Giáo trình Vật liệu kỹ thuật

 UBND TỈNH QUẢNG NGÃI 
TRƯỜNG ĐẠI HỌC PHẠM VĔN ĐỒNG 
------------------- 
BÀI GIẢNG 
VẬT LIỆU KỸ THUẬT 
DÀNH CHO BẬC CAO ĐẲNG 
BIÊN SOẠN: NGUYỄN VĨNH PHỐI 
 TRẦN THANH TÙNG 
Quảng Ngãi, tháng 12 nĕm 2013 
LỜI NÓI ĐẦU 
 Nhiều ứng dụng trong khoa học và kỹ thuật như: cơ khí, xây dựng, hóa học, điện 
tử đều liên quan đến vấn đề vật liệu. Máy móc được cấu tạo từ nhiều chi tiết đòi hỏi 
tính chất có khi rất khác nhau và điều quan trọng đối với sinh viên ngành cơ khí là phải 
biết chọn đúng vật liệu cũng như phương pháp gia công để thõa mãn cao nhất điều kiện 
làm việc với giá thành thấp nhất. Từ việc tính toán thiết kế kết cấu đến gia công, chế 
tạo, lắp ráp vận hành máy, thiết bị, tất cả đều liên quan mật thiết đến lựa chọn và sử 
dụng vật liệu. Ví dụ: một chiếc xe ô tô muốn hoạt động tốt thì việc chọn lựa vật liệu có 
vai trò hết sức quan trọng. 
Do vậy, vật liệu kỹ thuật là môn học nghiên cứu mối quan hệ giữa cấu trúc và 
tính chất của vật liệu, trên cơ sở đó đề ra các biện pháp công nghệ nhằm cải thiện tính 
chất và sử dụng thích hợp vật liệu ngày một tốt hơn. 
Để có thể lựa chọn và sử dụng chúng một cách tốt nhất. Nội dung bài giảng sẽ 
cung cấp kiến thức chung về cấu tạo kim loại, hợp kim và phi kim loại, cách sử dụng 
vật liệu trong kỹ thuật nói chung và lĩnh vực cơ khí nói riêng. Điều quan trọng nhất đối 
với người học là phải nắm được cơ tính và tính công nghệ của các vật liệu kể trên. 
Song điều quyết định đến cơ tính và tính công nghệ lại nằm ở cấu trúc bên trong. Bài 
giảng sẽ trang bị những kiến thức về yếu tố ảnh hưởng đến c ấu trúc bên trong như 
thành phần hóa học, công nghệ chế tạo vật liệu (biến dạng dẻo, đúc và đặc biệt là nhiệt 
luyện. 
Ngoài ra, trong thực tế sử dụng vật liệu, đặc biệt là vật liệu kim loại, không thể 
lựa chọn vật liệu một cách chung chung (ví dụ: thép) mà phải cụ thể (thép loại gì, với 
mác nào, ký hiệu nào) theo các quy định nghiêm ngặt về điều kiện kỹ thuật do các tiêu 
chuẩn tương ứng. Do vậy bài giảng sẽ giới thiệu cụ thể để giúp sinh viên có thể sử 
dụng đúng, chính xác vật liệu trong lĩnh vực cơ khí. 
Bài giảng được biên soạn trên cơ sở tham khảo các tài liệu chuyên ngành vật liệu 
kỹ thuật trong nước và quốc tế. Ngoài ra, bài giảng dựa trên những hiệu chỉnh thiếu sót 
trước đây trong quá trình giảng dạy môn học này và trong các bài giảng trước. Hy vọng 
bài giảng là tài liệu tham khảo chính cho sinh viên, giáo viên giảng dạy môn vật liệu kỹ 
thuật. 
Trong quá trình biên soạn bài giảng không thể tránh khỏi những thiếu sót. Mọi 
phản hồi góp ý cho nhóm tác giả xin gửi về Bộ môn cơ khí - Khoa Kỹ Thuật Công 
Nghệ - Đại Học Phạm Vĕn Đồng. 
