Bài 4: Vật liệu kim loại và hợp kim SVIP

I. PHÂN LOẠI VẬT LIỆU KIM LOẠI VÀ HỢP KIM

- Sắt (Fe) và hợp kim của nó (thép và gang) được gọi là sắt và hợp kim của sắt.

- Nhôm (Al), đồng (Cu), nickel (Ni), kẽm (Zn), chromium (Cr),... và hợp kim của chúng được gọi là kim loại và hợp kim màu.

- Chi phí sản xuất thấp, sắt và hợp kim của sắt thường được ứng dụng phổ biến trong ngành cơ khí.

- Kim loại và hợp kim màu có tính chất như:

+ Độ bền, độ dẻo.

+ Khả năng chống ăn mòn.

+ Tính trang trí cao.

II. TÍNH CHẤT CƠ BẢN CỦA VẬT LIỆU KIM LOẠI VÀ HỢP KIM

1. Tính chất cơ học

- Kim loại và các hợp kim có:

+ Tính dẻo, đàn hồi.

+ Độ bền kéo, độ bền nén nhất định.

- Ví dụ: Đồng dễ uốn, dùng để làm dây điện.

- Kim loại cứng:

+ Ánh kim, dễ dát mỏng.

+ Tạo thành nhiều hình dạng khác nhau.

- Mỗi loại có đặc tính cơ học riêng, phụ thuộc vào thành phần cấu tạo.

2. Tính chất vật lí

- Tính chất vật lí cơ bản của kim loại gồm:

+ Khối lượng riêng.

+ Nhiệt độ nóng chảy.

+ Tính giãn nở.

+ Tính dẫn nhiệt, dẫn điện và từ tính.

- Nhờ sự chuyển động của ion tự do, kim loại và hợp kim dẫn điện tốt.

- Kim loại truyền nhiệt nhanh, có từ tính và chịu nhiệt cao.

- Phần lớn kim loại tồn tại ở thể rắn ở điều kiện thường, ngoại trừ thủy ngân và copernixi ở thể lỏng.

3. Tính chất hóa học

- Sắt và các hợp kim của nó dễ bị gỉ trong môi trường acid muối.

- Hầu hết kim loại và hợp kim màu khó phản ứng hoá học, không dễ bị oxi hoá và không bị gỉ.

- Ví dụ: Nhôm và đồng không dễ bị gỉ như sắt.

4. Tính công nghệ

- Thép dễ rèn, cắt, dập,... nhưng khó đúc.

- Gang: không có khả năng rèn, dập nhưng tính đúc tốt.

- Các kim loại màu và hợp kim của chúng có tính rèn, dập, cán ép, cắt gọt cao vì độ dẻo lớn, một số có tính đúc tốt như đồng và hợp kim đồng.

III. MỘT SỐ VẬT LIỆU KIM LOẠI VÀ HỢP KIM THÔNG DỤNG

1. Gang

- Gang là hợp kim của sắt và carbon, hàm lượng C chiếm từ 2,14% đến 4,3%, có tính giòn, màu xám đặc trưng.

- Gang dẫn điện tốt, chịu ăn mòn kém, không có khả năng rèn, dập nhưng đúc tốt.

- Trong cơ khí, gang được dùng để chế tạo các chi tiết bạc trượt, các vỏ máy,...

2. Thép carbon

- Thép carbon là hợp kim gồm sắt và carbon (dưới 2,14%) cùng một số tạp chất như silic, mangan,...

- Đặc điểm:

+ Cơ tính tổng hợp cao và khả năng biến dạng dẻo tốt.

+ Tính dẫn nhiệt tốt, điện trở lớn và tính chịu ăn mòn kém.

+ Tính rèn, cắt gọt, đột dập, hàn, mài và là vật liệu xương sống của các ngành công nghiệp.

- Sử dụng để sản xuất dụng cụ cắt, khuôn dập và các dụng cụ đo lường trong ngành cơ khí.

3. Thép hợp kim

- Thép hợp kim chứa nguyên tố hợp kim như Mn, Si, Cr, Ni, Ti,...

- Thép hợp kim có tính nhiệt luyện, bền ở nhiệt độ cao và tính chống ăn mòn tốt.

- Trong ngành cơ khí, thép hợp kim dùng để chế tạo các chi tiết chịu lực, nhiệt, ăn mòn và nâng cao tuổi thọ máy.

4. Nhôm và hợp kim nhôm

- Hợp kim nhôm là hợp kim của nhôm với các nguyên tố khác như đồng, thiếc, manganese,...

- Nhôm và hợp kim nhôm có:

+ Độ bền thấp.

+ Tính dẻo cao, mềm, dễ uốn.

+ Dễ dàng gia công trên các máy móc gia công cơ khí.

- Hợp kim nhôm cứng hơn, độ giãn dài tốt hơn, độ bền cao và nhiều công dụng hơn.

- Nhôm và hợp kim nhôm có tính dẫn điện, dẫn nhiệt cao.

- Trong ngành cơ khí, hợp kim nhôm được dùng trong chế tạo:

+ Máy bay.

+ Thiết bị ngành hàng không.

+ Đóng tàu.

+ Gia công cơ khí,...

5. Đồng và hợp kim đồng

- Hợp kim đồng là hợp kim của đồng với các nguyên tố hoá học khác để tạo thành nhiều loại hợp kim đồng khác nhau.

- Đặc điểm:

+ Tính dẻo, độ bền cao.

+ Tính dẫn điện và nhiệt tốt.

- Ứng dụng đồng trong ngành cơ khí:

+ Ổ trượt.

+ Bánh răng.

+ Bánh vít.

6. Nickel và hợp kim nickel

- Hợp kim nickel là hợp kim của nickel với các nguyên tố khác như đồng, thiếc, manganese, silic, magnesium,...

- Nickel là một kim loại với màu sáng bạc trắng, hơi ngả vàng nhẹ.

- Nickel và hợp kim nickel có khả năng chống mài mòn tốt.

- Sử dụng chế tạo thép không gỉ, nam châm và nhiều ứng dụng khác trong cơ khí.

IV. MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP ĐƠN GIẢN NHẬN BIẾT TÍNH CHẤT CƠ BẢN CỦA KIM LOẠI VÀ HỢP KIM

1. Quan sát màu sắc và mặt gãy của các mẫu

- Quan sát màu sắc bên ngoài và mặt gãy của mẫu để phân biệt loại kim loại hoặc hợp kim.

2. Xác định tính cứng, tính dẻo

- Dùng tay uốn mẫu dây để kiểm tra độ cứng và độ dẻo.

3. Xác định khả năng biến dạng

- Dùng búa đập vào đầu mẫu, mẫu bị dẹt nhiều hơn cho thấy khả năng biến dạng tốt hơn.

4. Xác định tính giòn của vật liệu

- Dùng búa đập và quan sát vật liệu nào dễ gãy, vỡ thì có tính giòn lớn hơn.

5. Xác định khối lượng riêng

- Khối lượng riêng là khối lượng của một đơn vị thể tích vật liệu.

- Dùng để biết được mức độ nặng nhẹ của các loại vật liệu khác nhau.