GIỚI THIỆU VỀ MƠN HỌC
1. Tên mơn học: Khoa học vật liệu cơ khí
2. Thời lượng:
- Tại chức: 45 tiết
+ 35 lý thuyết
+ 10 thảo luận
3. Sách và tài liệu tham khảo:
- Vật liệu học (tập 1+2):
Vũ Minh Bằng + Nguyễn
Đức Văn (ĐHGTVT)

GIỚI THIỆU VỀ MÔN HỌC
3. Sách và tài liệu tham khảo:
- Vật liệu học
Nghiêm Hùng (NXB KHKT)
- Vật liệu học
Lê Công Dưỡng (NXB KHKT)

1


GIỚI THIỆU VỀ MÔN HỌC
3. Sách và tài liệu tham khảo:
- Vật liệu học
Lê Văn Cương (ĐHHH)
- Vật liệu học
Trần Thế San
Nguyễn Ngọc Phương
- Các sách và tài liệu trên
mạng về vật liệu học.

GIỚI THIỆU VỀ MƠN HỌC
4. Mục đích môn học:
- Giúp sinh viên hiểu được cấu tạo tế vi, cấu tạo mạng
tinh thể của vật liệu cơ khí như thế nào.
- Giúp sinh viên hiểu được kim loại nóng chảy và
đơng đặc như thế nào, giải thích ngun lý nóng chảy
đơng đặc trên cơ sở khoa học.
- Giúp sinh viên hiểu được đặc tính một số vật liệu hay
sử dụng trong ngành kỹ thuật (gang, thép…)
- Giúp sinh viên nắm được một số ký hiệu và tên gọi
các loại vật liệu …

2


GIỚI THIỆU VỀ MÔN HỌC
5. Phương pháp học tập:
- Lên lớp nghe giảng + ghi chép
- Về nhà nghiên cứu tài liệu (đọc sách +lên mạng tìm
hiểu)
6. Hình thức thi cử:
- Đề thi tự luận.
- Đề đóng (2 câu - 90 phút ).
- Không được sử dụng tài liệu.
7. Điểm thành phần:
- Điểm danh.
- Kiểm tra.
- Phát biểu

GIỚI THIỆU VỀ MƠN HỌC

8. CHÚ Ý:
- Mơn học rất khó hiểu.
- Có thể đọc tài liệu vẫn khơng hiểu.
- Dài và khó nhớ.

3


CHƯƠNG 1: CẤU TẠO MẠNG T THỂ CỦA KL NGUYÊN CHẤT

1. Khái niệm chung về kim loại
a. Định nghĩa kim loại:
- Theo định nghĩa cổ điển: kim loại là vật thể sáng, dẻo
có thể rèn được, có tính dẫn điện dẫn nhiệt cao
b. Các tính chất của kim loại:
* Cơ tính : Độ bền; Độ cứng; Độ dẻo; Độ dai
* Lý tính: các tính chất điện, từ.
* Hóa tính: tính ổn định của kim loại về mặt hóa học
(độ ăn mịn hóa học)…
* Tính cơng nghệ: khả năng chịu được các dạng gia
công khác nhau (đúc, hàn, kéo, cán,…)
7

CHƯƠNG 1: CẤU TẠO MẠNG T THỂ CỦA KL NGUYÊN CHẤT

2. Cấu tạo mạng tinh thể lý tưởng của kim loại

a. Cấu tạo mạng tinh thể lý tưởng
* Định nghĩa mạng tinh thể
- Mạng tinh thể lý tưởng là mơ

hình khơng gian, mơ tả qui luật
hình học của sự sắp xếp các
ngun tử (chất điểm) trong vật
thể tinh thể.

8

4


CHƯƠNG 1: CẤU TẠO MẠNG T THỂ CỦA KL NGUYÊN CHẤT

2. Cấu tạo mạng tinh thể lý tưởng của kim loại
b. Đặc điểm mạng tinh thể lý tưởng
- Tất cả các chất điểm theo
phương bất kỳ đều cách nhau
những đoạn giống nhau.

9

CHƯƠNG 1: CẤU TẠO MẠNG T THỂ CỦA KL NGUYÊN CHẤT

2. Cấu tạo mạng tinh thể lý tưởng của kim loại
b. Đặc điểm mạng tinh thể lý tưởng
- Toàn bộ mạng có thể xem như được tạo thành từ
những hình khối đơn giản, giống nhau gọi là ơ cơ sở (ô
cơ bản).

