Xem mẫu
- om
.c
ng
Chương 3
co
an
Hợp kim & Giản đồ pha
th
o ng
du
u
cu
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
- om
.c
ng
co
an
th
o ng
du
u
cu
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
- Nội dung
3.1. Cấu trúc tinh thể của hợp kim
om
.c
3.1.1 Khái niệm về hợp kim
ng
co
3.1.2 Dung dịch rắn
an
th
3.1.3 Pha trung gian ng
3.2. Giản đồ pha hai cấu tử
o
du
3.3. Giản đồ pha Fe - C
u
cu
3
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
- 3.1. Cấu trúc tinh thể của hợp kim
3.1.1. Khái niệm về hợp kim
Hợp kim là hợp chất của nhiều nguyên tố, nguyên tố chính
om
(nền) phải là kim loại
.c
Các nguyên tố khác (kim loại/phi kim)
ng
Hàm lượng nhỏ, không ảnh hưởng đến tính chất : tạp chất
co
Hàm lượng đủ lớn, ảnh hưởng đến tính chất : NTHK
an
th
o ng
du
u
cu
Hợp kim Cu-Zn Thép: HK của Fe-C
4
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
- Ưu điểm của hợp kim là gì?
• Độ bền cao hơn, cho phép chế tạo các chi tiết chịu tải nặng
om
Vật liệu σb, MPa σch MPa δ% HB
.c
Al 99,95% 50 10 45 15
ng
AA7075
co
228 103 17 60
AA7075 600 560 11 150
an
(tôi+hóa già)
AA7075: 6%Zn, 2,4%Mg, 1,6%Cu, 0,3%Mn
th
o ng
du
• Tính công nghệ đa dạng: cắt gọt, GCAL, đúc, nhiệt luyện…
u
cu
•Trong nhiều trường hợp, nấu HK dễ hơn nấu KL nguyên chất
5
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
- Trong HK, các nguyên tố tương tác → pha
Pha: Phần đồng nhất của hệ có cùng cấu trúc, trạng thái,
kiểu mạng, có tính chất cơ-lý-hoá tính xác định, phân cách nhau
om
bởi bề mặt phân chia pha.
.c
Pha B
Pha A
ng
Tính chất của HK phụ thuộc:
co
• HK có pha gì
an
• Sự phân bố của các pha
th
• Kích thước, hình dạng của pha
ng
• Tỷ lệ của pha trong HK
o
du
Ví dụ: Thép cácbon C40, với %C = 0,4%
u
cu
C40 ở trạng thái tôi: (a)
Độ cứng cao, độ dẻo thấp; tổ chức: Mactenxit (phần lớn) + Austenit dư
C40 ở trạng thái ủ: (b)
Độ cứng thấp, độ dẻo cao; tổ chức: Ferit + Xementit 6
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
- Phân loại tương tác trong hợp kim
Nấu hợp kim từ 2 thành phần là A và B
om
Không có tương tác Có tương tác
.c
Hòa tan Phản ứng
ng
Hỗn hợp cơ học
co
2 pha A và B Dung dịch rắn Hợp chất hóa học
(Pha dung dịch rắn)
an
(Pha trung gian)
A(B); B(A) AmBn
th
o ng
L (A+B)
du
A(B)
A
u
cu
B
7
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
- 3.1.2. Dung dịch rắn
Khái niệm: pha đồng nhất, kiểu mạng của dung môi (kim loại
om
nền), các nguyên tử chất tan sắp xếp lại trong mạng dung môi
một cách đều đặn và ngẫu nhiên.
