Giáo trình môn Vật liệu cơ khí

TRƯỜNG CAO ĐẲNG CỘNG ĐỒNG KON TUM
GIÁO TRÌNH
MÔN HỌC: VẬT LIỆU CƠ KHÍ 
NGHỀ: HÀN
TRÌNH ĐỘ TRUNG CẤP NGHỀ
Kon Tum - Năm 2018
MỤC LỤC
 MÔN HỌC VẬT LIỆU CƠ KHÍ
Mã số của môn học: MH09
Thời gian của môn học: 45 giờ; (Lý thuyết: 25 giờ; Thực hành: 13 giờ; kiểm tra: 7 giờ)
I. VỊ TRÍ, TÍNH CHẤT CỦA MÔN HỌC:
Vị trí: Môn học được bố trí trước các môn học chung và các mô đun đào tạo nghề.
Tính chất: Là môn học lý thuyết cơ sở bắt buộc.
II. MỤC TIÊU MÔN HỌC:
Trình bày đầy đủ các ký hiệu và thành phần hoá học của các loại vật liệu: Thép các bon, thép hợp kim, gang, kim loại và hợp kim màu.
Giải thích đúng các ký hiệu vật liệu ghi trên bản vẽ chi tiết.
Lựa chọn đúng phương pháp và khoảng nhiệt độ nhiệt luyện cho các loại vật liệu khác nhau.
Lựa chọn và sử dụng được các thiết bị để đo cơ tính vật liệu.
Chọn đúng vật liệu cho kết cấu khi biết yêu cầu sử dụng chúng trong thực tế.
Có ý thức tự giác, tính kỷ luật cao, tinh thần trách nhiệm trong công việc, sẵn sàng hợp tác, giúp đỡ lẫn nhau.
Tham gia học tập đầy đủ.
III. NỘI DUNG MÔN HỌC:
1. Nội dung tổng quát và phân bố thời gian:
Số
TT
Tên chương mục
Thời gian
Tổng số
Lý thuyết
Bài tập thực hành
Kiểm tra* (LT hoặc TH)
I
Mở đầu.
1
1
0
0
II
Lý thuyết về hợp kim.
5
3
2
0
Khái niệm về hợp kim.
1
1
0
0
Cấu trúc tinh thể của hợp kim.
4
2
2
0
III
Gang.
7
4
2
1
Khái niệm về gang..
1
1
0
0
Các loại gang.
6
3
2
1
IV
Thép.
10
6
4
0
Thép các bon.
5
3
2
0
Thép hợp kim.
5
3
2
0
V
Kim loại màu và hợp kim màu.
7
4
2
1
Nhôm và hợp kim nhôm.
3
2
1
0
Đồng và hợp kim đồng.
3
1
1
1
Hợp kim làm ổ trượt.
1
1
0
0
VI
Nhiệt luyện và hóa nhiệt luyện.
6
4
2
0
Nhiệt luyện.
3
2
1
0
Hóa nhiệt luyện.
3
2
1
0
VII
Vật liệu phi kim loại.
5
3
1
1
Polyme, Cao su, Chất dẻo.
3
2
1
0
Dầu mỡ bôi trơn.
2
1
0
1
VIII
Kiểm tra kết thúc
4
4
Cộng
45
25
13
7
* Ghi chú: Thời gian kiểm tra lý thuyết được tính vào giờ lý thuyết, kiểm tra thực hành được tính vào giờ thực hành.
BÀI MỞ ĐẦU 
	Vật liệu cơ khí là một môn học có rất nhiều thông tin về lý thuyết và mang tính ứng dụng thực tiễn rất cao. Qua nhiều năm giảng dạy môn học này, nhất là hiện nay để đáp ứng với yêu cầu đào tạo của xã hội cũng như của nhà trường, nếu không có tài liệu riêng cho học viên hệ trung cấp sẽ gặp khó khăn khi tiếp thu bài giảng trên lớp dẫn đến mục đích của môn học khó đạt yêu cầu, vì thế nhất thiết cần phải có giáo trình cho môn học này.
Chúng ta đang xây dựng cơ sở vật chất và kỹ thuật của chủ nghĩa xã hội, trong đó công nghiệp cơ khí là then chốt. Đất nước ta giàu khoáng sản kim loại, có dủ điều kiện xây dựng cơ sở công nghiệp vật liệu kim loại vững mạnh đảm bảo cơ sở nguyên liệu cho công nghiệp cơ khí, giao thông vận tải và ngành khác của nền kinh tế quốc dân. Trong công nghiệp cơ khí, việc áp dụng nhiệt luyện một cách rộng rãi với chất lượng ngày một tốt sẽ bảo đảm các sản phẩm cơ khí sử dụng được lâu bền.
Ngày nay, ngành công nghiệp vật liệu phát triển mạnh mẽ với nhiều loại vật liệu khác nhau như : Gỗ , thuỷ tinh , chất dẻo, vật liệu compozit, vật liệu Nanô... Với các tính năng ngày càng tốt và sản lượng ngày càng cao , nhưng vẫn không thay thế hoàn toàn được cho kim loại và hợp kim. Do đó , bên cạnh việc nghiên cứu thay thế các kim loại và hợp kim bằng các vật liệu phi kim loại có tính năng thích ứng , người ta vẫn tiếp tục nghiên cứu để tìm ra những kim loại và hợp kim có những tính năng ưu việt như : Nhẹ, bền, chịu ăn mòn, chịu nhiệt, chịu va đập 
Vật liệu kim loại được dùng rộng rãi để chế tạo máy và công cụ là do chúng có cơ tính tốt bảo đảm được các yêu cầu đề ra. Nói chung vật liệu kim loại có độ bền và độ cứng cao, độ dẻo và độ dai tốt vì vậy máy móc làm ra dùng được lâu ít mòn. Ngoài ra một số kim loại và hợp kim có những tính chất vật lý đặc biệt như: Dẫn điện và dẫn nhiệt tốt, có đặc tính từ riênglà những vật liệu không gì thay thế được trong công nghiệp điện lực. Ngày nay mặc dù chất dẻo ra đời và phát triển mạnh mẽ, người ta vẫn coi kim loại và hợp kim là vật liệu chủ yếu và quan trọng nhất của công nghiệp hiện đại. 
