Giáo án Công nghệ Lớp 8 - Tuần 9, Tiết 17: Vật liệu cơ khí

Tuần : 09 Ngày soạn : 11/10/2013 Chương III : GIA CÔNG CƠ KHÍ B ài 18 : VẬT LIỆU CƠ KHÍ Tiết : 17 Ngày dạy : 14/10/2013 I. MỤC TIÊU : 1. Kiến thức : - Biết phân biệt các vật liệu cơ khí phổ biến . - Biết tính chất cơ bản của vật liệu cơ khí. 2. Kĩ năng : - Biết lựa chọn và sử dụng hợp lý vật liệu cơ khí. 3. Thái độ : - Có ý thức làm việc nhóm, yêu thích bộ môn. II. CHUẨN BỊ : 1. GV : - Sản phẩm được chế tạo từ vật liệu cơ khí(kìm. kìm đinh kéo....) - Mẫu vật liệu cơ khí . 2. HS : - Tìm hiểu các vật liệu cơ khí.. III. TỔ CHỨC HOẠT ĐỘNG DẠY VÀ HỌC: 1. Ổn định lớp : Kiểm tra sĩ số , vệ sinh lớp 2. Kiểm tra bài cũ: -Vai trò của cơ khí trong sản xuất và đời sống? - Các sản phẩm cơ khí được hình thành như thế nào? 3. Đặt vấn đề : - Vật liệu cơ khí đóng vai trò rất quan trọng trong gia công cơ khí, nó là cơ sở ban đầu để chế tạo sản phẩm cơ khí. Nếu không có vật liệu cơ khí thì không có sản phẩm cơ khí. Như vậy vật liệu cơ khí gồm những loại nào? 4. Tiến trình dạy học: HOẠT ĐỘNG CỦA HS TRỢ GIÚP CỦA GV Hoạt động 1 : Tìm hiểu vật liệu cơ khí phổ biến : -Hs lắng nghe và ghi nhớ thông tin. -Hs hoạt động theo nhóm trả lời câu hỏi. - Kim loại đen. - Sắt và các bon; C 2,14% gang. - Có tính cao, chịu được mài mòn . . . ; gang được làm ổ đỡ, bàn trượt, vỏ máy . . . ; thép làm các dụng cụ đồ nghề, dụng cụ cắt gọt. - Vật liêu kim loại. màu VD: đồng hợp kim đồng; nhôm hợp kim nhôm; vàng; bạc; chì. - Dễ kéo, dễ dát mỏng có tính chống mài mòn và ăn mòn cao. Chúng thường dùng làm đồ dùng gia đình, chi tiết máy, dây dẫn điện. - Phi kim loại. - Nhẹ dẻo, dẫn nhiệt kém, không dẫn điện, không bị ô xi hoá. - Làm bằng sắt, thép, nhôm, đồng, - Kim loại có tính dẫn điện tốt, phi kim loại không có tính dẫn điện. - Giá thành kim loại đắt, phi kim loại rẻ. - Phi kim loại dễ gia công , không bị ô xi hoá ít mài mòn hơn - Để phân loại vật liệu cơ khí có thể dựa vào nhiều yếu tố song chủ yếu dựa vào thành phần cấu tạo của vật liệu để phân loại. - Chia lớp thành những nhóm nhỏ chỉ định nhóm trưởng giao cho mỗi nhóm một bộ mẫu vật liệu cơ khí phân loại theo sơ đồ yêu cầu các nhóm quan sát rồi trả lời câu hỏi. -Gang thép thuộc vật liệu kim loại gì? -Thành phần cấu tạo lên kim loại đen là gì? Khi nào thì người ta gọi là thép, khi nào người ta gọi là gang. - Kim loại đen có những tính chất gì? Ưng dụng của nó? -Kim loại màu thuộc nhóm vật liệu nào? Lấy ví dụ về vật liệu kim loại màu. - Vật liệu kim loại màu thường có tính chất gì ứng dụng của nó? - Cao su, chất dẻo thuộc nhóm vật liệu gì? - Chất dẻo có những tính chất gì? Ưng dụng của chúng? - Em hãy kể tên những vật liệu làm ra các sản phẩm thông dụng như kéo cắt giấy, lưỡi cày, khung xe đạp, chảo rán, dây dẫn điện. - Em hãy so sánh ưu nhược điểm và phạm vi sử dụng của vật liệu kim loại và vật liệu phi kim loại. Hoạt động 2 : Tìm hiểu tính chất cơ bản của vật liệu cơ khí : 1.Tính chất vật lý: Là những tính chất về vật liệu thể hiện qua các hiện tượng vật lý khi thành phần hoá học của nó không đổi: nhiệt độ nóng chảy, tính dẫn điện, dẫn nhiệt... 