.c
ng
Ký hiệu: A(B) = Dung dịch rắn của B hòa tan trong A.
co
an
Ví dụ: Zn(Cu); Cu(Zn); Feα(C); Feγ(C)
th
ng
Giới hạn hòa tan: Nồng độ lớn nhất của chất tan có thể hòa
o
du
tan trong mạng của dung môi để tạo ra dung dịch rắn
u
cu
Dung dịch rắn thay thế Dung dịch rắn xen kẽ
8
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
- Dung dịch rắn xen kẽ Dung dịch rắn thay thế
các nguyên tử hòa các nguyên tử
tan nằm xen kẽ chất tan thay thế
vào các lỗ hổng vị trí các nguyên
om
trong mạng tinh tử dung môi trong
thể dung môi. mạng tinh thể
.c
d ht
ng
0,59 d
d dm d ht
15%
Lý hóa tính
d dm tương tự
co
d dm
an
→ dnt hòa tan rất nhỏ, giới hạn hòa → Có thể hòa tan vô hạn
th
tan thấp, luôn hòa tan có hạn
Điều kiện thay thế (hoà tan) vô hạn
ng
VD: nguyên tố dnt nhỏ: N, C, B, H - cùng kiểu mạng tinh thể
o
du
-> kim loại chuyển tiếp có dnt lớn: - kích thước nguyên tử khác ít (
- Các đặc tính của dung dịch rắn:
Dung dịch rắn có kiểu mạng của kim loại nền: Giữ nguyên kiểu
mạng, hằng số mạng thay đổi: addr = adm±Δa ;
om
Cơ tính gần giống với cơ tính của kim loại dung môi: dẻo cao, bền
.c
thấp
ng
So với kim loại dung môi, thì dung dịch rắn có độ bền cao hơn và độ
co
dẻo kém hơn. Nồng độ chất tan tăng → tăng bền, giảm dẻo
an
Thay đổi tính chống ăn mòn, dẫn điện, nhiệt kém KL nguyên chất
th
Là pha cơ bản chiếm hơn 90% trong vật liệu kết cấu.
o ng
du
u
cu
10
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
- Phân loại tương tác trong hợp kim
Nấu hợp kim từ 2 thành phần là A và B
om
Không có tương tác Có tương tác
.c
Hòa tan Phản ứng
ng
Hỗn hợp cơ học
co
2 pha A và B Dung dịch rắn Hợp chất hóa học
(Pha dung dịch rắn)
an
(Pha trung gian)
A(B); B(A) AmBn
th
o ng
L (A+B)
du
A(B)
A
u
cu
B
11
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
- 3.1.3. Pha Trung gian
Đặc điểm:
- Có kiểu mạng tinh thể phức tạp, khác
om
hẳn với các nguyên tố thành phần;
.c
- Có tỉ lệ giữa các nguyên tố công thức
ng
xác định AmBn;
co
- Tính chất khác hẳn so với các nguyên
an
tố thành phần (giòn);
th
ng Xementit Fe3C
- Có nhiệt độ nóng chảy xác định -Kiểu mạng trực thoi
o
-Fe3C, w%C = 6,67%
du
-Cơ tính: cứng + giòn
Các pha trung gian thường gặp: Pha xen kẽ,
u
pha điện tử, Pha Laves
cu
Ferit = Feα(C)
Kiểu mạng A2
Cơ tính: mềm, dẻo
Trong HK, Tỷ lệ pha trung gian ~ 10%, tăng độ cứng, độ bền 12
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
- Nội dung
3.1. Cấu trúc tinh thể của hợp kim
om
.c
3.2. Giản đồ pha hai cấu tử
ng
co
3.2.1 Một số khái niệm
an
th
3.2.2 Giản đồ pha 2 cấu tử ng
3.3. Giản đồ pha Fe - C
o
du
u
cu
13
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
- 3.2.1 Một số khái niệm về giản đồ pha
Giản đồ pha : Giản đồ biểu diễn sự biến đổi tổ chức pha theo nhiệt
độ và thành phần của hệ ở trạng thái cân bằng.
om
Xây dựng bằng thực nghiệm theo quy tắc pha Gibbs: F = C – P + 1
.c
F - số bậc tự do, C - số cấu tử, P - số pha.
ng
co
Lỏng
an
Tnc
th
Nhiệt độ
u Nhiệt độ
g
Nhiệt độ
β
on
100%C C
du
T1
cu
α
100%A Thành phần 100%B 100%A Thành phần 100%B
GĐP hệ 1 cấu tử GĐP hệ 2 cấu tử GĐP hệ 3 cấu tử
14
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
- 3.2.2 Giản đồ pha của hệ hai cấu tử
om
Hệ 2 cấu tử hòa tan vô hạn vào nhau ở trạng thái lỏng, khác
nhau ở tương tác ở trạng thái rắn.