	Vậy để sử dụng kim loại và hợp kim trong công nghiệp cơ khí một cách hợp lý nhất, người thợ cơ khí cần phải có những kiến thức nhất định về vật liệu cơ khí. Khi sử dụng cần phải hiểu biết đầy đủ về các loại vật liệu thường dùng(gang, thép, các hợp kim đồng, hợp kim nhôm, hợp kim ổ trục, chất dẻo, đá mài). 
Môn “Vật liệu cơ khí” là môn học có nội dung phong phú cả về lý thuyết lẫn thực tế sản xuất. Nhiệm vụ quan trọng khi nghiên cứu môn học này là nắm vững các lý thuyết cơ bản của kim loại học, ký hiệu của các vật liệu để từ đó giải thích và ứng dụng nó trong thực tế xản suất.
Giáo trình gồm sáu chương. Trong chương đầu trình bày các lý thuyết về hợp kim bao gồm: Khái niệm về kợp kim và cấu trúc tinh thể của hợp kim. Trong chương thứ hai trình bày về các loại gang thường dùng trong chế tạo cơ khí. Chương 3, trình bày các loại thép thường dùng trong chế tạo cơ khí và giới thiệu một số mác thép của nước Nhật, Mỹ, Anh, Trung Quốc. Trong chương 4, trình bày ký hiệu, công dụng của đồng, hợp kim đồng, nhôm, hợp kim nhôm và hợp kim làm ổ trượt. Chương 5 trình bày tác dụng và cách chọn khoảng nhiệt độ cần thiết để nhiệt luyện. Chương cuối trình bày đặc điểm và ứng dụng của chất dẻo, đá mài.
Môn học được bố trí trước các môn học chung và các mô đun đào tạo nghề.
CHƯƠNG I: LÝ THUYẾT VỀ HỢP KIM
MỤC TIÊU
Giải thích được các khái niệm về hợp kim
Trình bày được cấu trúc mạng tinh thể của các loại hợp kim khác nhau.
- Rèn luyện tính tự giác, ý thức trong khi tham gia học tập. 
NỘI DUNG
 1 - Khái niệm về hợp kim.
 1.1 - Định nghĩa hợp kim	
 Hợp kim là sản phẩm của sự nấu chảy hay thiêu kết( luyện kim bột) của 2 hay nhiều nguyên tố mà nguyên tố chủ yếu là kim loại để được vật liệu mới có tính chất kim loại.
 Hợp kim là vật thể của nhiều nguyên tố mang tính kim loại (dẫn điện, dẫn nhiệt cao, dẻo, dễ biến dạng, có ánh kim ). Hợp kim được tạo thành trên cơ sở kim loại: giữa hai kim loại với nhau (như la tatông: Cu và Zn) mà cũng có thể là giữa một kim loại với một á kim(như thép, gang: Fe và C), song nguyên tố chính vẫn là kim loại, đó là hợp kim đơn giản hay giữa nguyên tố chính là kim loại với hai hay nhiều nguyên tố khác, đó là hợp kim phức tạp. Nguyên tố kim loại chính, chứa nhiều nhất (>50%) được gọi là nền hay nguyên tố chủ. Thành phần của các nguyên tố trong hợp kim (và trong ceramic) thường được biểu thị bằng phần trăm khối lượng (khi bằng phần trăm nguyên tử phải được định rõ kèm theo), trong polymer được biểu thị bằng phần trăm thể tích.
 * Một số khái niệm.
 Khi khảo sát các hợp kim cũng như các vật liệu khác, thường gặp 1 số khái niệm mới cần phân định cho rõ.
 - Cấu tử: Là các nguyên tố (hay hợp chất hoá học bền vững) cấu tạo nên hợp kim.
 Ví dụ: Latông (hợp kim Cu- Zn) có hai cấu tử là Cu và Zn. nhiều khi còn phân biệt cấu tử hoà tan với cấu tử dung môi
 - Hệ: Là từ dùng để chỉ một tập hợp vật thể riêng biệt của hợp kim trong điều kiện xác định hoặc là một loạt hợp kim khác nhau với các cấu tử giống nhau
 - Pha: Là tổ phần đồng nhất của hệ (hợp kim) có cấu trúc và các tính chất cơ - lý - hoá xác định, giữa các pha có bề mặt phân cách. các đơn chất, cấc dung dịch lỏng, các dugn dịch rắn, chất khí, các dạng thù hình là các pha khác nhau. 
Ví dụ: Nước ở 00c là một hệ cấu tử (hợp chất hoá học bền vững H2O) và có hai pha (pha rắn: đá, pha lỏng: nước)
 + Chi tiết bằng hợp kim Cu - Ni là hệ hai cấu tử (Cu và Ni) song chỉ có một pha (dung dịch rắn của hai kim loại đó).
 1.2 - Ưu và nhược điểm.
