Bài giảng Vật liệu và công nghệ kim loại (Trình độ: Cao đẳng)

ộng rãi nhất. a. Sự hòa tan của cacbon vào sắt Như đã nói do quan hệ kích thước nguy n t C nhỏ hơn Fe, rC = 0,077nm, rFe = 0,1241nm) n n cacbon chỉ có thể hòa tan có hạn vào sắt ở dạng dung d ch rắn xen kẽ. Như đã biết, sắt có hai kiểu mạng tinh thể: lập phương tâm khối A2 (tồn tại ở < 911oC - Feα và 1392 - 1539oC - Feδ) và lập phương tâm m t A1 (911 - 1392oC - Feγ) với các lỗ hổng có kích thước khác nhau và do đó khả năng hòa tan cacbon khác nhau. B ng những tính toán h nh học đơn giản (đã khảo sát ở 1.4.1a) có thể thấy r ng Feα và Feδ với mạng lập phương tâm khối tuy mật độ xếp thấp, có nhiều lỗ hổng, song mỗi lỗ hổng lại có kích thước quá nhỏ (lỗ tám m t có r = 0,154rFe, lỗ bốn m t lớn hơn có r = 0,291rFe), lớn nhất cũng chưa b ng 30% kích thước của nguy n t sắt hay gần một n a kích thước nguy n t cacbon, chỉ chứa nổi khối cầu r = 0,0364nm, không thể nào chứa nổi nguy n t cacbon. Do vậy về nguy n l Feα và Feδ không có khả năng hòa tan cacbon hay độ hòa tan cacbon trong chúng là không đáng kể (có thể coi b ng không). Khác với Feα và Feδ, Feγ với mạng lập phương tâm m t A1 tuy có mật độ thể tích cao hơn, ít lỗ hổng hơn nhưng lại có loại có kích thước lớn hơn (lỗ bốn m t r = 0,225rFe, lỗ tám m t r = 0,414rFe). Ở lỗ hổng tám m t này có thể chứa được khối cầu r = 0,052nm, n n có khả năng thu xếp để nguy n t cacbon lọt vào b ng cách giãn các nguy n t sắt ra xa. Do vậy chỉ có Feγ mới hòa tan được cacbon, tuy nhi n như đã nói nguy n t hòa tan không thể xen kẽ vào mọi lỗ hổng tám m t đó n n giới hạn hòa tan cacbon trong Feγ chỉ là tr n dưới 10% nguy n t . b. Tƣơng tác hóa học giữa Fe và C Khi lượng cacbon đưa vào sắt vượt quá giới hạn hòa tan (phụ thuộc vào dạng th h nh và nhiệt độ), sau khi đi vào các lỗ hổng để tạo n n dung d ch rắn xen kẽ, các nguy n t cacbon thừa ra sẽ kết hợp với sắt thành Fe3C gọi là x mentit. Như đã biết đó là pha xen kẽ với kiểu mạng phức tạp, có thành phần 6,67%C + 93,33%Fe. Thực ra còn có grafit là pha ổn đ nh hơn x mentit, tuy nhi n trong hợp kim thuần Fe - C sự tạo thành grafit là rất khó khăn nếu không muốn nói là không thể được, vì vậy xêmentit 81 là pha giả ổn đ nh và được coi là ổn đ nh. Trong thực tế sự tạo thành grafit có thể dễ dàng hơn nhiều khi có các yếu tố thuận lợi về thành phần và tốc độ nguội. 2.2. Giản đồ trạng thái Fe - C H nh 3.18. Giản đồ pha Fe - C (Fe - Fe3C). Giản đồ pha Fe - C (Fe - Fe3C) được tr nh bày ở h nh 3.18 với các k hiệu các tọa độ (nhiệt độ, oC - thành phần cacbon, %) đã được quốc tế hóa như sau: A (1539 - 0); B (1499 - 0,5); C (1147 - 4,3); D (~1250 - 6,67); E (1147 - 2,14); F (1147 - 6,67); G (911 - 0); H (1499 - 0,10); J (1499 - 0,16); K (727 - 6,67); L (0 - 6,67); N (1392 - 0); 82 P (727 - 0,02); Q (0 - 0,006); S (727 - 0,80). Một số đư ng có nghĩa thực tế rất quan trọng như sau: - ABCD là đư ng lỏng để xác đ nh nhiệt độ chảy lỏng hoàn toàn hay bắt đầu kết tinh. - AHJECF là đư ng rắn để xác đ nh nhiệt độ bắt đầu chảy hay kết th c kết tinh. - ECF (1147oC) là đư ng c ng tinh, xảy ra phản ứng c ng tinh (eutectic). - PSK (727oC) là đư ng c ng tích, xảy ra phản ứng c ng tích (eutectoid) - ES - giới hạn hòa tan cacbon trong Feγ. - PQ - giới hạn hòa tan cacbon trong Feα. a. Các chuyển biến khi làm nguội chậm Như đã nói, trong giản đồ này có khá đầy đủ các chuyển biến đã khảo sát ở tr n. - Chuyển biến bao tinh xảy ra ở 1499oC trong các hợp kim có 0,10 - 0,50%C (đư ng HJB) δH + LB → γH hay δ0,10 + L0,50 → γ0,16 (3.1) song ngư i ta thư ng không để đến phản ứng này v xảy ra ở nhiệt độ quá cao và không có ảnh hưởng g đến tổ chức của thép khi gia công và s dụng. - Chuyển biến c ng tinh xảy ra ở 1147oC trong các hợp kim có > 2,14%C (đư ng ECF) LC → (γE + Fe3CF) hay L4,3 → (γ2,14 + Fe3C6,67) (3.2) - Chuyển biến c ng tích xảy ra ở 727oC hầu như với mọi hợp kim (đư ng PSK) γS → [αP + Fe3CK] hay γ0,8 → [α0,02 + Fe3C6,67] (3.3) - Sự tiết pha Fe3C dư ra khỏi dung d ch rắn của cacbon trong các dung d ch rắn: trong Feγ theo đư ng ES và trong Feα theo đư ng PQ. b. Các tổ chức một pha Ở trạng thái rắn có thể g p bốn pha sau. Ferit (có thể k hiệu b ng α hay F hay Feα) là dung d ch rắn xen kẽ của cacbon trong Feα với mạng lập phương tâm khối (a = 0,286 - 0,291nm) song do lượng hòa tan quá nhỏ (lớn nhất là 0,02%C ở 727oC - điểm P, ở nhiệt độ thư ng thấp nhất chỉ còn 0,006%C - điểm Q) n n có thể coi nó là Feα (theo tính toán l thuyết ở mục 3.3.1a, cacbon không thể chui vào lỗ hổng của Feα, lượng cacbon hòa tan không đáng kể này là n m ở các khuyết tật 83 mạng, chủ yếu là ở v ng bi n giới hạt). Ferit có tính sắt từ nhưng chỉ đến 768oC. Tr n giản đồ nó tồn tại trong v ng GPQ (tiếp giáp với Feα tr n trục sắt). Do không chứa cacbon n n cơ tính của ferit chính là của sắt nguy n chất: dẻo, dai, mềm và kém bền. Trong thực tế ferit có thể hòa tan Si, Mn, P, Cr... n n sẽ cứng và bền hơn song cũng kém dẻo dai đi. Ferit là một trong hai pha tồn tại ở nhiệt độ thư ng và khi s dụng (< 727oC), song với t lệ cao nhất (tr n dưới 90%), n n nó đóng góp một t lệ quan trọng trong cơ tính của hợp kim Fe - C. Tổ chức tế vi của ferit trình bày ở h nh 3.19a có dạng các hạt sáng, đa cạnh. H nh 3.19. Tổ chức tế vi của ferit (a) và austenit (b) (x500). Austenit [ có thể k hiệu b ng γ, A, Feγ(C) ] là dung d ch rắn xen kẽ của cacbon trong Feγ với mạng lập phương tâm m t (a ≈ 0,364nm) với lượng hòa tan đáng kể cacbon (cao nhất tới 2,14% hay khoảng 8,5% về số nguy n t ở 1147oC - điểm E, tức tối đa tính b nh quân cứ ba - bốn ô cơ sở mới có thể cho phép một nguy n t cacbon đ nh v vào một lỗ hổng tám m t trong ch ng, ở 727oC chỉ còn 0,80%C - điểm S). Khác với ferit, austenit không có tính sắt từ mà có tính thuận từ, nó chỉ tồn tại ở nhiệt độ cao (> 727oC) trong v ng NJESG (tiếp giáp với Feγ tr n trục sắt) n n không có quan hệ trực tiếp nào đến khả năng s dụng của hợp kim nhưng lại có vai trò quyết đ nh trong biến dạng nóng và nhiệt luyện. Với tính dẻo rất cao (là đ c điểm của mạng A1) và rất mềm ở nhiệt độ cao n n biến dạng nóng (dạng chủ yếu để tạo phôi và bán thành phẩm) thép bao gi