Bài 18. Giới thiệu về hợp kim
Trang bìa
Trang bìa
Ảnh
BÀI 18. GIỚI THIỆU VỀ HỢP KIM
Mở đầu
Câu hỏi
Để khoan được đất, đá, người ta phải chế tạo mũi khoan có độ cứng cao được làm từ hợp kim. Hợp kim là gì? Vì sao lại chế tạo ra hợp kim? Chúng có thành phần và tính chất nào đặc trưng?
- Hợp kim là vật liệu kim loại có chứa một kim loại cơ bản và một số kim loại hoặc phi kim khác. - Người ta chế tạo hợp kim vì một số hợp kim có nhiều tính chất ưu việt hơn so với kim loại tạo thành chúng như tính cứng; độ bền cơ học, hoá học; khả năng chịu mài mòn, … - Thành phần và tính chất của hợp kim: + Thành phần của hợp kim: chứa một kim loại cơ bản và một số kim loại hoặc phi kim khác. + Tính chất của hợp kim: tính cứng; có độ bền cơ học, hoá học; khả năng chịu mài mòn cao, …
1. Hợp kim
1.1.Lý thuyết
Hợp kim là thuật ngữ chỉ một hợp chất được hình thành từ sự kết hợp của ít nhất hai nguyên tố. Sự kết hợp này có thể diễn ra giữa các kim loại với nhau hoặc giữa một kim loại và một phi kim. Bằng cách này, hợp kim có thể sở hữu những đặc tính cả ưu và nhược điểm của các nguyên tố thành phần.
Mục tiêu ban đầu của việc tạo ra hợp kim là để khắc phục những hạn chế của vật liệu được tạo ra từ kim loại nguyên chất. Hầu hết các hợp kim tồn tại ở trạng thái rắn và thường khó tách ra thành các nguyên tố riêng biệt bằng các phương pháp thông thường.
1.2.Đặc trưng
Các tính chất đặc trưng của hợp kim:
Trạng Thái và Cấu Trúc Tinh Thể: Hợp kim thường ở dạng thể rắn, có cấu trúc tinh thể bao gồm tinh thể hỗn hợp, tinh thể hóa học, và tinh thể dung dịch rắn. Tính Dẫn Nhiệt và Dẫn Điện: Hợp kim vẫn giữ được tính dẫn nhiệt và dẫn điện của các kim loại thành phần Điểm Nóng Chảy: Điểm nóng chảy của hợp kim không cố định mà thường tạo thành một khoảng, phụ thuộc vào thành phần và hàm lượng của các nguyên tố tạo nên nó. Độ Cứng: Hợp kim thường có độ cứng lớn hơn so với đơn chất tạo thành do cấu trúc mạng tinh thể của chúng chắc chắn hơn.
1.3.Câu hỏi thảo luận 1
Vì sao người ta thường sử dụng hợp kim mà không dùng kim loại tinh khiết để chế tạo các vật dụng trong đời sống?
Một số hợp kim có nhiều tính chất ưu việt hơn so với kim loại tạo thành chúng như tính cứng; độ bền cơ học, hoá học; khả năng chịu mài mòn, … do đó người ta thường sử dụng hợp kim mà không dùng kim loại tinh khiết để chế tạo các vật dụng trong đời sống.
1.4.Vận dụng
Quan sát trong nhà, em thấy có những vật dụng nào được chế tạo từ hợp kim? Kể tên hợp kim làm nên vật dụng đó.
- Một số vật dụng trong nhà em được chế tạo từ hợp kim: con dao, đũa, chảo gang.. - Hợp kim làm nên vật dụng: + Con dao, đũa được làm từ thép không gỉ. + Chảo gang được làm từ hợp kim gang.
2. Một số hợp kim phổ biến
2.1.Lý thuyết
Hợp kim cụ thể trộn theo tỷ lệ được quy định, tạo ra các thành phần kim loại với chất lượng như mong muốn. Chúng có thể là kim loại màu (chứa sắt) hoặc kim loại màu (không chứa sắt), dẫn điện, từ tính, chịu nhiệt hoặc không ăn mòn. Các thành phần của các hợp kim này là tương tự nhau, nhưng việc thay đổi công thức cơ bản gây ra các biến thể có thể có ý nghĩa đối với sự xuất hiện hoặc chức năng của chúng. Khả năng gia công bị ảnh hưởng bởi việc bổ sung các yếu tố.
