Bài giảng Cơ khí đại cương - Chương II: Vật liệu dùng trong công nghiệp

 Add: 306C1 - Dai Co Viet Str. No.1 - Hanoi – Vietnam / E-Mail: phong-dwe@mail.hut.edu.vn Tel.: +84. (04). 8692204
- ThÐp HK lµ lo¹i thÐp cã chøa trong nã mét hµm l-îng c¸c nguyªn tè HK thÝch hîp
- Hµm l-îng cña chóng ph¶i ®ñ ®Õn møc cã thÓ lµm thay ®æi c¬ tÝnh thì míi ®-îc coi lµ 
chÊt cho thªm, nÕu d-íi møc ®ã thì chØ lµ t¹p chÊt.
 C¸c ®Æc tÝnh c¬ b¶n cña ThÐp hîp kim:
- C¶i thiÖn c¬ tÝnh: thÐp HK cã
tÝnh nhiÖt luyÖn tèt h¬n thÐp C.
(Tr-íc nhiÖt luyÖn hai lo¹i thÐp C
vµ HK cã c¬ tÝnh t-¬ng tù, nh-ng
nÕu nhiÖt luyÖn vµ ram hîp lý thÐp
hîp kim sÏ tăng c¬ tÝnh râ rÖt).
- ThÐp HK giữ ®-îc ®é bÒn cao h¬n 
thÐp C ë nhiÖt ®é cao nhê sù t-¬ng 
t¸c cña nguyªn tè hîp kim trong c¸c 
tæ chøc cña thÐp cacbon 
- T¹o ra những tÝnh chÊt lý ho¸ ®Æc 
biÖt, nh-: chèng ăn mßn trong c¸c 
m«i tr-êng ăn mßn; 
Cã thÓ t¹o ra thÐp tõ tÝnh cao hay 
kh«ng cã tõ tÝnh; ®é gi·n në nhiÖt rÊt 
nhá. 
 C¸c sù biÕn ®æi khi Hîp kim ho¸:
- C¸c dung dÞch ®Æc trong thÐp
C hoµ tan thªm nguyªn tè hîp
kim t¹o nªn sù thay ®æi cã lîi
c¸c to¹ ®é trªn gi¶n ®å tr¹ng
th¸i hoÆc t¹o ra c¸c pherit hîp
kim bÒn h¬n.
- Trõ mét sè nguyªn tè
nh- Ni, Si, Al ®a sè
c¸c nguyªn tè kh¸c nh-
Cr, W, Ti ®Òu kÕt hîp
víi cacbon t¹o nªn
cacbit hîp kim
iv. THÉP HỢP KIM
4.1. Kh¸i niÖm
- Đa sè c¸c nguyªn tè lµm
cho ®é qu¸ nguéi tăng lªn,
 ®-êng cong chữ "C'
dÞch vÒ bªn ph¶i. ĐiÒu ®ã sÏ
t¹o ®iÒu kiÖn ®Ó nhiÖt luyÖn
dÔ dµng h¬n.
- Mét sè nguyªn tè kÕt hîp
víi thÐp C vµ m«i tr-êng
ngoµi t¹o nªn líp vá «xyt rÊt
bÒn ®Ó b¶o vÖ.
DWE Department of Welding and Metal Technology / Phong Van Vo , MSc. Add: 306C1 - Dai Co Viet Str. No.1 - Hanoi – Vietnam / E-Mail: phong-dwe@mail.hut.edu.vn Tel.: +84. (04). 8692204
1. Ph©n lo¹i theo thµnh phÇn hîp kim trong thÐp: 
- ThÐp hîp kim thÊp:
cã tæng l-îng c¸c nguyªn tè 
hîp kim ®-a vµo < 2,5%.
2. Ph©n lo¹i theo tªn gäi c¸c nguyªn tè HK chñ yÕu: 
- ThÐp Mn, ThÐp Si, ThÐp Cr, ThÐp Ni, thÐp Cr-Ni, ...
