VẬT LIỆU KIM LOẠI

Giới thiệu môn học: Vật liệu kim loại. 

Đối tượng tham dự: Sinh viên đại học các ngành Cơ khí, Cơ khí động lực, học từ học kỳ 5  

Mục tiêu học phần và kết quả mong đợi: 
Trang bị cho sinh viên ngành kỹ thuật, cơ khí, cơ khí động lực những kiến thức cơ bản về vật liệu kim loại bao gồm: cấu trúc, tính chất của vật liệu kim loại, quan hệ giữa cấu trúc và tính chất; sự biến đổi cấu trúc dẫn đến sự thay đổi tính chất dưới tác dụng của ứng suất hoặc của nhiệt độ nhằm đạt được các mục tiêu đề ra. Những kiến thức này giúp sinh viên ngành cơ khí, cơ khí động lực có hiểu biết đại cương về cấu trúc vật liệu, tính chất về các loại vật liệu thông dụng để có khả năng lựa chọn, thiết kế, sử dụng chúng một cách hiệu trong công việc cụ thể của mình  

Nội dung vắn tắt: 
Giới thiệu cấu trúc tinh thể của vật liệu kim loại, quá trình hình thành và biến đổi pha, cấu trúc, các tính chất cơ, lý hoá của vật liệu, các phương pháp xử lý nhiệt và bề mặt vật liệu kim loại nhằm tạo ra cơ tính cần thiết cho gia công hoặc làm việc. Các nhóm vật liệu kim loại được sử dụng phổ biến trong công nghiệp và trong đời sống như vật liệu trên cơ sở thép, gang, hợp kim không sắt (hợp kim màu).  

Phương pháp học tập và nhiệm vụ của sinh viên: 
- Đọc bài giảng, tài liệu hướng dẫn, giáo trình,.. trước khi lên lớp, thực hành;  
- Dự lớp đầy đủ, in bài giảng, theo dõi ghi chú vào tập bài giảng, chủ động đặt câu hỏi; 
- Làm bài tập đầy đủ theo yêu cầu;

- Hoàn thành đầy đủ các bài thí nghiệm, thực hành, báo cáo đầy đủ và bảo vệ;

- Ôn tập: Bám theo mục tiêu học phần, trả lời các câu hỏi và thảo luận các bài tập ở cuối mỗi chương trong bài giảng, sách giáo trình có thể theo nhóm để bổ sung lẫn nhau.

 

Read More

CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NHIỆT

Giới thiệu môn học: Công nghệ xử lý nhiệt

Read More

GIỚI THIỆU CHUNG

1. Blog được lập ra với mục đích cung cấp thêm các thông tin, tài liệu liên quan đến sinh viên chuyên ngành Khoa học và Kỹ thuật vật liệu, Cơ khí và các chuyên ngành khác trong lĩnh vực khoa học vật liệu.

2. Bài giảng các môn học có thể download tại các link đính kèm trong mục download và chỉ mang tính tham khảo, định hướng nội dung trong các chương học. Không thể sử dụng các slide này thay thế cho các sách giáo trình, sách chuyên khảo.....

3. Nội dung trong một số slide chưa được chính xác, tác giả chưa kịp update lại nên người sử dụng cần lưu ý.
 

4. Mọi thắc mắc, đóng góp ý kiến đều có thể đưa ra trong mục Góp ý nội dung hoặc Đề nghị.... cần giúp đỡ.................

**********

Read More

CÔNG NGHỆ THẤM CACBON THỂ KHÍ

Thấm cacbon là một phương pháp hóa nhiệt luyện có tác dụng hóa bền bề mặt thép. Thấm cácbon chủ yếu được áp dụng cho các chi tiết có yêu cầu độ cứng bề mặt cao trong khi lõi vẫn đảm bảo độ bền và độ dai như các loại bánh răng, trục, chốt…Hiện nay phương pháp thấm cacbon phổ biến nhất là thấm cacbon thể khí. Trong những năm gần đây, các phương pháp thấm hiện đại như thấm cacbon áp suất thấp và thấm cacbon ion hoá đang được nghiên cứu và ứng dụng để nâng cao chất lượng các chi tiết thấm. Tuy nhiên, do nhược điểm chính của các phương pháp thấm này là thiết bị đắt tiền, độ sạch của khí thấm và khí phụ trợ đòi hỏi rất cao nên phạm vi ứng dụng của nó bị thu hẹp.

