Giáo trình Nghề công nghệ ôtô - MH 09: Vật liệu học (Phần 1)

TRƯỜNG TRUNG CẤP NGHỀ GIAO THÔNG VẬN TẢI HẢI PHÒNG 
GIÁO TRÌNH 
NGHỀ CÔNG NGHỆ ÔTÔ 
MÔN HỌC :MH 09 - VẬT LIỆU HỌC 
SỬ DỤNG CHO ĐÀO TẠO TRUNG CẤP NGHỀ CÔNG NGHỆ Ô TÔ 
MỤC LỤC 
Nội dung các bài Trang 
I Nhôm và hợp kim nhôm 1 
 1 Giản đồ nhôm - silic 1 
 2 Đặc điểm của nhôm và hợp kim nhôm 2 
 3 Phân loại hợp kim nhôm 4 
 4 Quan sát tổ chức tế vi của hợp kim nhôm 6 
II Gang và thép 7 
 1 Giản đồ sắt - các bon 7 
 2 Đặc điểm của sắt và thép 9 
 3 Gang 12 
 4 Thép kết cấu 17 
 5 Thép hợp kim 17 
 6 Quan sát tổ chức tế vi của gang và thép 22 
7 Ký hiệu vật liệu của các nước 24 
III Vật liệu phi kim loại 46 
 1 Chất dẻo 46 
 2 Cao su - amiăng - compozit 48 
 3 Vật liệu bôi trơn và làm mát 50 
 4 Nhiên liệu 53 
CHƯƠNG TRÌNH MÔN HỌC: VẬT LIỆU HỌC 
Mã số môn học: MH 09 
Thời gian của môn học: 45 h (Lý thuyết: 30h; Thực hành: 12h; Kiểm tra: 3h) 
MỤC TIÊU 
Học xong môn học này học sinh có khả năng: 
- Vẽ và giải thích được: giản đồ nhôm – silic; giản đồ sắt – các bon 
- Trình bày được đặc điểm, phân loại và ký hiệu các loại hợp kim nhôm, gang và 
thép 
- Nhận dạng các loại hợp kim nhôm, gang và thép 
- Trình bày được công dụng, tính chất, phân loại dầu, mỡ bôi trơn, nước làm mát 
, của xăng, dầu diesel dùng trên ô tô 
- Tuân thủ đúng quy định, quy phạm về vật liệu học 
- Rèn luyện tác phong làm việc nghiêm túc, cẩn thận. 
NỘI DUNG 
Nội dung tổng quát và phân phối thời gian 
Số 
TT 
Tên chương, mục 
Thời gian (giờ) 
Tổng số 
Lý 
thuyết 
Thực 
hành 
Bài tập 
Kiểm tra* 
(LT hoặc 
TH) 
I Nhôm và hợp kim nhôm 15 8 6 1 
 Giản đồ nhôm - silic 4 3 1 0 
 Đặc điểm của nhôm và hợp kim nhôm 2 2 0 0 
 Phân loại hợp kim nhôm 4 3 0 1 
 Quan sát tổ chức tế vi của hợp kim nhôm 5 5 0 
II Gang và thép 21 14 6 1 
 Giản đồ sắt - các bon 4 3 1 0 
 Đặc điểm của sắt và thép 3 3 0 0 
 Gang 3 3 0 0 
 Thép kết cấu 3 3 0 0 
 Thép hợp kim 3 2 0 1 
 Quan sát tổ chức tế vi của gang và thép 5 5 
III Vật liệu phi kim loại 9 8 0 1 
 Chất dẻo 2 2 0 0 
 Cao su - amiăng - compozit 2 2 0 0 
 Vật liệu bôi trơn và làm mát 2 2 0 0 
 Nhiên liệu 3 2 0 1 
 Tổng cộng 45 30 12 3 
ĐIỀU KIỆN THỰC HIỆN 
- Vật liệu: 
+ Các mẫu thử vật liệu 
- Dụng cụ và trang thiết bị: 
+ Máy vi tính, máy chiếu 
+ Bảng phụ lục về tiêu chuẩn các loại vật liệu 
+ Các thiết bị khảo nghiệm tính chất của vật liệu. 
- Học liệu: 
+ Nguyễn Hoành Sơn - Vật liệu học - NXB GD - 2000 
+ Phạm Thị Minh Phương, Tạ Văn Thất - Công nghệ nhiệt luyện - NXB GD – 
2000. 
- Nguồn lực khác: 
+ Phòng học vật liệu học 
+ Phòng thí nghiệm vật liệu học. 
 1 
CHƯƠNG I : NHÔM VÀ HỢP 
KIM NHÔM 
Thời gian ( giờ ) 
Tổng 
số 
Lý 
thuyết 
Thực 
hành 
Bài tập 
Kiểm tra* 
(LT hoặc 
TH) 
15 8 06 1 
MỤC TIÊU 
- Vẽ và giải thích được giản đồ nhôm - silic 
- Trình bày được đặc điểm, phân loại và ký hiệu các loại hợp kim nhôm 
- Nhận dạng hợp kim nhôm 
- Tuân thủ các quy định, quy phạm về vật liệu học. 