 Nhóm tác giả 
MӨC LӨC 
---- 
Lời nói đầu 
Chương 1 ậ CҨU TRÚC TINH THӆ VÀ SỰ HÌNH THÀNH 
1.1 Khái niệm mạng tinh thể ................................................................................1 
1.2 Các dạng liên kết .............................................................................................2 
1.3 Ký hiệu mặt và phương mạng tinh thể .........................................................3 
1.4 Các kiểu mạng thông dụng ............................................................................7 
1.5 Sai lệch trong mạng tinh thể ..........................................................................10 
Chương 2 ậ BIӂN DẠNG DẺO VÀ CѪ TÍNH CӪA VẬT LIỆU 
2.1. Các khái niệm ..................................................................................................15 
2.2. Các đặc trưng cơ tính của vật liệu .................................................................24 
Chương 3 ậ SỰ KӂT TINH VÀ CHUYӆN PHA 
3.1. Cấu tạo kim loại lỏng và điều kiện nĕng lượng của quá trình kết tinh ......28 
3.2. Quá trình tạo mầm và phát triển mầm..........................................................30 
3.3. Khái niệm độ hạt khi kết tinh, ý nghĩa của độ hạt .......................................32 
3.4. Quá trình kết tinh thực tế của kim loại trong khuôn đúc............................34 
Chương 4 ậ CҨU TẠO HӦP KIM VÀ GIẢN ĐỒ TRẠNG THÁI 
4.1. Các khái niệm cơ bản ......................................................................................37 
4.2. Các dạng cấu trúc hợp kim cơ bản ................................................................39 
4.3. Giản đồ trạng thái của hợp kim .....................................................................42 
4.4. Giản đồ trạng thái Fe - C................................................................................48 
4.5. Phân loại hợp kim Fe - C theo giản đồ trạng thái ........................................53 
4.6. Các nhiệt độ tới hạn Fe - C theo giản đồ trạng thái .....................................56 
Chương 5 ậ NHIỆT LUYỆN THÉP 
5.1. Khái niệm nhiệt luyện thép ............................................................................58 
5.2. Các tổ chức đạt được khi nung nóng và làm nguội thép .............................60 
5.3. Ӫ và thường hóa thép ......................................................................................70 
5.4. Tôi thép.............................................................................................................72 
5.5. Ram thép ..........................................................................................................75 
5.6. Các khuyết tật xảy ra khi nhiệt luyện thép ..................................................76 
5.7. Hóa bền bề mặt ................................................................................................78 
Chương 6 ậ THÉP VÀ GANG 
6.1. Khái niệm chung về Thép và Gang................................................................80 
6.2. Các loại gang và công dụng ........................................................................82 
6.3. Các loại thép và công dụng .........................................................................85 
Chương 7 ậ KIM LOẠI VÀ HӦP KIM MÀU 
7.1. Nhôm và hợp kim nhôm ..............................................................................94 
7.2. Đồng và hợp kim đồng ..............................................................................97 
7.3. Hợp kim làm ổ trượt ....................................................................................99 
Chương 8 ậ VẬT LIỆU PHI KIM LOẠI 
8.1. Khái niệm chung ......................................................................................... 101 
8.2. Vật liệu vô cơ silicat................................................................................... 101 
8.3. Vật liệu polyme ........................................................................................... 102 
8.4. Vật liệu composites........................................................................................ 104 
8.5. Dầu mỡ .......................................................................................................... 105 
Phụ lục 
Tài liệu tham khảo 
Chương 1 
Vật liệu kỹ thuật 1 
Chương 1. CҨU TRÚC TINH THӆ VÀ SỰ HÌNH THÀNH 
Tính chất (đặc biệt là cơ tính) của vật liệu phụ thuộc chủ yếu vào cách sắp xếp 
của các phần tử cấu thành (nguyên tử, phân tử, ion) và lực liên kết của chúng. Về mặt 
thành phần, vật liệu thường cấu thành bởi sự hòa trộn của các nguyên tố, các chất hóa 
học với cấu trúc độc lập, cố định. Chính vì vậy các kiến thức trong chương này có tính 
cơ sở và tầm quan trọng đặc biệt. Sau khi học xong chương này, sinh viên cần nắm 
được: 
+ Cấu tạo nguyên tử, các dạng liên kết và đặc điểm của chúng. 
+ Các đặc trưng của các kiểu mạng điển hình, kí hiệu phương và mặt của mạng 
tinh thể. 
+ Khái niệm và tính chất của các dạng sai lệch trong mạng tinh thể. 
1.1. Khái niệm mạng tinh thể 
1.1.1. Cấu tạo nguyên tử 
Cấu tạo nguyên tử bao gồm hạt nhân và các electron, cấu tạo hạt nhân nguyên tử bao 
gồm hạt proton và hạt nơtron. Trong đó hạt nơtron không mang điện. Khi nguyên tử 
trung hòa về điện thì proton mang điện dương bằng điện tích của electron 
Cấu hình electron chỉ rõ: số lượng tử chính (1,2,3.) kí hiệu phân lớp (s,p,d) số 
lượng electron thuộc phân lớp (số mũ trên ký hiệu phân lớp) 
Ví dụ: Đồng (Cu) có Z= 29 có cấu hình elctron là: 2 2 6 2 6 10 11 2 2 3 3 3 4s s p s p d s 
1.1.2. Chất kết tinh và chất vô định hình 
1.1.2.1. Chất kết tinh (chất tinh thể): 
 Là những chất kết cấu rắn có dạng hình học xác định và có những đặc điểm: 
- Các nguyên tử sắp xếp có hệ thống. 
- Luôn luôn tồn tại một nhiệt độ nóng chảy (hoặc kết tinh) xác định. Khi nung lên nhiệt 
độ cao thì chuyển từ thể rắn sang thể lỏng. 
- Luôn có tính dị hướng, có nghĩa là tính chất của nó (cơ, lý, hoá tính) theo các phương 
khác nhau luôn có sự khác biệt 
 1.1.2.2. Chất vô định hình: 
Là những chất có hình dạng không xác định như thuỷ tinh, keo, sáp, nhựa thông, 
Chương 1 
Vật liệu kỹ thuật 2 
parafin, thuỷ ngân và có những đặc điểm sau: 
- Các nguyên tử sắp xếp không có hệ thống. 
- Khi nung lên nhiệt độ cao thì chuyển từ thể rắn sang thể nhão rồi sang thể lỏng. 
- Bề mặt gẫy nhẵn không có dạng hạt. 
1.2. Các dạng liên kết 
1.2.1. Liên kết cộng hóa trị 
Đây là dạng liên kết mà các nguyên tử tham gia liên kết góp chung điện tử ở lớp 
ngoài cùng, tạo ra lớp ngoài cùng đạt trị số bão hoà về số điện tử có thể (s2p6). 
Là loại liên kết có định hướng, nghĩa là xác suất tồn tại các điện tử tham gia liên 
kết lớn nhất theo phương nối tâm các nguyên tử. 