3. Ph©n lo¹i theo c«ng dông: 
iv. THÉP HỢP KIM
4.2. Ph©n lo¹i
- ThÐp hîp kim trung bình: cã 
tæng l-îng c¸c nguyªn tè hîp 
kim tõ 2,5  10%.
- ThÐp hîp kim cao:
cã tæng l-îng > 10%
Thép HK Kết 
cấu
Thép HK Dụng 
cụ
Thép Gió
Thép HK Đặc 
biệt
Thép HK
DWE Department of Welding and Metal Technology / Phong Van Vo , MSc. Add: 306C1 - Dai Co Viet Str. No.1 - Hanoi – Vietnam / E-Mail: phong-dwe@mail.hut.edu.vn Tel.: +84. (04). 8692204
- Lµ lo¹i thÐp trªn c¬ së thÐp cacbon kÕt cÊu cho thªm
c¸c nguyªn tè hîp kim (0,1  0,85% C vµ l-îng phÇn
trăm nguyªn tè hîp kim thÊp )
> ThÐp HK kÕt cÊu ph¶i qua thÊm cacbon råi míi nhiÖt
luyÖn c¬ tÝnh cao.
> Lo¹i thÐp nµy ®-îc dïng ®Ó chÕ t¹o c¸c chi tiÕt chÞu t¶i
träng cao, cÇn ®é cøng, ®é chÞu mµi mßn, hoÆc cÇn tÝnh
®µn håi cao v.v
Ký hiÖu: 
15Cr, 20Cr, 20CrNi , 12CrNi 3A, 12Cr2Ni4A, 
40CrMn, 35CrMnSi 
iv. THÉP HỢP KIM
Thép HK Kết 
cấu
Thép HK Dụng 
cụ
- Lµ lo¹i thÐp cÇn cã ®é cøng cao sau khi nhiÖt luyÖn,
®é chÞu nhiÖt vµ chÞu mµi mßn cao. Hµm l-îng
cacbon trong thÐp HK dông cô tõ 0,7  1,4% C; c¸c
nguyªn tè hîp kim cho vµo lµ Cr, W, Si vµ Mn.
> ThÐp HK dông cô cã tÝnh nhiÖt luyÖn tèt.. Sau
nhiÖt luyÖn cã ®é cøng ®¹t 60 - 62 HRC.
90CrSi, 100CrWMn, 100Cr12 vµ OL100Cr1,5
 Riªng lo¹i thÐp lµm æ lăn th-êng chøa hµm l-îng 
Cr cao h¬n vµ ký hiÖu theo tªn riªng cña nã. 
OLCr0,6; OLCr1; OLCr1,5 
Ký hiÖu: 
DWE Department of Welding and Metal Technology / Phong Van Vo , MSc. Add: 306C1 - Dai Co Viet Str. No.1 - Hanoi – Vietnam / E-Mail: phong-dwe@mail.hut.edu.vn Tel.: +84. (04). 8692204
> Trong tæ chøc cña thÐp giã gåm c¸c nguyªn tè 
C, Cr, W, Co, Va vµ Fe.
> ThÐp giã cã ®é cøng cao, bÒn, chÞu mµi mßn 
vµ chÞu nhiÖt ®Õn 6500 oC.
> Hµm l-îng c¸c nguyªn tè trong thÐp giã: 
8,5  19% W; 0,7  1,4%C; 3,8 4,4%Cr; 1 
2,6V vµ mét l-îng nhá Mo hay Co
Ký hiÖu: 
90W9V2; 75W18V; 140W9V5; 
90W18V2
- Lµ mét d¹ng thÐp HK ®Æc biÖt ®Ó lµm dông
cô c¾t vµ c¸c chi tiÕt m¸y cã yªu cÇu cao
iv. THÉP HỢP KIM
Thép Gió
Thép HK Đặc 
biệt
1. ThÐp kh«ng gØ : lµ lo¹i thÐp cã kh¶ 
năng chèng l¹i m«i tr-êng ăn mßn. 