Môi trường thấm cacbon thể khí thường được sử dụng tương đối đa dạng. Tuy nhiên, thành phần khí của môi trường bao gồm các khí chứa C, O₂ và khí độn thường là N₂. Các khí chứa C được gọi là khí thấm, thường là các khí cácbua hyđrô (dầu hoả, khí mêthan, propan,..) được trộn với khí mang ôxy (CO₂ hoặc không khí). Ở nhiệt độ cao (900^oC đến 950^oC) các khí này phản ứng với nhau tạo thành khí CO. Trên bề mặt thép, khí CO sẽ bị phân huỷ để giải phóng cacbon vào bề mặt thép. Trong công nghệ thấm cacbon thể khí, việc ổn định thành phần môi trường thấm là yếu tố quyết định đến khả năng kiểm soát và điều khiển môi trường do đó điều khiển được phân bố nồng độ cacbon trong các loại thép khác nhau. Do vậy, việc sử dụng khí endo (Endothermic Gas) với thành phần các khí CO, H₂ và N₂ ổn định đã mở ra hướng sử dụng công nghệ thấm có điều khiển và được sử dụng rộng rãi ở nhiều nước trên thế giới.

Trong môi trường thấm các khí thường có mối liên quan mật thiết với nhau. Ví dụ lượng oxy ảnh hưởng trực tiếp đến CO, CO₂, hơi nước và lượng H₂ trong lò. Để điều chỉnh môi trường thấm sử dụng khí endo, người ta có thể xác định hàm lượng hơi nước trong môi trường thấm thông qua điểm sương, xác định hàm lượng CO₂ trong môi trường thấm sử dụng tia hồng ngoại, xác định hàm lượng O₂ trong môi trường thấm sử dụng cảm biến oxy..., để điều chỉnh lượng khí chứa cacbon vào lò. Việc sử dụng khí endo hiện nay đã đạt được tính ổn định cao trong công nghiệp. Công nghệ thấm cacbon thể khí sử dụng khí endo hiện nay đã mang tính phổ biến ở nhiều nước trên thế giới.

Trong công nghệ thấm cacbon thể khí, 3 yếu tố cần quan tâm là:

- Môi trường thấm: khả năng cung cấp cacbon của môi trường thấm được đặc trưng bởi hoạt độ cacbon của môi trường thấm. Hoạt độ cacbon của môi trường thấm phụ thuộc chủ yếu vào nhiệt độ và thành phần các khí trong môi trường thấm. Khả năng cung cấp cacbon của môi trường cũng như khả năng tiếp nhận cacbon của thép được phản ánh qua một đại lượng tổng hợp đó là thế cacbon của môi trường thấm. Hoạt độ cacbon trong môi trường thấm có thể rất cao nhưng mẫu thép lại không tiếp nhận được thì sinh muội làm cản trở quá trình thấm. Do đó điều khiển quá trình thấm phải điều khiển thế cacbon của môi trường. Tuy nhiên, thế cacbon của môi trường có quan hệ trực tiếp đến hoạt độ cacbon của môi trường do vậy điều khiển thế cacbon đồng nghĩa với việc điều khiển hoạt độ cacbon của môi trường thấm trong vùng có hiệu quả. Hiện nay, điều khiển thế cacbon sử dụng cảm biến ôxy là thông dụng nhất đối với các môi trường thấm sử dụng khí mang cacbon có chứa ôxy. Tuy nhiên, cảm biến oxy không thể ứng dụng trong các môi trường thấm mà nguồn cung cấp cacbon là do sự phân huỷ trực tiếp từ các các loại khí cácbua hyđrô. Đây là vấn đề mà các phương pháp thấm cacbon như thấm áp suất thấp và thấm cacbon ion hoá gặp phải.