NỘI DUNG 
1. Giản đồ nhôm - silic (04 giờ) 
* Silumin : là hợp chất của nhôm và silic ( 6 - 13% là silic) ngoài ra còn có Mg, 
Zn, và Cu ( hợp kim nhôm đúc). 
- Silumin có tính dễ chảy loãng, độ co ngót nhỏ nên có tính đúc tốt được sử 
dụng làm các chi tiết lớn chịu tải trọng nặng 
- Ký hiệu : AlĐ và con số chỉ thứ tự. 
- Ví dụ : AlĐ2; AlĐ4 ; AlĐ25 
* Giản đồ nhôm và các nguyên tố hợp kim 
SE là giới hạn hòa tan của nguyên tố hợp kim trong α 
* Hợp kim nhôm biến dạng : bên trái điểm E 
 2 
* Hợp kim nhôm đúc bên phải điểm E 
* Hợp kim nhôm biến dạng hóa bền được bằng nhiệt luyện thuộc khoảng SE 
* Hợp kim nhôm biến dạng không hóa bền được bằng nhiệt luyện bên trái 
 điểm S 
* Si; Mn;Ti; Zn; Fe ít hòa tan 
* Mg; Cu hòa tan nhiều 
 2. Đặc điểm của nhôm và hợp kim nhôm ( 02 giờ ) 
 2.1 Nhôm nguyên chất 
 2.1.1 Khái niệm: 
 Nhôm có ký hiệu hóa học Al, thành phần của nhôm là cở sở của hợp kim đu ra 
(Al - Cu - Mg) được ứng dụng rộng rãi. Ngày nay sản lượng Al trên thế giới đã đứng 
hàng thứ 2 sau thép. 
 Về trữ lượng Al chiếm khoảng 8.8% trọng lượng vỏ trái đất, trong khi sắt chỉ 
chiếm 5.1%. 
 Ưu điểm chính của Al là nhẹ, độ dẫn nhiệt, dẫn điện cao, khả năng chống ăn 
mòn trong nhiều môi trường khá tốt. 
 Độ bền riêng của Al khoảng 16.5, trong khi thép là 15.4. Như vậy khi sử dụng 
Al làm vật liệu kết cấu nó tỏ ra có nhiều ưu điểm hơn. 
 2.1.2. Kết cấu nhôm: 
 3 
 2.1.3 Đặc tính 
 Ưu điểm: 
 Trọng lượng riêng nhỏ ( = 2,79g/cm3), đây là ưu điểm rất lớn của nhôm so với 
các kim loại khác. 
 Nhiệt độ nóng chảy tương đối thấp (6580C) do đó dễ nấu luyện. Tuy nhiên, tính 
đúc của nó không cao do độ co ngót lớn (tới 6%). 
 Tính dẫn nhiệt và dẫn nhiệt cao. 
 Tính chống ăn mòn cao, do trên bề mặt nhôm luôn có một lớp ôxyt nhôm 
(Al2O3) bám chắc và trung tính, tuy nhiên lớp ôxyt nhôm này không bền vững đối với 
các axit và bazơ. Do tính chất lưỡng tính có màng ôxyt nhôm nên tốc độ ăn mòn 
phụ thuộc vào độ pH của môi trường. 
 Nhược điểm: 
 Độ bền thấp b = 60 N/mm2, độ cứng HB = 15- 25, độ dẻo cao. Do đó nhôm dễ 
bị biến dạng ngay ở trạng thái nguội. Tính gia công cắt gọt của nhôm thấp. 
 Trong chế tạo cơ khí, người ta không dùng nhôm nguyên chất làm các chi tiết 
máy vì cơ tính thấp mà hay dùng hợp kim của nó. 
 2.1.4. Công dụng 
 Dùng làm vật liệu dẫn điện ở dạng dây hoặc tấm. 
Màng nhôm dùng để chế tạo tụ điện trong công nghiệp điện tử và dùng rộng rãi trong 
công nghiệp thực phẩm làm vật liệu bao gói thay cho màng thiếc. 
Do có khả năng nhộm màu, nên nhôm còn được dùng làm vật liệu trang trí nội, ngoại 
thất như khung cửa, ống dẫn, thùng chứa 
 4 
 Ngoài ra nhôm còn dùng trong hàn nhiệt nhôm để hàn nối đường ray, hàn đắp 
các lỗ hổng trong chi tiết vật đúc. 
 2.1.5. Ký hiệu: 
 TCVN 1659 -75: hợp kim nhôm: AlCu4Mg là hợp kim nhôm chứa = 1%Mg. 