cũng được thực hiện ở trạng thái austenit đồng nhất (thư ng ở tr n dưới 1000oC). V thế có thể tiến hành biến dạng nóng mọi hợp kim Fe - C với C < 2,14% d cho ở nhiệt độ thư ng thể hiện độ cứng và tính giòn khá cao. Làm nguội austenit với tốc độ khác nhau sẽ nhận được hỗn hợp ferit - xêmentit với độ nhỏ m n khác nhau hay được mactenxit với cơ tính cao và đa dạng, đáp ứng rộng rãi 84 các y u cầu s dụng và gia công. Tổ chức tế vi của austenit tr nh bày ở h nh 3.19b có các hạt sáng, có thể với màu đậm nhạt khác nhau đôi ch t (do đ nh hướng khi tẩm thực) và các đư ng song tinh (song song) cắt ngang hạt (thể hiện tính dẻo cao). X mentit (có thể k hiệu b ng Xe, Fe3C) là pha xen kẽ với kiểu mạng phức tạp có công thức Fe3C và thành phần 6,67%C, ứng với đư ng thẳng đứng DFKL tr n giản đồ. Đ c tính của x mentit là cứng và giòn, c ng với ferit nó tạo n n các tổ chức khác nhau của hợp kim Fe - C. Ngư i ta phân biệt bốn loại x menntit: - X mentit thứ nhất (XeI) được tạo thành do giảm nồng độ cacbon trong hợp kim lỏng theo đư ng DC khi hạ nhiệt độ, chỉ có ở hợp kim có > 4,3%C. Do tạo thành ở nhiệt độ cao (> 1147 oC) n n x mentit thứ nhất có dạng thẳng, thô to (h nh 3.24b) đôi khi có thể thấy được b ng mắt thư ng. - X mentit thứ hai (XeII) được tạo thành do giảm nồng độ cacbon trong austenit theo đư ng ES khi hạ nhiệt độ, thư ng thấy rất r ở hợp kim có > 0,80 cho tới 2,14%C. Do tạo thành ở nhiệt độ tương đối cao (> 727oC) tạo điều kiện cho sự tập trung ở bi n giới hạt, n n khi x mentit thứ hai với lượng đủ lớn sẽ tạo thành lưới li n tục bao quanh các hạt austenit ((peclit) như biểu th ở h nh 3.23, tức tạo ra khung giòn, làm giảm mạnh tính dẻo và dai của hợp kim. - X mentit thứ ba (XeIII) được tạo thành đo giảm nồng độ cacbon trong ferit theo đư ng PQ khi hạ nhiệt độ, với số lượng (t lệ) rất nhỏ (nhiều nhất cũng chỉ là 2o/oo) n n rất khó phát hiện tr n tổ chức tế vi và thư ng được bỏ qua. - X mentit c ng tích được tạo thành do chuyển biến c ng tích austenit → peclit. Loại x mentit này có vai trò rất quan trọng, được tr nh bày ở mục tiếp theo. Grafit chỉ được tạo thành trong hợp kim Fe - C cao và chứa lượng đáng kể silic, là pha quan trọng trong tổ chức của gang. c. Các tổ chức hai pha  Peclit (có thể ký hiệu bằng P, [Feα + Fe3C]). Peclit là hỗn hợp c ng tích của ferit và x mentit được tạo thành từ austenit với 0,80%C và ở 727oC như phản ứng (3.3). Trong peclit có 88% ferit và 12% x mentit phân bố đều trong nhau, nh kết hợp giữa một lượng lớn pha dẻo với lượng nhất đ nh pha cứng, peclit là tổ chức khá bền, cứng nhưng cũng đủ dẻo, dai đáp ứng rất tốt các y u cầu của vật liệu kết cấu và công cụ. Peclit và các biến thể của nó (xoocbit, trôxtit, bainit) có m t trong hầu hết các 85 hợp kim Fe - C. Ngư i ta phân biệt hai loại peclit tấm và peclit hạt. Peclit tấm (h nh 3.20a) thư ng g p hơn cả, có cấu tr c tấm (lớp ho c phiến), tức là hai pha này đều ở dạng tấm n m đan xen đều nhau, n n tr n m t cắt ngang để lại các vạch theo c ng một hướng hay đa hướng, trong đó các vạch tối mỏng (với lượng ít hơn) là x mentit, vạch sáng dày (với lượng nhiều hơn, gọi là nền) là ferit n n tổng thể có dạng vân. Peclit hạt (h nh 3.20b) ít g p hơn, có cấu tr c hạt tức x mentit ở dạng thu gọn nhất (bề m t ít nhất) - hạt x mentit phân bố đều tr n nền ferit. Giữa hai loại này có sự khác biệt nhỏ về cơ tính: so với peclit hạt, peclit tấm có độ bền, độ cứng cao hơn, độ dẻo, độ dai thấp hơn đôi ch t. Austenit đồng nhất dễ tạo thành peclit tấm, còn austenit kém đồng nhất dễ tạo thành peclit hạt. Peclit hạt ổn đ nh hơn peclit tấm n n khi nung lâu ở nhiệt độ tương đối cao (ví dụ 600 - 700oC) peclit tấm có xu hướng chuyển thành peclit hạt. H nh 3.20. Tổ chức tế vi của peclit tấm (a) và peclit hạt (b) (x500).  Lêđêburit [có thể ký hiệu bằng Le, hay (γ + Xe) hay (P + Xe)]. 86 H nh 3.21. Tổ chức tế vi của l đ burit - (P+Xe) (x500). L đ burit là hỗn hợp c ng tinh của austenit và x mentit tạo thành từ pha lỏng với 4,3%C ở 1147oC nh phản ứng (3.2), tuy nhi n khi làm nguội tiếp tục lại có phản ứng c ng tích (3.3) để austenit chuyển biến thành peclit n n tổ chức tế vi cuối c ng quan sát được (h nh 3.21) là hỗn hợp của peclit tấm (các hạt tối nhỏ) tr n nền x mentit sáng. L đ burit cứng và giòn (v có quá nhiều, tới 2/3, là x mentit) và chỉ có trong hợp kim Fe - C ở dạng gang trắng, ít g p. Các t n gọi pha và tổ chức kể tr n với các nghĩa và xuất xứ như sau: để k niệm các nhà khoa học lỗi lạc trong ngành là Robert Austen (ngư i Anh) cho austenit, Ledebur (ngư i Đức) cho l đ burit; từ bản chất hay đ c trưng tính chất là ferrum (sắt, tiếng latinh) cho ferit, pearl (vân) cho peclit, cement (ximăng, cứng) cho xêmentit. d. QUÁ TRÌNH KẾT TINH CỦA HỢP KIM Fe – C i. Phần trên của giản đồ Phần tr n của giản đồ trạng thái Fe – C ứng với sự kết tinh từ trạng thái lỏng thấy có ba khu vực r rệt ứng với ba khoảng thành phần cacbon khác nhau. Khu vực có thành phần 0,1 – 0,51%C (có phản ứng bao tinh). Tất cả các hợp kim có thành phần cacbon 0,1 – 0,51%C khi kết tinh sẽ xảy ra phản ứng bao tinh: δH + LB → γJ. L c đầu, khi làm nguội đến đư ng lỏng AB, hợp kim lỏng sẽ kết tinh ra dung d ch rắn trước. Khi nhiệt độ hạ xuống tới 1499oC (ứng với đư ng HB), hợp kim có hai pha là dung d ch rắn δ chứa 0,10%C và dung d ch rắn ôstenit chứa 0,16%C: Các hợp kim có 0,1 – 0,16%C sau phản ứng bao tinh còn thừa pha δ và khi làm nguội tiếp, pha này tiếp tục chuyển biến thành pha γ. Các hợp kim có 0,16 – 0,51%C sau phản ứng bao tinh còn thừa pha lỏng L, và sau 87 khi làm nguội tiếp theo pha lỏng tiếp tục chuyển biến thành pha γ. Như vậy, cuối c ng hợp kim 0,10 – 0,51%C khhi làm nguội xuống dưới đư ng NJE chỉ có tổ chức một pha austenit. Khu vực có thành phần 0,51 – 2,14%C kết th c kết tinh b ng sự tạo thành dung d ch rắn ôstenit. Hợp kim thành phần 2,14 – 4,3%C: khi làm nguội hợp kim tới đư ng lỏng BC nó sẽ kết tinh ra austenit. Làm nguội tiếp tục, ôstenit có thành phần thay đổi theo đư ng JE, hợp kim lỏng còn lại thay đổi theo đư ng BC. Khu vực có thành phần 0,51 – 2,14%C kết th c kết tinh b ng sự tạo thành dung d ch rắn ôstenit. Hợp kim có thành