10


5


CHƯƠNG 1: CẤU TẠO MẠNG T THỂ CỦA KL NGUYÊN CHẤT

2. Cấu tạo mạng tinh thể lý tưởng của kim loại
c. Một số khái niệm
* Mặt tinh thể
- là mặt phẳng đi qua một số các chất điểm trong mạng
tinh thể.
- Trong mạng tinh thể có vơ số mặt tinh thể

11

46

CHƯƠNG 1: CẤU TẠO MẠNG T THỂ CỦA KL NGUYÊN CHẤT

2. Cấu tạo mạng tinh thể lý tưởng của kim loại
c. Một số khái niệm
* Phương tinh thể
- là đường thẳng đi qua một số chất điểm trong mạng tinh
thể.
Ví dụ: phương AB, AD, DC, BC là phương tinh thể
phương tinh thể

46

12


6


CHƯƠNG 1: CẤU TẠO MẠNG T THỂ CỦA KL NGUYÊN CHẤT

2. Cấu tạo mạng tinh thể lý tưởng của kim loại
c. Một số khái niệm
* Điểm trống (lỗ hổng)
- Kim loại cấu tạo bởi các nguyên tử hình cầu vì vậy giữa
các quả cầu ln có những khoảng trống.
- Hình dạng điểm trống được tạo bởi các đa diện cong.
- Để dễ nghiên cứu người ta coi kích thước điểm trống là
một quả cầu tròn nội tiếp trong khoảng trống đó.

46

13

CHƯƠNG 1: CẤU TẠO MẠNG T THỂ CỦA KL NGUYÊN CHẤT

3. Khảo sát các mạng tinh thể thường gặp trong kim loại
a. Khảo sát mạng lập phương thể tâm (tâm khối-A2, K8)
- Ơ cơ sở là hình lập phương có chiều dài cạnh là a.
- Vị trí các nguyên tử trong ơ cơ sở ở 8 góc và có một
ngun tử nằm ở tâm của khối cơ sở.
- Số nguyên tử (n) thuộc một khối cơ sở là: 2 nguyên tử.

14

7



CHƯƠNG 1: CẤU TẠO MẠNG T THỂ CỦA KL NGUYÊN CHẤT

3. Khảo sát các mạng tinh thể thường gặp trong kim loại
a. Khảo sát mạng lập phương thể tâm (tâm khối-A2, K8)
- Mỗi nguyên tử bất kỳ của mạng đều được bao quanh bởi
8 nguyên tử cách đều gần nhất nên số sắp xếp (số phối vị)
có ký hiệu K8

15

CHƯƠNG 1: CẤU TẠO MẠNG T THỂ CỦA KL NGUYÊN CHẤT

3. Khảo sát các mạng tinh thể thường gặp trong kim loại
a. Khảo sát mạng lập phương thể tâm (tâm khối-A2, K8)
* Mật độ xếp chặt của mặt (Ms): Là tỷ số diện tích của
tất cả các nguyên tử trên vùng chọn trước chia cho diện
tích của vùng đó.
Ms 

ns: là số lượng nguyên tử tính trên
ns r 2
.100% diện tích S của mặt tinh thể đã cho
s

46

16


8


CHƯƠNG 1: CẤU TẠO MẠNG T THỂ CỦA KL NGUYÊN CHẤT

3. Khảo sát các mạng tinh thể thường gặp trong kim loại
a. Khảo sát mạng lập phương thể tâm (tâm khối-A2, K8)
* Mật độ xếp chặt của mặt (Ms):
Đối với mạng lập phương thể tâm thì
măṭ chứa hai đường chéo của khối là
mặt chặt nhất, nên ta xét mặt này
Ta có:
BD '  a 3  2d  d 

a 3
a 3
r
2
4

Vậy:
Ms 

2

ns . r 2
.100% 
s

1

 a 3

 4 1  
4
  4 
a.a 2

.100%  83,4%
46

17

CHƯƠNG 1: CẤU TẠO MẠNG T THỂ CỦA KL NGUYÊN CHẤT

3. Khảo sát các mạng tinh thể thường gặp trong kim loại
a. Khảo sát mạng lập phương thể tâm (tâm khối-A2, K8)
* Mật độ xếp chặt toàn mạng (Mv):
Là tỷ số thể tích của tất cả các ngun tử trong ơ cơ sở trên
thể tích của ơ cơ sở V.
Cơng thức:

4
n.  r 3
Mv  3
.100%
V

Thay r và v vào ta có:

Mv 


4 a 3
2.  