> Trong thÐp th-êng cã nhiÒu pha, mçi pha cã ®iÖn thÕ ®iÖn cùc 
kh¸c nhau 
> Trong thÐp kh«ng gØ, hµm l-îng cr«m kh¸ cao (>12%)
> Cã hai lo¹i thÐp kh«ng gØ: lo¹i hai pha pherit + cacbit; lo¹i mét 
pha ostennit 
12Cr13, 20Cr13, 30Cr13, 12Cr19Ni9, 12Cr18Ni9Ti, 
2. ThÐp bÒn nãng: lµ lo¹i thÐp HK lµm viÖc ë nhiÖt ®é 
cao mµ ®é bÒn kh«n gi¶m, kh«ng bÞ «xy ho¸ bÒ mÆt 
12CrMo, 10Cr18Ni12N6, 04Cr14Ni14W2Mo
3. ThÐp tõ tÝnh: lµ lo¹i thÐp cã kh¶ năng khö tõ cao
> Cã thÓ dïng thÐp dông cô cacbon ®-îc hîp kim ho¸ mét 
l-îng 2  3% Cr
> Còng cã thÓ dïng hÖ hîp kim Fe- Al -Ni hoÆc Al - Si - Fe 
AlNi1, AlNi2, 50Ni - 50%Ni; 38NiSi - 38%Ni vµ 38%Si 
DWE Department of Welding and Metal Technology / Phong Van Vo , MSc. Add: 306C1 - Dai Co Viet Str. No.1 - Hanoi – Vietnam / E-Mail: phong-dwe@mail.hut.edu.vn Tel.: +84. (04). 8692204
Hîp kim cøng lµ lo¹i vËt liÖu ®iÓn hÌnh víi ®é cøng nãng rÊt cao (800  1000oC).
Nã ®-îc dïng phæ biÕn lµm c¸c dông cô c¾t gät kim lo¹i vµ c¾t gät vËt liÖu phi kim cã ®é cøng cao. Hîp 
kim cøng kh«ng cÇn nhiÖt luyÖn vÉn ®¹t ®é cøng 85  92 HRC.
Th-êng dïng hai nhãm hîp kim cøng sau: 
- Nhãm mét cacbit: WC + Co  Ký hiÖu theo 
Liªn x« lµ BK, 
VD: BK2, BK3, BK8, BK10 : Con sè chØ % Co, 
cßn l¹i lµ WC
>> Nhãm nµy cã ®é dÎo thÝch hîp víi gia c«ng vËt liÖu 
dßn, lµm c¸c khu«n kÐo, Ðp
- Nhãm hai cacbit: WC + TiC + Co  Ký hiÖu 
theo Liªn x« lµ TK,
VD: T30K4; T15K6; T14K8; T5K10 : Con sè 
chØ % TiC vµ % Co, cßn l¹i lµ WC
>> Nhãm nµy cã ®é dÎo thÊp h¬n so víi nhãm BK. 