 Hình 1.1. Liên kết cộng hoá trị trong khí Cl2 
 - Cường độ liên kết phụ thuộc rất mạnh vào mức độ liên kết của các điện tử hoá 
trị với hạt nhân. 
 - Liên kết cộng hoá trị có thể xảy ra giữa các nguyên tử của cùng một nguyên tố 
(đồng cực) thuộc các nhóm từ IV A đến VII A (ví dụ Cl2, F2, Br2, ...) hoặc các nguyên tử 
của các nguyên tố khác nhau (dị cực) thuộc các nhóm III A và V A hoặc II A và VI A 
1.2.2. Liên kết Ion 
 Là loại liên kết mạnh, hình thành bởi lực hút giữa các điện tích trái dấu (lực hút 
tĩnh điện Coulomb). Liên kết này xảy ra do các nguyên tử cho bớt điện tử lớp ngoài 
cùng trở thành Ion dương hoặc nhận thêm điện tử để trở thành Ion âm. Vì vậy liên kết 
Ion thường xảy ra và thể hiện rõ rệt với các nguyên tử có nhiều điện tử hoá trị (á kim 
điển hình) và các nguyên tử có ít điện tử hoá trị (kim loại điển hình). Ví dụ LiF, NaCl, 
Al2O3, Fe2O3, ... 
 Cũng giống liên kết cộng hoá trị, liên kết Ion càng mạnh (bền vững) khi nguyên 
tử chứa càng ít điện tử. Và nó là dạng liên kết không định hướng. 
Chương 1 
Vật liệu kỹ thuật 3 
1.2.3. Liên kết kim loại 
Là liên kết trong đó các cation(ion dương) kim loại nhấn chìm trong đám mây 
electron tự do 
Đặc điểm chung của các nguyên tử nguyên tố kim loại là có ít điện tử hoá trị ở lớp 
ngoài cùng, do đó chúng dễ mất (bứt ra) điện tử tạo thành các ion dương bị bao quanh 
bởi các mây điện tử tự do. Các ion dương tạo thành một mạng xác định, đặt trong không 
gian điện tử tự do chung, đó là mô hình của liên kết kim loại. 
Hình 1.2. Liên kết kim loại 
 Liên kết kim loại là dạng hỗn hợp: gồm lực hút giữa các điện tích trái dấu và lực 
đẩy giữa các điện tích cùng dấu. 
Tính chất: có ánh kim, dẫn điện, dẫn nhiệt tốt và tính dẻo, dai cao 
1.2.4. Liên kết yếu (liên kết Van der Waals) 
Liên kết Van der Waals là liên kết do hiệu ứng hút nhau giữa các nguyên tử hoặc phân 
tử bị phân cực. Liên kết này là loại liên kết rất yếu, dễ bị phá vỡ khi tĕng nhiệt độ. 
Hình 1.3. Liên kết Van der Waals 
1.2.5. Liên kết hỗn hợp 
Trong thực tế, liên kết trong các chất, vật liệu thông dụng thường mang tính hỗn hợp 
của nhiều loại.Ví dụ: Na và Cl có tính âm điện lần lượt là 0,93 và 3,16. Vì thế liên kết 
giữa Na và Cl trong NaCl gồm 25% liên kết ion và 48% liên kết cộng hóa trị 
1.3. Ký hiệu mặt và phương mạng tinh thể 
1.3.1. Khái niệm mạng tinh thể 
 Mạng tinh thể là mô hình không gian, dùng để nghiên cứu quy luật xắp xếp của 
nguyên tử (hoặc ion, phân tử) trong vật tinh thể. 
Mạng tinh thể có các tính chất cơ bản sau: 
Chương 1 
Vật liệu kỹ thuật 4 
- Mạng tinh thể là vô tận, không tồn tại khái niệm kích thước mạng mà chỉ có 
giá trị xác định là các véc tơ đơn vị và các góc định vị (do số lượng nguyên tử trong vật 
rắn là vô tận). 
 - Khi dịch chuyển mạng tinh thể đi một khoảng cách bằng khoảng cách giữa hai 
chất điểm theo phương nối hai chất điểm đó, mạng tự trùng lặp với chính mình. 
Khoảng cách đó gọi là chu kỳ lặp của mạng. Nếu khoảng cách đó được đo theo các 
trục toạ độ thì được gọi là chu kỳ mạng hay thông số mạng. 
 - Mạng tinh thể là mô hình không gian, tồn tại nhiều yếu tố đối xứng khác nhau. 
 - Tuỳ thuộc vào bộ các thông số xác định mạng tinh thể, chúng ta có các kiểu 
mạng khác nhau và do đó có các quy luật xắp xếp chất điểm khác nhau. 
Hình 1.4. Mô hình mạng tinh thể Hình 1.5. Ô cơ bản  Ô cơ bản trong mạng tinh thể: 
Phần tử nhỏ nhất có cấu tạo đặc trưng cho toàn bộ kiểu mạng và khi đó mạng 
tinh thể được hình thành là do vô số các phần tử đó xếp sít nhau. Phần tử đó gọi là ô cơ 
bản của mạng tinh thể. 
Như vậy với tư cách là ô cơ bản của mạng tinh thể, cần phải thoả mãn các nguyên tắc 
sau: 
- Ô cơ bản phải đảm bảo đặc trưng hoàn chỉnh cho cấu tạo một kiểu mạng, bao 
gồm thoả mãn các điều kiện đối xứng của tinh thể (đối xứng gương, đối xứng tâm, đối 
xứng trục quay) và đỉnh của ô cơ bản phải có chất điểm. 
- Thể tích của ô cơ bản phải là nhỏ nhất. 
