1.1. SƠ LƯỢC VỀ VẬT LIỆU CƠ KHÍ VÀ TẦM QUAN TRỌNG CỦA KIM LOẠI VÀ HỢP KIM

1.1.1. Sơ lược về vật liệu cơ khí

Vật liệu cơ khí là các vật chất mà con người sử dụng trong sản xuất cơ khí để tạo dựng nên sản phẩm cho cuộc sống như: máy móc, thiết bị, xây dựng công trình, nhà cửa…

Các nhóm vật liệu phổ biến dùng trong công nghiệp là: vật liệu kim loại, vật liệu vô cơ – ceramic, vật liệu hữu cơ – polyme, vật liệu kết hợp – compozit. Trong đó:

• Vật liệu kim loại (Hình 1.1 – a): là những vật thể dẫn điện tốt, có ánh kim, có khả năng biến dạng dẻo tốt ngay cả ở nhiệt độ thường, kém bền vững hóa học. Vật liệu kim loại thông dụng là thép, gang, đồng, nhôm…và các hợp kim của chúng, đây cũng là nhóm vật liệu được dùng chủ yếu trong sản xuất cơ khí và là đối tượng chính của môn học.
• Vật liệu vô cơ – ceramic (Hình 1.1 – b): là các chất dẫn điện kém, không biến dạng dẻo và rất giòn, rất bền vững hóa học và nóng chảy ở nhiệt độ rất cao. Các vật liệu ceramic thông dụng là gốm, sứ, thủy tinh, gạch thường và gạch chịu lửa…
• Vật liệu hữu cơ – polyme (Hình 1.1 – c): là những chất dẫn điện kém, có khả năng biến dạng dẻo ở nhiệt độ cao, bền vững hóa học ở nhiệt độ thường, nóng chảy hoặc phân hủy ở nhiệt độ tương đối thấp. Hai nguyên tố thành phần chủ yếu trong loại vật liệu này là cacbon và hydro. Vật liệu hữu cơ tự nhiên thường gặp là các loại gỗ, cao su và các loại vật liệu hữu cơ nhân tạo như polyetylen (PE), polyvinylclorua (PVC)…
• Vật liệu kết hợp – compozit (Hình 1.1 – d): là loại vật liệu tạo thành từ sự kết hợp giữa hai hay nhiều loại vật liệu khác, ví dụ như: bê tông cốt thép, vật liệu kết hợp giữa kim loại và polyme, hoặc giữa polyme và ceramic…

1.1.2. Tầm quan trọng của kim loại và hợp kim

Trong các nhóm vật liệu kể trên thì vật liệu kim loại có vai trò quyết định đến sự phát triển của xã hội và kỹ thuật. Đó là vật liệu cơ bản để chế tạo ra những máy móc và những công trình xây dựng. Sự phát triển không ngừng của máy động lực, máy công cụ gắn liền với sự phát triển của các vật liệu kim loại với tính năng ngày càng cao.
Mỗi khi con người tìm ra một loại vật liệu mới, với những tính chất ưu việt của nó là một lần thúc đẩy năng suất lao động phát triển mở ra những ngành khoa học mới như:

• Sự xuất hiện công nghệ chế tạo nhôm hợp kim cứng Đura (1903) đã giúp cho ngành công nghiệp hàng không và tên lửa có bước phát triển nhảy vọt.
• Hàng loạt các vật liệu khác cũng được chế tạo và ứng dụng rộng rãi trong ngành cơ khí như: thép không rỉ austenit (1912), hợp kim titan (1960), thép kết cấu có độ bền cao (1965), thủy tinh kim loại (1990), kim loại nhớ (1990)…

Ngày nay các nhà khoa học vẫn tiếp tục nghiên cứu nhằm tạo ra những hợp kim mới có tính năng ngày càng ưu việt hơn về cơ tính cùng một số tính chất vật lý và hóa học đặc biệt. Những thành công trong nghiên cứu và chế tạo vật liệu mới đã và đang đóng một vai trò quan trọng trong sự phát triển của thế giới.