>> Riªng nhãm ba cacbit WC + TIC + TaC + Co Ýt 
dïng ë n-íc ta vÌ khã chÕ t¹o 
 Ph-¬ng ph¸p chÕ t¹o HK cøng: chÕ t¹o bét  Ðp ®Þnh hÌnh  thiªu kÕt
v. HỢP KIM CỨNG
DWE Department of Welding and Metal Technology / Phong Van Vo , MSc. Add: 306C1 - Dai Co Viet Str. No.1 - Hanoi – Vietnam / E-Mail: phong-dwe@mail.hut.edu.vn Tel.: +84. (04). 8692204
6.1. Nh«m vµ hîp kim Nh«m:
- Nh«m lµ kim lo¹i nhÑ
- Khèi l-îng riªng nhÑ: kho¶ng 2,7g/cm3
- Cã tÝnh dÉn ®iÖn, dÉn nhiÖt cao
- Chèng ăn mßn tèt
- NhiÖt ®é nãng ch¶y: 6600C
- Đé bÒn thÊp:  = 60N/mm2
- Đé cøng thÊp: (HB = 25 mÒm), nh-ng dÎo cao 
- Trªn bÒ mÆt cña nh«m cã mét líp «xyt b¶o vÖ chèng ăn mßn trong m«i tr-êng kh«ng khÝ ë 
nhiÖt ®é bình th-êng. Líp «xyt nh«m nµy lu«n lu«n tù hình thµnh trªn bÒ mÆt nh«m do t¸c 
dông víi kh«ng khÝ.
 Ng-êi ta cßn dïng c¸ch «xy ho¸ bÒ mÆt nh«m b»ng c¸c ph-¬ng ph¸p ®iÖn ho¸ hoÆc ho¸ häc, 
®Ó t¹o nªn líp «xyt b¶o vÖ vững ch¾c trong m«i tr-êng kh«ng khÝ vµ mét sè m«i tr-êng kh¸c 
+ 2 lo¹i HK Nh«m: HK nh«m ®óc & HK nh«m biÕn d¹ng
+ 3 nhãm nh«m: A999: 99,999% Al  lo¹i tinh khiÕt
A995, A99, A97 vµ A95: 99,995 ÷ 99,95% Al  lo¹i cã ®é s¹ch cao
A85, A8, A7, ... A0: 99,85 ÷ 99% Al  nh«m kü thuËt
vi. KIM LOẠI MÀU VÀ HỢP KIM MÀU
DWE Department of Welding and Metal Technology / Phong Van Vo , MSc. Add: 306C1 - Dai Co Viet Str. No.1 - Hanoi – Vietnam / E-Mail: phong-dwe@mail.hut.edu.vn Tel.: +84. (04). 8692204
6.2. Đång & HK Đång:
Khèi l-îng riªng ë 200C: 8,94 g/cm3
NhiÖt ®é nãng ch¶y: 1083 oC
HÖ sè dÉn nhiÖt ë 200C: 0.923 calo/cm.s.0C 
HÖ sè gi·n dµi (0 - 1000C): 16,5.10-6 
ĐiÖn trë suÊt ë 200C (.mm2/m): 0,01784 
Đé dÉn ®iÖn ë 200C: 57 m/.mm2
Đé bÒn thÊp : b = 160 N/mm
2
 Đång cã tÝnh dÉn ®iÖn vµ dÉn nhiÖn tèt, tÝnh chèng an mßn cao dÔ gia c«ng b»ng ¸p lùc ë tr¹ng th¸i nãng vµ 
nguéi, cã thÓ d¸t máng thµnh tÊm cã chiÒu dµy 0,05mm 
Hai lo¹i hîp kim ®ång th-êng dïng:
 Đång thau ®óc & ®ång thau biÕn d¹ng
- Đång thanh lµ hîp kim ®ång vµ: Sn, Al, Cr, ...