 Các kim loại nguyên chất thể hiện rõ ưu việt trong dẫn nhiệt, vì chúng có các chỉ tiêu này cao nhất như các dây dẫn điện đều được làm bằng nhôm, đồng nguyên chất. tuy nhiên trong chế tạo cơ khí, thiết bị, đồ dùng các vật liệu đem dùng thường là hợp kim vì so với các kim loại nguyên chất nó có các dạng phù hợp hơn về sử dụng, gia công và kinh tế.
 * Vật liệu cơ khí phải có độ bền cao để chịu được tải cao khi làm việc nhưng đồng thời cũng không được giòn để dẫn đến phá huỷ. Các kim loại nguyên chất nói chung rất dẻo (rất dễ dát mỏng, kéo sợi ngay ở trạng thái nguội- nhiệt độ thường) nhưng có bền, độ cứng tính chống mài mòn kém xa hợp kim (từ vài ba đến hàng chục lần). Nhờ vậy khi độ cứng tăng lên thường dẫn đến làm giảm độ dẻo, độ dai gây ra giòn song vẫn phải còn đủ, tốt khi sử dụng. Quyết định khi chọn độ bền, độ cứng cao đến mức nào bị hạn chế bởi độ dẻo và độ dai cho phép mỗi trường hợp cụ thể để vừa có thể chịu tải tốt nhất, vừa không bị phá huỷ giòn. Nhờ vậy cho đến nay hợp kim vẫn là loại vật liệu có sự kết hợp tốt nhất các đặc tính cơ học kể trên với tỷ lệ áp đảo trong máy móc và thiết bị.
 * Tính công nghệ đa dạng và thích hợp để tạo thành bán thành phẩm và sản phẩm, vật liệu phải có khả năng chế biến thích hợp và được gọi là tính công nghệ. Kim loại nguyên chất tuy dễ biến dạng dẻo nhưng khó cắt gọt, đúc và không hoá bền được bằng nhiệt luyện. Trái lại hợp kim với nhiều chủng loại khác nhau có thể có các tính công nghệ đa dạng phù hợp với điều kiện riêng khi gia công, chế tạo sản phẩm cụ thể
 - Hầu như mọi hợp kim đều có thể tạo hình được bằng một trong hai phương pháp: Biến dạng dẻo:cán, kéo, ép chảy (chủ yếu cho các bán thành phẩm dài), rèn (tạo phôi cho cắt gọt) dập (thành sản phẩm) và đúc (chủ yếu cho các sản phẩm có hình dạng phức tạp).
 - Nói chung hợp kim có tính gia công cắt nhất định để đảm bảo sản phẩm có kích thước, hình dạng chính xác, bề mặt nhẵn phẳng, điều này đặc biệt quan trọng khi lắp ghép với nhau trong các bộ phận máy móc, thiết bị.
 * Trong nhiều trường hợp, luyện hợp kim đơn giản và rẻ hơn so với luyện kim loại nguyên chất, do không phải chi phí để khử nguyên tố lẫn vào. Có thể thấy điều đó qua hai trường hợp sau:
 - So với luyện cất nguyên chất, luyện hợp kim Fe - C (thép và gang) đơn giản hơn do nhiệt độ chảy thấp và không phải hay ít phải khử bỏ cácbon trong sản phẩm của lò cao. Xét về mặt đòi hỏi độ bền cao, việc luyện sắt(Fe) đòi hỏi khử bỏ các bon và các tạp chất khác một cách triệt để không những không cần thiết mà lại còn có hại.
 - Khi pha kẽm(Zn) vào kim loại chủ Cu ta được latông vừa bền lại vừa rẻ hơn (do kẽm rẻ hơn đồng nhiều).
 2 - Cấu trúc tinh thể của hợp kim.
 2.1 - Các dạng cấu tạo hợp kim.
 Tính chất của hợp kim phụ thuộc vào cấu tạo bên trong của nó, tức vào cấu tạo mạng tinh thể. Cấu tạo mạng tinh thể của hợp kim nói chung là phức tạp hơp kim loại nguyên chất và phụ thuộc vào tương tác giữa các nguyên tử của những nguyên tố trong nó.
 Nói chung ở trạng thái lỏng các cấu tử đều hòa tan lẫn nhau (trừ một số trường hợp hòa tan ít hay không hòa tan) để tạo nên dung dịch lỏng. Còn ở trạng thái rắn tác dụng lẫn nhau giữa các nguyên tố khá phức tạp, tạo nên các cấu trúc tinh thể khác với cấu trúc của từng nguyên tố tạo nên chúng. Các cấu trúc tinh thể ở trạng thái rắn của hợp kim có thể là:
 + Dung dịch rắn.
 + Hợp chất hóa học hoặc các pha trung gian.
 + Các tinh thể của các cấu tử nguyên chất.
Tính chất của hợp kim phụ thuộc vào tính chất của các pha thành phần cấu tạo nên nó, do vậy việc khảo sát cấu trúc và tính chất các pha đó sẽ là cơ sở để tìm hiểu tính chất của hợp kim. 
 2.2 - Giản đồ pha của hợp kim.
 2.2.1 - Giản đồ pha của hệ hai cấu tử.