phần 2,14 – 4,3%C, kết th c kết tinh b ng sự kết tinh của dung d ch lỏng có thành phần ứng với điểm C ra hai pha: austenit có thành phần ứng với điểm E và x mentit ở 1147oC. Hỗn hợp c ng tinh l đ burit Sau khi kết tinh xong hợp kim này có tổ chức ôstenit + l đ burit (γ + Xe). Khu vực có thành phần 4,3 – 6,67%C (kết tinh ra x mentit thứ nhất). Phần hợp kim 4,3 – 6,67%C: khi hợp kim được làm nguội tới đư ng lỏng DC nó kết tinh ra x mentit và gọi là x mentit thứ nhất. Khi làm nguội tiếp tục sẽ phản ứng tạo n n c ng tinh l đ burit xảy ra ở 1147oC. Sau khi kết tinh xong, hợp kim này có tổ chức x mentit thứ nhất + l đ burit (γ + Xe). Tóm lại: khi kết tinh từ pha lỏng, trong hợp kim Fe – C có xảy ra các quá tr nh sau: kết tinh ra δ (< 0,51%C) và phản ứng c ng tinh (2,14 – 6,67%C). ii. Phần dƣới của giản đồ Phần dưới của giản đồ ứng với những chuyển biến ở trạng thái rắn. Có ba pha chuyển biến đáng ch sau đây xuất phát từ ôstenit. Sự tiết ra x mentit thứ hai từ austenit 88 Các hợp kim có thành phần cacbon lớn hơn 0,8% khi làm nguội từ 1147oC đến 727 oC, astenit của nó b giảm thành phần cacbon theo đư ng ES, do vậy, sẽ tiết ra x mentit mà ta gọi là x mentit thứ hai. Cuối c ng ở 727oC, ôstenit có thành phần cacbon 0,8% ứng với điểm S. Sự tiết ra ferit từ austenit Các hợp kim có thành phần cacbon nhỏ hơn 0,8% khi làm nguội từ 911oC ÷ 727oC, austenit của nó sẽ tiết ra ferit là pha ít cacbon, do vậy austenit còn lại giàu cacbon theo đư ng GS. Cuối c ng ở 727oC hợp kim gồm hai pha là ferit ứng với điểm P (0,02%C) và austenit ứng với điểm S (0,8%C). Như vậy khi làm nguội tới 727oC trong tổ chức của mọi hợp kim Fe – C đều chứa austenit với 0,8%C (ứng với điểm S). Chuyển biến c ng tích: austenit thành peclit. Tại 727oC austenit có thành phần 0,8%C sẽ chuyển biến thành peclit là hỗn hợp của hai pha ferit và xêmentit. Như đã nói ở tr n, chuyển biến này có ở trong mọi hợp kim Fe – C. CÂU HỎI ÔN TẬP Câu 1. Đ nh nghĩa, phân loại gang, thép. Câu 2. N u ảnh hưởng của các nguy n tố đến tính chất của gang. Câu 3. Giải thích cơ tính của gang theo tổ chức tế vi. Câu 4. Hãy phân biệt các loại gang d ng trong cơ khí: gang xám, gang cầu, gang dẻo theo tổ chức tế vi, cơ tính, k hiệu, công dụng. Câu 5. Cho k hiệu gang sau: GX18-36, GC60-10, GZ45-5. 89 Y u cầu: - Phân tích k hiệu trên. - T m một sản phẩm cơ khí được chế tạo từ các vật liệu tr n. Giải thích việc lựa chọn vật liệu để chế tạo là tối ưu. - Nếu cần chế tạo một chi tiết ch u tải trọng kéo và va đập có h nh dạng đơn giản ( ví dụ: trụ trơn) th chọn loại gang nào để chế tạo? Giải thích? Câu 6: Ñònh nghóa theùp hôïp kim vaø neâu söï khaùc nhau giöõa theùp cacbon vaø theùp hôïp kim. Câu 7: Theá naøo laø hôïp kim cöùng ? Ñaëc ñieåm vaø coâng duïng cuûa chuùng ? Câu 8: Neâu caùch ghi kyù hieäu cuûa theùp cacbon vaø theùp hôïp kim Caâu 9: Cho bieát caùc thaønh phaàn chuû yeáu cuûa hôïp kim cöùng? So saùnh giöõa hôïp kim vaø hôïp kim cöùng ? Caâu 10: Neâu caùc tính chaát cuûa hôïp kim cöùng ? Caâu 11: Neâu kyù hieäu hôïp kim cöùng theo TCVN ? Caâu 12: Trình baøy coâng duïng cuûa hôïp kim cöùng ? Caâu 13: Ñònh nghóa, ñaëc ñieåm vaø coâng duïng cuûa ñoàng thau, ñoàng thanh ? Giaûi thích caùc kyù hieäu sau : M1, L70, Br.Al.Fe9-4 ? Caâu 14: Ñònh nghóa, ñaëc ñieåm vaø coâng duïng cuûa nhoâm vaø hôïp kim nhoâm ? 90 CHƢƠNG III. VẬT LIỆU PHI KIM LOẠI 1. CHẤT DẺO a. Định nghĩa: Chất dẻo, hay còn gọi là nhựa, là các hợp chất cao phân t , được d ng làm vật liệu để sản xuất nhiều loại vật dụng trong đ i sống h ng ngày như là:áo mưa, ống dẫn điện... cho đến những sản phẩm công nghiệp, gắn với đ i sống hiện đại của con ngư i. Ch ng là những vật liệu có khả năng b biến dạng khi ch u tác dụng của nhiệt, áp suất và vẫn giữ được sự biến dạng đó khi thôi tác dụng. Chất dẻo còn được s dụng rộng rãi để thay thế cho các sản phẩm làm b ng: vải, gỗ, da, kim loại, thủy tinh. V ch ng bền, nhẹ, khó vỡ, nhiều màu sắc đẹp. Chất dẻo thư ng là các chất tổng hợp có nguồn gốc từ các sản phẩm hóa dầu b. Tính chất: Chất dẻo được s dụng ngày càng rộng rãi trong các ngành công nghiệp và trong sinh hoạt của con ngư i, như: bao b , các chi tiết máy trong ngành cơ khí, ngành điện, điện t Chất dẻo có ưu, nhược điểm sau: Tính chất chung là nhẹ, độ cách điện, cách nhiệt và tính chống ăn mòn cao, có khả năng chống rung, hệ số ma sát lớn khi không có dầu mỡ, có h nh dạng b n ngoài đẹp. Khối lượng ri ng nhỏ (phần lớn chất dẻo có ), độ bền hóa học tốt, cách điện, cách âm tốt, tính bám dính tốt và đ c điểm là dễ gia công. Tuy nhi n chất dẻo cũng có nhược điểm là: dẫn điện, dẫn nhiệt cũng như khả năng ch u nhiệt kém và dễ b lão hóa. c. Các loại chất dẻo cơ bản: i. Polyme tự nhiên: Là những polime có sẵn trong tự nhi n như -poli saccarit: tinh bột (amilozơ, amilopectin), xenlulozo - protein: tơ t m, lông cừu, len - cao su thiên nhiên (C5H8)n ii. Polyme nhân tạo: 2. Polime bán tổng hợp (nhân tạo): Là những polime có nguồn gốc từ thi n nhi n được x l một phần b ng pp hoá học như: tơ axetat, tơ visco (nguồn gốc từ xenlulozơ), xenlulozo trinitrat,... 3. Polime tổng hợp: Là polime do con ngư i tổng hợp từ các chất đơn giản ban đầu. 91 4. Chất dẻo: PE (polietilen), PP (polipropilen), PS (polistiren), PPF( poliphenol- fomandehit) ), PVC( poli vinyl clorua), PMM ( polimetyl metacrylat ) 5. Tơ tổng hợp : nilon-6, nilon-7, nilon-6,6, tơ lapsan, tơ olon ( hay tơ nitron hay poliacrilonitrin). 6. Cao su tổng hợp : cao su buna, cao su buna-S, cao su isopren(khác với cao su thi n nhi n nhé, mọi ngư i cẩn thận nhầm lẫn), cao su buna-N, cao su cloropren. 