26/01/2015

1

1

VẬT LIỆU CƠ BẢN DÙNG ĐỂ

CHẾ TẠO THIẾT BỊ HÓA

2

Nguyên liệu trở thành vật liệu khi :

- Tối thiểu có được một tính chất trong trạng thái hiện hữu được đưa vào ứng dụng cho công nghiệp được. - Phù hợp cho công nghệ, hiệu quả kinh tế và không gây ô nhiễm môi trường ( không thải ra chất độc hại khi sử dụng và có thể đưa vào hệ sinh thái)

Vật liệuNguyên liệu Thiết bị

Biến đổi

Năng lượng,

phụ gia

Gia công

Năng lượng,

phụ gia

3

Kỷ thuật vật liệu : Khoa học – Công nghệ : Khoa học :

•Cấu trúc vật liệu•Tính chất vật liệu •Liên hệ giữa cấu trúc bên trong và tính chất của vật liệu

Tính chất của vật liệu ( chi tiết thiết bị ) tùy theo cấu trúc . Ví dụ như độ cứng của thép, dễ cắt gọt, hay là chịu được nhiệt độ cao.

Công nghệ :- Tạo ra vật liệu

- Ứng dụng vật liệu - Thiết kế và phát triễn vật liệu mới để có thể tạo ra được một tính chất

phụ hợp cho ứng dụng nào đó.

Điều kiện sản xuất ảnh hưởng đến cấu trúc như là khi làm nguội thép thì tùy theo tốc độ làm nguội sẽ cho ra các tính chất khác nhau của phôi thép do các tinh thể hình thành trong quá trình rắn lại.

26/01/2015

2

• Phân nhóm vật liệu :– Nguyên liệu– Tính chất kỷ thuật– Ứng dụng

4

5

Vật liệu cơ bản• Kim loại

– Kim loại gốc Fe• Sắt-thép

– theo chất lượng» mác thấp» Mác cao» Không gỉ

– Ứng dụng» Xây dựng» Công cụ

– Cấu trúc tinh thể» Austenit» Ferritit» Martensit

• Gang– Gang thép– Gang xám– Gang trắng

6

26/01/2015

3

Vật liệu cơ bản

• Kim loại– kim loại màu

• Kim loại nặng : ρ > 5 g/cm³• Kim loại nhẹ : ρ < 5 g/cm³

– Vật liệu tổng hợp• Gia cố tinh thể • Composit• Gia cố lớp ( bề mặt)

7

Vật liệu cơ bản

• Vật liệu khác – Hữu cơ ( polymere) :

• Thermoplastic : PE, PP, PVC,….• Nhựa dẽo ( Elastomer) : cao su….• Nhựa cứng ( Duroplastic) : nhựa epoxy, PUR..

– Vô cơ :• Thủy tinh• Gốm , sứ

8

9

26/01/2015

4

cấu trúc tinh thể của sắt (Fe-Fe3C)

10

Cấu trúc tinh thể của sắt

• Ferrit : (Ferrum), mềm, dễ gia công ở nhiệt độ thấp

• Austenit ( Roberts Austen), rất dễ gia công, không từ tính

• Zementit Fe3C : cứng• Ledeburit ( A. Ledebur): cấu trúc của

tinh thể tai điểm Eutektik, khó gia công• Perlit : cấu trúc lớp như võ ốc xa cừ

11

12

The structure of iron-carbon alloy steel

The structure of iron-carbon alloy steel The structure of metal The micro-structure of metal

Grain Boundary

Grain

micrograph

26/01/2015

5

13

Different structure cause different performance of materials.