- Quá trình truyền chất: Quá trình truyền chất xảy ra trên mặt phân cách giữa môi trường thấm và thép là kết quả tương tác giữa môi trường thấm và bề mặt thép. Quá trình này phụ thuộc vào hoạt độ của cacbon trong môi trường thấm và bản chất cũng như chất lượng bề mặt chi tiết thấm. Với mỗi chi tiết, chế tạo từ một loại thép xác định, quá trình truyền chất chỉ còn phụ thuộc vào môi trường thấm. Khi đó điều khiển quá trình thấm là điều khiển quá trình truyền chất từ môi trường vào thép để đạt được kết quả mong muốn.

- Sự khuếch tán của cacbon trong thép và hình thành tổ chức lớp thấm: tổ chức lớp thấm nhận được phụ thuộc vào phân bố nồng độ cacbon trong lớp thấm. Sự phân bố nồng độ cacbon là kết quả của quá trình khuếch tán cacbon trong thép, được đặc trưng bởi hệ số khuếch tán D. D phụ thuộc vào nhiệt độ và bản chất (thành phần hoá học) của thép. Do vậy, nếu coi D không phụ thuộc vào nồng độ thì với một loại thép nhất định tại nhiệt độ thấm xác định, D không thay đổi.

Từ các phân tích trên ta nhận thấy rằng, điều khiển quá trình thấm được thực hiện thông qua việc điều khiển thành phần chất thấm đưa vào lò để có môi trường thấm với hoạt độ và do đó thế cacbon cần thiết cho nhận được lớp thấm theo yêu cầu.

(Sẽ còn tiếp tục............)

Read More

CÔNG NGHỆ XỬ LÝ BỀ MẶT

Giới thiệu môn học: Công nghệ xử lý bề mặt.

 

Đối tượng tham dự: sinh viên chuyên ngành Kỹ thuật vật liệu, vật liệu kim loại, học vào năm thứ 4 (học kỳ 7).

Mục tiêu học phần và kết quả mong đợi:

Cung cấp cho sinh viên hệ cử nhân kiến thức cơ bản về các chuyển biến xảy ra khi nung nóng và làm nguội hợp kim Fe-C,  tiết pha phân tán trong hợp kim màu; Các quá trình cơ bản của hóa nhiệt luyện và các phương pháp xử lý bề mặt nói chung; Giới thiệu các công nghệ nhiệt luyện, hóa nhiệt luyện và một số công nghệ bề mặt cơ bản để xử lý các vật liệu kim loại kỹ thuật đạt được cơ tính mong muốn. Sinh viên sau khi học nắm có thể dự đoán, lựa chọn áp dụng hoặc thực hiện công nghệ nhiệt luyện và xử lý bề mặt thông dụng trong thực tiễn sản xuất: ủ và thường hoá, tôi, nhiệt luyện bề mặt, cơ nhiệt luyện, hoá nhiệt luyện, CVD, PVD, phun phủ.

Nội dung vắn tắt học phần:

Môn học trình bày các chuyển biến xảy ra khi nung nóng, giữ nhiệt và làm nguội thép, các giản đồ TTT, giản đồ CCT của thép cacbon và một số thép hợp kim; Công nghệ nhiệt luyện sơ bộ, nhiệt luyện kết thúc cho thép, hóa già hợp kim màu. Sự hình thành các lớp bề mặt; Các công nghệ hoá nhiệt luyện (thấm cacbon, thấm nitơ, thấm C+N, thấm các nguyên tố khác), các công nghệ CVD, các công nghệ PVD, các công nghệ phun phủ, nhiệt luyện sau khi xử lý bề mặt.

Phương pháp học và nhiệm vụ của sinh viên:

§  Đọc bài giảng, tài liệu hướng dẫn, giáo trình

§  Dự lớp đầy đủ, in bài giảng, theo dõi ghi chú vào tập bài giảng, chủ động đặt câu hỏi;

§  Làm bài tập đầy đủ theo yêu cầu của giảng viên;

§  Hoàn thành đầy đủ các bài thí nghiệm, thực hành có báo cáo và bảo vệ;

§  Cài đặt phần mềm Thermo-calc và thực hành thêm ở nhà theo hướng dẫn của giảng viên, học thuộc các từ tiếng Anh trong menu chương trình trước khi lên lớp, thực hành;

Ôn tập: Bám theo mục tiêu học phần, trả lời các câu hỏi và thảo luận các bài tập ở cuối mỗi chương trong bài giảng, sách giáo trình có thể theo nhóm để bổ sung lẫn nhau.   