- Thông số mạng(hằng số mạng) là kích thước ô cơ bản, thường là kích thước 
các cạnh của ô cơ bản từ đó xác định toàn bộ kích thước của ô cơ bản. 
 Với một kiểu mạng tinh thể chúng ta có ô cơ bản đặc trưng của nó, thông qua ô 
cơ bản chúng ta xác định được các kiểu mạng tinh thể cơ bản. 
Chương 1 
Vật liệu kỹ thuật 5 
1.3.2. Ký hiệu mặt và phương tinh thể 
 Việc xác định mặt và phương tinh thể có ý nghĩa vô cùng quan trọng trong 
nghiên cứu tinh thể. Khi nghiên cứu cấu trúc tinh thể bằng các thiết bị hiện đại, người 
ta phân tích cấu trúc thông qua các tín hiệu số trên cơ sở sự phản hồi dưới tác dụng 
của các yếu tố phân tích. Do đó người ta đã đưa ra các phương pháp ký hiệu mặt và 
phương tinh thể bằng các bộ số nguyên. Với các hệ mạng khác nhau ta dùng các bộ chỉ 
số khác nhau, ở đây ta xét hai hệ chỉ số là chỉ số Miller và Miller - Bravais cho hai hệ 
mạng hay gặp là lập phương và lục giác. 
1.3.2.1. Chỉ số Miller cho hệ lập phương  Chỉ số cho mặt tinh thể: 
 Chỉ số Miller cho mặt tinh thể là một bộ số nguyên (h, k, l) không có thừa số 
chung được xác định theo trình tự như sau: 
 - Tìm toạ độ giao điểm của mặt cần ký hiệu với ba mặt phẳng toạ độ của mạng 
tinh thể. 
 - Lấy nghịch đảo ba toạ độ đó. 
 - Quy đồng mẫu số (nếu cần) và đặt thừa số chung (nếu có). Thu được bộ ba số 
nguyên (h, k, l) không có thừa số chung. Khi xác định chỉ số mặt ta có thể thấy rằng, có 
rất nhiều mặt có cùng trị số tuyệt đối của bộ chỉ số, chỉ khác nhau về thứ tự chỉ số hoặc 
dấu của chúng. Các mặt như vậy hợp thành một họ mặt. Do đó khi cần xác định số mặt 
thuộc một họ ta chỉ cần thực hiện phép hoán vị và đổi dấu cho các chỉ số đã xác định 
được của một mặt. Các mặt thuộc cùng một họ có tính chất hoàn toàn giống nhau và 
được ký hiệu là {h, k, l}. 
Mặt điểm cắt các trục nghịch đảo chỉ số 
1 1,1,1/2 1,1,2 (112) 
2 1,1,1 1,1,1 (111) 
3 1,1,∞ 1,1,0 (110) 
4 1, ∞,∞ 1,0,0 (100) 
5 1,1,2 1,1,1/2 (221) 
Chương 1 
Vật liệu kỹ thuật 6 
Hình ... t hay nhiều nguyên tử hay một nhóm nguyên tử (đơn vị cấu tạo = monome) liên kết 
với nhau với số lượng khá lớn để tạo nên một loạt tính chất mà những tính chất này thay đổi 
không đáng kể khi lấy đi hoặc thêm vào một vài đơn vị cấu tạo. 
8.3.2. Phân loại 
a) Theo nguồn gốc hình thành: Polyme thiên nhiên, polyme tổng hợp. 
Polyme thiên nhiên: nguồn gốc thực vật, động vật như: xenlulo, cao su, Protein. 
Polyme tổng hợp: Phản ứng trùng hợp, trùng ngưng: Polyolefin, Polyamit, nhựa phenol 
formadehit. 
Theo cấu trúc: 
Chương 8 
Vật liệu kỹ thuật 103 
a-thẳng b-nhánh c-lưới 
Hình 8.1. Các cấu trúc polyme 
* Polyme mạch thẳng: Polyetylen, PolyvinyRelorit, Polystyren. 
* Polyme mạch nhánh: các nhánh xem như một phần của phân tử tạo bằng từ các phản 
ứng phụ trong quá trình tổng hợp polyme có các mạnh nhánh sự sắp xếp ít chặt chẽ dẫn đến tỷ 
trọng của polyme giảm. 
* Polyme mạch lưới: có các mạch cạnh nhau được nối với nhau bằng các liên kết cộng 
hóa trị các lưới này thường được hình thành nhờ cho thêm vào các nguyên tử, phân tử tạo liên 
kết đồng hóa trị với mạch chính. Cao su mạng lưới tạo thành do quá trình lưu hóa. 
* Polyme không gian: có các monome có ba nhóm hoạt động tạo nên polyme không gian 
ba chiều. Thực tế các polyme mạng lưới dày đặc có thể coi là polyme không gian: Nhựa 
epoxy, nhựa phenolfomandehyt. 
Chú ý: một polyme không thể thuần nhất một loại cấu trúc . 
Ví dụ: polyme mạch thẳng có thể vẫn gồm có cấu trúc mạch nhánh và mạch lưới nhưng 
mạch thẳng chiếm đa số. 
Đặc điểm: polyme nhẹ, bền nên độ bền riêng lớn, chịu ĕn mòn tốt 
Hầu như không dẫn nhiệt, không dẫn nhiệt. 
b) Phân loại theo tính chịu nhiệt: 
Polyme nhiệt dẻo (thermoplastic): thường là các polyme mạch thẳng, ở nhiệt độ nhất 
định dưới tác dụng của lực các phần tử có thể trượt lên nhau có nghĩa là vật liệu có thể dẻo, 
chảy, nhưng ở nhiệt độ thấp hơn nó lại rắn trở lại. Gọi là polyme nhiệt dẻo vì nhiệt độ càng 
tĕng thì tính dẻo càng tĕng. Polyme nhiệt dẻo là loại polyme có giá trị thương mại quan trọng 
nhất. 
