I. Khái niệm vật liệu cơ khí

Trong ngành sản xuất cơ khí, để tạo ra các sản phẩm phục vụ nhiều lĩnh vực khác nhau – từ thiết bị máy móc công nghiệp, nông nghiệp, giao thông vận tải cho đến y tế, văn hoá, giáo dục – người ta cần sử dụng rất nhiều loại vật liệu. Những vật liệu được dùng trong sản xuất cơ khí nhằm tạo nên các sản phẩm như vậy được gọi chung là vật liệu cơ khí.

Điểm đáng chú ý là vật liệu cơ khí rất đa dạng và mang tính tương đối. Một số loại vật liệu như kim loại, chất dẻo, composite… không chỉ phục vụ riêng cho sản xuất cơ khí mà còn được ứng dụng rộng rãi trong xây dựng, kĩ thuật điện, công nghiệp hoá học và nhiều ngành khác.

II. Các yêu cầu chung đối với vật liệu cơ khí

Mỗi sản phẩm cơ khí đều hoạt động trong những điều kiện nhất định về môi trường, tải trọng và yêu cầu sử dụng riêng. Chính vì vậy, khi lựa chọn vật liệu để chế tạo, cần xem xét đồng thời ba yêu cầu sau:

1. Yêu cầu về tính sử dụng

Vật liệu cần sở hữu các tính chất cơ học (độ bền, độ cứng, độ dẻo…), tính chất vật lí (dẫn điện, dẫn nhiệt, chịu nhiệt…) và tính chất hoá học (chống ăn mòn, chống ôxi hoá…) phù hợp, sao cho sản phẩm cơ khí có thể đáp ứng tốt yêu cầu làm việc thực tế.

2. Yêu cầu về tính công nghệ

Vật liệu phải có khả năng gia công thuận lợi bằng các phương pháp khác nhau như đúc, hàn, gia công áp lực, tính thấm tôi, tính cắt gọt… Điều này giúp giảm bớt khó khăn trong quá trình chế tạo chi tiết máy, đồng thời đảm bảo năng suất và chất lượng sản phẩm.

3. Yêu cầu về tính kinh tế

Vật liệu được chọn cần giúp giá thành sản phẩm ở mức hợp lí nhất có thể, trong khi vẫn thoả mãn đầy đủ hai yêu cầu về tính sử dụng và tính công nghệ nêu trên.

Ghi nhớ: Việc lựa chọn vật liệu phù hợp cho từng chi tiết cơ khí có ý nghĩa rất quan trọng – nó quyết định trực tiếp đến chất lượng làm việc, tuổi thọ chi tiết và giá thành sản phẩm.

III. Phân loại vật liệu cơ khí

Dựa vào cấu tạo và tính chất, vật liệu cơ khí được chia thành ba nhóm chính:

1. Vật liệu kim loại và hợp kim

Đây là nhóm vật liệu được sử dụng chủ yếu trong sản xuất cơ khí. Các kim loại thông dụng bao gồm sắt, đồng, nhôm… cùng với các hợp kim của chúng như gang, thép, inox…

Tính chất nổi bật: Khả năng dẫn điện và dẫn nhiệt tốt; độ bền, độ cứng và độ dẻo cao.

Ứng dụng tiêu biểu: Chế tạo các chi tiết máy (trục, bánh răng, ổ trục…), vỏ máy, đồ dùng gia đình (nồi, xoong inox…).

2. Vật liệu phi kim loại

Nhóm này gồm các loại vật liệu như chất dẻo (nhựa), cao su, gỗ… được dùng khá phổ biến trong ngành cơ khí. Hiện nay tỉ lệ chi tiết bằng vật liệu phi kim loại trong các máy móc có xu hướng ngày càng tăng.

Tính chất nổi bật: Mềm và có nhiệt độ nóng chảy thấp nên dễ gia công tạo hình; không dẫn điện, không dẫn nhiệt (cách điện, cách nhiệt tốt); không bị ôxi hoá, khả năng chống ăn mòn hoá học cao; chống mài mòn tốt, độ đàn hồi cao.

Ứng dụng tiêu biểu: Chế tạo đường ống dẫn chất lỏng, nắp các thiết bị điện (nhựa); lốp bánh xe, gioăng chống thấm (cao su)…

3. Vật liệu mới

Vật liệu mới là những loại vật liệu không thuộc danh mục truyền thống (kim loại – hợp kim hay phi kim loại) nhưng đang ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong sản xuất cơ khí. Có thể chia thành hai nhóm nhỏ:

Nhóm có tính chất cơ học vượt trội: Sở hữu độ bền, độ cứng lớn hơn, hoặc có một hay nhiều đặc tính về nhiệt, điện, hoá học vượt trội hơn so với vật liệu truyền thống. Ví dụ: vật liệu nano, composite, polymer tiên tiến.

Nhóm có thể thay đổi đặc tính theo cách kiểm soát được: Một số đặc tính của chúng có thể biến đổi nhờ các kích thích từ bên ngoài như ứng suất, nhiệt độ, điện trường, từ trường… Ví dụ: hợp kim nhớ hình, polymer nhớ hình.

Ứng dụng tiêu biểu: Sản xuất thiết bị siêu nhẹ, siêu bền cho xe hơi và máy bay; dụng cụ cắt gọt; chế tạo cánh tay robot…

Phân loại vật liệu ở Hình 3.1 theo sơ đồ Hình 3.2:

Bảng tóm tắt tính chất và ứng dụng của các nhóm vật liệu cơ khí:

ThS. Hồ Thị Thư

(Người kiểm duyệt, ra đề)

Chức vụ: Trưởng ban biên soạn môn Công Nghệ THPT

Trình độ: Cử nhân Sư phạm Công nghệ, Chứng chỉ hạng II, Chứng chỉ STEM, Ngoại ngữ B1

Kinh nghiệm: 10+ năm kinh nghiệm tại Trường THPT Hoàng Hoa Thám