2.Tính cơ học: Biểu hiện ở khả năng chịu tác động của ngoại lực: tính dẻo, bền... 3.Tính hoá học: Cho biết khả năng chịu tác động của mmôi trường: chống axít, ăn mòn... 4.Tính công nghệ: Cho biết khả năng gia công của vật liệu như: đúc, hàn, rèn... -Gv? Thế nào là tính chất vật lý? Gv? Em có nhận xét gì về tính dẫn nhiệt, dẫn điện của thép, đồng và nhôm. -Gv? Thế nào là tính chất hoá học? Gv? Thế nào là tính chất công nghệ? Gv? Bằng các kiến thức đã học em hãy kể một số tính chất công nghệ và tính chất cơ học của các kim loại thường dùng? Gv? Em hãy so sánh tính rèn của thép và nhôm? Hoạt động 3 : Củng cố, hướng dẫn về nhà. -Theo dõi. Lấy ví dụ minh hoạ. -HS trả lời các câu hỏi trong bài học. - Y/c HS về nhà học kĩ phần ghi nhớ. - HS chuẩn bị trước bài 20. 5. Nội dung ghi bảng : I. PHÂN LOẠI VẬT LIỆU CƠ KHÍ : 1 Vật liệu kim loại -Gang: (C >2,14%) có tính cứng cao, chịu mài mòn, chống rung tốt, dễ đúc nhưng khó gia công. Dùng làm bàn trượct, vỏ máy... -Thép: (C <=2,14%) có tính cứng cao, chịu tôi, chịu mài mòn...Dùng làm dụng cụ đồ nghề, dụng cụ cắt gọt, làm bêtông-cốt thép. -Hợp kim đồng: Dùng làm chí tiết máy dụng cụ gia đình. -Hợp kim nhôm: Nhẹ, tính bền và tính cứng cao. Dùng trong công nhgiệp hàng không, trong ngành xây dựng, đúc Pitông-Xinh lanh. 2 Vật liệu phi kim loại a. Chất dẻo: - Chất dẻo nhiệt:nhẹ, dẻo, tính dẫn nhiệt kém, không dẫn điện, không bị ô xi hoá, dễ gia công. Dùng trong sản xuất dụng cụ gia đình. Như rỏ, giá,can. - Chất dẻo nhiệt:chịu nhiệt độ cao, bền được dùng làm bánh răng ổ đỡ,vỏ máy bút bi b. Cao su: Dẻo, đàn hồi tốt, giảm chấn tốt, cách điện, cách âm. Dùng làm săm ,lốp, đai truyền, vòng đệm... II. TÍNH CHẤT CƠ BẢN CỦA VẬT LIỆU CƠ KHÍ: 1.Tính cơ học: Biểu hiện ở khả năng chịu tác động của ngoại lực: tính dẻo, tính cứng ,bền... 2.Tính chất vật lý: Là những tính chất về vật liệu thể hiện qua các hiện tượng vật lý khi thành phần hoá học của nó không đổi: nhiệt độ nóng chảy, tính dẫn điện, dẫn nhiệt... 3.Tính hoá học: Cho biết khả năng chịu tác dụng hóa học của môi trường như: chịu axít, chống ăn mòn... 4.Tính công nghệ: Cho biết khả năng gia công của vật liệu như: đúc, hàn, rèn... _____________________________________________________________________________ Rút kinh nghiệm......................................................................................................... .................................................................................................................................... Nhựa nhiệt dẻo : Là loại nhựa khi nung nóng đến nhiệt độ chảy mềm Tm thì nó chảy mềm ra và khi hạ nhiệt độ thì nó đóng rắn lại. Thường tổng hợp bằng phương pháp trùng hợp. Các mạch đại phân tử của nhựa nhiệt dẻo liên kết bằng các liên kết yếu (liên kết hydro, vanderwall). Tính chất cơ học không cao khi so sánh với nhựa nhiệt rắn. Nhựa nhiệt dẻo có khả năng tái sinh được nhiều lần, ví dụ như : polyetylen (PE), polypropylen (PP), polystyren (PS), poly metyl metacrylat (PMMA), poly butadien (PB), poly etylen tere phtalat (PET), ... Nhựa nhiệt rắn: là hợp chất cao phân tử có khả năng chuyển sang trạng thái