Polyme nhiệt rắn (thermoset): là các polyme hay oligome (polyme có khối lượng phân tử 
không cao lắm) chúng thường có cấu trúc không gian. Được chế tạo từ các polyme mạch 
thẳng, hoặc nhánh bé nấu chảy rồi cho thêm vào các chất đóng rắn tạo hình dưới tác dụng 
xúc tác của các chất đóng rắn chuyển thành mạch không gian thuận nghịch. 
Chương 8 
Vật liệu kỹ thuật 104 
Khác polyme nhiệt dẻo, polyme nhiệt rắn ở nhiệt độ cao không bị chảy mềm và khô ng 
hòa tan vào dung môi thành polyme nhiệt rắn, không có khả nĕng tái sinh. 
c) Phân loại theo lĩnh vực áp dụng: chất dẻo, sợi, cao su, sơn, keo. 
8.4. Vật liệu composites 
8.4.1. Khái niệm 
Sự phát triển mạnh mẽ của công nghiệp hiện đại dẫn tới các nhu cầu to lớn về loại vật 
liệu đồng thời có nhiều tính chất mà các loại vật liệu vừa học (kim loại, ceramic, polyme) 
đứng riêng rẽ không có được mà nổi bật là loại vừa bền lại vừa nhẹ, rẻ lại có tính chống ĕn 
mòn cao. Composites (hay còn gọi là vật liệu kết hợp) ra đời trong mấy chục nĕm gần đây đáp 
ứng được các yêu cầu, đã ứng dụng và phát triển tới trình độ cao quy luật kết hợp - một quy 
luật phổ biến trong tự nhiên. Ngành khoa học và công nghệ về composites đã có nhiều sản 
phẩm dùng trong mọi lĩnh vực: từ ô tô, máy bay cho đến vật liệu chỉnh hình. 
Vậy composites là vật liệu nhiều pha khác nhau về mặt hóa học, hầu như không tan vào 
nhau, phân cách nhau bằng ranh giới pha, kết hợp lại nhờ sự can thiệp kỹ thuật của con người 
theo những sơ đồ thiết kế trước, nhằm tận dụng và phát triển những tính chất ưu việt của từng 
pha trong composites cần chế tạo. 
8.4.2. Đặc điểm 
 Composites có các đặc điểm chính sau đây: 
- Là vật liệu nhiều pha chúng thường rất khác nhau về bản chất, không hòa tan lẫn nhau 
và phân cách nhau bằng ranh giới pha. Trong thực tế, phần lớn composites là loại hai pha gồm 
nền là pha liên tục trong toàn khối, cốt là pha phân bố gián đoạn. 
- Nền và cốt có tỷ lệ, hình dáng, kích thước và sự phân bố theo thiết kế đã định trước. 
- Tính chất của các pha thành phần được kết hợp lại để tạo nên tính chất chung của 
composites. Tuy nhiên đó không phải là sự cộng đơn thuần tất cả các tính chất của các pha 
thành phần khi chúng đứng riêng rẽ mà chỉ lựa chọn trong đó những tính chất tốt và phát huy 
thêm. 
8.4.3. Phân loại 
Thông thường dùng cách phân loại theo đặc trưng của nền và cốt, tức các pha cơ bản. 
Theo bản chất của nền có: 
Chương 8 
Vật liệu kỹ thuật 105 
- Composites nền chất dẻo (polyme) . 
- Composites nền kim loại. 
- Composites nền ceramic. 
- Composites nền hỗn hợp nhiều pha. 
Theo đặc điểm cấu trúc của cốt có thể phân loại composites thành ba nhóm: composites 
cốt hạt, composites cốt sợi và composites cấu trúc . 
Composites hạt: Composites hạt là loại có cốt là các hạt đẳng hướng trục, cứng, bền 
(oxyt, nitrit, cacbit, borit) đôi khi là các hạt mềm như grafit, mica thuộc loại chống ma sát, 
không thuộc loại (composites) kết cấu. 
Composites hạt thô: Composites hạt thô rất đa dạng và được sử dụng phổ biến trong các 
lĩnh vực công nghiệp, xây dựng. 
 Đặc điểm: Khái niệm “hạt thô” được dùng để chỉ tương tác giữa nền và cốt không xảy ra 
ở mức độ nguyên tử, phân tử, lúc này sự hóa bền có được là nhờ sự cản trở biến dạng của nền 
ở vùng lân cận với hạt cốt do sự chèn ép theo quan điểm của cơ học môi trường liên tục. 
Các composites hạt thô thông dụng 
Hợp kim cứng: được tạo ra bằng phương pháp luyện kim tinh bột cũng có thể coi là 
composites hạt thô, trong đó các phần tử cứng là cabit: WC, TiC, TaC được liên kết bằng Co 
(nền). Hợp kim cứng là vật liệu cắt rất thông dụng với hiệu quả kinh tế cao. 
Các hợp kim làm tiếp điểm có sự kết hợp tốt của các kim loại khó chảy (W, Mo) với các 
kim loại có tính dẫn nhiệt cao (Cu,Ag) cũng là loại composites hạt thô nền kim loại, trong đó 
có một tính chất (E) của loại nền Cu cốt W đã được trình bày. 