3  4 
a3

3

.100%  68%
46

18

9


CHƯƠNG 1: CẤU TẠO MẠNG T THỂ CỦA KL NGUYÊN CHẤT

3. Khảo sát các mạng tinh thể thường gặp trong kim loại
a. Khảo sát mạng lập phương thể tâm (tâm khối-A2, K8)
- Qua khảo sát Ms<1 và Mv<1 nên mạng lập phương thể
tâm khơng xít chặt, trong mạng tồn tại các lỗ hỗng.
- Kim loại học nguyên cứu hai loại lỗ hổng lớn là
+ Lỗ hỗng 8 mặt
+ Lỗ hỗng 4 mặt

46

19


CHƯƠNG 1: CẤU TẠO MẠNG T THỂ CỦA KL NGUYÊN CHẤT

3. Khảo sát các mạng tinh thể thường gặp trong kim loại
a. Khảo sát mạng lập phương thể tâm (tâm khối-A2, K8)
* Lỗ hổng khối 8 mặt:
- Vị trí tâm lỗ hổng ở điểm giữa các cạnh và tâm của các
mặt của khối cơ sở, mỗi lỗ hổng được bao bọc bởi 6
nguyên tử tạo thành khối 8 mặt.
- Kích thước lỗ hổng được xác định bằng đường kính tối
đa của một hình cầu nằm lọt trong lỗ hổng đó.
dlh8m  0.154d (d là đường kính ngun tử kim loại)

20

10


CHƯƠNG 1: CẤU TẠO MẠNG T THỂ CỦA KL NGUYÊN CHẤT

3. Khảo sát các mạng tinh thể thường gặp trong kim loại
a. Khảo sát mạng lập phương thể tâm (tâm khối-A2, K8)
* Lỗ hổng khối 8 mặt:
8m

1

1

nlh  12canh  6mat  6

- Số lượng lỗ hổng:
4
2
dlh8m  0.154d
- Đường kính lỗ hổng :

(d là đường kính nguyên tử kim loại)

46

21

CHƯƠNG 1: CẤU TẠO MẠNG T THỂ CỦA KL NGUYÊN CHẤT

3. Khảo sát các mạng tinh thể thường gặp trong kim loại
a. Khảo sát mạng lập phương thể tâm (tâm khối-A2, K8)
*Lỗ hổng khối 4 mặt:
- Vị trí lỗ hổng nằm ở 1/4 đoạn nối điểm giữa các cạnh đối
diện của các mặt bên.
- Mỗi lỗ hổng được bao bọc bởi 4 nguyên tử tạo thành
khối 4 mặt nên gọi là lỗ hổng 4 mặt.
- Đường kính điểm trống: dlh4m  0.221d

22

11


CHƯƠNG 1: CẤU TẠO MẠNG T THỂ CỦA KL NGUYÊN CHẤT


3. Khảo sát các mạng tinh thể thường gặp trong kim loại
a. Khảo sát mạng lập phương thể tâm (tâm khối-A2, K8)
*Lỗ hổng khối 4 mặt:
- Số lượng lỗ hổng 4 mặt: n  1 .2.2.6  12
2

46

23

CHƯƠNG 1: CẤU TẠO MẠNG T THỂ CỦA KL NGUYÊN CHẤT

3. Khảo sát các mạng tinh thể thường gặp
b. Khảo sát mạng lp tâm mặt (diện tâm-A1, K12)
- Ơ cơ sở là hình lập phương với hằng số mạng là a.
- Vị trí các nguyên tử nằm ở 8 đỉnh và ở trung tâm các mặt
bên của khối cơ sở.

- Số nguyên tử thuộc một khối cơ sở được tính như sau:
1
1
n  8dinh  6mat  4
8
2
46

24

12



CHƯƠNG 1: CẤU TẠO MẠNG T THỂ CỦA KL NGUYÊN CHẤT

3. Khảo sát các mạng tinh thể thường gặp
b. Khảo sát mạng lp tâm mặt (diện tâm-A1, K12)
- Mỗi nguyên tử bất kỳ được bao quanh bởi 12 nguyên tử
cách đều gần nhất với khoảng cách a 2 do đó có số sắp
2
xếp là K=12
a 2
- Bán kính ngun tử là: r 
4

