - Nhiệt luyện không nung đến chảy lỏng mà luôn luôn ở trạng thái rắn - Khi nhiệt luyện thì hình dạng kích thước hầu như không... Ưu nhược điểm: Kỹ thuật chế tạo đơn tinh thể rất phức tạp đòi hỏi phải công nghệ cao, chi phí kinh tế lớn Các tinh thể dạng sợ thu được kích thước rất bé, chưa có khả năng làm được chi tiết bé nhất ~ Ứng dụng: Làm loại vật liệu kết hợp- một loại vật liệu dang phát triển + Tăng mật độ lệch (chế tạo các sợi đa tinh thể): ~ Công nghệ: Có thể dùng các phương pháp Hợp kim hóa, Biến dạng, Nhiệt luyện…... định hướng: + Giảm mật độ lệch (chế tạo các sợi đơn tinh thể): ~ Công nghệ: Nếu kim loại có cấu tạo mạng hoàn toàn lý tưởng, tức là không chứa lệch thì độ bền của nó rất cao, gàn đạt đến độ bền lý thuyết Hiện nay vật liệu học đã chế tạo được các đơn tinh thể siêu sạch ở đường kính cỡ micromet, có độ bền cao hơn độ bền của các tinh thể thông thường hang chục đến hang tram lần Ví dụ: Fe là 14000 N / mm... động học: * * * Câu 8: Trình bày biến dạng theo đơn tinh thể theo cơ chế trượt c Tính chất của dung dịch rắn: - Dung dịch rắn có kiểu mạng của tinh thể dung môi, nó vẫn giữ được các tính chất cơ bản của kim loại dung môi - Thành phần hóa học của dung dịch rắn thay đổi trong một phạm vi nhất định mà không làm thay đổi kiểu mạng (dung môi) - Mạng tinh thể của dung dịch rắn luôn bị xô lệch cho nên thông... gian thường gặp: * Hợp kim hóa học hóa trị thường: - Đây là pha có mạng tinh thể phức tạp khác hẳn với các nguyên tố thành phần, có thành phần hóa học hầu như cố định (tương ứng với một công thức hóa học và tuân theo qui tắ́c hóa trị) - Nó thường tạo thành giữa một nguyên tố có tính âm điện mạnh (á kim) và một nguyên tố có tính dương điện mạnh (kim loại) - Các hợp chất hóa học hóa trị thường trong các... nhỏ (chỉ vài thông số mạng) theo cả ba chiều đo, tức có dạng bao quanh một điểm - Nó bao gồm: nút trống và nguyên tử xen kẽ, nguyên tử tạp chất Nút trống và nguyên tử xen kẽ: - Trong mạng tinh thể các nguyên tử (ion) luôn luôn dao động quanh vị trí cân bằng của nó - Năng lượng dao động phụ thuộc rất nhiều vào nhiệt độ và phân bố không đều trên các nguyên tử, tại một thời điểm luôn có những nguyên... lớn Câu 17: Trình bày công nghệ thường hóa và công nghệ ram thép: a Công nghệ thường hóa: * Định nghĩa: - Thường hoá là nung nóng thép đến trạng thái hoàn toàn γ (Tn>A3 hoặc Am), giữ nhiệt rồi làm nguội trong không khí tĩnh để γ phân hoá thành P phân tán hay Xocbit có độ cứng tương đối thấp - Nhiệt độ thường hóa T = (A3 hay Am)+(20 ÷ 30)0C - So với ủ thường hoá kinh tế hơn do không phải làm nguội trong... hạn chảy cao thông thường độ dẻo độ dai giảm dể sinh ra phá hủy giòn nên cần có độ dẻo độ dai cao + Phải có về giới hạn mỏi cao: cần cho những chi tiết làm việc dưới tải trọng thay đổi + Phải có độ chống mài mòn cao: Vì có những chi tiết làm việc bị mòn thiếu hụt kích thước không còn xài được nữa, Nên có độ cứng cao - Yêu cầu về tính công nghệ + Gia công bằng áp lực tốt + Gia công bằng cắt gọt,... + Tính chống mài mòn cao: Để đảm bảo tuổi thọ của dao và tính chính xác gia công + Tính cứng nóng cao: Nhằm duy trì được độ cứng ở nhiệt độ cao + Phải có tính công nghệ tốt: Chịu được các dang gia công như cắt gọt,áp lực,hàn,nhiệt luyện - Yêu cầu về công nghệ + Dễ tôi cứng và tính thấm tôi tốt + Có khả năng chịu gia công áp lực ở trạng thái nóng + Có khả năng khả năng hàn được + Có độ bền uốn cao... + Tính chống mài mòn cao: Để đảm bảo tuổi thọ của dao và tính chính xác gia công + Tính cứng nóng cao: Nhằm duy trì được độ cứng ở nhiệt độ cao + Phải có tính công nghệ tốt: Chịu được các dang gia công như cắt gọt,áp lực,hàn,nhiệt luyện - Yêu cầu về công nghệ + Dễ tôi cứng và tính thấm tôi tốt + Có khả năng chịu gia công áp lực ở trạng thái nóng + Có khả năng khả năng hàn được + Có độ bền uốn cao