Read More

ĂN MÒN VÀ BẢO VỆ VẬT LIỆU

Giới thiệu môn học: Ăn mòn và bảo vệ vật liệu

 

Mục tiêu học phần và kết quả mong đợi:

Nắm được cơ chế của các quá trình ăn mòn điện hoá và ăn mòn hoá học ở nhiệt độ cao, các phương pháp chống ăn mòn vật liệu từ đó vận dụng vào các môi trường ăn mòn thường gặp trong thực tiễn nhằm phòng ngừa ăn mòn xảy ra, chống ăn mòn hoặc giảm thiểu tác hại do ăn mòn.

Nội dung tóm tắt:

Cơ sở điện hoá, cơ sở nhiệt động học và động học quá trình ăn mòn; các dạng ăn mòn; Ăn mòn kim loại, hợp kim. Tốc độ ăn mòn, bảo vệ kim loại: Lựa chọn vật liệu bền ăn mòn; bảo vệ catôt, bảo vệ anôt; Ăn mòn ứng suất; Ăn mòn và bảo vệ trong một số môi trường thường gặp; Ăn mòn ở nhiệt độ cao.

Phương pháp học và nhiệm vụ của sinh viên:

* Đọc bài giảng, tài liệu hướng dẫn, giáo trình

* Dự lớp đầy đủ, in bài giảng, theo dõi ghi chú vào tập bài giảng, chủ động đặt câu hỏi;

* Làm bài tập đầy đủ theo yêu cầu của giảng viên;

* Hoàn thành đầy đủ các bài thí nghiệm, thực hành có báo cáo và bảo vệ;

* Cài đặt phần mềm CES và thực hành thêm ở nhà theo hướng dẫn của giảng viên, học thuộc các từ tiếng Anh trong menu chương trình trước khi lên lớp, thực hành;

* Ôn tập: theo mục tiêu học phần, trả lời các câu hỏi và thảo luận các bài tập ở cuối mỗi chương trong bài giảng, sách giáo trình có thể theo nhóm để bổ sung lẫn nhau.

Read More

CORROSION AND PROTECTION OF MATERIALS

46

Read More

CÔNG NGHỆ THẤM N PLASMA

Phương pháp này xuất hiện tại Mỹ vào những năm 1950 nhưng cho đến tận những năm 1970 mới được ứng dụng mạnh mẽ tại Đức nhờ có các biện pháp áp dụng để điều khiển được hiện tượng phóng điện phát quang trong chân không. Trong loại hình công nghệ này, sự phát quang của dòng điện một chiều đã được ứng dụng để tạo ra các ion nitơ dễ dàng hấp thụ lên bề mặt chi tiết đã được phân cực, qua đó cải thiện được mức độ khuếch tán của nitơ vào bề mặt chi tiết kim loại. So với hai loại hình công nghệ thấm nitơ đã trình bày phía trên, công nghệ thấm nitơ plasma nhận được sự quan tâm rất đặc biệt của nhiều nhà nghiên cứu ứng dụng do nó có hiệu quả thấm rất cao, khả năng điều khiển tổ chức, tính chất lớp thấm tuyệt vời, ngay cả khi thực hiện ở nhiệt độ thấp, đồng thời gần như hoàn toàn không gây ô nhiễm môi trường. Với loại hình công nghệ này nhiệt độ thấm thường được tiến hành ở dưới 500^oC để đảm bảo duy trì tốt được tổ chức và tính chất của vật liệu nền, tuy nhiên trong một số trường hợp, để rút ngắn thời gian thấm, nhiệt độ thấm cũng có thể được nâng lên trong khoảng 550^oC-580^oC. Quy trình thấm nitơ plasma có thể được mô quả qua sơ đồ đơn giản như trên hình sau đây:

  

