BÀI MỞ ĐẦU
I-MỤC ĐÍCH Ý NGHĨA CỦA MÔN HỌC.
-Cung cấp kiến thức về vật liệu cơ khí cho sinh viên ngành cơ khí - Kĩ sư, cán
bộ khoa học, kĩ thuật của nghành cơ khí trong tương lai.
-Trong cơ khí nói riêng, vật liệu và các biện pháp cơng nghệ xử lí nó có một ý
nghĩa vơ cùng quan trọng, trong nhiều trường hợp nó là yếu tố quyết định đến các chỉ
tiêu kinh tế kĩ thuật của SP cơ khí.
-Hiểu biết về vật liệu kĩ thuật của ngành là một u cầu bắt buộc. (Biết chọn và
sử dụng vật liệu một cách hợp lí, Biết chọn các quy trình cơng nghệ xử lý thích hợp,
đặt đúng vị trí thích hợp trên dây chuyền SX).
II-VAI TRỊ, Ý NGHĨA CỦA VẬT LIỆU VÀ XỬ LÍ TRONG
NGÀNH CƠ KHÍ.
-Vật liệu nói chung đã và đang đóng vai trò quyết định đến sự tiến bộ và phát
triển của xã hội lồi người. Khơng phải ngẫu nhiên mà người ta đã gắn cho những
giai đoạn lịch sử lồi người những cái tên như: “Thời Đại Đồ Đá” , “ Đồ Đồng, Đồ
Sắt ”. Việc sử dụng vật liệu đã mang ý nghĩa quyết định cho cả một thời đại.
-Vật liệu gắn liền với năng suất lao động, chất lượng và giá thành sản phẩm.
-Vật liệu và cơng nghệ là một trong những bí quyết hàng đầu của các nhà sản
xuất.
-Riêng đối với ngành cơ khí, vật liệu và chế độ xử lí có vai trò đặc biệt quan
trọng hơn hẳn các ngành sản xuất khác. Sản phẩm cơ khí là cơng cụ của các ngành
sản xuất khác. Cơng cụ lại là yếu tố quyết định chính đến NS, chất lượng SP.
-Ngành cơ khí sử dụng chủ yếu là vật liệu kim loại. Vật liệu này có một đặc
tính rất quan trọng đó là khả năng biến đổi cơ tính trong một phạm vi rộng, phụ thuộc
các phương pháp xử lí khác nhau do con người cố ý tạo ra. Điều này có ý nghĩa vơ
cùng quan trọng trong q trình hình thành sản phẩm cơ khí. (Gia cơng tạo hình dạng,
kích thước chính xác cần VL mềm dẻo. Sau gia cơng khi làm vệc cần độ cứng độ
bền).
-Lịch sử nền sản xuất của xã hội lồi người đã trải qua các giai đoạn: LĐ thủ
cơng (Chân tay và cơng cụ thơ sơ), cơ khí hố (sử dụng máy móc và cơng cụ hiện
đại), điện khí hố (Sử dụng nguồn năng lượng điện), Tự động hố (Máy móc hồn