.c
ng
Tùy thuộc vào tương tác của 2 cấu tử ở trạng thái rắn trong hệ:
co
4 loại giản đồ cơ bản chính:
an
GĐP loại 1: Hai cấu tử không tương tác với nhau
th
ng
GĐP loại 2: Hai cấu tử tương tác hòa tan vô hạn vào nhau
o
du
GĐP loại 3: Hai cấu tử tương tác hòa tan có hạn
u
GĐP loại 4: Hai cấu tử tương tác tạo ra pha trung gian
cu
15
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
- Giản đồ pha loại 1: hai cấu tử không có bất kỳ tương tác nào
a, b nhiệt độ chảy của A và B;
Nhiệt độ
X
om
aEb đường lỏng; b
Lỏng (L)
.c
cEd đường đặc; a T
ng
Vùng 1 pha: L
co
L+B
Vùng 2 pha: L+ A, L+B, A+B A+L E
an
c d
(A+B)
th
A+(A+B) (A+B)+B
E điểm cùng tinh: L→A+B
ng
A F C B
o
%B
du
L (A+B)
Ví dụ: Hệ Pb-Sb
u
A
cu
Nếu biết thành phần và nhiệt
độ của hợp kim: ???
B
16
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
- Giản đồ pha loại 2: hai cấu tử tương tác và hoà tan vô hạn
vào nhau ở trạng thái rắn
X Lỏng (L)
Nhiệt độ
b
amb đường lỏng m
om
anb đường đặc L+ n
.c
T
Vùng 1 pha: L, α
a
ng
Vùng 2 pha: L +α
co
= A(B) , B(A)
an
th
o ng
A CL C C B
du
%B
u
VD: Hệ Cu-Ni, Au-Ag, Al2O3-Cr2O3
cu
Nếu biết thành phần và nhiệt độ:
• Biết được thành phần của hợp kim
• Tính được tỷ phần pha trong hợp kim 17
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
- Quy tắc đòn bẩy: Mα
Mβ
om
Mα . Xα = Mβ . Xβ
.c
ng
M X Xα Xβ
%
co
M M X X
an
th
L
Nhiệt độ, C0
M X
ng
% β+L
M M X X α+L
o
α β
du
u
α+β
cu
100% A Thành phần, % B 100%B
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
- Giản đồ pha loại 3 hai cấu tử tương tác và hoà tan có
hạn vào nhau ở trạng thái rắn
aEb đường lỏng L (A+B)
om
acdb đường đặc α
.c
ng
Vùng 1 pha: L, α, a β
b
co
Vùng 2 pha: L+ α, L+ , α+ Lỏng (L)
an
g độ
L+
th
α = A(B); = B(A) nNhiệt
E L+
c d
L (+)
+
o
du
u
cu
A g %B f B
E- điểm cùng tinh:
Ví dụ: Pb-Sn, Cu-Ag
L (+) Đường giới hạn hòa tan của B vào
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
19
- Giản đồ pha loại 4: Giản đồ pha hai cấu tử có tương tác
hoá học tạo ra pha trung gian AmBn.
Ví dụ: Hệ Mg-Ca → Mg4Ca3
om
pha trung gian
.c
Nhiệt độ
Lỏng (L)
ng
a c
co
b
an
L+AmBn
th
L+A E1
ng E2
L+AmBn AmBn+B
o
du
A+AmBn
B+AmBn
u
cu
A AmBn B
Tách thành hai giản đồ pha 2 cấu tử đơn giản hơn
20
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
nguon tai.lieu . vn