7. Keo dán: poliure fomandehit, keo epoxi Các loại chất dẻo thƣờng dùng trong cơ khí: + Têctôlit: tính chống mài mòn cao, tính cách điện tốt → d ng để làm bánh răng, ống lót ổ trục, bạc, + Giêtinac: có cơ tính kém hơn t ctôlit nhưng tính cách điện cao, giá rẻ → d ng làm vật liệu cách điện (cả điện cao áp) .. + Các loại chất dẻo không chịu nhiệt: ~ PE (polyene) d ng trong công nghiệp thực phẩm, dược liệu ~ PVC (polychlorue de nyl) d ng để chế tạo ống nước ~ PA (poly amid) d ng để chế tạo bánh răng, bọc trục . II. CAO SU – AMIĂNG – COMPOZIT: a. Cao su: i. Định nghĩa: Cao su là mộ ltoại vật liệu polyme vừa có độ bền cơ học cao vừa có khả năng biến dạng đàn hồi lớn ii. Phân loại: Cao su thƣờng (Cao su dẻo): Cao su sau khi lưu hóa (với lượng lưu huỳnh từ 1 - 5%) sẽ có cơ tính được cải thiện tốt, môđun đàn hồi tăng và vẫn giữ được các tính chất đàn hồi. Cao su cứng: Khi lưu hóa với lượng lưu huỳnh lớn sẽ làm cao su cứng hơn, có tính chống mòn, chống axit tốt, nhưng tính đàn hồi kém. iii. Tính chất: Là một polyme hữu cơ, ở nhiệt độ thư ng có tính đàn hồi rất cao. Cao su ch u kéo tốt, ch u nén kém, không thấm nước, ổn đ nh khi tẩy r a, cách điện tốt. 92 iv. Công dụng: Cao su được s dụng rộng rãi trong sản xuất để chế tạo lốp ô tô (styren butadience). Cao su nitrile butadience d ng làm các sản phẩm d ng trong môi trư ng xăng, dầu, mỡ như ống cao su mềm, ống ch u áp lực, ống dẫn hơi, ống dẫn khí. Cao su cứng ebonit được d ng trong công nghiệp điện kỹ thuật. b. Amiăng: Amiăng là nhóm sợi khoáng thi n nhi n , được lấy từ quạng mỏ , có chứa can xi , silicat, Mage i. Tính chất: Amiăng có màu tráng , m n thớ nhỏ ,có tính ch u nhiệt cao , khả năng dẫn nhiệt thấp , có độ bền cơ học lớn , có khả năng ch u được axi1t , kiềm , các tính chất của Amiang không thay đổi ở nhiệt độ < 5000c Ví dụ : cát trắng SiO2, hỗn hợp tự nhiên Al2O3, Si ii. Công dụng: Sợi Aming d ng làm đệm cách nhiệt, giấy Aming d ng làm đệm cách nhiệt, cách điện, làm vật liệu ống lót, nồi hơi, khi làm việc ở nhiệt độ cao, ép làm cơ cấu hãm máy, ngoài ra vải Amiang còn d ng làm găng tay , quần áo ch u nhiệt của thợ lò, lính cứu hỏa Nhươc điểm: Vật liệu Aming có tính độc hại cao, n n hiện nay ngư i ta khuyến cáo ít dùng c. Compozit: i. Đặc điểm: Polyme compozit (polymer composites) là loại vật liệu được cấu tạo bởi 2 hay nhiều cấu t (thành phần). Trong đó, loại cấu t thứ nhất là 1 hay nhiều polyme nền thông thư ng. Loại cấu t thứ hai là các chất phụ gia (chất độn) như vật liệu sợi, bột của các chất vô cơ ... Còn có thể có th m 1 thành phần thứ ba là chất li n kết, có tác dụng làm tăng độ kết dính giữa chất độn (cốt sợi) và nhựa nền ( đôi khi ngư i ta còn cho th m bột màu để làm n n màu đ c trưng của Composite mà không làm thay đổi tính chất cơ học của nó). Polyme compozit có các tính chất hoá, l khác nhiều so với từng vật liệu thành phần ri ng rẽ. Chất độn dùng trong Polyme composite Cốt sợi có thể là sợi tự nhi n (sợi đay, sợi gai, sợi lanh, xơ dừa, xơ tre, bông...), có thể là sợi nhân tạo (sợi thu tinh, sợi vải, sợi polyamit...). T y theo y u cầu s dụng mà ngư i ta chế tạo sợi thành nhiều dạng khác nhau: Sợi ngắn, sợi dài, sợi rối, tấm sợi... Việc 93 trộn th m các loại cốt sợi này vào hỗn hợp có tác dụng làm tăng độ bền cơ học cũng như độ bền hoá học của vật liệu PC như: khả năng ch u được va đập; độ giãn nở cao; khả năng cách âm tốt; tính ch u ma sát - mài mòn; độ nén, độ uốn dẻo và độ kéo đứt cao; khả năng ch u được trong môi trư ng ăn mòn như: muối, kiềm, axít... Những khả năng đó đã chứng tỏ tính ưu việt của hệ thống vật liệu PC mới so với các loại polyme thông thư ng. Và cũng chính v những tính năng ưu việt ấy mà hệ thống vật liệu PC đã được s dụng rộng rãi trong sản suất cũng như trong đ i sống. Nh n chung, mỗi vật liệu composite gồm một hay nhiều pha gián đoạn được phân bố trong một pha li n tục duy nhất (pha là một loại vật liệu thành phần n m trong cấu tr c của vật liệu composite). Pha li n tục gọi là vật liệu nền (matrix), thư ng làm nhiệm vụ li n kết các pha gián đoạn lại. Pha gián đoạn được gọi là cốt hay vật liệu tăng cư ng (reinforcement) được trộn vào pha nền làm tăng cơ tính, tính kết dính, chống mòn, chống xước. ii. Tính chất: Trong điều kiện s dụng các vật liệu đ ng ti u chuẩn th vật liệu composite có những ưu điểm chủ yếu sau: - Nhẹ nhưng cứng vững, ch u va đập, uốn, kéo tốt. - Ch u hoá chất, không sét gỉ, chống ăn mòn. Đ c tính này thích hợp cho biển và khí hậu v ng biển. - Ch u th i tiết, chống tia t ngoại, chống lão hoá n n rất bền. - Ch u nhiệt, ch u lạnh, chống cháy. - Cách điện, cách nhiệt tốt. - Ch u ma sát, cư ng độ lực, nhiệt độ cao (thể hiện ở composite sợi carbon). - Hấp thụ sóng điện t tốt (composite – thủy tinh). - Không thấm nước, không độc hại. - Bảo tr , bảo dưỡng, s a chữa dễ dàng, chi phí thấp. - Màu sắc đa dạng, đẹp bền v được pha ngay trong nguy n liệu. 94 - Thiết kế, tạo dáng thuận lợi, đa dạng, có nhiều công nghệ để lựa chọn. iii. Một số vật liệu Compozit thông dụng: Do có những ưu điểm như: Nhẹ, có độ bền cao, Môđun ri ng cao, độ bền mỏi cao, không b han rỉ, ch u được môi trư ng khắc nghiệt (nhiệt độ cao, môi trư ng hóa học v.v) n n vật liệu Composite được s dụng rất rộng rãi trong đ i sống hàng ngày và trong kỹ thuật. Các sản phẩm được chế tạo từ Composite gồm những vật dụng như sau: 8. Vỏ động cơ t n l a. 9. Vỏ t n l a, máy bay, tàu vũ trụ. 10. B nh ch u áp lực cao. 11. Ống dẫn xăng dầu composite cao cấp 3 lớp (S dụng công nghệ cuốn ướt của Nga và các ti u chuẩn sản xuất ống dẫn xăng, dầu). 12. Ống dẫn nước sạch, nước thô, nước nguồn composite (hay còn gọi là ống nhựa cốt sợi thủy tinh). 13. Ống dẫn nước thải, dẫn hóa chất composite. 14. Ống thủy nông, ống dẫn nước nguồn qua v ng nước ngập m n, nhiễm phèn. 15. Vỏ bọc các loại bồn bể, th ng chứa hàng, m t bàn ghế, trang trí nội thất, tấm panell composite. 16. Hệ thống ống thoát rác nhà cao tầng. 17. Hệ thống sứ cách điện, sứ polymer, sứ silicon, sứ epoxy các loại sứ chuỗi, sứ đỡ, sứ cầu giao, sứ trong các bộ thiết b điện, chống sét, cầu chì. 18. Lốp xe ô tô, xe máy, xe đạp. 19. Vỏ tầu thuyền composite (vỏ lãi)..... 20. Thùng rác công cộng. 21. Mô hình đồ chơi trẻ em. 22. . 