 Tuy đã biết tương tác có thể xảy ra giữa hai nguyên tố, nhưng qua đó cũng không thể xác định cụ thể và chính xác các tương tác đó nếu không dựa trên các thực nghiệm để xây dựng các giản đồ pha cho từng cặp cụ thể, giản đồ pha chính là giản đồ biểu thị sự biến đổi tổ chức pha theo nhiệt độ và thành phần của hệ ở trạng thái cân bằng. Như vậy nói chung giản đồ pha chỉ hoàn toàn đúng và phù hợp với hợp kim ở trạng thái cân bằng (làm nguội rất chậm hay ở trạng thái ủ), còn trong trường hợp làm nguội thông thường không phù hợp với giản đồ pha. Tuy nhiên giản đồ pha vẫn là cơ sở xác định cấu trúc của hợp kim đã cho (ứng với các thành phần và nhiệt độ xác định), những sai lệch xuất hiện hoàn toàn có thể lý giải được. Vì vậy giản đồ pha là công cụ quan trọng để khảo sát hợp kim (ceramic), qua đó có thể biết điều chính đó là cấu trúc. Biết đọc và phân tích giản đồ pha là điều cần thiết cho cơ sở và sử dụng tốt hợp kim và ceramic.
 Do mức độ cần thiết yêu cầu ở đây chỉ trình bày giản đồ pha của hệ hai cấu tử, tức chỉ ứng với hợp kim đơn giản.
 a - Quy tắc pha và ứng dụng.
 Trạng thái cân bằng của hệ được xác định bởi các yếu tố bên trong và bên ngoài, tuy nhiên trong đó các yếu tố phụ thuộc lẫn nhau.
 Bậc tự do là số lượng các yếu tố độc lập có thể thay đổi được trong giới hạn xác định mà không làm thay đổi trạng thái của hệ, tức là không làm thay đổi số pha đã có. Quan hệ giữa pha p(phase), số cấu tử c (component) và số bậc tự do F (freedom) được xác định bằng quy luật hay quy tắc pha. Việc nghiên cứu và sử dụng vật liệu thường xuyên diễn ra trong khí quyển nên ảnh hưởng của áp xuất không được tính, nên số yếu tố bên ngoài chỉ còn lại một (là nhiệt độ) và quy tắc pha có dạng sau: F= c- p+1. Nếu 
F = 0 hệ là vô biến, không có yếu tố nào không thể thay đổi được, lúc đó p = c+1 (số pha nhiều hơn cấu tử là một). 
Ví dụ: Kim loại nguyên chất (c =1)khi nóng chảy hay kết tinh tồn tại hai pha
 (p = 2, lỏng, rắn). 
Ví dụ: Hợp kim Cu - Ni ở nhiệt độ thường có tổ chức là dung dịch rắn, khi nung nóng sẽ chảy sẽ thành dung dịch lỏng, vậy trong quá trình nóng chảy số pha của hơp kim là hai (dung dịch rắn, lỏng) số bậc tự do bằng 1(F= 2-2+1), điều này chứng tỏ quá trình trên xảy ra trong một khoảng nhiệt độ(tức là nhiệt độ biến đổi) hoặc là tại một nhiệt độ nào đó trong quá trình nóng chảy ta có thể thay đổi chút ít thành phần (thêm bớt Cu, Ni) mà vẫn giữ cho hợp kim ở trạng thái hai pha này.
 Nếu F =2 hệ là nhị biến, cùng một lúc có thể thay đổi cả hai yếu tố nhiệt độ và thành phần, lúc đó p=c-1 (số pha ít hơn số cấu tử là một). Ví dụ, phần lớn các hệ hai cấu tử ở trạng thái lỏng đều hoà tan vô hạn vào nhau nên lúc đó chỉ có một pha là dung dịch lỏng và số bậc tự do bằng hai (F=2-1+1), điều này chứng tỏ trạng thái lỏng của hệ có thể thay đổi đồng thời nhiệt độ và thành phần khá dễ dàng mà vẫm tồn tại một pha.
 Rất thường gặp các trường hợp kể trên khi khảo sát giản đồ pha. cần chú ý rằng số bậc tự do không thể có giá trị âm, giá trị nhỏ nhất là không, do vậy số pha nhiều nhất của hệ ở trạng thái cân bằng là pmax = c + 1 tức là không thể lớn hơn số cấu tử quá một đơn vị. như vậy trong hệ cấu tử trong hệ một câú tử pmax = 2, hai cấu tử pmax =3, ba cấu tử pmax = 4... điều này giúp ích rất nhiều cho việc xác định các pha của hệ; ví dụ trong hệ hai cấu tử từ một pha chỉ có thể tạo ra tối đa hai pha khác.
 b - Pha và công dụng.
 Giản đồ pha (còn gọi là giản đồ trạng thái hay giản đồ cân bằng) của hệ là công cụ để biểu thị mối quan hệ giữa nhiệt độ, thành phần và số lượng (tỷ lệ) các pha (hoặc tổ chức pha) của hệ đó ở trạng thái cân bằng. Các hệ có giản đồ pha khác nhau và chúng được xây dựng chỉ bằng thực nghiệm. Trong thực tế không có hai giản đồ pha nào giống nhau hoàn toàn vì tương tác giữa các cấu tử xảy ra rất phức tạp từ kiểu pha, các phản ứng cho đến nhiệt độ tạo thành. Hiện nay người ta xây dựng được hầu hết các hệ hai cấu tử giữa các kim loại, kim loại với á kim và các hệ ba cấu tử thường gặp rất thuận tiện cho việc tra cứu.
 Hệ một cấu tử không có sự biến đ ...  trình thấm ® cần khống chế chặt chẽ thành phần khí trong lò thấm
+ Thiết bị thấm đắt tiền.
2.5 - Thấm Các bon - nitơ (thấm xianua).
2.5.1 - Định nghĩa và mục đích.
Là phương pháp làm bão hoà đồng thời C và N2 vào bề mặt thép để nâng có độ cứng và tính chống mài mòn. Chất thấm là các muối xianua ( NaCN, KCN...)