14

Khi cấu trúc tinh thể dều và kín thì có sức bền cơ học cao

Cấu trúc tinh thể của thép Austenit

15

Nguyên tử Carbon trong cấu trúc của Austenit

26/01/2015

6

Cấu trúc tinh thể của thép Ferrit

16

Nguyên tử Carbon trong cấu trúc Ferrit

Cấu trúc tinh thể của thép Ferrit

17

Nguyên tử Crôm trong cấu trúc của thép Ferrit

Cấu trúc tinh thể của thép Ferrit

18

Nguyên tử Silic trong cấu trúc thép Ferrit

26/01/2015

7

19

Ferrit, độ bền cơ thấp Ferrit+ Perlit : 0,35% C, thép tôi luyện

Perlit : 0,8% C, thép công cụ, hình thành khi được làm nguội từ khu vưc Austenit

Cấu trúc tinh thể của các loại thép

20

Steel metallurgyIron is allotropic / polymorphic i.e. exhibits different crystal structures at different temperaturesMost importantly: bcc <-> fcc transformation at 912°C (for pure iron)

Solubility of carbon in ferrite (α-iron, bcc): 0.02 wt%austenite (γ-iron, fcc): 2.1 wt%

What happens to carbon when crystal structure transforms from fcc to bcc?

Fundamental issue in metallurgy of low alloy steels

Cấu trúc tinh thể của các loại thép

21

Perlit và Zementit thứ cấp

1,3%C , Thép công cụ

Austenit

Thép X10CrNi18.9

26/01/2015

8

22

23

24

26/01/2015

9

25

PearliteNB Pearlite is a MIXTURE of phases (on a very fine scale)

Alternating layers of ferrite and cementite formed simultaneously from the remaining austenite when temperature reaches 723qC

26

27

Fe 1.3 wt% C: Cementite precipitates at austenite grain boundaries, remaining austenite is transformed into pearlite

26/01/2015

10

28

29

30

Lưởi kiếm Damascus

26/01/2015

11

What Is Real Damascus Steel?

31

Genuine Damascus blades are known to have been made in that city— and later elsewhere in the Muslim Middle East and Orient—from small ingots made of steel (a mix of iron and carbon) shipped from India; those starting materials have been called ingots or wootz cakes since around 1800. The steel contains around 1.5 percent carbon by weight, plus low levels of other impurities such as silicon, manganese, phosphorus and sulfur.DAMASCUS STEEL SWORD from the 17th century shows a classic damascene pattern of swirling light and dark bands. The inscription tells us that this excellent blade was made in 1691 or 1692 by Assad Allah, the most renowned Persian sword smith of his time.

32

33

Assemble the ingredients to load into the crucible, including high-purity iron, Sorel iron, charcoal, glass chips and green leaves. The quantity of carbon and impurity elements that end up in the ingot is controlled by the proportions of iron, Sorel iron and charcoal added to the mix.

Heat the crucible. During this process, the glass melts, forming a slag that protects the ingot from oxidizing. The leaves generate hydrogen, which is known to accelerate carburization of iron. The carbon content of the iron is raised to 1.5 percent, a good proportion for forming the hard iron carbide particles whose accretion into bands gives Damascus blades their characteristic wavy surface pattern. The leaves and glass can be left out, but ingots made without them are more prone to cracking during hammering.

26/01/2015

12

34

35

Forge the ingot (deform it slightly with hammer blows while it is still hot). When the ingot gets too cold to deform without cracking, heat it up andforge again. Four separate stages of the ingot are shown here; each stage is the result of several cycles of heating and forging. A total of about 50 cycles may be needed to bang out the blade shape from the ingot—a highly labor-intensive process. Pendray uses a modern air hammer. A handheld hammer works, too, but it takes longer.

Cut the blade to final shape and hand-forge to add finer details.

36

Etch blade surface with an acid tobring out the pattern; the softer steeldarkens, and the harder steel appears asbrighter lines.

26/01/2015

13

Nguyên tố hóa hoc Ký hiệu Tính chất

Al A

C Tăng đo cứng, giam đo deo.

Cr X Tăng đo ben cơ hoc, ben nhiet, chịu mai mon tot, tăng đo tham tôi, tăng đo benăn mon hoa hoc, chong gỉ tot, tăng tính gion, chịu han kem.

Mn Lam cho thep không gỉ, tăng đo ben, tăng đo tham tôi, tăng đo on định, tăngđo dai, chịu va đap, chịu mai mon, giam tính deo, giam đo mịn cua tinh the.