HỌC.
Con người đã biết sử dụng vật liệu kim loại từ rất lâu. 7000 năm trước đây con
người đã biết sử dụng Đồng và HK của Đồng (năm 5000 trước công nguyên). Sau đó
thời đại đồ sắt đã thay thế thời đại đồ đồng và khoảng 5000 năm trước đây con người
đã biết gia công VLKL bằng các phương pháp : Luyện, Rèn, Đúc. Đã tìm được
những vật chứng bằng KL như dao kiếm có tuổi trên 5000 năm đã qua tôi, thấm Các
Bon (Trung Hoa, Ấn Độ, Arập). Và sử sách cũng đã gi lại.
Thế nhưng con người thực sự hiểu biết về vật liệu kim loại và ứng dụng được
những hiểu biết đó vào kĩ thuật sản suất từ bao giờ, hay là chỉ giải quyết các vấn đề kĩ
thuật theo kinh nghiệm, sự mày mò? Câu hỏi đó đến nay vẫn chưa có lời giải đáp
chính xác vì không có bất kì một cuốn sách nào về kĩ thuật được lưu truyền đến ngày
nay. Mặc dù chúng ta ai cũng đã từng nghe danh của các thanh kiếm bất hủ như:
Long Tuyền, Thái A, Lưu Cầu, có sức mạnh vô song chém sắt như chém bùn, đã
được sử dụng cách đây mấy nghìn năm. Những thanh kiếm đó cùng với kĩ thuật sản
suất nó đã đi vào huyền thoại của nhân loại như một bí quyết thất truyền.
2
Khoa học về VLKL chỉ thực sự bắt đầu phát triển từ thế kỉ thứ 19 khi công
nghiệp và giao thông đường sắt phát triển mạnh đòi hỏi phải tăng nhanh không những
về số lượng mà cả về chất lượng thép . Vì vậy ngành luyện kim đã phát triển mạnh và
thúc đẩy vệc nghiên cứu KL. Có thể đưa ra các mốc lịch sử sau:
-Đầu thế kỉ 19 đã bắt đầu dùng kính hiển vi quang học để nghiên cứu cấu trúc
và tổ chức bên trong của KL
-1868 ∆K.  ephob, một kĩ sư luyện kim người Nga, khi nghiên cứu chế tạo
nòng súng đại bác đã phác thảo sơ bộ những nét đầu tiên của giản đồ trạng thái Fe-C.
-1900 GĐTT Fe-C mới được hoàn thành về cơ bản và cho đến nay hầu như
không có gì thay đổi, chỉ có các toạ độ được làm chính xác thêm mà thôi.
-Thế kỷ 20 là thế kỉ đi sâu vào cấu trúc và giải thích các hiện tượng, có các
mốc sau:
+Những năm 1920-1930 đã áp dụng tia RơnGen vào nghiên cứu cấu trúc, do
đó đã phát hiện các quy luật sắp xếp nguyên tử của kim loại và hợp kim.

Màu sắc mặt gãy Có ánh kim (sáng óng ánh) Không có ánh kim
Khả năng biến dạng Dẻo, dễ biến dạng, dễ uốn Giòn, không có khả năng biến dạng.
Tính dẫn điện, dẫn nhiệt Tốt Không tốt
Trong 3 chỉ tiêu cơ bản trên ta thấy một vai á kim cũng có những thuộc tính
giống như kim loại. Ví dụ: Các bon ở dạng Graphit có khả năng dẫn điện tốt, Các
chất dẻo có khả năng biến dạng dẻo . Ngược lại cũng không ít các kim loại có tính
giòn không thể biến dạng được.
Ngày nay người ta đã thống nhất phân biệt giữa kim loại và á kim dựa vào hệ
số nhiệt điện trở ρ. Đối với kim loại ρ>0. Á kim ρ<0. (R
t
=R
0
(1+ρ(T-T
0
))).
Hình 1: Đặc tính thay đổi điện trở của KL và ÁK phụ thuộc vào nhiệt độ.
Chỉ tiêu hệ số nhiệt điện trở ρ còn liên quan nhiều đến việc giải thích cấu trúc
nguyên tử của kim loại và á kim.
2-LIÊN KẾT KIM LOẠI:
Trong hoá học chia ra 04 loại liên kết: Liên kết Ion, liên kết đồng hóa trị, liên
kết kim loại, liên kết Van-Đec-Van.
Liên kết Ion, Liên kết đồng hoá trị đặc trưng cho tính chất giòn của VL. Liên
kết Van-Đéc-Van đặc trưng cho chất khí và lỏng. Liên kết kim loại đặc trưng cho các
tính chất dẫn điện, dẫn nhiệt và tính dẻo của VLKL.
4
Trong cấu trúc điện tử của nhóm các nguyên tố KL, các lớp điện tử ngoài cùng
có số lượng điện tử <4 và có liên kết yếu với hạt nhân nguyên tử. Các nguyên tử KL
không có liên kết cố định vơí các nguyên tử ở lớp ngoài cùng, chúng tạo thành các
Ion + có lớp vỏ điện tử bền kiểu khí trơ. Các điện tử ở lớp vỏ ngoài cùng của KL trở
thành các “điện tử tự do”, chúng không thuộc về một nguyên tử cố định nào mà thuộc