23. VẬT LIỆU BÔI TRƠN VÀ LÀM MÁT: 95 a. Dầu bôi trơn: Dầu là chất bôi trơn được chế tạo từ dầu mỏ, có màu t y theo cách pha chế. Dầu n ng hơn xăng và dầu diesel, nhưng nhẹ hơn nước. Trọng lượng ri ng của dầu 0,88 đến 0,95g/cm 3 . i. Công dụng: Dầu truyền động d ng để bôi trơn cho các bộ của xe, như hộp số, hộp giảm tốc, động cơ, hộp tay lái. T y theo điều kiện s dụng, th i tiết và loại xe, máy, độ nhớt của dầu truyền động thư ng từ 10 đến 35 cst ở 1000C. Dầu truyền động cho ôtô có k hiệu t y theo mỗi quốc gia. Thư ng k hiệu cho biết độ nhớt, s dụng cho m a đông hay m a hè, Dầu mỡ nói chung là chất bôi trơn. Đối với máy móc, dầu mỡ có tác dụng sau: ii. Làm giảm ma sát giữa các bề m t chi tiếp x c của các chi tiết máy. iii. Làm mát các chi tiết máy khi ch u ma sát. iv. Làm sạch các chi tiết máy. v. Làm kín bề m t cần làm kín. vi. Làm chất chống gỉ. vii. Chất bôi trơn cần phải đảm bảo độ nhớt. viii. Nhiệt độ bắt l a phải cao. ix. Chất bôi trơn không được bốc hơi ho c khô lại. 24. Khi s dụng cần ch một số đ c tính sau : + Độ nhớt của dầu : Đ c trung cho độ loãng của dầu , độ nhớt của dầu thay đổi theo nhiệt độ , nhiệt độ càng cao dầu càng loãng + Nhiệt độ bắt lữa : Mà nhiệt độ mà ở đó hơi dầu bốc cháy khi g p lữa , đối với nhiều máy d ng trong cơ khí Tbl>1600c + Nhiệt độ đông đ c là nhiệt độ mà ở đó dầu đông đ c lại với các thiết b d ng ở nhiệt độ thấp cần phải ch vấn đề này i. Tính chất: 1. Tính bôi trơn Dầu mỡ được con ngư i nghĩ tới trước ti n là d ng vào việc bôi trơn .Nh có dầu mỡ mà các bề m t chuyển động bớt đi sự tiếp x c trực tiếp mà thông qua một lớp màng trung gian-lớp chất bôi trơn. Được bôi dầu mỡ , chuyển động của các cơ cấu trở n n nhẹ nhàng . Dầu mỡ có tác dụng làm giảm ma sát.Thực chất của vấn đề là dầu mỡ làm cho các bề m t chuyển động với nhau có ma sát khô chuyển sang ma sát ướt ho c là n a ướt n a khô. 96 Nh có dầu mỡ ,máy móc làm việc linh hoạt nhẹ nhàng, ch ng ta tiết kiệm biết bao năng lượng . 2. Tính chống gỉ: Môi trư ng sống của ch ng ta là môi trư ng của không khí và nước .Không khí và nước là nguy n nhân khiến cho phần lớn các kim loại b gỉ . Điều dễ làm nhất đối với con ngư i là bôi dầu mỡ để chống gỉ cho lim loại , máy móc. Dầu mỡ choán chỗ tr n bề m t kim loại làm cho oxi và nước cũng như các chất ăn mòn khác nếu có trong không khí như H2S , CO2,SO2,SO3 ,...không tiếp x c được với kim loại . do đó không sinh ra các phản ứng hoá học với kim loại ấy tạo ra gỉ , làm mòn kim loại . 3. Chống mài mòn Khi chuyển động tương đối với nhau , các bề m t kim loại b mài mòn ,thậm chí b xây xước đố là kết quả thư ng t nh . Khi đưa chất bôi trơn vào giữa các bề m t ma sát ,lớp chất bôi trơn tách hai bề m t chất rắn ra xa nhau do đó làm giảm sự mài mòn .Sự mài mòn diễn ra tiếp tục dẫn đến hư hỏng máymóc .Trong điều kiện kỹ thuật hiện nay việc d ng dầu mỡ để chống lại sự mài mòn là biện pháp chủ yếu có tính kinh tế. Như vậy bôi trơn li n quan mật thiết đến việc chống mài mòn đảm bảo tuổi thọ cho máy móc. Nói cách giản đơn là thiếu dầu mỡ sẽ dẫn đến hỏng máy. 4. Làm mát máy Khi việc bôi trơn máy móc tốt , ngư i ta có thể thấy được b ng các giác quan thông thư ng như nghe tiếng động m , s máy mát . Như vậy việc bôi trơn tốt làm cho máy mát . Mát máy là kết quả trực tiếp của sự làm giảm ma sát do tác dụng của dầu nhưng trong một số trư ng hợp dầu còn đóng vai trò chủ động hơn làm cho máy mát đó là vai trò một chất tải nhiệt từ chỗ nóng hơn ( nơi có ma sát ) đến chỗ nhiệt độ thấp hơn như thân máy , bộ tản nhiệt. Tác dụng làm mát dẫn đến những hệ quả khác là làm cho các bề m t ma sát không b non đi v nhiệt- do đó ch ng ít b mòn hơn , làm cho độ nhớt của dầu không b giảm xuống nhiều khiến việc bôi trơn ổn đ nh và tốt hơn. 5. Làm kín: Trong một vài loại dầu như dầu động cơ , dầu máy nén , dầu xi lanh sự có m t 97 của dầu còn làm cho độ kín được đảm bảo gi p cho việc nén khí và hơi đạt được tỉ lệ nén và áp suất mong muốn. 6. Tẩy rửa chất bẩn khỏi bề mặt ma sát: Trong quá tr nh bôi trơn, một số chất bẩn được sinh ra do sự ăn mòn, sự mài mòn và sự biến chất của dầu . Các chất bẩn này có thể dính bám l n bề m t ma sát tạo n n chất keo làm dính ch ng lại cản trở chuyển động b nh thư ng . Một loại dầu tốt cần có tác dụng tảy các chất bẩn ra khỏi bề m t để rồi chật bẩn này theo dầu tuần hoàn thoát khỏi bề m t đó, Đó là tính năng tảy r a của dầu 7. Chống sự keo tụ vón cục các chất bẩn trong hệ bôi trơn tuần hoàn Theo sự tiến bộ của khoa học và kỹ thuật ngư i ta còn đưa vào trong dầu một loại phụ gia gọi là phụ gia phân tán , Chất phụ gia này làm cho các chất bẩn không b vón lại thành cục mà kết quả làm bẩn hệ thống dầu , làm tắc đư ng dẫn dầu , lọc .Trong trư ng hợp này các chất bẩn sẽ tồn tại dưới dạng những hạt nhỏ lơ l ng ho c gọi là phân tán trong dầu .Kích thước các hạt bẩn này là khá nhỏ đến mức không dễ loại bỏ được b ng các bầu lọc khá tinh vi . Tất nhi n có thể chấp nhận được sự tồn tại của các hạt bẩn này khi mà sự có m t của ch ng chưa đủ ảnh hưởng xấu cho sự bôi trơn . Dầu cần loại bỏ khi mà các chỉ ti u l hoá của nó vượt quá những giới hạn cho phép. Chính phụ gia này là một trong các nguy n nhân gây khó dễ cho sự làm sạch dầu trong các thiết b tái sinh dầu mà qui tr nh dựa tr n sự đông tụ các chất bẩn . Các điều đã tr nh bày thư ng được xét đến khi đánh giá dầu mỡ . Khi s dụng ngư i ta không nhất thiết đòi hỏi một sản phẩm phải có đủ các tính năng đã tr nh bày . Chất lượng của một sản phẩm cụ thể là sự kết hợp hài hoà các tính năng trong từng trư ng hợp cụ thể , Ví dụ :một chiếc xe cũ , c p ma sát xi lanh-pit tông đã b mài mòn nhiều được khuyến cáo d ng dầu có độ nhớt cao để đảm bảo về m t độ kín cũng như việc bôi trơn .Các động cơ xe ôtô đ i mới có công suất lít lớn , chất bôi trơn phải làm việc trong điều kiện khắc nghiệt cần loại dầu có tính năng chống o xi hoá tính năng tảy r a cao 8. Tính năng riêng biệt về cách điện , khử nhũ , v.v.... Với những dầu đ c bi t , đ c chủng ngư i ta còn phải xét các tính năng khác nữa như tính cách điện với dầu biến thế , tính kh nhũ đối với dầu xi lanh và dẩu tuy c bin hơi nước , tính chống o xi hoá với các dầu mỡ bảo quản ii. Phân loại: 98 nghiệp . Các loại dầu nh n bôi trơn chia ra làm dầu động cơ , dầu truyền động, dầu công Dầu động cơ : Dầu động cơ có thể phân biệt ra dầu d ng cho động cơ đốt trong , dầu d ng cho động cơ đốt ngoài Dầu động cơ đốt trong lại có thể phân ra các nhóm khác nhau như dầu d ng cho máy bay , d ng cho ô tô , dầu d ng cho tầu thu . Ngư i ta phân biệt ra dầu máy bay , dầu ô- tô , dầu hàng hải Có trư ng hợp ngư i ta còn đáp ứng cho nhu cầu của khác