2.5.2 - Phương pháp thấm xianua.
* Dựa vào nhiệt độ thấm:
- Thấm xianua ở nhiệt độ cao: to = 820 ¸ 870oC
- Thấm xianua ở nhiệt độ thấp: to = 500 ¸ 650oC. Dùng phổ biến cho các loại thép hợp kim dụng cụ (thép gió, thép crôm). Trước khi thấm, dụng cụ phải được tôi ram, mài chính xác. Sau khi thấm cần đánh bóng bề mặt.
* Đựa vào chất thấm: tương tự như khi thấm cacbon
- Thấm xianua ở thể rắn: chất thấm gồm ( 20 ¸40)% K4Fe(CN)6 hoặc K3Fe(CN)6, 10% Na2CO3, còn lại là than gỗ.
- thấm xianua ở thể lỏng: Tiến hành ở trong các bể muối mà thành phần gồm các muối NaCN, KCN, K4Fe(CN)6, Na2CO3, NaCl, BaCO3,KCL.
* Chú ý: Muối xianua rất độc, cần chú ý an toàn lao động.
- Thấm xianua ở thể khí: Chất thấm gồm các khí CH4, CO, NH3. Đây là công nghệ hóa nhiệt luyện tiên tiến và năng suất cao, chất lượng tốt và ít độc hại.
2.6 - Các phương pháp hóa nhiệt luyện khác.
* Thấm Nitơ: là quá trình khuếch tán cacbon vào bề mặt chi tiết để bề mặt có độ cứng cao và tính chống ăn mòn ở độ sâu không lớn (0,1 - 0,5mm). Thấm Nitơ được dùng cho các chi tiết thép hợp kim( chứa nhôm, crôm, molipden ...) hay bị va đập và ma sát nhiều trong quá trình làm việc, dùng cho các chi tiết bằng thép cacbon không cần độ cứng bề mặt cao nhưng lại cần tính chống ăn mòn bề mặt cao.
 Khi thấm Nitơ, sản phẩm được nung nóng tới nhiệt độ 500 - 6000C trong lò kín có khí amoniăc (NH3) đi qua. Dưới nhiệt độ đó, NH3 phân huỷ thành Nitơ và Hiđrô. Nitơ khuyếch tán vào mặt kim loại còn Hiđro thì theo khí amôniăc chưa phân huỷ ra ngoài.
* Thấm Kim loại: là quá trình tăng cường các nguyên tố nhôm, crôm, silic, bo, beri... vào lớp bề mặt sản phẩm bằng thép để làm cho thép có những tính chất quý như chịu nhiệt, chống gỉ, chống mài mòn... Trong một số trường hợp có thể dùng thép thấm kim loại để thay thế cho những thép hợp kim cao.
Thấm kim loại có thể được tiến hành bằng cách nung nóng sản phẩm thép đến nhiệt độ nhất định và giử sản phẩm ở vị trí tiếp xúc với một trong các nguyên tố nêu trên, các nguyên tố này có thể ở dạng rắn, lỏng hoặc khí. Nhờ vậy các nguyên tố kim loại sẽ khuyếch tán vào bề mặt sản phẩm.
* Thấm Bo, Cr, Al, Si
CÂU HỎI
 1. Nêu định nghĩa, công dụng của nhiệt luyện
 2. Vẽ giản đồ trạng thái Fe – C
 3. Thế nào là điểm tới hạn? trong nhiệt luyện thép thường dùng điểm tới hạn nào? tại sao trong thực tế người ta phân biệt điểm tới hạn nung nóng và điểm tới hạn làm nguội?
 4. Nêu sự chuyển biến tổ chức của thép khi nung nóng và làm nguội.
 5. Nêu và phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình nhiệt luyện
 6. Nêu định nghĩa, mục đích và trình bày các phương pháp ủ.
 7. Nêu định nghĩa, mục đích của thường hoá. khi nào thì áp dụng thường hoá.
 8. Nêu định nghĩa, mục đích của tôi thép? tại sao nguyên công tôi có vai trò quan trọng trong quá trình gia công chi tiết?
 9. Nêu yêu cầu của môi trường nguội. Trình bày về 2 môi trường tôi thường dùng.
 10. Trình bày về các phương pháp tôi thép.
 11. Nêu định nghĩa và các phương pháp ram thép.
 12. Nêu nguyên nhân, biện pháp ngăn ngừa và cách khắc phục các dạng sai hỏng thường gặp khi nhiệt luyện.
 13. Nêu định nghĩa, mục đích của hoá nhiệt luyện. So sánh những điểm giống và khác nhau giữa nhiệt lưyện và hoá nhiệt luyện.
 14. Trình bày phương pháp thấm cacbon.
 15. Trình bày phương pháp thấm nitơ.
 16. Trình bày phương pháp thấm xianua.
 17. Hãy nêu mục đích của nhiệt luyện
 18. Chọn khoảng nhiệt độ ủ cho mác thép sau: C40, CD90A.
 19. Chọn khoảng nhiệt độ tôi cho mác thép sau: OL100Cr09, C20.
CHƯƠNG VI: VẬT LIỆU PHI KIM LOẠI
MỤC TIÊU
Phân biệt đúng các vật liệu phi kim loại. 
Trình bày được phạm vi ứng dụng của vệt liệu phi kim loại.
Rèn luyện tính tự giác, ý thức trong khi tham gia học tập.
NỘI DUNG
1 - Polyme, Cao su ,Chất dẻo.
1.1 - Polyme.