Bêtông: là hạt composites hạt thô nền ceramic được dùng rộng rãi nhất. Trong bêtông, 
cốt chính là các hạt rắn khá lớn (đá, sỏi) hay nhỏ (cát vàng) được liên kết với nhau bởi nền 
cứng là ximĕng. 
Người ta có thể đưa các hạt với vai trò chất độn vào polyme để cải thiện độ bền, tính 
chống mài mòn, ổn định kích thước, chịu nhiệt, lúc đó sản phẩm polyme thu được là 
composites hạt thô nền polyme. 
8.5. Dầu mỡ 
8.5.1. Dầu 
Chương 8 
Vật liệu kỹ thuật 106 
a) Tính chất 
Khi sử dụng dầu cần chú ý một số đặc tính sau: 
+ Độ nhờn: Đặc trưng cho độ loãng của dầu. Độ nhờn thay đổi theo nhiệt độ. Nhiệt độ 
càng cao dầu càng loãng. 
+ Nhiệt độ bắt lửa là nhiệt độ mà ở đó hơi dầu bốc cháy khi gặp lửa. Đối với dầu máy 
dùng trong cơ khí t0bl > 1600C. 
+ Nhiệt độ đông đặc là nhiệt độ mà ở đó dầu đặc lại (với các thiết bị dùng ở nhiệt độ thấp 
phải chú ý nhiệt độ này). 
b) Công dụng 
+ Dùng chủ yếu bôi trơn làm giảm ma sát giữa các bề mặt tiếp xúc của các chi tiết máy. 
+ Bảo vệ kim loại khỏi bị ĕn mòn. 
+ Làm nhiên liệu cho động cơ đốt trong ... 
8.5.2. Mỡ 
a) Tính chất + Có thể trọng lượng riêng nhỏ: 0,8 1g/cm3 
 + Ӣ thể đặc màu vàng hoặc nâu. 
 + Có khả nĕng chống gỉ hoặc bôi trơn tốt. 
b) Công dụng: Dùng chủ yếu để bảo vệ các dụng cụ, chi tiết máy khi bảo quản vận chuyển. 
Mỡ còn dùng bôi trơn ở các bộ phận khó giữ dầu (như cáp của cần trục) hoặc bộ phận lâu mới 
cần tra chất bôi trơn. 
1 - Thành ph
n hóa hc và cơ tính ca thép xây dng h"p kim th$p 
Thành ph
n các nguyên t, % Cơ tính 
Mác thép C Si Mn Cr khác σb, MPa 
σ0.2, 
MPa
δ, 
% 
19Mn 0.16-0.22 0.2-0.4 0.7-1.1 <0.3 490 340 22 
09Mn2 60.12 0.2-0.4 1.5-1.8 <0.3 470 340 21 
14Mn2 0.12-0.18 0.2-0.4 1.2-1.7 <0.3 470 340 21 
17MnSi 0.14-0.20 0.4-0.6 1.2-1.6 <0.3 520 350 23 
14CrMnSi 0.11-0.16 0.4-0.7 0.9-1.3 0.5-0.8 500 350 22 
15CrSiNiCu 0.12-0.18 0.4-0.7 0.4-0.7 0.6-0.9 0.5-0.8Ni 0.2-0.4Cu 350 21 
35CrSi 0.30-0.37 0.6-0.9 0.8-1.2 <0.3 600 14 
18Mn2Si 0.16-0.20 0.6-0.9 1.2-1.6 <0.3 600 14 
2 - Thành ph
n hóa hc ca các thép th$m cacbon 
Thành ph
n các nguyên t, % Mác thép C Cr Ni Mn Khác 
C10 0.07-0.14 <0.25 <0.25 0.35-0.65 
C20 0.17-0.24 <0.25 <0.25 0.35-0.65 
15Cr 0.12-0.18 0.70-1.00 - 0.40-0.70 
20Cr 0.17-0.23 0.70-1.00 - 0.50-0.80 
15CrV 0.12-0.18 0.80-1.00 - 0.40-0.70 0.06-0.12V 
20CrNi 0.17-0.23 0.45-0.75 1.00-1.40 0.40-0.70 
12CrNi3A 0.09-0.16 0.60-0.90 2.75-3.15 0.30-0.60 
12Cr2Ni4A 0.09-0.15 1.25-1.65 3.25-3.65 0.30-0.60 
18Cr2Ni4MoA 0.14-0.20 1.35-1.65 4.00-4.40 0.25-0.55 0.03-0.04Mo 
18CrMnTi 0.17-0.23 1.00-1.30 - 0.80-1.00 0.03-0.09Ti 
25CrMnTi 0.22-0.29 1.00-1.30 - 0.80-1.00 0.03-0.09Ti 
30CrMnTi 0.24-0.32 1.00-1.30 - 0.80-1.00 0.03-0.09Ti 
25CrMnMo 0.23-0.29 0.90-1.20 - 0.90-1.20 0.20-0.30Mo 
3 - Thành ph
n hóa hc ca mt s thép hóa tt 
Thành ph
n các nguyên t, % Mác thép C Cr Mn Si Ni Khác 
C40 0.37-0.44 <0.25 <0.8 <0.37 <0.25 
C45 0.42-0.49 <0.25 <0.8 <0.37 <0.25 
40Cr 0.36-0.44 0.80-1.10 <0.8 <0.4 <0.3 
40CrB 0.37-0.45 0.80-1.10 <0.8 <0.4 <0.3 0.002-0.005B 