C¸c lo¹i ®ång thanh th-êng dïng:
+ Đång ®en: 
+ Babit:
6.3. Ni, Zn, Pb, Mg, ...:  tù ®äc SGK
vi. KIM LOẠI MÀU VÀ HỢP KIM MÀU
- Đång thau lµ hîp kim ®ång vµ kÏm, hµm l-îng Zn 
trong ®ång thau ≤ 45% 
DWE Department of Welding and Metal Technology / Phong Van Vo , MSc. Add: 306C1 - Dai Co Viet Str. No.1 - Hanoi – Vietnam / E-Mail: phong-dwe@mail.hut.edu.vn Tel.: +84. (04). 8692204
I. Gç: Đé bÒn cao
Khèi l-îng riªng nhá: (tõ 0,35 ®Õn 0,75g/cm3) vµ gi¸ rÎ
Đé cøng kÐm h¬n vµ dÔ gia c«ng (c-a, bµo, c¾t, ®ôc) h¬n so víi KL
Đé bÒn cña gç kh«ng ®ång ®Òu, ®é bÒn däc thí cao h¬n ®é bÒn ngang thí 
II. ChÊt dÎo, nhùa:
ChÊt dÎo lµ những chÊt do c¸c chÊt hữu c¬ cao ph©n tö t¹o thµnh. VËt phÈm lµm lµm b»ng chÊt dÎo 
cã thÓ ®­îc chÕ t¹o b»ng ph­¬ng ph¸p kh¸c nhau nh­ Ðp, ®óc, gia c«ng c¾t gät, v.v 
>> Đa sè c¸c lo¹i chÊt dÎo: nhÑ, ®é c¸ch ®iÖn, hÖ sè ma s¸t lín khi kh«ng cã dÇu mì, cã h×nh d¹ng bªn ngoµi ®Ñp 
>> ChÊt dÎo th-êng cã chÊt ®én nh- v¶i, giÊy, gç, bét gç, sîi thuû tinh, sîi amiăng, sîi dÖt vµ chÊt kÕt dÝnh (nhùa).
III. Composit - VËt liÖu tæ hîp: ®-îc chÕ t¹o tõ nhiÒu lo¹i vËt liÖu kÕt hîp l¹i
Gåm: - vËt liÖu cèt (th­êng d­íi d¹ng sîi) nh­ sîi thuû tinh; sîi graphit; sîi cacbon; sîi thÐp, 
- vËt liÖu c¬ b¶n (nÒn) th-êng lµ c¸c chÊt dÎo hoÆc kim lo¹i cã ®é dÎo cao (nh- Al ,Cu) 
¦u ®iÓm: bÒn, nhÑ, chÞu nhiÖt tèt, cã tÝnh chèng mµi mßn vµ chèng ¨n mßn cao
HiÖn nay nã ®-îc dïng nhiÒu trong c¸c ngµnh c«ng nghiÖp nh-: hµng kh«ng, x©y dùng, chÕ t¹o m¸y 
vii. VẬT LIỆU PHI KIM
DWE Department of Welding and Metal Technology / Phong Van Vo , MSc. Add: 306C1 - Dai Co Viet Str. No.1 - Hanoi – Vietnam / E-Mail: phong-dwe@mail.hut.edu.vn Tel.: +84. (04). 8692204
IV. Cao su:
- Cã tÝnh dÎo cao (®é gi·n dµi khi kÐo ®¹t tíi 700 - 800%)
- Kh¶ năng gi¶m chÊn ®éng tèt vµ ®é c¸ch ©m cao
 Cao su ®-îc dïng lµm s¨m lèp, èng dÉn, c¸c phÇn tö ®µn håi cña khíp trôc, ®ai truyÒn, vßng ®Öm, 
s¶n phÈm c¸ch ®iÖn v.v 
 Khi l-îng l-u huúnh trong cao su cao tíi (45%) ta cã ®-îc ªb«nit lµ mét lo¹i vËt liÖu cã tÝnh c¸ch 
®iÖn rÊt cao vµ bÒn tr-íc những t¸c dông ho¸ häc 
V. Gèm, sø:
- Cã ®é cøng cao
- Đé chÞu nhiÖt cao
- Chèng mµi mßn tèt 
 Dïng ®Ó lãt trong c¸c lß nhiÖt luyÖn, lµm h¹t mµi trong ®¸ mµi, lµm 
dao c¾t, chi tiÕt c¸ch ®iÖn, c¸ch nhiÖt, ...
VI. Da, v¶i, vËt liÖu xèp c¸ch nhiÖt,...
vii. VẬT LIỆU PHI KIM