hàng rất cụ thể như dầu động cơ cho các máy nông nghiệp , dầu động cơ cho các máy d ng trong công nghiệp ( trong trư ng hợp này cũng là động cơ nhưng ch ng ho c là d ng ở nơi đồng ruộng ho c n m tĩnh tại ở một chỗ trong xưởng máy ) Các động cơ đốt ngoài có thể kể ra như động cơ máy hơi nước , các động cơ tuy c bin .Các dầu d ng cho các máy này có thể tiếp x c với những tác nhân đ c biệt như nước ho c hơi nước. Để bôi trơn ngư i ta d ng dầu xilanh, dầu tuy c bin . Dầu truyền động : Các dầu truyền động có khi còn gọi là dầu bánh răng . Các bánh răng có thể làm việc trong điều kiện hở ho c trong điều kiện kín như các bánh răng của hộp số, các báng răng của cầu xe cho n n ngư i ta còn gọi là các dầu hộp số , dầu cầu . Trong các dạng bánh răng của cầu xe có dạng bánh răng đ c biệt là bánh răng hipoit , Để bôi trơn các c p bánh răng hipoit cần d ng loại dầu có khả năng dính bám rất cao .Sản xuất loại dầu có tính năng đó cần loại phụ gia đ c biệt . Để nhấn mạnh ngư i ta gọi đó là dầu hipoit . Ngày nay bộ phận hộp số đã được cải tiến nhiều , thiết kế rất phong ph do đó khi s dụng dầu cần biết r đó là hộp số cơ khí thông thư ng ho c hộp số tự động v cấu tr c và điều kiện làm niệc khác nhau cần các loại dầu khác nhau. Cái quan niệm cứ hễ là dầu hộp số là phải d ng dầu có độ nhớt cao có thể phải trả giá . Dầu công nghiệp: Lĩnh vực bôi trơn trong công nghiệp khá là đa dạng và có nhu cầu rất khác nhau , có rất nhiều kiểu máy , rất nhiều lĩnh vực , ngư i sản xuất dầu có thể đáp ứng cho khách 99 hàng trong một số tư ng hợp đ c biệt như dầu cho máy khâu , máy kéo sợi , máy thực phẩm v.v....nhưng nếu cứ tương ứng với một loại máy lại có một thứ dầu ri ng như kiểu dầu máy tiện , dầu máy phay , dầu máy khoan , dầu máy bào,dầu máy cưa, .... làm như vậy ngư i ta phải có tới hàng ngh n loại dầu cho công nghi p , điều đó là không cần thiết , quá rối răm . V vậy, ngư i ta đã sản xuất một nhóm dầu chung với t n gọi là dầu công nghiệp với các độ nhớt thấp cao khác nhau với dộ nhớt ở 100 oF ( 40oC ) từ cỡ 2 cSt đến 1600cSt để cho ngư i ti u d ng t y chọn hợp với nhu cầu của đối tượng . Tuy nhi n tr n thực tế th trư ng cũng chỉ cần cung cấp những dạng dầu phổ biến như dầu 22, 32, 46, 68 dầu 100,150,220,320,460 ,v.v..; Chỉ đọc t n dầu với những con số như vậy kèm theo là có thể biết đó là dầu công nghiệp . Khi có những nhu cầu đ c biệt mà d ng những dầu thông thư ng đã n u tỏ ra là không đáp ứng được th ngư i ta mới phải sản xuất ra những loại dầu ri ng như kiểu dầu đồng hồ , dầu máy điện tín v.v... Dầu thải : Những dầu thải là dầu d ng đã lâu được thay b ng dầu mới . Dầu thải không n n đổ bỏ , chôn lấp mà cần được tái sinh để s dụng theo cách vừa có tính kinh tế mà lại không gây ô nhiễm môi trư ng .Dầu nh n gốc dầu mỏ là thứ rẻ tiền ( so với dầu động thực vật chẳng hạn) , có nhiều nhưng không phải là thứ vô tận , có vĩnh viễn . Nếu chưa ho c không tái sinh dầu th hãy tận dụng các dầu thải loại sau bôi trơn vào các việc có ích khác như bôi khuôn , chống gỉ , miễn là ch ng ta lưu đến việc giữ sạch môi trư ng. Những loại dầu không dùng để bôi trơn Có những loại dầu không d ng vào việc bôi trơn như dầu thu lực, dầu tải nhiệt , dầu d ng gia công kim loại, dầu cách điện , dầu y dược , dầu nguy n liệu công nghệ .v,v... Ch ng tôi sẽ có dip giới thiệu ch ng trong những bài viết ri ng . b. Mỡ bôi trơn: i. Đặc điểm: Mỡ là chất bôi trơn thể đ c ho c quánh d ng thay cho dầu. Làm nhiệm vụ bôi trơn tại những bề m t chi tiết máy d ng dầu không thích hợp. Mỡ bôi trơn được chế tạo b ng cách làm đ c dầu bôi trơn với các phụ gia dạng rắn cho th m vào, để có các tính chất ri ng mà dầu bôi trơn không có. Nguy n liệu chế tạo mỡ bôi trơn là các dầu có gốc hydrocacbon, dần silicon ho c cũng cót hể từ dầu thực vật, mỡ động vật và các phụ gia làm đ c là xà phòng có chứa Ca, Na 100 ho c phụ gia stearin, xerezin, chất khoáng như molypden, bentonit, silicagel, bột màu hữu cơ. ii. Tính chất: Mỡ có trọng lượng ri ng từ 0,8- 1g/cm3. tạo ra b ng cách trộn dầu với sáp hay xà phòng. Mỡ có màu vàng nhạc, màu nâu sẩm, màu xanh t y theo việc pha màu của nhà chế tạo. Mỡ có nhiệm vụ bôi trơn, chống gỉ và làm kín các bộ phận chi tiết máy. Mỡ có các tính chất sau: 25. Độ nhỏ giọt và độ l n của mỡ. 26. Tính ổn đ nh, là ít b biến chất khi s dụng, ch u được nhiệt, chóng được oxy hóa, không đóng cục, cứng m t. Không có tạp chất ăn mòn kim loại i. Phân loại: Mỡ ch u được nước, mỡ ch u nhiệt, mỡ ch u nóng và ch u lạnh tốt, mỡ bảo quản.chủ yếu để bảo quản các chi tiết máy trong quá tr nh vận chuyển , d ng để bôi trơ ở các bộ phận khó dữ dầu , như cáp của cầu trục ho c những bộ phận lâu mới cần kiểm tra bôi trơn b. Chất làm nguội động cơ i. Khái niệm: Trong quá tr nh làm việc của động cơ, khi nhi n liệu cháy trong xilanh động cơ có một lượng nhiệt lớn tỏa ra, một phần chuyển thành công, một phần còn lại tỏa ra ngoài không khí, ho c các chi tiết tiếp x c với khí cháy tiếp nhận (xilanh, piston, nắp máy.). Ngoài ra, nhiệt lượng còn sinh ra do ma sát giữa các bề m t làm việc của các chi tiết trong động cơ Do vậy, nếu không làm mát hay làm mát không đủ sức th các chi tiết sẽ nóng l n quá nhiệt độ cho phép gây ra nhiều tác hại như: ứng suất nhiệt lớn, sức bền giảm dẫn đến làm hỏng các chi tiết, tăng tổn thất ma sát v nhiệt độ lớn làm mất tác dung bôi trơn của dầu nh n. Ở nhiệt độ (200-3000C) dầu nhớt sẽ bi bốc cháy, nhóm piston có thể b bó kẹt trong xilanh v giản nở, dễ gây cháy kích nổ ở động cơ xăng. Nước làm mát đóng vai trò là cầu nối trung chuyển nhiệt lượng từ thân động cơ ra két làm mát. Chất lượng nước làm mát sẽ ảnh hưởng tới hiệu quả của hệ thống làm mát. Chất làm nguội động cơ (còn lại là dung d ch làm mát, dung d ch tản nhiệt) là một 101 loại chất lỏng dược d ng để hấp thụ nhiệt độ trong động cơ và truyền ra két tản nhiệt. -> Hiện nay nước làm mát có 2 công nghệ chính là IAT - Inorganic Additive Technology (Có chứa Silicat, bảo vệ hệ thống tốt, nhưng tuổi thọ dung d ch ko cao và dễ gây hỏng phớt cao su của hệ thống bơm nước làm mát) và OAT - Organic Additive Technology (Không được s dụng cho các động cơ có két nước b