C; Mg-650
0
C;
Al-658
0
C; Au-1060
0
C; Cu-1083
0
C; Ni-1452
0
C; Co-1490
0
C; Fe-1539
0
C (<2000
o
C).
Theo giá trị: Kim loại quý: Au, Ag, Ti… . KL Hiếm: Ce… (đất hiếm).
II-CẤU TRÚC TỔ CHỨC CỦA KIM LOẠI NGUYÊN CHẤT.
1-CÁC KIỂU MẠNG TINH THỂ CỦA KIM LOẠI NGUYÊN CHẤT.
a-ĐỊNH NGHĨA VÀ CÁC KHÁI NIỆM:
Mạng không gian do các nguyên tử (Ion) tạo thành, trong đó các nguyên tử
(Ion) tự sắp xếp với nhau theo một quy luật chặt chẽ nhất định có thể biểu diễn được
dưới dạng hình học thì gọi là MẠNG TINH THỂ.
Vị trí các nguyên tử (Ion) chiếm chỗ gọi là NÚT MẠNG. Có thể chọn một nút
mạng bất kì làm gốc toạ độ không gian sao cho việc mô tả mạng là đơn giản và đầy
đủ nhất. Một hệ toạ độ không gian luôn luôn có 3 chiều đo cơ bản theo hệ toạ độ 3
trục đo bất kì. Khoảng cách gần nhất giữa 2 nguyên tử theo 3 chiều cơ bản đó được
gọi là THÔNG SỐ MẠNG. Người ta đã tổng kết được 7 kiểu hệ thống tọa độ không

1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
a) Họ mặt (1 1 1).
b) Họ mặt (1 1 0).
c) Họ mặt (1 0 0).
X
Y
Z
Z
Y
X
Z
Y
X
Z
Y
X
[111]
[110]
[100]
[011]

khác nhau (Nhiệt độ, áp suất) tồn tại dưới các kiểu mạng tinh thể khác nhau. Tính
chất này gọi là tính đa hình hay thù hình của nguyên tố.
Thường nguời ta kí hiệu các dạng thù hình khác nhau của các nguyên tố bằng
các chữ Hy Lạp a, b, g, d lam chư soâ vieât ngay sau k hieôu hoa hóc cụa nguyeđn
toâ ứng với các dạng thù hình ở nhiệt độ từ thấp tới cao.
Ví dụ: Fe ở nhiệt độ từ 0÷911
0
C có kiểu mạng LPTT kí hiệu Fe
α
.
728
0
C÷911
0
C Fe
α
không có từ tính kí hiệu Fe
β

.
911÷1392
0
C LPDT Fe
γ

.
1392÷1539
0
C LPTT Fe
δ

LIỆU KIM LOẠI.
a-CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU TỔ CHỨC:
Nghiên cứu tổ chức của kim loại nhằm mục đích:
-Xác định tổ chức gì? Sự biến đổi của tổ chức tương ứng với các phương pháp
xử lí khác nhau.
-Xác định hình dạng, kích thước hạt.
-Xác định khuyết tật.
-Sơ bộ đánh giá TPHH, cơ tính, Chất lượng vật liệu, Phương hướng cải thiện
cơ tính.
Các phương pháp này gồm:
*0 Phương pháp mặt gãy
*1 Phương pháp nghiên cứu tổ chức thô đại:
*2 Phương pháp nghiên cứu tổ chức tế vi: Quan sát bề mặt mẫu đã được mài
phẳng,
nhan (tẩm thực hoặc không tẩm thực) bằng kính hiển vi quang học (Độ phóng đại từ
150-2000 lần) hay điện tử (Độ phóng đại lên đến 4000 lần).
*3 Phân tích cấu trúc bằng tia Rơn Gen (X quang):
b-CÁC PHƯƠNG PHÁP KIỂM TRA CƠ TÍNH:
 Thử kéo nén.
 Thử xoắn
 Thử uốn.
 Thử mỏi.
 Thử độ dai va đập. (có bài thí nghiệm).
 Đo độ cứng của vật liệu. (có bài thí nghiệm).
c-CÁC PHƯƠNG PHÁP KIỂM TRA TÍNH CÔNG NGHỆ CỦA VẬT
LIỆU:
*4 -Thử uốn và thử gấp: Mục đích xác định khả năng uốn, gấp vật liệu theo các
góc khác nhau với các bán kính uốn và gấp nhỏ nhất có thể mà không gây nứt rạn
trên bề mặt chịu kéo. Đây là phương pháp thử đơn giản và hiệu quả.
*5 -Kiểm tra tính dập của tôn mỏng: Xác định khả năng áp dụng các công nghệ