Mo M Tăng tính ben, duy trì tính chat cua thep ơ nhiet đo cao, tăng Giới hạn chay, đotham tôi tot, lam cho thep austenit ben vơi clorua.

Nb Б Tăng đo ben, tăng đo tham tôi, giư vưng cau truc austenit cua thep.

Ni H Tăng đo ben, đo deo, đo dai, đo ben ăn mon hoa hoc, tăng đo tham tôi.

Si C Lam cho thep không gỉ, tăng đo ben, tăng tính chong ăn mon, tăng tính chịunhiet, giam Độ daiva kha năng graphit hoa thep.

Sn O

Ti T Tăng đo ben, tăng đo tham tôi, giư vưng cau truc austenit cua thep.

V Tăng tính deo, tăng kha năng han, tăng kha năng chong ăn mon cua Hydro.

W B Tăng Độ cứng(dung lam dao cat got).

Zn Ц Tăng tính chịu mon do ma sat. 37

7. ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC NGUYÊN TỐ HÓA HỌC ĐẾN TÍNH CHẤT CỦA HỢP KIM THÉP.

Các loại thép Carbon phổ biến

38

Vietnamese Standard / TCVNCode ItemsTCVN 3600-81 Roofing steel sheet. Galvanized, acid-pickled.TCVN3601-81 Roofing steel sheetTCVN 3779-83 Thin acid-pickled sheet steelsTCVN 3780-83 Tinplate. Size, dimensionsTCVN 3781-83 Zincplate steel sheet. Technical requirementsTCVN 6525-99 Hot-dip zinc-coated carbon steel sheetTCVN 471:2004 Coated metal products, used in internal and external

construction works. Technical propertiesTCVN 470:2005 Aluminium coated and hot dip galvanised steel strip

and sheetsTCVN 1765:75 Carbon steel

Các loại thép Carbon phổ biến

39

TCVN 1765-75 : 3 nhóm A, B, C.Nhóm A : dựa trên tính chất cơ họcKý hiệu : CTXXCT : Thép carbonXX : giới hạn bền σb (N/mm2)

thí dụ : CT38Nhóm AGiới hạn bền (σb = 380N/mm2)

26/01/2015

14

40

Các loại thép Carbon phổ biến

Các tiêu chuẩn quốc tế

41

Cấu trúc tinh thể của gang

42

Gang lá ( lamelle)

Độ bền cơ học thấp, dòn

Gang cầu

Độ bền và tính chất như thép

26/01/2015

15

43

8. NÊU TÍNH CHẤT CƠ BẢN CỦA CÁC KIM LOẠI MÀU?

Độ bền phụ thuộc nhiều vào độ tinh khiết của chúng. Các tạp chất lẫn vào làm giảm độ

bền hóa học, làm tăng độ bền cơ học.

Khi gia công nguội, độ bền cơ học, độ dãn dài tương đối giảm. Dùng biện pháp ram

(ủ) để khôi phục tính dẻo của kim loại màu.

Có thể xảy ra hiện tượng biến nhũn của kim loại màu ở nhiệt độ thường (trừ Titan,

Tantan).

Các ứng dụng của gang

44

Gang xám :

Gang cầu:

Gang có hàm lượng silic cao(trắng)

45

26/01/2015

16

Thiết bị bốc hơi bằng nhôm

46

Gang nhôm

47

Hợp kim Đồng

48Gang hợp kim CuAl10Ni5Fe5-C Hợp kim CuAl10Ni5Fe4

26/01/2015

17

Hợp kim Đồng

49

Gang hợp kim CuAl10Ni6Fe6, κ của pha Eutektoid (α+γ2)

Hợp kim CuAl10Ni6Fe6, Nhiệt luyện, κ của pha Eutektoid (α+γ2)

Gang hợp kim đồng

50

51

Các thiết bị làm từ đồng

26/01/2015

18

Các ứng dụng của Tantan

52

53

54

Bồn chứa bằng vật liệu Niob

26/01/2015

19

55

56

57