40CrMnB 0.37-0.45 0.80-1.10 0.7-1.0 <0.4 <0.3 
30CrMnSi 0.28-0.35 0.80-1.10 0.8-1.1 0.9-1.2 <0.3 
40CrNi 0.36-0.44 0.45-0.75 <0.8 <0.4 1.0-1.4 
40CrNiMo 0.37-0.44 0.60-0.90 <0.8 <0.4 1.2-1.6 0.15-0.25Mo 
40CrMnTiB 0.38-0.45 0.80-1.10 0.7-1.0 <0.4 <0.3 0.03-0.09Ti 0.002-0.005B 
ｐｈỤ＠ｌỤｃ
38CrNi3MoV 0.33-0.42 1.20-1.50 <0.8 <0.4 3.0-3.4 0.35-0.45Mo 0.1-0.2V 
4 - Thành ph
n hóa hc ca thép àn h/i 
Thành ph
n các nguyên t, % Mác thép C Mn Si Cr Khác 
C70 0.67-0.75 0.5-0.8 0.17-0.37 <0.25 
65Mn 0.62-0.70 0.9-1.2 0.17-0.37 - 
60Si2 0.57-0.65 0.6-0.9 1.50-2.0 - 
60SiMn 0.55-0.65 0.8-1.0 1.30-1.80 - 
50CrV 0.46-0.54 0.5-0.8 0.17-0.37 0.8-1.1 0.1-0.2V 
60Si2CrA 0.56-0.64 0.5-0.8 1.40-1.80 0.7-1.0 
60Si2Ni2A 0.56-0.64 0.5-0.8 1.40-1.80 - 1.4-1.7Ni 
5 - Thành ph
n hóa hc và cơ tính ca thép d c*t 
Thành ph
n hóa hc, % Cơ tính Mác thép C Mn S P σb, MPa δ, % Ψ, % HB 
12S 0.08-0.16 0.60-0.90 0.08-0.20 0.08-0.15 420-570 22 36 160
20S 0.15-0.25 0.60-0.90 0.08-0.12 60.06 460-510 20 30 168
30S 0.25-0.35 0.70-1.00 0.08-0.12 60.06 520-670 15 25 185
40MnS 0.35-0.45 1.20-1.55 0.18-0.30 60.05 600-750 14 20 207
6 - Mt s loi thép dng c chính ca M (Tiêu chun SAE/AISI) 
Loi thép, 
ký hiu Thành ph
n các nguyên t Công dng 
C Mn Cr V W Mo Co Khác 
W – thép tôi nc 
-W1 0.6-1.4 - - - - - - - 
-W2 0.6-1.4 - - 0.25 - - - - 
- Dng c gia công 
g
, dng c c
m 
tay, dng c chu va 
p ! nhit 
thng, 
S- Thép chu va 	
p 
-S1 0.5 - 1.5 2.5 - - - - 
-S2 0.55 0.8 - - - - 0.4 2Si 
Dng c thy lc, 
kéo, khuôn d$u, 
Thép làm vi
c  nhi
t  thp (O, A, D): 
O – Thép tôi du 
-O1 0.9 1.0 0.5 - - - - - 
-O2 0.9 1.6 - - - - - - 
Dng c c*t, khuôn 
dp ngui 
A- Thép tôi trong không khí 
-A2 1.0 - 5.0 - - 1.0 - - 
-A4 1.0 2.0 1.0 - - 1.0 - - 
L
 kéo s"i, trc cán 
nh+ 
D – Thép cacbon và crôm 
-D2 1.5 - 12.0 - 1.0 1.0 - - Trc cán, khuôn dp 
-D3 2.25 - 12.0 - - 1.0 - - ngui, calip, 
H – Thép làm vic 
 nhit 	 cao 
-H10 0.40 - 3.25 0.4 - 2.5 - - 
-H21 0.35 - 3.5 - 0.9 - - - 
-H42 0.60 - 4.0 2.0 - 8.0 - - 
Khuôn ép kim loi 
(Al, Mg). khuôn 
úc, khuôn rèn-
dp, 
T- Thép gió h volfram 
-T1 0.75 - 4.0 1.0 18.0 - - - 
-T6 0.80 - 4.5 1.5 20.0 - 12 - 
Dao tin, phay, bào, 
m	i khoan, 
M- Thép gió h W và Mo 
-M1 0.80 - 4.1 1.0 1.5 8.0 - - 
-M2 0.90 - 4.0 2.0 6.0 5.0 - - 
-M30 0.80 - 2.0 1.25 2.0 0.8 5.0 - 
Dng c c*t nhanh, 
có tính chng mài 
mòn r$t cao 
P – Thép làm khuôn ép Polyme 
-P1 0.17 - 2.0 - - 0.2 - 0.5Ni 
-P2 0.10 - 2.6 - - - - 1.25Ni
Dng c ép ùn 
nha, 
7 - Thành ph
n hóa hc ca mt s thép dng c h"p kim th$p 
Thành ph
n các nguyên t, % Mác thép 
C Cr Mn Si W 
130Cr05 1.25-1.40 0.40-0.60 - <0.35 - 
100Cr2 0.95-1.10 1.30-1.60 - <0.35 - 
90CrSi 0.85-0.95 0.95-1.25 - 1.20-1.60 - 
90Mn2 0.85-0.95 - 1.5-1.7 - - 
140CrW5 1.25-1.50 0.40-0.70 - <0.30 4.5-5.5 
8 - Thành ph
n hóa hc ca mt s loi thép gió 
Thành ph
n các nguyên t, % Mác thép 
C Cr W V Mo Co 
Nhóm thép gió có n%ng su$t c*t bình thng 
80W18Cr4VMo 0.70-0.80 3.8-4.4 17.0-18.5 1.4-1.4 61 - 
90W9Cr4V2Mo 0.85-0.95 3.8-4.4 8.5-10.0 2.0-2.6 61 - 
85W12Cr3V2Mo 0.80-0.90 3.1-3.6 12.0-13.0 1.5-1.9 61 - 