1.1.1 - Polyme tự nhiên: 
 	- Được lấy từ nhựa của cây cao su. Cao su được sử dụng rất rộng rãi trong công nghiệp và đời sống. Trong ngành cơ khí, cao su được dùng rộng rãi để chế tạo các loại sản phẩm sau:
	- Đai truyền chyển động, đai truyền vận chuyển (băng tải vận chuyển cát, đá, than...).
	- Vòng đệm làm kín bề mặt tiếp xúc giữa các chi tiết máy nhằm tránh chảy dầu, nước, tránh dò khí, tránh bụi...
	1.1.2 - Polyme nhân tạo: 
	* Polyme chất dẻo 
	Là loại chất dẻo có thể làm nóng chảy và tạo hình lại được, bao gồm
	- Poly etylen (PE): được sản xuất ra từ khí etylen, là loại chất dẻo không dẫn nhiệt và điện, không thấm nước. Được dùng để bọc dây điện, chai, lọ, màng bao gói, áo đi mưa...
	- Poly vynil clorua (PVC): được sản xuất ra từ clorua vinil, là chất dẻo bền với axit và kiềm. Thường dùng sản xuất vải giả da, dép nhựa, ống nhựa, hoa nhựa...
	- Poly propylen (PP): Được sản xuất ra từ polylen nhờ có chất xúc tác đặc biệt. Có tính chịu ăn mòn hóa học tương tự như poly etylen nhưng độ bền cơ học và tính chịu nhiệt cao hơn. Dùng để chế tạo các loại ống, cánh quạt bơm nước ly tâm, các dụng cụ y tế, điện tử, vô tuyến điện.
	* Polyme nhiệt rắn
	- Chất dẻo Fenol (Bakelit): Được sản xuất từ fenol – fomandehit. Có độ bền cơ học khá cao,chịu nhiệt, chịu axit và kiềm rất tốt. Được dùng nhiều trong công nghiệp điện và điện tử
	- Chất dẻo có thớ Tectolit và Hetynac: Được sản xuất bằng cách tẩm nhựa fenol fomandehit vào sợi bông hoặc sợi vải tổng hợp, để tăng tính dẫn nhiệt và chống mòn có thể cho thêm chất độn graphit vào tectolit. Tectolit được dùng để chế tạo bánh răng, bạc lót.
	 Hetinac được dùng sản xuất bằng cách tẩm nhựa fenol fomandehit vào giấy. Hetynac hơn hẳn tectolit ở chỗ có tính cách điện cao và chịu ẩm tốt. Được dùng làm vật liệu cách điện, kể cả với điện áp cao áp.
1.2 - Cao su.	
1.2.1 - Phân loại. 
Có 2 loại cao su là cao su thiên nhiên và cao su nhân tạo.
Cao su thiên nhiên được lấy từ nhựa của cây cao su, khi mới lấy ra có màu trắng đục, nếu để lâu ngoài ánh sáng sẽ biến thành màu nâu.
Cao su nhân tạo là những vật liệu polime tương tự cao su thiên nhiên, do con người điều chế từ các chất hữu cơ đơn giản hơn, thường bằng phản ứng trùng hợp.
 Ví dụ: Cao su butadien (cao su buna), cao su isopren
Cao su thường dùng trong công nghiệp và đời sống là cao su đã lưu hoá tức là đã pha thêm 2% lưu huỳnh.
1.2.2 - Tính chất.
Tính chất nổi bật nhất của cao su là tính đàn hồi cao. Cao su lưu hoá giữ được tính đàn hồi ở khoảng nhiệt độ từ -20oC ở 100oC. Cao su còn có một số tính chất quý khác như: Độ bền kéo khá cáo chịu mài mòm rất tốt, không thấm nước và khí có khả năng dập tắt nhanh các rung động; cách điện, nhiệt tốt, chịu được tác dụng hoá học của axit, kiềm; khối lượng riêng nhỏ. Nhược điểm của cao su là: Bị giảm dần cơ tính khi chịu tác dụng của ánh sáng và nhiệt độ, bị hoà tan trong một số dung môi hữu cơ như xăng, dầu
1.2.3 - Công dụng.
Cao su được sử dụng rất rộng rãi trong công nghiệp và đời sống. trong ngành cơ khí, cao su được dùng rộng rãi để chế tạo các loại sản phẩm sau: 
- Đai truyền chuyển động, đai truyền vận chuyển (băng tải vận chuyển cát, đá, đá, than).
- Vòng đệm làm kín bề mặt tiếp xúc giữa các chi tiết máy nhằm tránh chảy dầu, nước; tránh dò khí; tránh bụi
- Ống dẫn chất lỏng chất khí chịu áp suất thấp.
- Chế tạo các vật phẩm cách điện.
1.3 - Chất dẻo.
1.3.1 - Định nghĩa.
Chất dẻo là vật liệu nhân tạo, được sản xuất ra từ các chất hữu cơ. Là vật liệu có khả năng bị biến dạng khi chịu tác dụng của nhiệt, áp suất và vẫn giữ được sự biến dạng đó khi thôi không tác dụng.
1.3.2 - Thành phần của chất dẻo.
Chất dẻo là hỗn hợp của nhiều chất:
* Pôlyme: Là thành phần cơ bản nhất của chất dẻo
* Chất hóa dẻo: Được đưa thêm vào với chất lượng (10¸20)% để tăng tính dẻo và cải thiện tính tạo hình. Thường là các este hoặc pôlyme có phân tử dẻo dễ uốn.