không gian 3 chiều dưới tác dụng của nhiệt độ hoặc phản ứng hóa học và sau đó không nóng chảy hay hòa tan trở lại được nữa, không có khả năng tái sinh. Một số loại nhựa nhiệt rắn: ure focmadehyt[UF], nhựa epoxy, phenol focmadehyt [PF], nhựa melamin, poly este không no... Vật liệu đàn hồi (elastome): là loại nhựa có tính đàn hồi như cao su. Cao su (tiếng Pháp: caoutchouc) là một loại vật liệupolyme vừa có độ bền cơ học cao và khả năng biến dạng đàn hồi lớn. Cao su có thể là cao su tự nhiên (sản xuất từ mủ cây cao su (tiếng Anh: latex)) hoặc cao su tổng hợp. Cao su ít bị biến đổi khi gặp nóng hoặc lạnh, cách nhiệt, cách điện, không tan trong nước nhưng tan trong một số chất lỏng khác. Cao su có thể dùng để làm lốp xe, bóng, bao cao su ,... Thép không gỉ gắn liền với tên tuổi của một chuyên gia ngành thép người Anh là ôngHarry Brearley. Khi vào năm 1913, ông đã sáng chế ra một loại thép đặc biệt có khả năng chịu mài mòn cao, bằng việc giảm hàm lượng carbon xuống và cho crôm vào trong thành phần thép (0.24% C và 12.8% Cr). Sau đó hãng thép Krupp ở Đức tiếp tục cải tiến loại thép này bằng việc cho thêm nguyên tốniken vào thép để tăng khả năng chống ăn mòn axit và làm mềm hơn để dễ gia công. Trên cơ sở hai phát minh này mà 2 loại mác thép 400 và 300 ra đời ngay trước Chiến tranh thế giới lần thứ nhất. Sau chiến tranh, những năm 20 của thế kỷ 20, một chuyên gia ngành thép người Anh là ông W. H Hatfield tiếp tục nghiên cứu, phát triển các ý tưởng về thép không gỉ. Bằng việc kết hợp các tỉ lệ khác nhau giữa ni ken và crôm trong thành phần thép, ông đã cho ra đời một loại thép không gỉ mới 18/8 với tỉ lệ 8% Ni và 18% Cr, chính là mác thép 304 quen thuộc ngày nay. Ông cũng là người phát minh ra loại thép 321 bằng cách cho thêm thành phần titan vào thép có tỉ lệ 18/8 nói trên. Trải qua gần một thế kỷ ra đời và phát triển, ngày nay thép không gỉ đã được dùng rộng rãi trong mọi lĩnh vực dân dụng và công nghiệp với hơn 100 mác thép khác nhau. Trong ngành luyện kim, thuật ngữ thép không gỉ (inox) được dùng để chỉ một dạng hợp kimsắt chứa tối thiểu 10,5% crôm. Tên gọi là "thép không gỉ" nhưng thật ra nó chỉ là hợp kim củasắt không bị biến màu hay bị ăn mòn dễ dàng như là các loại thép thông thường khác. Vật liệu này cũng có thể gọi là thép chống ăn mòn. Thông thường, có nhiều cách khác nhau để ứng dụng inox cho những bề mặt khác nhau để tăng tuổi thọ của vật dụng. Trong đời sống, chúng xuất hiện ở khắp nơi như những lưỡi dao cắt hoặc dây đeo đồng hồ... Thép không gỉ có khả năng chống sự ôxy hoá và ăn mòn rất cao, tuy nhiên sự lựa chọn đúng chủng loại và các thông số kỹ thuật của chúng để phù hợp vào từng trường hợp cụ thể là rất quan trọng. Khả năng chống lại sự oxy hoá từ không khí xung quanh ở nhiệt độ thông thường của thép không gỉ có được nhờ vào tỷ lệ crôm có trong hợp kim (nhỏ nhất là 13% và có thể lên đến 26% trong trường hợp làm việc trong môi trường làm việc khắc nghiệt). Trạng thái bị oxy hoá của crôm thường là crôm ôxit(III). Khi crôm trong hợp kim thép tiếp xúc với không khí thì một lớp chrom III oxit rất mỏng xuất hiện trên bề