- Hợp kim đồng - Hợp kim Niken - Hợp kim thép - Hợp kim nhôm - Hợp kim vonfram
2.2.Hợp kim phổ biến
Trong nhóm hợp kim , có một số loại đáng chú ý như sau: Thép: Là hợp kim có thành phần chính là sắt và cacbon (có hàm lượng từ 0,02 đến 2,14%). Được pha trộn thêm các nguyên tố hóa học như đồng, mangan, niken, v.v. Tổng lượng nguyên tố thêm vào chiếm từ 1 đến 50% tổng khối lượng để cải thiện chất lượng của thép. Gang: Là hợp kim giữa sắt và cacbon, với sắt chiếm chủ yếu. Hàm lượng cacbon lớn hơn 2,14 đến 4%. Bao gồm một số nguyên tố khác như phospho, mangan, lưu huỳnh, v.v Hợp kim đồng thường được phân loại thành hai nhóm chính: Latong (đồng vàng, đồng thau): Là hợp kim phổ biến của đồng với hai thành phần chính là đồng và kẽm. Brông (đồng thanh): Còn được gọi là đồng thanh và là hợp kim của đồng với các nguyên tố khác ngoại trừ kẽm.
2.3.Câu hỏi thảo luận 2
Quan sát Bảng 18.1, em hãy cho biết thép thường và thép inox có gì khác về thành phần và tính chất.
Ảnh
Ảnh
Điểm khác nhau giữa thép thường và thép inox: * Về thành phần: - Thép thường chủ yếu là sắt, dưới 2% carbon và một lượng nhỏ các nguyên tố khác. - Thép inox chủ yếu là sắt và một số nguyên tố khác như Cr, Ni, … * Về tính chất: - Thép inox khó bị gỉ hơn so với thép thường.
3. Một số gang thép
3.1.Lý thuyết
Gang là hợp kim của sắt và cacbon cùng một số nguyên tố khác như: Si, Mn, P, S, Cr, Ni, Mo, Mg, Cu... hàm lượng cacbon trong gang lớn hơn 2,14% . Gang được chia làm 2 nhóm: - Gang trắng: là hợp kim Fe - C trong đó cacbon có thành phần lớn hơn 2,14% và các tạp chất Mn, Si, P, S… Tổ chức của gang tương ứng với giản đồ trạng thái Fe - Fe3C. Về mặt tổ chức gang trắng chia làm ba loại: + Gang trắng trước cùng tinh %C ≤ 4,3%. + Gang trắng cùng tinh %C = 4,3%. + Gang trắng sau cùng tinh %C ≥ 4,3%.
3.2.Tính chất chung
Gang nói chung có tính đúc tốt và độ chảy loãng cao, độ co ngót ít, dễ điền đầy vào khuôn. Gang là vật liệu chịu nén rất tốt, chịu tải trọng tĩnh khá tốt và chịu mài mòn tốt. Tuy nhiên gang có tính dòn, chịu va đập kém. Do vậy gang được sử dụng trong gia công đúc để làm các chi tiết có hình dáng phức tạp như: vỏ máy, thân máy, bánh đai, bánh đà, trục khuỷu, trục cán, ổ trượt, bánh răng …
3.3.Câu hỏi thảo luận 3
Việc thêm đá vôi vào lò cao có mục đích gì trong quá trình sản xuất gang?
Việc thêm đá vôi vào lò cao trong quá trình sản xuất gang có mục đích để tạo xỉ. Cụ thể: + Nhiệt độ cao trong lò làm đá vôi phân huỷ thành CaO: CaCO3 to→CaO + CO2 + CaO sẽ kết hợp với các tạp chất có trong quặng để tạo thành xỉ. Ví dụ: CaO + SiO2 to→CaSiO3 Ngoài ra, đá vôi còn có tác dụng hạn chế sự tan ra của tường lò, giữ nhiệt cho kim loại lỏng, lớp xỉ tạo thành nhẹ nổi lên trên còn giúp bảo vệ kim loại lỏng không bị oxi hoá…
3.4.Câu hỏi thảo luận 4
Vì sao khí oxygen được thổi liên tục qua gang nóng chảy?
Khí oxygen được thổi liên tục qua gang nóng chảy để phản ứng với một phần tạp chất (C, S, Si, Mn …) trong gang, làm giảm hàm lượng carbon có trong gang để thu được thép.
4.Dặn dò
Dặn dò
Ảnh
Dặn dò:
Các em về nhà đọc bài mới nhé!
Cảm ơn
Ảnh