25

CHƯƠNG 1: CẤU TẠO MẠNG T THỂ CỦA KL NGUYÊN CHẤT

3. Khảo sát các mạng tinh thể thường gặp
b. Khảo sát mạng lp tâm mặt (diện tâm-A1, K12)
* Mật độ xếp chặt của mặt (Ms):
- Các nguyên tử xếp xít nhau trên mặt ABC2 như hình
Ta có cơng thức chung:  1 .3  1 .3. . a 2 
Ms 


6

46




 4  .100%  91%
1
3
a 2.a 2
2
2

2 

26

13


CHƯƠNG 1: CẤU TẠO MẠNG T THỂ CỦA KL NGUYÊN CHẤT

3. Khảo sát các mạng tinh thể thường gặp
b. Khảo sát mạng lp tâm mặt (diện tâm-A1, K12)
* Mật độ xếp chặt tồn mạch (Mv):
3
Ta có cơng thức chung:
4 a 2

4 

3  4 
Mv 
.100%  74%
a3


27

CHƯƠNG 1: CẤU TẠO MẠNG T THỂ CỦA KL NGUYÊN CHẤT

3. Khảo sát các mạng tinh thể thường gặp
b. Khảo sát mạng lp tâm mặt (diện tâm-A1, K12)
* Lỗ hổng khối 8 mặt:
- Vị trí lỗ hổng nằm ở trung tâm khối và ở trung điểm các
cạnh bên.
1
8m
- Số lượng lỗ hổng: nlh  1tam  .12canh  4
4
8m
- Kích thước lỗ hổng : dlh  0.41d

28

14


CHƯƠNG 1: CẤU TẠO MẠNG T THỂ CỦA KL NGUYÊN CHẤT

3. Khảo sát các mạng tinh thể thường gặp
b. Khảo sát mạng lp tâm mặt (diện tâm-A1, K12)
* Lỗ hổng khối 4 mặt:
- Vị trí tâm lỗ hổng 4 mặt nằm ở 1/4 đường chéo của khối.
- Số lượng: n lh4 m  2.4  8
- Kích thước lỗ hổng 4 mặt : d lh4 m  0, 225.d


29

CHƯƠNG 1: CẤU TẠO MẠNG T THỂ CỦA KL NGUYÊN CHẤT

3. Khảo sát các mạng tinh thể thường gặp
c. Khảo sát mạng lục giác xếp chặt (A3-S12).
- Ơ cơ sở là hình lăng trụ đứng sáu cạnh với các hằng số a
và c.

- Các nguyên tử nằm ở 12 góc của khối, trung tâm của
hai mặt đáy và trung tâm của ba khối lăng trụ đứng tam
giác cách đều nhau.
30

15


CHƯƠNG 1: CẤU TẠO MẠNG T THỂ CỦA KL NGUYÊN CHẤT

3. Khảo sát các mạng tinh thể thường gặp
c. Khảo sát mạng lục giác xếp chặt (A3-S12).

1
6

1
2

- Số nguyên tử trong ô cơ sở n  .12dinh  .2mat  3  6

- Giả thuyết 3 nguyên tử là tâm của 3 khối lăng trụ tam
giác đều cách nhau sẽ tiếp xúc với các nguyên tử của hai
đáy nên quan hệ a và c như sau c  2a 2  1,633a
3

31

CHƯƠNG 1: CẤU TẠO MẠNG T THỂ CỦA KL NGUYÊN CHẤT

3. Khảo sát các mạng tinh thể thường gặp
c. Khảo sát mạng lục giác xếp chặt (A3-S12).
- Mỗi nguyên tử được bao quanh bởi 12
nguyên tử cách đều ngắn nhất với
khoảng cách chính bằng đường kính
nguyên tử a, nên số sắp xếp là K12 mà
mạng lục giác nên gọi là S12
- Bán kính nguyên tử: r 

a
2
2

- Mật độ mặt:

1
 a
 6  1   
3
  2  100%  91%
Ms  

1
3
6 a.a
2
2

46

32

16


CHƯƠNG 1: CẤU TẠO MẠNG T THỂ CỦA KL NGUYÊN CHẤT

3. Khảo sát các mạng tinh thể thường gặp
c. Khảo sát mạng lục giác xếp chặt (A3-S12).
3

- Mật độ khối:

4 a
6  
3 2
MV 
.100%  74%
1
3 2
6 a.a 2 .a
2

2 3

46

33

17