mặt vật liệu; lớp này mỏng đến mức không thể thấy bằng mắt thường, có nghĩa là bề mặt kim loại vẫn sáng bóng. Tuy nhiên, chúng lại hoàn toàn không tác dụng với nước và không khí nên bảo vệ được lớp thép bên dưới. Hiện tượng này gọi là sự oxi hoá chống gỉ bằng kỹ thuật vật liệu. Có thể thấy hiện tượng này đối với một số kim loại khác như ở nhôm và kẽm. Khi những vật thể làm bằng inox được liên kết lại với nhau với lực tác dụng như bu lông và đinh tán thì lớp ôxit của chúng có thể bị bay mất ngay tại các vị trí mà chúng liên kết với nhau. Khi tháo rời chúng ra thì có thể thấy các vị trí đó bị ăn mòn. Niken cũng như mô-lip-đen và vanađi cũng có tính năng oxy hoá chống gỉ tương tự nhưng không được sử dụng rộng rãi. Bên cạnh crôm, niken cũng như mô-lip-đen và ni tơ cũng có tính năng oxi hoá chống gỉ tương tự. Niken (Ni) là thành phần thông dụng để tăng cường độ dẻo, dễ uốn, tính tạo hình của thép không gỉ. Mô-lip-đen (Mo) làm cho thép không gỉ có khả năng chịu ăn mòn cao trong môi trường axit.Ni tơ (N) tạo ra sự ổn định cho thép không gỉ ở nhiệt độ âm (môi trường lạnh). Sự tham gia khác nhau của các thành phần crôm, niken, mô-lip-đen, ni tơ dẫn đến các cấu trúc tinh thể khác nhau tạo ra tính chất cơ lý khác nhau của thép không gỉ. [sửa]Phân loại Có bốn loại thép không gỉ chính: Austenitic, Ferritic,Austenitic-Ferritic (Duplex), và Martensitic. Austenitic là loại thép không gỉ thông dụng nhất. Thuộc dòng này có thể kể ra các mác thép SUS 301, 304, 304L, 316, 316L, 321, 310s Loại này có chứa tối thiểu 7% ni ken, 16% crôm, carbon (C) 0.08% max. Thành phần như vậy tạo ra cho loại thép này có khả năng chịu ăn mòn cao trong phạm vi nhiệt độ khá rộng, không bị nhiễm từ, mềm dẻo, dễ uốn, dễ hàn. Loai thép này được sử dụng nhiều để làm đồ gia dụng, bình chứa, ống công nghiệp, tàu thuyền công nghiệp, vỏ ngoài kiến trúc, các công trình xây dựng khác Ferritic là loại thép không gỉ có tính chất cơ lý tương tự thép mềm, nhưng có khả năng chịu ăn mòn cao hơn thép mềm (thép carbon thấp). Thuộc dòng này có thể kể ra các mác thép SUS 430, 410, 409... Loại này có chứa khoảng 12% - 17% crôm. Loại này, với 12%Cr thường được ứng dụng nhiều trong kiến trúc. Loại có chứa khoảng 17%Cr được sử dụng để làm đồ gia dụng, nồi hơi, máy giặt, các kiến trúc trong nhà... Austenitic-Ferritic (Duplex) Đây là loại thép có tính chất “ở giữa” loại Ferritic và Austenitic có tên gọi chung là DUPLEX. Thuộc dòng này có thể kể ra LDX 2101, SAF 2304, 2205, 253MA. Loại thép duplex có chứa thành phần Ni ít hơn nhiều so với loại Austenitic. DUPLEX có đặc tính tiêu biểu là độ bền chịu lực cao và độ mềm dẻo được sử dụng nhiều trong ngànhcông nghiệp hoá dầu, sản xuất giấy, bột giấy, chế tạo tàu biển... Trong tình hình giá thép không gỉ leo thang do ni ken khan hiếm thì dòng DUPLEX đang ngày càng được ứng dụng nhiều hơn để thay thế cho một số mác thép thuộc dòng thép Austenitic như SUS 304, 304L, 316, 316L, 310s Martensitic Loại này chứa khoảng 11% đến 13% Cr, có độ bền chịu lực và độ cứng tốt, chịu ăn mòn ở mức độ tương đối. Được sử dụng nhiều để chế tạo cánh tuabin, lưỡi dao...