-Các PP cảm ứng: Các phương pháp này dựa trên cơ sở ngun lí cảm ứng
điện từ. Khi chi tiết được đưa vào một từ trường biến đổi thì trong chi tiết sẽ có các
dòng điện xốy (dòng Fuco). Chính các dòng Fuco này cũng gây ra cảm ứng ngược
lại trên các cuộn dây. Các tín hiệu ngược lại này được gi nhận và đưa về phân tích
hoặc so sánh với các tín hiệu phản hồi từ các mẫu chuẩn để rút ra các kết luận cần
thiết. Các phương pháp cảm ứng được sử dụng phổ biến là: Phương pháp cuộn dây
đặt (01 cuộn dây đặt gần vị trí cần kiểm tra); Phương pháp cuộn dây ngàm (02 cuộn
dây sơ cấp-có dòng điện và thứ cấp-nhận tín hiệu đặt hai phía bề mặt cần kiểm tra);
Phương pháp cuộn dây di động (cũng gồm 02 cuộn sơ cấp và thứ cấp).
10
-Kiểm tra bằng tia Rơnghen (chụp X-quang)
Tia Rơnghen là một loại sóng điện từ có khả năng xuyên thấu cao, được tìm ra
từ năm 1895. Ngành kiểm tra VL ứng dụng tia Rơnghen vào việc nghiên cứu cấu trúc
tế vi, phát hiện các khuyết tật thô đại như rỗ khí, rỗ xỉ, nứt trong các mối hàn và
vật đúc (chụp ảnh Rơnghen).
-Kiểm tra bằng tia Gamma (γ):
Khác với tia Rơnghen sinh ra bởi dòng điện tử được gia tốc bằng nguồn điện
áp cao, tia γ là tia sóng điện từ của các chất đồng vị phóng xạ (có 03 loại bức xạ tự
nhiên α, β, γ). Tia γ có khả năng đâm xuyên mạnh nhưng rất có hại cho sức khoẻ con
người nên thiết bị kiểm tra cần được bảo vệ tốt. Anh chụp tia γ cũng tương tự nhu ảnh
chụp X-quang.
*9 -Siêu âm và kiểm tra vật liệu bằng siêu âm.
Siêu âm là các sóng cơ học có tần số >20.000Hz. Siêu âm cũng có các tính chất
phản xạ, khúc xạ và có vận tốc truyền khác nhau trong các môi trường khác nhau nhu
sóng ánh sáng. Thường người ta tạo ra các sóng siêu âm bằng phương pháp dùng điện
thế cao tần tác động lên các bề mặt tinh thể có hiệu ứng áp điện. Các máy dò siêu âm
thường đi kèm các loại đầu dò. Các phương pháp được sử dụng nhiều trong sản xuất
để kiểm tra vật liệu là: PP xung dội, PP bóng âm, PP xung dội-bóng âm, PP cộng
hưởng .Phương pháp siêu âm thường dùng kiểm tra chất lượng mối hàn, đo chiều
dày chi tiết . So với các phương pháp dùng tia thì siêu âm không cần phim ảnh, các