* Chất độn: Được đưa vào với lượng (40¸70)% để nâng cao cơ tính giảm giá thành và thay đổi các thông số khác. Chất độn là những chất hữu cơ và vô cơ ở dạng bột( bột gỗ, bồ hóng, mica, SiO2, TiO2, graphit), dạng sợi( sợi bông, thủy tinh, amiăng, pôlyme), dạng tấm(giấy, vải từ các sợi khác nhau, lớp gỗ).
* Chất ổn định: Là những chất hữu cơ khác nhau để duy trì cấu trúc phân tử và ổn định tính chất, làm cho tính chất lão hóa của chất dẻo chậm lại.
* Các chất phụ gia đặc biệt: Là vật liệu bôi trơn, tạo mầu, chất bảo vệ, chất giảm điện tích tĩnh và bắt cháy...
* Chất đóng rắn: ược đưa thêm vào chất dẻo nhiệt rắn dễ hóa cứng.
1.3.3 - Tính chất chung của chất dẻo.
- Nhẹ (khối lượng riêng g = 0,9 - 2 g/cm3)
- Cách điện, cách nhiệt, cách âm tốt
- Độ bền cơ học khá cao.
- Bền vững về mặt hóa học, chịu được axit, bazơ.
1.3.4 - Công dụng.
- Chất dẻo được sử dụng ngày càng rộng rãi trong công nghiệp và đời sống
- Trong lĩnh vực điện và vô tuyến điện: Được sử dụng nhiều vì có tính cách điện tốt
- Trong ngành chế tạo các chi tiết máy có độ bền vừa phải, nhẹ và không bị ăn mòn như: Bình chứa, các bộ phận của băng truyền, cánh bơm, bánh răng, bánh vít, phanh hãm, ổ trượt.... ngoài ra chất dẻo còn dùng để phủ lên kim loại nhằm chống ăn mòn kim loại.
- Trong đời sống: Chế tạo đồ dùng sinh hoạt gia đình như: Guốc, dép, áo mưa, chậu, bát....
1.3.5 - Các loại chất dẻo thường dùng.
1.3.5.1 - Chất dẻo mềm nhiệt( pôlyme chất dẻo).
Là loại chất dẻo có thể làm nóng chảy và tạo hình lại được, bao gồm:
a) Pôlyêtylen(PE): Được sản xuất ra từ khí êtylen, là loại chất dẻo không dẫn nhiệt và điện, không thấm nước. Được dùng để bao dây điện, chai, lọ, màng bao gói, áo đi mưa.....
b) Pôly vinil clorua(PVC): Được sản xuất ra từ clorua vinil. Là chất dẻo bền với axit và kiềm. thường dùng sản xuất vải giả da, dép nhựa, ống nhựa, hoa nhựa....
c) Pôly prôpilen(PP): được sản xuất ra từ pôlilen nhờ có chất xúc tác đặc biệt. có tính chịu ăn mòn hóa học tương tự như pôly êtylen nhưng độ bền cơ học và tính chịu nhiệt cao hơn, dùng để chế tạo các loại ống, cánh quạt bơm nước ly tâm, các dụng cụ y tế, điện tử, vô tuyến điện.
1.3.5.2 - Chất dẻo cứng nhiệt (pôlyme nhiệt rắn):
a. Chất dẻo Fenol(bakêlit): Được sản xuất từ Fênol – Fomanđêhit. Có độ bền cơ học khá cao, chịu nhiệt, chịu axit và kiềm rất tốt. Được dùng nhiều trong công nghiệp điện và điện tử.
b. Chất dẻo có thớ téctôlit và hêtinác: Được sản xuất bằng cách tẩm nhựa fênol fomanđêhit vào sợi bông hoặc sợi vải tổng hợp, để tăng tính dẫn nhiệt và chống mòn có thể cho thêm chất độn graphit vào téctôlit được dùng để chế tạo bánh răng, bạc lót. Hêtinác được dùng sản xuất bằng cách tẩm nhựa fenol fomanđêhit vào giấy. Hêtinác hơn hẳn tectôlit ở chỗ có tính cách điện cao và chịu ẩm tốt. được dùng làm vật liệu cách điện, kể cả với điện áp cao áp.
2 - Dầu mỡ bôi trơn.
2.1 - Tác dụng của dầu mỡ.
- Làm giảm ma sát giữa các bề mặt tiếp xúc của các chi tiết máy, nhờ đó làm giảm được sự mài mòn chi tiết và hạn chế được sự tiêu hao năng lượng vì ma sát.
- Làm mát các chi tiết máy trong quá trình làm việc, nhất là dầu vì dầu có tác dụng truyền dẫn nhiệt ra ngoài nhờ hệ thống dẫn dầu chuyển động liên tục.
- Làm sạch bề mặt của các chi tiết máy, nhờ đó hạn chế sự mài mòn các chi tiết.
- Làm kín bề mặt tiếp xúc giữa các chi tiết ở một số bộ phận máy. 
Ví dụ: trong động cơ đốt trong, màng dầu mỏng trên vách xilanh, ngoài tác dụng bôi trơn còn có tác dụng làm kín khe hở giữa xécmăng và pittông bảo đảm cho hỗn hợp khí cháy không bị rò ra ngoài.
- Tạo lớp bảo vệ chống ăn mòn kim loại.
2.2 - Dầu nhờn.
2.2.1 - Phân loại.
Đầu nhờn được chế biến từ dầu mỏ, có màu đen, màu lược hoặc màu nâu.
Có nhiều loại dầu nhờn, dầu nhờn được phân chia thành các nhóm chủ yếu sau:
- Dầu dùng cho động cơ(bôi trơn cho động cơ máy bay, ô tô, máy kéo)
- Dầu truyền động(dùng để bôi trơn các loại hộp số, các cầu của ô tô, các hộp truyền lực, hộp giảm tốc )
- Dầu công nghiệp.
