BỘ CƠNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP TP.HỒ CHÍ MINH SỔ GIÁO ÁN LÝ THUYẾT Môn học: Vật liệu khí Lớp : CDCK16KSTH Khoá : …… Họ tên giáo viên : Phạm Thanh Tuấn Đơn vị : Khoa công nghệ (CSTH) Năm học: HK(I) 2015 - 2016 Quyển số: GIÁO ÁN SỐ: Thời gian thực hiện: 4T Tên chương: Chương 1: CẤU TRÚC TINH THỂ VÀ CƠ TÍNH Thực ngày tháng năm TÊN BÀI: CẤU TRÚC TINH THỂ VÀ CƠ TÍNH MỤC TIÊU CỦA BÀI: Sau học xong người học có khả (kiến thức, kỹ năng, thái độ): - Cấu trúc và liên kết nguyên tử - Mạng tinh thể - Mạng tinh thể điển hình - Sai lệch mạng - Cấu trúc tinh thể của vật liệu ĐỒ DÙNG VÀ TRANG THIẾT BỊ DẠY HỌC: Giáo trình môn học Bảng, bút Máy chiếu PROJECTOR TIẾN TRÌNH LÊN LỚP Thời gian:2p + Kiểm tra sỹ số: (Thời gian:3phút) Tổng số: .Có mặt: Vắng mặt + Tên học sinh vắng: Lý I ỔN ĐỊNH LỚP HỌC: II THỰC HIỆN BÀI HỌC: TT NỘI DUNG HOẠT ĐỘNG DẠY HỌC HOẠT ĐỘNG HOẠT ĐỘNG CỦA GIÁO VIÊN CỦA HỌC SINH Dẫn nhập Diễn giảng – (Gợi mở, trao đổi phương pháp đới thoại học, tạo tâm tích cực người học ) Cấu trúc mạng tinh thể của vật liệu khá đa dạng mỗi loại có thông số khác nên tính chất cũng khác Giảng (Đề cương giảng) I) Cấu trúc và liên kết nguyên tử Vật liệu kỹ thuật môn khoa học sử dụng thành tựu khoa học hoá học, vật lý, hoá lý nhiều ngành khoa học khác để nghiên cứu đội tượng vật liệu rắn - Mơn học nghiên cứu cấu trúc, tính chất vật liệu kim loại mối quan hệ Diễn giảng – đối thoại PHƯƠNG PHÁP THỜI GIAN Trực quan hình Thuyết ảnh ,bảng, giáo trình trình– trao đổi – phân tích 2p Trực quan hình Thuyết ảnh ,bảng, giáo trình trình– trao đổi – phân tích 166p cấu trúc tính chất từ đề phương pháp chế tạo sử dụng thích hợp Vật liệu kỹ thuật môn khoa học sử dụng thành tựu khoa học hoá học, vật lý, hoá lý nhiều ngành khoa học khác để nghiên cứu đội tượng vật liệu rắn - Môn học nghiên cứu cấu trúc, tính chất vật liệu kim loại mối quan hệ cấu trúc tính chất từ đề phương pháp chế tạo sử dụng thích hợp II) Mạng tinh thể 1) Các khái niệm về mạng tinh thể -Mạng tinh thể - Là mạng không gian tạo nên ion, nguyên tử xếp theo quy luật chặt chẽ, tạo thành dạng hình học định - Ơ bản ( sở) - Mạng tinh thể gồm vô số ô nhỏ xếp liên ba chiều không gian Các ô nhỏ gọi sở (ơ bản) + Ô sở phần nhỏ đặc trưng đầy đủ cho tính chất mạng tinh thể - Mặt tinh thể Mạng tinh thể gồm mặt song song cách mặt tinh thể Dùng kí hiệu (hkl) để biểu diễn mặt tinh thể, hkl số nguyên - Phương tinh thể + Mật độ theo phương: - Là mức độ xít chặt nguyên tử theo phương định Phương có khoảng cách nguyên tử nhỏ phương có mật độ lớn - Thông số mạng tinh thể + Là đại lượng đánh giá mức độ xếp xít chặt chất điểm kiểu mạng Bao gồm: mật độ theo phương, mật độ mặt mật độ khối + Từ thơng số mạng tính khoảng cách mạng; + Thông số mạng xác định theo kích thước cạnh ô sở; + Đơn vị đo Ăng-strôn (Å) 1Å = 10-8 cm Là mức độ xít chặt nguyên tử theo mặt tính theo cơng thức sau: Trong đó: Ms – mật độ mặt; ns – số nguyên tử thuộc diện tích S mặt; r – bán kính nguyên tử; S – diện tích mặt tinh thể - Mật độ nguyên tử mạng tinh thể mức độ xít chặt nguyên tử sở tính theo