Để tiến hành thấm nitơ plasma, chi tiết sau khi đặt trong buồng thấm đóng kín sẽ được tiến hành bơm chân không xuống mức rất thấp, thường nằm trong khoảng (0,02 – 0,1) Torr nhằm loại bỏ hết các chất khí gây hại cũng như các chất bẩn còn sót lại trong buồng thấm. Tuy nhiên, khi quá trình thấm xảy ra, do sự có mặt của khí thấm cung cấp vào buồng lò nên áp suất sẽ được nâng lên và thường duy trì trong khoảng (1-11) Torr. Để tạo được plasma trong buồng thấm, điện áp một chiều sử dụng thường nằm trong khoảng (500-1000)V, vùng điện áp này được lựa chọn dựa trên cơ sở mối quan hệ giữa điện áp và dòng điện như trên hình phía sau. Trên vùng AB, do đặc trưng vùng này có dòng rất nhỏ và bản thân nó cũng không thể tự duy trì hiện tượng phóng điện nếu không có sự hỗ trợ của nguồn điện tử từ bên ngoài, vì thế mật độ các nguyên tử được hoạt tính trong vùng này khá nhỏ và không phù hợp sử dụng trong công nghệ plasma. Với vùng phóng điện phát quang thông thường (vùng CD), sự phóng điện trong vùng này rất ổn định, tại đây cũng đồng thời chỉ ra được mức độ độc lập của điện áp so với cường độ dòng điện. Tuy nhiên, việc cường độ dòng điện trong vùng này như một hằng số so với điện áp đã dẫn đến hệ quả sự phát quang chỉ bao phủ được một phần cực âm (chi tiết thấm) ngay cả khi điện áp tăng. Vì lý do này, vùng CD cũng không phải lựa chọn thích hợp cho công nghệ plasma

Đối với vùng DE (vùng phóng điện dị thường), vùng này cho thấy sự hiện diện của định luật Ôm trong môi trường phóng điện phát sáng. Với việc tăng điện áp đã kéo theo cường độ dòng điện tăng, kết quả này đã làm cho hiện tượng phát quang có thể bao trùm toàn bộ cực âm (chi tiết thấm) do khi đó các ion dương trong môi trường plasma có vận tốc đủ lớn để kích thích hỗn hợp khí thấm. Vì lý do này, vùng DE thường được áp dụng trong các công nghệ thấm nitơ plasma.

Với vùng hồ quang, khi cường độ dòng điện đủ lớn có thể xuất hiện sự phóng hồ quang giữa chi tiết và buồng thấm. Hiện tượng này thường gây tổn hại cho bề mặt chi tiết thấm cũng như cơ tính của chi tiết. Do đó vùng này cũng không được sử dụng trong công nghệ thấm nitơ plasma

 Cơ chế hình thành lớp thấm nitơ plasma:

Trong công nghệ thấm nitơ plasma, sự hình thành lớp thấm nitơ có thể được quan sát dựa trên mô hình thể hiện trên hình phia sau. Dưới tác dụng của điện trường giữa thành lò và chi tiết, các điện tử tự do chuyển động với vận tốc đủ lớn va chạm và ion hóa các phân tử khí hình thành nên hỗn hợp plasma trong buồng thấm. Nhờ sự phân cực cathode, bề mặt chi tiết sẽ bị bắn phá liên tục bởi các ion khí mang điện tích dương làm các nguyên tử sắt bị bật ra và kết hợp với nitơ nguyên tử để hình thành nitơrit. Các nitơrit kim loại (nitơrít sắt) hình thành sẽ được hấp thụ lại ngay trên bề mặt, nguyên tử nitơ nhờ đó sẽ được khuếch tán vào sâu để hình thành lớp thấm.

Điều khiển tổ chức lớp thấm nitơ plasma

Khác với công nghệ thấm nitơ thể khí, trong công nghệ thấm nitơ plasma, để điều khiển được tổ chức của lớp thấm thì biện pháp sử dụng ở đây là thông qua thay đổi thành phần và tỷ lệ hỗn hợp khí thấm. Các hỗn hợp khí sử dụng có thể kể đến như: hỗn hợp khí thấm gồm H₂ + N₂ + CH₄, H₂ + N₂, N₂ + Ar₂, H₂ + N₂ + Ar₂, thậm chí ngay cả NH₃ cũng có thể được sử dụng trong công nghệ này như là một nguồn cung cấp nitơ nguyên tử hoạt tính theo hỗn hợp buồng thấm gồm NH₃ + H₂. Tùy thuộc vào thành phần khí sử dụng, tổ chức lớp thấm có thể nhận được như một ví dụ trên hình sau đây:

(Sẽ còn tiếp tục..............)

 

Read More