Với nhôm sạch bằng nhôm và chỉ số phần trăm của nó. 
3. Phân loại hợp kim nhôm ( 04 giờ ) 
3.1. Hợp kim nhôm đúc (silumin) 
 Silumin là hợp kim của nhôm và silic, nếu trong thành phần hợp kim chỉ có hai 
nguyên tố nhôm và silic thì được gọi silumin đơn giản. 
Nếu ngoài hai nguyên tố trên còn có thêm đồng, magiê, kẽm thì được gọi là silumin 
phức tạp. 
 * Ký hiệu 
 - CHLB Nga ký hiệu silumin bằng “A” kèm theo số thứ tự chỉ các số hiệu 
thường dùng. 
 - TCVN 1859 – 75 ký hiệu hợp kim nhôm đúc bằng chữ “Al” là nguyên tố 
chính sau đó là 
nguyên tố phụ, số đằng sau mỗi nguyên tố chỉ hàm lượng tính theo % tương ứng. 
 5 
 - Nếu đằng sau ký hiệu có thêm chữ “Đ” là hợp kim nhôm đúc. 
 Ví dụ: AlSi12MgCu2Mn0,6Đ: là hợp kim nhôm đúc có chứa Si = 12%, Mg = 
1%, Cu = 2%, Mn = 0,6%, Al = 84.4%. 
Số hiệu 
Thành phần hoá học (%) Dạng 
vật đúc Si Mg Mn Cu Zn Ti Sn 
AĐ2 10 13 - - - - - - 
Chi tiết 
máy 
AĐ4 810,5 0,170,3 0,250,5 - - - - 
AĐ9 68 0,20,4 - - - - - 
AĐ25 1113 0,81,3 0,30,6 1,53 0,5 0,05  0,02 
Pittông AĐ26 2022 0,40,7 0,40,8 1,52,5 0,3 - 
AĐ30 1113 0,81,3  0,2 0,81,5 0,2 -  0,01 
Bảng thành phần hoá học của một số loại hợp kim nhôm đúc 
 * Tính chất và công dụng: 
 Silumin có tính đúc cao, tuỳ thuộc vào thành phần các nguyên tố hợp kim mà 
nó có tính chất khác nhau. 
 A: có tính chảy loãng cao có khả năng điền đầy vào khuôn tốt, độ nhẳn bề mặt 
cao nên được dùng để chế tạo các chi tiết có hình dáng phức tạp. 
 A4, Ặ9: ngoài tính đúc tốt còn có cơ tính tốt dùng làm các chi tiết quang trọng 
như: chi tiết máy, nắp máy của động cơ đốt trong,. 
 3.2. Hợp kim nhôm biến dạng (Đuara) 
 * Thành phần và ký hiệu 
 Đuara là hợp kim của 3 nguyên tố cơ bản là: nhôm, đồng, magiê. Ngoài ra còn 
có sắt, silic, mangan. 
 Đồng và magiê làm tăng cơ tính, mangan tăng độ bền và khả năng chịu mài 
mòn, silic và sắt làm tăng tính chịu nhiệt. 
 - CHLB Nga ký hiệu bằng chữ “” (đuara) và số chỉ thứ tự ký hiệu. 
 - TCVN 1859-75 ký hiệu nhôm biến dạng giống như nhôm đúc nhưng không 
ghi chữ “Đ” đằng sau ký hiệu. 
 Ví dụ: AlMg5: là hợp kim nhôm biến dạng có Mg = 5%. 
Số 
hiệu 
Thành phần hoá học (%) b(N/mm2)  (%) HB 
Cu Mg Mn Si Fe Sau khi tôi 
Đ1 3,84,8 0,40,8 0,40,8 < 0,7 < 0,7 420 15 95 
Đ6 4,65,2 0,61,0 0,50,9 < 0,5 < 0,5 300 15 105 
Đ16 3,84,9 1,21,8 0,30,9 < 0,5 < 0,5 320 17 105 
Đ18 2,23,0 0,20,5 - < 0,5 < 0,5 170 24 70 
Bảng thành phần hoá học một số loại đuar 
 6 
 * Tính chất và công dụng: 
 Tuỳ thuộc vào hàm lượng của đồng và magiê cao hay thấp mà đaura cvó sự 
thay đổi về cơ tính. Nói chung đuara có độ bền khá cao nhưng tính chồng ăn mòn kém. 
Trong các loại đuara thì 6, 16 có độ bền cao nhất được làm khung và cá kết cấu chịu 
lực của máy bay, còn 18 có độ dẻo cao, độ bền thấp dùng làm đinh tán. 
 4. Quan sát tổ chức tế vi của hợp kim nhôm ( 05 giờ ) 
Hình 4: Tổ chức tế vi của hợp kim Al - (10-30)%Si: 
a. Không biến tính 
b. Có biến tính