cơng thức sau: III) Mạng tinh thể điển hình Các kiểu mạng tinh thể thường gặp kim loại - Có tất 14 kiểu mạng tinh thể khác thuộc hệ - Kim loại nguyên chất thường tồn kiểu mạng chính: + Lập phương thể tâm; + Lập phương diện tâm; + Lục giác xếp chặt 1) Lập phương thể tâm - Các kim loại có kiểu mạng là: Feα, Cr, W, Mo,…; - Số nguyên tử ô sở n = 8.1/8 +1 = 2; - Số xếp mạng K = 8; - Mật độ khối Mv = 68%; - a ≈ 2,87.10-7mm 2) Lập phương diện tâm - Các kim loại có kiểu mạng là: Feγ, Cu, Ni… ; - Số nguyên tử ô sở n = 8.1/8 + 6.1/2 = 4; - Số xếp mạng K = 12 (số nguyên tử cách gần nguyên tử bất kỳ); - Mật độ mặt (111) Ms = 91%, mật độ khối Mv = 74%; - a ≈ 3,64.10-7mm 3) Lục giác xếp chặt - Các kim loại có kiểu mạng là: Zn, Mg, Cd, Cr, Mo,…; - Số nguyên tử ô sở n = 12.1/6 +2.1/2 + = 6; - Số xếp mạng K = 12; - Mật độ khối Mv = 74%; - a ≈ 3,2.10-7mm; c ≈ 5,2.107 mm IV) Sai lệch mạng 1) Sai lệch điểm - Là loại khuyết tật mà kích thước chúng nhỏ theo chiều không gian, dạng khuyết tật điểm bao gồm: + Nút trống; + Nguyên tử xen kẽ; + Nguyên tử lạ thay thế; + Nguyên tử lạ xen kẽ + Nút trống: vị trí thiếu nguyên tử, dao động nhiệt gây ra; + Nguyên tử xen kẽ: chất điểm nhảy khỏi vị trí cân bằng, nằm vị trí mạng tạo nên xen kẽ hay gọi sai chỗ; + Nguyên tử lạ thay thế: Trong mạng tinh thể có lẫn nguyên tử khác thường gọi tạp chất Do kích thước nguyên tử kim loại ngun tử tạp chất khác nên có sơ lệch cục quanh vị trí nó, tạo nên khuyết tật điểm; + Nguyên tử lạ xen kẽ: ngun tử lạ nằm vị trí mạng tạo nên xen kẽ 2) Sai lệch đường Là dạng khuyết tật có khích thước phát triển dài theo hướng định, bao gồm: + Lệch biên; + Lệch xoắn; + Lệch hỗn hợp - Ảnh hưởng đến khả biến dạng chống biến dạng kim loại; - Chúng tạo thành kết tinh trình biến dạng dẻo; - Mật độ lệch xác định sau: l ∑ ρ= V Trong đó: Σl – tổng chiều dài đường lệch (cm); V – thể tích kim loại (cm ) - Mật độ lệch phụ thuộc vào trạng thái kim loại, phương pháp gia công chế tạo trạng thái ủ mật độ lệch thấp ρ = 104 – 106 cm-2, trạng thái biến dạng cao mật độ lệch đạt ρ = 1012 – 1013 cm3) Sai lệch mặt - Là loại khuyết tật có kích thước phát triển theo hai chiều, bao gồm: + Biên giới hạt; + Biên giới pha; + Khuyết tật xếp song tinh V)Cấu trúc tinh thể của vật liệu 1) Tính thù hình của kim loại - Có nhiều kim loại có đặc tính là: khoảng nhiệt độ áp suất khác có kiểu mạng tinh thể khác – tính thù hình VD: Fe + Ở nhiệt độ 9100C gọi Feα - mạng A2; + Từ 1392 – 15390C gọi Feδ dung dịch rắn khơng hồ tan; + Từ 910 – 13920C gọi Feγ mạng A1 - Khi chuyển biến thù hình tính chất cơ, lý, vật liệu thay đổi đột ngột Thay đổi thể tích: - Khi nung nóng đến 910 C có chuyển biến từ Feα - mạng A2 (Mv = 64%) sang Feγ - mạng A1 (Mv = 74%) thể tích kim loại bị giảm làm nguội ngược lại Thay đổi tính chất: Cacbon có dạng thù hình Graphit Kim cương có tính chất khác Graphit – A3 vật liệu mềm, Kim cương vật liệu cứng Chế tạo Kim cương từ Graphit: nén Graphit áp suất 100.000 at nhiệt độ 20000C 2) Đơn tinh thể + Khái niệm: Một vật tinh thể có mạng thống phương tinh thể khơng đổi tồn thể tích gọi đơn tinh thể.