1.1. Phân loại vật liệu kim loại và hợp kim
Hình 1. Một số kim loại và hợp kim
Hình 2. Phân loại kim loại và hợp kim
1.2. Tính chất cơ bản của vật liệu kim loại và hợp kim
a. Tính chất cơ học
– Kim loại và các hợp kim của nó có tính dẻo, đàn hồi, và có độ bền kéo, độ bền nén nhất định.
– Kim loại có tính cứng, màu sắc ánh kim, có thể dát mỏng và gia công thành nhiều hình thù đa dạng.
b. Tính chất vật lí
– Tính chất vật lí cơ bản của kim loại thể hiện qua khối lượng riêng, nhiệt độ nóng chảy, tính giãn nở, tinh dẫn nhiệt, tính dẫn điện và từ tính.
– Nhờ các ion, kim loại và hợp kim có tính dẫn điện tốt.
– Kim loại có từ tính và dẫn nhiệt tốt, có điểm nóng chảy cao.
– Hầu hết, ở nhiệt độ môi trường, kim loại ở thể rắn, trừ thuỷ ngân và copernixi ở thể lỏng.
c. Tính chất hoá học
Sắt và hợp kim của sắt hay bị oxi hoá, tính chịu ăn mòn kém trong các môi trường acid muối,… trong khi hầu hết kim loại và hợp kim màu khó phản ứng hoá học, không dễ bị oxi hoá và không bị gỉ.
d. Tính công nghệ
– Thép là vật liệu có tính rèn, cắt gọt, đột, dập, hàn, mài,… cao nhưng tính đúc không cao.
– Trong khi đó, gang không có khả năng rèn, dập vì giòn nhưng tính đúc lại tốt.
– Các kim loại màu và hợp kim của chúng có tính rèn, dập, cán ép, cắt gọt cao do độ dẻo lớn, một số khác có tính đúc tốt như đồng và hợp kim đồng.
1.3. Một số vật liệu kim loại và hợp kim thông dụng
Hình 3. Một số vật liệu kim loại và hợp kim thông dụng
a. Gang
| Gang là hợp kim của sắt (Fe) và carbon (C), trong đó hàm lượng C chiếm từ 2,14% đến 4,3%. |
– Màu xám ở mặt gãy thường là đặc điểm nhận dạng của gang.
– Gang hay bị oxi hoá, chịu ăn mòn kém. Gang không có khả năng rèn, dập vì giòn nhưng tính đúc lại tốt.
b. Thép carbon
| Thép carbon là hợp kim của sắt và carbon với hàm lượng carbon nhỏ hơn 2,14% cùng với một khối lượng nhỏ silic, manganese, phosphorus và sulfur,… |
– Thép carbon là loại vật liệu kim loại có cơ tính tổng hợp cao, có khả năng biến dạng dẻo tốt.
– Thép carbon hay bị oxi hoá, tính chịu ăn mòn kém.
– Thép carbon là vật liệu có tính rèn, cắt gọt, đột dập, hàn, mài.
c. Thép hợp kim
| Thép hợp kim là loại thép có chứa các nguyên tố hợp kim thích hợp như manganese (Mn), silic (Si), cromium (Cr), nickel (Ni), titanium (Ti),… |
– Thép hợp kim có tính nhiệt luyện tốt hơn thép carbon, giữ được độ bền cao hơn thép carbon ở nhiệt độ cao.
– Trong ngành cơ khí, thép hợp kim dùng để chế tạo các chi tiết chịu lực, chịu nhiệt, chịu ăn mòn và trong các trường hợp cần nâng cao tuổi thọ của thiết bị, giảm nhẹ khối lượng và kích thước máy,…
d. Nhôm và hợp kim nhôm
| Hợp kim nhôm là hợp kim của nhôm với các nguyên tố khác như đồng, thiếc, manganese, silic, magnesium,… |
– Nhôm và hợp kim nhôm có độ bền thấp, tính dẻo cao.
– Nhôm mềm, dễ uốn và dễ dàng gia công trên các máy móc gia công cơ khí.
– So với nhôm nguyên chất, hợp kim nhôm cứng hơn, độ giãn dài tốt hơn, độ bền cao hơn và nhiều công dụng hơn.
– 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, chế tạo khuôn mẫu,…
e. Đồng và hợp kim đồng
| Hợp kim đồng là hợp kim của đồng với các nguyên tố hoá học khác như thiếc, chì, kẽm, bạc,… để tạo thành một loạt các hợp kim đồng đa dạng khác như đồng thau, đồng thiếc, đồng nickel, đồng cobalt,… |
– Đồng nổi bật với màu sắc vàng, hơi ngả đỗ tuỳ loại.
– Đồng và hợp kim đồng có tính dẻo, độ bền cao; có tính dẫn điện và dẫn nhiệt tốt.
– Trong ngành cơ khí, đồng được sử dụng phổ biến làm các ổ trượt, bánh răng, bánh vít.
g. 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 trắng bạc, hơi ngả vàng nhẹ.
– Nickel và hợp kim nickel có khả năng chống mài mòn rất tốt nên được xem là một thành phần quan trọng, không thể thiếu trong các loại thép không gỉ và nhiều hợp kim khác.
– Trong ngành cơ khí, nickel và hợp kim nickel được sử dụng để chế tạo thép không gỉ, các loại nam châm và một số ứng dụng khác trong cuộc sống.
1.4. Một số phương pháp đơn giản nhận biết tính chất cơ bản của kim loại và hợp kim
a. Quan sát màu sắc và mặt gãy của các mẫu
Có thể quan sát màu sắc bên ngoài của các mẫu, quan sát mặt gãy của các mẫu để nhận biết được các loại vật liệu kim loại và hợp kim.
b. Xác định tính cứng, tính dẻo
Dùng lực của tay bẻ các các đoạn dây, từ đó ta nhận xét vật liệu nào khó bẻ gãy thì tính cứng lớn hơn, vật liệu nào dễ uốn thì tính dẻo cao hơn.
c. Xác định khả năng biến dạng
Dùng búa đập vào phần đầu của các thanh mẫu với lực đập như nhau, mẫu nào bị dẹt nhiều hơn là khả năng biến dạng cao hơn.
d. Xác định tính giòn của vật liệu
Dùng búa đập, vật liệu nào dễ gãy, vỡ thì có tính giòn lớn hơn.
e. Xác định khối lượng riêng
Khối lượng riêng là khối lượng của một đơn vị thể tích vật liệu và thông qua giá trị này, chúng ta có thể biết được mức độ nặng nhẹ của các loại vật liệu khác nhau.