ng đồng ho c hợp kim đồng). Các dung d ch dưới đây là các dung d ch làm nguội , có tác dụng + Lám nguội bề m t chi tiết và dao trong quá tr nh gia công cắt gọt , v khi cắt gọt do ma sat giữ các bề m t của dao và các chi tiết gia công , n n ở v trí tiếp x c nhiệt độ l n rất cao , làm giảm tuổi thọ của dao , do đó dung dich làm nguội sẽ làm nguội chi tiết gia công khi cắt và tăng tuổi thọ cho dao + Tác dụng của dung d ch làm nguội : 27. Làm nguội : Dung d ch làm nguội hấp thụ nhiệt độ ma sát sinh ra do đó làm dao không b giảm độ cứng , tăng được tốc độ cắt , giảm được hiện tượng giản nở vì nhiệt , tăng độ chính xác gia công. 28. Bôi trơn: Dung dich làm nguội có tác dụng bôi trơn bề m t ch tiết , làm giảm ma sát , đồng th i giảm lực cắt 29. Bảo vệ: Tạo màng ô xít bảo vệ bề m t kim loại 30. Rữa sach: Dung d ch làm nguội có tác dụng rữa sach phoi vụn làm bề m t chi tiết trơn láng và đẩy phoi khỏi bề măt cắt gọt 2.3.2. Thành phần: Dung d ch làm mát động cơ là một loại chất lỏng có tác dụng truyền dẫn nhiệt để giữ cho nhiệt độ động cơ ô tô không vượt qua giới hạn cho phép. Kết quả khảo nghiệm cho thấy, chỉ có khoảng 1/3 nhiệt lượng của nhi n liệu được đốt cháy trong động cơ chuyển thành công hữu ích phục vụ cho việc vận hành của xe; 2/3 số còn lại được dung d ch làm mát truyền dẫn ra dung d ch làm mát ho c phát tán vào môi trư ng xung quanh. Không phải chất lỏng nào cũng có thể s dụng để làm dung d ch mát cho động cơ ô tô. D ng nước sinh hoạt để làm mát động cơ xe ô tô là một sai lầm mà không ít ngư i vẫn thư ng mắc phải. Việc lựa chọn dung d ch làm mát cần căn cứ vào chế độ, môi trư ng làm việc cũng như vật liệu chế tạo của động cơ. Đối với các xe ô tô hoạt động ở v ng xứ lạnh th dung d ch làm mát động cơ phải được lựa chọn sao cho nó có thể hoạt động bình thư ng , 102 không b đóng băng ở nhiệt độ thấp. V vậy, một thành phần quan trọng của dung d ch làm mát động cơ làm việc trong môi trư ng này là chất chống đóng băng( antifreeze). Hiện nay, ethylene glycol và propylene glycol là hai chất được s dụng phổ biến nhất để chống hiện tượng đóng băng đối với dung d ch làm mát động cơ. T y theo điều kiện làm việc, t lệ chất chống đóng băng có trong dung d ch làm mát thông dụng dao động trong khoảng từ 35 % đến 60 %. Dung d ch làm mát có hệ số truyền dẫn nhiệt cao nhất khi ở trạng thái lỏng và khả năng này sẽ b suy giảm khi ở dạng hơi. V vậy, một y u cầu nữa đối với dung d ch làm mát động cơ đó là dung d ch không sôi và chuyển sang dạng hơi - ngay cả khi động cơ làm việc ở chế độ khắc nghiệt nhất. Ngoài tác dụng hạn chế khả năng đóng băng của dung d ch làm mát động cơ như đã tr nh bầy th chất chống đóng băng Glycol còn có tác dụng làm tăng nhiệt độ sôi cũng như giảm sự bốc hơi cho dung d ch làm mát động cơ. Để hạn chế việc tạo c n và hiện tượng ăn mòn ở hệ thống làm mát động cơ, ngư i ta cho th m vào dung d ch làm mát một số loại phụ gia. Việc lựa chọn loại phụ gia chống ăn mòn cần phải ph hợp với chủng loại vật liệu s dụng để chế tạo các bộ phận của hệ thống làm mát. M t khác, để gi p cho việc phát hiện đễ dàng chỗ rò rỉ của hệ thống làm mát, ngoài các thành phần cơ bản vừa n u ở tr n, ngư i ta còn pha th m vào dung d ch chất tạo mầu có khả năng phát quang dưới ánh sáng của đèn soi chuy n d ng (dyes). V thế trong thực tế, ta thấy, dung d ch nước làm mát thư ng có mầu sắc khác nhau như: xanh lá cây, đỏ, da cam. Nhiều nhà sản xuất còn s dụng luôn mầu sắc để phân biệt chủng loại dung d ch làm mát, ví dụ: mầu xanh lá cây là loại dung d ch làm mát thông thư ng, mầu da cam là loại dung d ch làm mát có th i gian s dụng dài. Tóm lại, thành phần cơ bản của các loại dung d ch làm mát động cơ ô tô thông dụng hiện nay gồm: Chất chống đóng băng Glycol + Chất chống tạo cặn, ăn mòn + Chất tạo mầu + Nƣớc cất Để giảm giá thành sản phẩm, hiện nay, tr n th trư ng tại một số nước nhiệt đới, nhiệt độ môi trư ng cao như Việt Nam, ta còn thấy một số loại dung d ch làm mát không có thành phần chất chống đóng băng, cụ thể chỉ bao gồm các thành phần sau: Phụ gia chống tạo cặn, ăn mòn + Chất tạo mầu + Nƣớc cất 103 Tóm lại: Dung d ch nước làm mát động cơ không phải là loại nước lọc d ng trong sinh hoạt hàng ngày mà là chất lỏng chuy n dụng. Thành phần chính là nước cất (nước tinh khiết) và dung d ch làm mát ethylene glycol có tác dụng truyền dẫn nhiệt nhanh, c ng các chất phụ gia gi p chống bay hơi, ăn mòn động cơ... + Các chất dung d ch làm nguội thư ng d ng : 31. Emun xi : Là hỗn hợp của nước và dầu khoáng vật , ngoài ra trong Emunxi còn có nước xà bông và Na 2Co3 Dung d ch nước bao gồm : dung d ch nước pha với NaNo3,và NàCo3, Dung d ch dầu bao gồm : Gồm dầu lưu hóa pha với nước , NaNo3, và NàCo3 Việc lựa chọn dung d ch làm nguội phụ thuộc vào công nghệ cắt gọt , loại máy , dao , và vât liệu cắt gọt trong quá tr nh gia công 32. NHIÊN LIỆU Ô TÔ: a. Xăng: Xăng là nhi n liệu d ng cho động cơ đốt trong được đốt cháy cưỡng bức. Ngòai ra xăng còn làm chất dung môi để hòa tan một số hóa chất. i. Thành phần: ii. Tính chất: Xăng là loại nhi n liệu lỏng, dể bốc hơi và bốc cháy, có m i, không hòa tan trong nước. Trọng lượng ri ng từ 0,7 – 0,775g/cm3. thành phần của xăng là hợp chất của hydro- cacbon ngòai ra còn có một số tạp chất khác không đáng kể như oxy, nitơ, lưu h ynh, Xăng d ng cho động cơ xăng cần có các yếu tố sau: 33. Tính bốc hơi tốt. 34. Tính chống kích nổ. 35. Có sự ổn đ nh cao về hóa học. 36. Không có tạp chất ăn mòn, c n bẩn. 37. Không làm han gỉ các chi tiết trong động cơ i. Kí hiệu: Các loại xăng có tr n th trư ng Việt Nam hiện nay: Xăng Mogas 95 (M95) Có m i, màu vàng, được s dụng cho phương tiện có tỉ số nén tr n 9,5/1 như các xe hơi đ i mới, xe đua,... có tr số ốctan là 95. 