(có thể coi đơn tinh thể mạng tinh thể đồng hình học) - Đặc điểm: + Kim loại đơn tinh thể có độ nguyên chất cao, sai lệch mạng nhất; + Có thể tồn đơn tinh thể tự nhiên, để có đơn tinh thể kim loại người ta phải nuôi; + Chủ yếu sử dụng công nghiệp bán dẫn vật liệu điện; + Có tính dị hướng (là khác tính chất cơ, lý, hố theo phương khác nhau), theo hướng khác độ xếp chặt nguyên tử khác 3) Đa tinh thể + Khái niệm: Tập hợp vô số hạt tinh thể liên kết với gọi đa tinh thể Mỗi hạt tinh thể gồm nhiều tinh thể nhỏ có cấu trúc mạng với định hướng khác mang tính ngẫu nhiên - Đặc điểm: + Sự định hướng hạt tinh thể ngẫu nhiên nên phương mạng hạt lệch góc từ vài độ đến c.tính chất: gang cầu có độ bền kéo cao nhất gang δ= 5%->15% d.công dụng: - làm việc điều kiện chịu kéo - làm việc điều kiện chịu va đập -có hình dáng sản phẩm phức tạp 3.Gang dẻo: a.ký hiệu: ký hiệu GZ kèm theo hai chữ số chỉ độ bền kéo và khả dãn dài tương đối VD :GZ45-5 �bk≤45KG/mm², δ= 5% b.định ngĩa : là loại gang grapit đó grapit hình thành là cụm và hoa tuyết b.cách chế tạo : đúc sản phẩm là gang trắng hoàn toàn sau đó đem ủ grapit hóa để tách C khỏi Fe₃C c.tính chất: gang dẻo có độ bền kéo tương đối cao thấp gang cầu cao các loại gang khác d.công dụng: - làm việc điều kiện chịu kéo -có hình dáng sản phẩm phức tạp - tiết diện vật đúc mỏng III Thép Cacbon , thép hợp kim 1.thép cácbon : là hợp kim FeC đó thành phần C đó %C < 2,14% thường dùng %C < 1,4% ngoài điều kiện luyện kim còn có các chât Mn,Si, P,S Trong mọi loại thép Mn< 0.8%,Si< 0.4%,Si< 0.05%,S< 0.05% 2.thép hợp kim : là loại thép mà ngoài các nguyên tố thông thường còn cho thêm vào các nguyên tố hợp kim làm tăng tính chất của thép theo ý muốn IV Thép cán nóng thông dụng : là loại thép thường dùng ngành xây dựng : cầu, nhà, khung, tháp có chất lượng luyện kim thường có hàm lượng P,S> 0,04% V Thép kết cấu Là loại thép thường dùng cho các chi tiết máy hay những công trình xây đựng đặc biệt có chất lượng luyện kim cao có hàm lượng P,S < 0,04% VI Thép dụng cụ Là loại thép thường dùng cho các loại dụng cụ ngành khí P,S < 0,04% VII Thép hợp kim đặc biệt -Thép có công dụng riêng là những thép hay dùng cho một công việc nào đó hoặc một sản phẩm nhất định : thép ổ lăn, thép đường ray, dây thép các loại … -Thép có tính chất đặc biệt là các loại thép có tính chất cơ, lý, hóa đặc biệt : thép không rỉ, thép chịu nhiệt độ cao, thép có hệ số giẵn nở nhiệt đặc biệt, thép chịu mài mòn cao thường lượng hợp kim cao (>13%) với lượng C rất thấp hoặc rất cao Củng cố kiến thức kết thúc Diễn giảng – Trực quan hình Thuyết 5p đối thoại - Đặc tính bản của gang - Các loại gang - Thép các bon thép hợp kim - Thép cán nóng thông dụng - Thép kết cấu - Thép dụng cụ - Thép hợp kim đặc biệt Hướng dẫn tự học giao nhiệm vụ nhà Nêu ưu nhược điểm của thép hợp kim đặc biệt cho ví dụ và ứng dụng cụ thể Nguồn tài liệu tham khảo Rút kinh nghiệm ảnh ,bảng, giáo trình trình– trao đổi – phân tích TRƯỞNG KHOA /TRƯỞNG TỔ MÔN Ngày tháng năm GIÁO VIÊN GIÁO ÁN SỐ: 2p Thời gian thực hiện:6T Tên chương: Chương 4: KIM LOẠI