- Dầu đặc biệt(dầu tuabin, dầu biến thế)
2.2.2 - Công dụng.
Dầu dùng cho động cơ gồm:
- Dầu mùa đông: Kí hiệu AC-6 dùng cho động cơ ôtô hoạt động ở khí hậu lạnh.
Chữ A chỉ dầu dùng cho động cơ đốt trong.
Chữ K (hay C) chỉ phương pháp lọc dầu trong khi tinh chế.
Số 6: Chỉ độ nhớt của dầu tính bằng cst ở 1000C
- Dầu mùa hè: Kí hiệu AC-10 dùng cho động cơ của các xe du lịch, xe tải.
- Dầu truyền động: Để bôi trơn cho các bộ phận của xe, như hộp giảm tốc, tuỳ theo điều kiện sử dụng, thời tiết và loại xe máy.
2.3 - Mỡ.
Mỡ là chất bôi trơn ở thể đặc, có màu vàng nhạt, nâu sẫm hoặc đen.
Mỡ thường được dùng để bảo quản dụng cụ, chi tiết máy trong lúc vận chuyển hoặc chờ sử dụng. Mỡ cũng được dùng để bôi trơn các bộ phận khó giữ dầu, khó tra dầu hoặc lâu mới phải thay chất bôi trơn.
2.3.1 - Tính chất. 
- Có trọng lượng riêng 1g/cm3 
- Chế tạo bằng cách trộn dầu với xáp hay xà phòng ở nhiệt độ cao và pha thêm một lượng thuốc chất biến tính.
- Mỡ có màu vàng nhạt đến màu nâu thẫm hoặc đen.
- Mỡ có độ nhỏ giọt và độ lún: Người ta chia ra làm ba loại:
+ Độ nhỏ giọt thấp: Là mỡ chảy ở nhiệt độ thấp(từ thể đặc sang thể lỏng)
+ Độ nhỏ giọt trung bình
+ Độ nhỏ giọt cao
- Độ lún của mỡ là độ mềm của mỡ. Mỡ cứng thì lún ít thường dùng cho các bộ phận có lực ma sát nhỏ.
- Mỡ có tính ổn định: Ít bị biến chất trong quá trình làm việc, chịu nhiệt nóng, giữ vững được cấu tạo mạng tinh thể tổ ong, chống được oxy hoá để không bị vón cục, cứng lại. 
- Trong mỡ không có tạp chất ăn mòn kim loại, cặn bã và nước.
2.3.2 - Phân loại - công dụng.
- Mỡ sôliđôn: Chịu được nước không chịu được nóng dùng cho xe máy. Có ba loại mỡ sôliđôn: YC -1 dùng cho mùa đông, YC -2 dùng cho mùa hè, YC -3 ít dùng vì đặc.
- Mỡ côngtalin: Chịu nóng không chịu nước. Có hai loại: YT-1, YT-2 và hai loại tổng hợp YTC-1, YTC-2.
- Mỡ chịu nhiệt: Có thể làm việc ở nhiệt độ 80 ¸1000C, không chịu nước. Có hai loại: 1-13 và 1-13C
- Mỡ chịu nóng và chịu lạnh tốt: Dùng cho các bộ phận làm việc ở nhiệt độ khác nhau.
- Mỡ bảo quản: Dùng để bôi lên bề mặt chi tiết chống han rỉ, có thể chịu nóng tới 350C. Có kí hiệu: K-15, CXK.
CÂU HỎI
1. Trình bày định nghĩa, tính chất và công dụng của chất dẻo?
2. Nêu đặc điểm và phạm vi ứng dụng của từng loại chất dẻo?
3. Trình bày tính chất, công dụng của cao su?
4. Trình bày yêu cầu của chất bôi trơn và công dụng chung của dầu mỡ?
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Ks. Lương Văn Quân. 2010. Giáo trình Vật liệu cơ khí. Nhà xuất bản Lao Động – Xã Hội. 
[2] Giáp Văn Tới. 2005. Bài Giảng vật liệu cơ khí. Trường Trung Cấp Công Nghiệp II
[3] PGS. TS. Hoàng Tùng. 2003. Giáo Trình vật liệu và công nghệ cơ khí. Nhà xuất bản Giáo Dục
[4] Trần Mão, Phạm Đình Sùng. 1998. vật liệu cơ khí. NXBGD.
[5] Hoàng Trọng Bá. 2007. Vật liệu phi kim loại. NXBGD
[6] Nguyễn Hoa Thịnh, Nguyễn Đình Đức. 2002. Vật liệu Composite. NXBKH&KT.
	[7] Nghiêm Hùng, Vật liệu học cơ sở, 2010, Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật.
Vật liệu học – B. N. Arzamaxov- NXB Giáo dục
Giáo trình vật liệu cơ khí- Ks. Nguyễn Thị Yên- NXB Hà nội
Kim loại học và nhiệt luyện –Trường ĐH Bách khoa Hà nội
Sách tra cứu thép gang thông dụng – Nghiêm Hùng- Trường ĐH Bách khoa Hà nội
Sử dụng vật liệu phi kim loại trong ngành cơ khí- Hoàng Trọng Bá- NXB Khoa học và Kỹ thuật- TP Hồ Chí Minh
Vật liệu Compozit – Trần Ích Thịnh- NXB Giáo dục
Ăn mòn và bảo vệ kim loại- W. A. Schultze- Phan Lương Cầm- Trường ĐH Bách khoa Hà nội