104 Xăng Mogas 92 (M92) Có m i đ c trưng, màu xanh lá, được s dụng cho phương tiện có tỉ số nén dưới 9,5/1, có tr số ốctan là 92. Xăng Mogas 83 (M83) Có m i đ c trưng, màu vàng, được s dụng cho phương tiện có tỉ số nén 8/1, có tr số ốctan là 83. H ện xăng này không được s dụng tr n th trư ng Việt Nam. Xăng sinh học E5 Xăng sinh học s dụng Êtanol như là một loại phụ gia nhi n liệu pha trộn vào xăng thay phụ gia ch . Xăng sinh học là hỗn hợp của xăng A92 pha 5% ethanol. Từ ngày 1/1/2015, xăng E5 được bán rộng rãi tr n cả nước. Tuy nhi n xăng E5 lại không thích hợp cho các xe tay ga, xe mo tô có tỉ số nén cao (các loại xe tay ga và mô tô mà hãng bắt buộc s dụng xăng A95 th không n n s dụng E5) nước. Ở nước ngoài họ gắn th m 1 thiết b vào xe để s dụng xăng E5 nh m chống sự tụ Chính v vậy tâm l lo ngại khi s xăng E5 vẫn còn tồn tại. Các con số đứng sau t n gọi của xăng như A90, A92, A95 hay Mogas90, Mogas92, Mogas95 d ng để thể hiện chỉ số Octan của loại xăng đó. Một cách tổng thể, chỉ số Octan càng cao, xăng có chất lượng càng cao và ngược lại. Chất lượng của xăng ở đây thể hiện b ng mức độ chống kích nổ, bởi để động cơ hoạt động tốt, không có tiếng lục cục, hòa khí gồm nhi n liệu - không khí phải cháy đ ng th i điểm, cháy đều (không nổ cục bộ) và cháy hết. b. Dầu Điezen i. Thành phần: Dầu Diesel (DO – Diesel Oil): là một loại nhi n liệu lỏng, là sản phẩm tinh chế từ dầu mỏ có thành phần chưng cất n m giữa dầu hoả (kesosene) và dầu bôi trơn (lubricating oil), n ng hơn dầu l a và xăng. Ch ng thư ng có nhiệt độ bốc hơi từ 175 đến 370 độ C. Nhi n liệu diesel được sản xuất chủ yếu từ phân đoạn gasoil và là sản phẩm của quá tr nh chưng cất trực tiếp dầu mỏ, có đầy đủ những tính chất l hóa ph hợp cho động cơ Diesel mà không cần phải áp dụng những quá tr nh biến đổi hóa học phức tạp. 105 Nhi n liệu Diesel được d ng cho động cơ đốt trong tự đốt cháy còn gọi là động cơ Diesel. Thành phần hóa học nhi n liệu Diesel chủ yếu cũng là hydro- cacbon, nhi n liệu Diesel trong suốt nhưng có màu nâu hung, trọng lượng ri ng 0,78 – 0,86g/cm3. ii. Tính chất: Tính chất nhi n liệu Diesel được đ c trưng b ng chỉ số x tan. Chỉ số X tan càng lớn, sự cháy chậm càng nhỏ, động có dễ nổ và m. Độ nhớt: nhi n liệu Diesel phải có độ nhớt động học theo quy đ nh để làm nhiệm vụ bôi trơn cho các chi tiết bơm cao áp và kim phun. Hàm lượng chất két dính: biểu thỉ khả năng chống sự tạo thành muội than trong quá trình cháy. c. Kí hiệu các loại xăng, dầu hiện có trên thị trƣờng: Dầu Diesel ( DO – Diesel Oil) là một loại nhi n liệu lỏng, n ng hơn dầu l a và xăng, s dụng chủ yếu cho động cơ Diesel và một phần được s dụng cho các tuabin khí. Dầu FO (Fuel Oils – FO) là sản phẩm của quá tr nh chưng cất thu được từ phân đoạn sau phân đoạn gasoil khi chưng cất dầu thô ở nhiệt độ sôi lớn hơn 350 oC. Cấp chất lượng của API cho động cơ chạy xăng là chữ “S” đầu ví dụ: SA, SB, SC, SE, SF, SG, cho đến cấp chất lượng SM (đụng nóc), (hiện tại chỉ có mỗi dầu nhớt dành cho xe hơi mới có cấp chất lượng đụng nóc này (trong đó Castrol Magnatec với cấp chất lượng API SM hiện đang được phân phối rộng rãi bởi WASHPRO. Vietnam ). Còn các dầu nhớt thông dụng cho xe máy thư ng là SF và SG. API cho động cơ diesel k hiệu là chữ “C” đầu ví dụ: CA, CB, CC, CD, Ngư i ta vẫn thư ng gọi chỉ số này là Phẩm chất nhớt hay Cấp nhớt, cấp nhớt càng cao th phụ gia càng nhiều và cao cấp, đáp ứng các y u cầu khắc nghiệt của các chi tiết máy xe đ i mới. JASO (chữ viết tắt của Japanese Automotive Standards Organization) đây là tổ chức chứng nhận ti u chuẩn ôtô của Nhật Bản. Có nhiều ti u chuẩn của JASO, tuy nhi n đối với loại xe 4 th là JASO MA, còn xe 2 th là JASO “FC” SAE (chữ viết tắt của Society of Automotive Engineers) d ch là hiệp hội kỹ sư tự động hóa, để dễ hiểu th các công ty dầu nhớt gắn liền với tiếng Việt cho dễ nhớ là “Độ nhớt”. Độ nhớt phân ra làm 2 loại: đơn cấp và đa cấp. * Đơn cấp: K hiệu SAE 40, SAE 50: độ nhớt giảm nhanh theo nhiệt độ dầu. Ở môi trư ng 106 Việt Nam hoàn toàn có thể s dụng loại dầu này. Tuy nhi n, khi máy còn nguội, dầu sẽ hơi đ c và không được bơm tốt l n các chi tiết máy, khả năng giải nhiệt của loại dầu đơn cấp cũng rất kém. Loại dầu này thư ng được d ng cho các loại động cơ 2 kỳ, máy cắt cỏ, máy nông nghiệp, công nghiệp hay để ngư i s dụng pha vào các phụ gia đ c biệt * Đa cấp K hiệu SAE 20w-40, SAE 15w-40: độ nhớt của dầu theo nhiệt độ ổn đ nh hơn so với dầu đơn cấp. Hơn nữa, độ loãng của dầu vẫn đảm bảo d nhiệt độ thấp, do đó việc bơm dầu bôi trơn khi máy “nguội” sẽ tốt hơn Độ nhớt đóng vai trò quan trọng trong tính chất của một loại dầu động cơ. Nếu đánh giá theo độ nhớt của SAE, dầu có chữ “W” là loại đa cấp, d ng trong tất cả các m a. Hệ thống phân loại của SAE khá phức tạp, nó li n quan tới nhiều khái niệm khác nhau. Tuy nhi n, có thể chỉ ra những yếu tố chính. Đối với dầu đa cấp, sau chữ SAE là tiền tố như 5W, 10W hay 15W, 20W. Những số đứng trƣớc chữ “W” (còn gọi là thông số đầu) d ng để chỉ khoảng nhiệt độ mà loại dầu động cơ đó có độ nhớt đủ để khởi động xe l c lạnh. Để xác đ nh nhiệt độ khởi động theo k tự này, bạn chỉ cần lấy 30 trừ đi các số đó nhưng theo nhiệt độ âm. Ví dụ, dầu 10W sẽ khởi động tốt ở -20ºC, dầu 15W khởi động tốt ở -15ºC. Các loại dầu động cơ ở các nước hàn đới thư ng là loại 5W, 10W, 15W nhưng đa số các sản phẩm ở Việt Nam chỉ là loại 10W, 15W hay 20W. M c d không có nghĩa quan trọng khi khởi động v th i tiết ở Việt Nam thư ng không quá lạnh, nhưng để đạt được các y u cầu khởi động lạnh, các nhà sản xuất phải th m vào các chất phụ gia n n dầu có số càng nhỏ th càng đắt. Loại 10W, 15W và 20W có mức giá trung b nh n n được các hãng dầu nh n nhập về ho c sản xuất ở Việt Nam. Đứng sau chữ “W” ở loại dầu đa cấp có thể là chữ 40, 50 ho c 60. Thông thư ng, số càng to th độ nhớt càng lớn và ngược lại. Đây là k hiệu độ nhớt tương đương khi ở nhiệt độ làm việc. Ví dụ với nhớt 10W40, khi ở nhiệt độ thư ng th khá loãng, tương đương dầu Sae 10, nhưng ở m t tiếp x c các chi tiết máycó nhiệt độ cao, th nhớt sẽ kéo màng với độ nhớt tương đương dầu Sae 40. CÂU HỎI ÔN TẬP 1. Neâu ñaëc ñieåm vaø tính chaát cuûa chaát deûo ? Theá naøo chaát deûo nhieät raén, chaát deûo nhieät deûo ? 107 2. Giaûi thích kyù hieäu PE, PVC vaø neâu coâng duïng cuûa chuùng ? 3. Neâu söï khaùc nhau giöõa daàu nhôøn vaø môõ. Coâng cuïng cuûa daàu môõ trong coâng nghieäp ? 4. Neâu ñaëc ñieåm, tính chaát cuûa caùc nhieân lieäu ? 5. Neâu coâng duïng cuûa dung dòch laøm nguoäi ? Caùc chaát laøm nguoäi thöôøng duøng ?