VÀ HỢP KIM MÀU Thực ngày tháng năm TÊN BÀI: KIM LOẠI VÀ HỢP KIM MÀU MỤC TIÊU CỦA BÀI: Sau học xong người học có khả (kiến thức, kỹ năng, thái độ): - Đồng và hợp kim - Nhôm và hợp kim - Một số hợp kim điển hình ĐỒ DÙNG VÀ TRANG THIẾT BỊ DẠY HỌC: Giáo trình môn học Bảng, bút Máy chiếu PROJECTOR TIẾN TRÌNH LÊN LỚP Thời gian:2x2p + Kiểm tra sỹ số: (Thời gian:2x3phút) Tổng số: .Có mặt: Vắng mặt + Tên học sinh vắng: .Lý I ỔN ĐỊNH LỚP HỌC: II THỰC HIỆN BÀI HỌC: TT NỘI DUNG HOẠT ĐỘNG DẠY HỌC HOẠT ĐỘNG HOẠT ĐỘNG CỦA GIÁO VIÊN CỦA HỌC SINH Dẫn nhập Diễn giảng – (Gợi mở, trao đổi phương pháp đới thoại học, tạo tâm tích cực người học ) Bài học này sẽ giúp người học nhận biết sự khác về hợp kim đồng, nhôm với kim loại nguyên chất, sự vượt trội của một số hợp kim điển hình Giảng (Đề cương giảng) I) Đồng và hợp kim 1) Định nghĩa Đồng là kim loại cố một dạng thù hình có mạng lập phương tâm mặt có thông số mạng a=3,6A° Tính chất của nó sau: -có khối lượng riêng γ =8,94g/cm² -tính dẫn nhiệt dẫn điện khá cao -tính chống ăn mòn tốt -nhiệt độ chảy tương đối cao 1083°C -có độ bền thấp 16KG/mm² độ cứng HB= 40 tăng mạnh biến dạng nguội 45KG/mm² Diễn giảng – đối thoại PHƯƠNG PHÁP THỜI GIAN Trực quan hình Thuyết ảnh ,bảng, giáo trình trình– trao đổi – phân tích 2p Trực quan hình Thuyết ảnh ,bảng, giáo trình trình– trao đổi – phân tích 251p HB=125 có độ cứng không cao đồng có khả chống mài mòn tốt -dễ rát mỏng, kéo sợi tính gia công cắt gọt kém 2) Phân loại a.la tông: là hợp kim của đồng mà thành phần là Cu và Zn còn gọi là đồng thau (đồng vàng) Ngoài thành phần còn có Pb, Sn, Ni -la tông được ký hiệu là chữ L sau đó là chữ ký hiệu các nguyên tố hóa học - la tông đơn giản: thành phần chỉ có Cu và Zn độ bền phụ thuộc hàm lượng Cu và Zn Vd: LCu90Zn10 chỉ hàm lượng Cu là 90% và Zn là 10% - la tông phức tạp: ngoài Cu và Zn còn có các nguyên tố Pb, Zn, Al, Ni Vd: LcuZn29Sn1 - Babit thiếc: là hợp kim của Cu với nguyên tố chính là Sn Có độ bền cao, tính dẻo tốt, chống ăn mòn tốt thường dùng BcuSn10Pb1 - Babit chì là hợp kim của Cu với nguyên tố chính là Pb Có độ bền cao, tính dẻo tốt, chống ăn mòn tốt thường dùng BcuPb10 - Hợp kim nhôm là hợp kim của Cu với nguyên tố chính là Sn Có độ bền cao, tính dẻo tốt, chống ăn mòn tốt thường dùng BcuAl10Pb1 II) Nhôm và hợp kim 1) Nhôm nguyên chất -Nhôm là kim loại chỉ có một dạng thù hình cấu tạo là kiểu mạng lập phương tâm mặt a=4,04A° -có khối lượng riêng γ =2,7g/cm² -nhiệt độ chảy thấp 657°C -có độ bền thấp 60KG/mm² độ cứng HB= 25,δ =40% -tính chống ăn mòn cao vì có lớp Al₂O₃ xít chặt bảo vệ -tính dẫn điện và dẫn nhiệt tốt đặc biệt hệ số dãn nở 2) Định nghĩa hợp kim nhôm -Đura: là loại hợp kim biến dạng điển hình được đung rộng dãi kỹ thuật hành không + Thành phần: là hợp kim chủ yếu của Al,Cu10%Si còn thêm các nguyên tố Mg, Mn, Cu, Zn Vd: AlSi6MgMnCu7 dùng chế tạo mặt bích, xilanh, pittong, li hợp 3) Giản đồ trạng thái và tính chất III) Một số hợp kim điển hình 1) Dura là loại hợp kim biến dạng điển hình được đung rộng dãi kỹ thuật hành không + Thành phần: là hợp kim chủ yếu của Al,Cu