85W6Mo5Cr4V2 0.80-0.88 3.8-4.4 5.5-6.5 1.7-2.1 5.0-5.5 - 
145W9V5Cr4Mo 1.40-1.50 3.8-4.4 9.0-10.5 4.3-5.1 61 - 
Nhóm thép gió có n%ng su$t cao 
90W18Cr4V2Mo 0.85-0.95 3.8-4.4 17.5-19.0 1.8-2.4 61 - 
95W9Co5Cr4V2Mo 0.90-1.00 3.8-4.4 9.0-10.5 2.0-2.6 61 5.0-6.0 
95W9Co10Cr4V2Mo 0.90-1.00 3.8-4.4 9.0-10.5 2.0-2.6 61 9.5-10.5 
150W10Co5V5Cr4Mo 1.45-1.55 4.0-4.6 10.0-11.5 4.3-5.1 61 5.0-6.0 
160W12Co5V4Cr4Mo 1.55-1.65 4.0-4.6 12.0-13.5 4.3-5.1 61 5.0-6.0 
90W18Co5Cr4V2Mo 0.85-0.95 3.8-4.4 17.5-19.0 1.8-2.4 61 5.0-6.0 
130W14V4Cr4Mo 1.20-1.30 4.0-4.6 13.0-14.5 3.4-4.1 61 - 
90W6Mo5Co5Cr4V2 0.85-0.95 3.8-4.4 5.5-6.5 1.7-2.1 5.0-5.5 5.0-6.0 
9 - Mt s mác gang thông dng (Theo tiêu chun ASTM) 
Gii hn 
bn kéo min 
Gii hn 
ch
y min 
 d2o 
min, % 
 cng 
max, HB 
Mác tơng ơng 
theo tiêu chun Liên 
Xô c	 
Mác gang Ký hiu 
tiêu chun 
ksi MPa ksi MPa 
Gang xám 
No.20B* A48 20 138 
No.25B A48 25 172 C 8-36 
No.30B A48 30 207 C 1-40 
No.35B A48 35 241 C 4-44 
No.40B A48 40 276 C 8-48 
No.45B A48 45 310 C 2-52 
No.50B A48 50 345 C 5-56 
No.55B A48 55 379 C 8-60 
No.60B A48 60 414 
Gang cu 
32510 A 47-84 50 32.5 10 156 
35018 A 47-84 53 35 18 156 
22010 A47M-90 340 220 10 156 
40010 A220-88 60 40 10 149-197 
45008 A220-88 65 45 8 156-197 
45006 A220-88 65 45 6 156-207 
50005 A220-88 70 50 5 179-229 
60004 A220-88 80 60 4 197-241 
70003 A220-88 85 70 3 217-269 
80002 A220-88 95 80 2 241-285 
90001 A220-88 105 90 1 269-231 
280M10 A220M-88 400 280 10 149-197 B 0-10 
310M8 A220M-88 450 310 8 156-197 
310M6 A220M-88 450 310 6 156-207 
340M5 A220M-88 480 340 5 179-229 B 5-5 
410M4 A220M-88 550 410 4 197-241 
480M3 A220M-88 590 480 3 217-269 
550M2 A220M-88 650 550 2 241-285 
620M1 A220M-88 720 620 1 269-231 
Gang do 
0-40-18 A 536-84 60 414 40 276 18 
5-45-12 A 536-84 65 448 45 310 12 
0-55-06 A 536-84 80 552 55 379 6.0 
10-70-03 A 536-84 100 689 70 483 3.0 
10-90-02 A 536-84 120 827 90 621 2.0 
Ghi chú: Sau các ký hiu mác gang có th có các ch) cái A, B, C, S ph thuc vào ng kính m(u 
th, ! ây, B ng vi m(u có ng kính là 30.5 mm. 
10 - Bảng đối chiếu một số mác thép và gang của các nước 
TCVN: Tiêu chuẩn Việt Nam 
ᴦOCT: Tiêu chuẩn Nga 
GB: Tiêu chuẩn Trung Quốc 
UNS: Tiêu chuẩn Mỹ
AISI/SAE: Tiêu chuẩn Mỹ
JIS: Tiêu chuẩn Nhật Bản 
AFNOR: Tiêu chuẩn Pháp 
DIN: Tiêu chuẩn Đức 
BS: Tiêu chuẩn Anh 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
[1] Lê Công Dưỡng (2000) , Vật liệu học, NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội. 
[2] Nghiêm Hùng (1999), Kim loại và nhiệt luyện, Nhà xuất bản Đại học và Trung học chuyên 
nghiệp. 
[3] Nghiêm Hùng (2010), Vật liệu học cơ sở, Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật. 
[4] PGS. PTS. Nguyễn Hoành Sơn (2000), Vật liệu cơ khí, NXB Giáo dục. 
[5] PGS. TS. Hoàng Tùng (2002), Giáo trình Vật liệu và Công nghệ cơ khí, NXB Giáo dục. 
[6] Chu Thiên Trường (2000), Vật liệu học, Nhà xuất bản giáo dục. 
[7] Wiliam F Smith. Materials Science and Engineering (second edition).