Cac d t tinh c a nhom nguyen ch t

Chủ đề: Kim loại màu hợp kim màu Khái niệm: 1.1: Kim loại: nguyên tố tạo ion dương (cation) có liên kết kim loại, người ta cho tương tự cation đám mây điện tử 1.2: Hợp kim màu: hợp kim kim loại khác sắt Trong số có đồng thau, đồng điếu, hợp kim nhơm, vàng tây Phân loại: 2.1: Nhôm hợp kim nhôm: Các đặt tính nhơm ngun chất - Khối lượng riêng nhỏ (2,7g/cm3), khoảng 1/3 thép Chính nhờ ưu điểm mà người ta ưu tiên xét sử dụng phải giảm nhẹ tối đa khối lượng hệ thống hay kết cấu (như hàng không, vận tải để tiết kiệm lượng phải tìm cách giảm tải trọng khơng tải, tăng tải trọng có ích) - Tính chống ăn mịn định khí nhờ ln ln có lớp màng ơxyt (Al2O3), xít chặt bám vào bề mặt Để tăng tính chống ăn mịn khí người ta làm cho lớp bảo vệ dày lên cách anod hóa, nhờ nhơm hợp kim nhơm dùng xây dựng, trang trí nội thất mà khơng cần bảo vệ - Dẫn điện cao, 62% đồng khối lượng riêng chưa 1/3 nên với đặc tính truyền điện truyền dịng điện có cường độ nhau, dây dẫn nhôm nhẹ nửa dây đồng, lại bị nung nóng - Tính dẻo cao, kiểu mạng A1 dễ biến dạng dẻo kéo s ợi, dây cán mỏng thành tấm, lá, băng, màng (foil), ép chảy thành dài v ới biên dạng (profile) phức tạp khác Ngồi ưu việt kể có đặc tính khác cần phải đ ể ý - Nhiệt độ chảy tương đối thấp (660oC) mặt làm dễ dàng cho nấu chảy đúc, làm nhôm hợp kim không sử dụng nhiệt độ cao 300 - 400oC - Độ bền, độ cứng thấp, trạng thái ủ σb = 60MPa, σ0,2 = 20MPa, HB 25 Tuy nhiên có kiểu mạng A1 có hiệu ứng hóa bền biến dạng lớn, nên nhôm hợp kim nhôm, biến dạng nguội với lượng ép khác biện pháp hóa bền thường dùng Để ký hiệu mức độ biến cứng đơn (tăng bền nhờ biến dạng nguội) Hoa Kỳ, Nhật nước Tây âu thường dùng ký hiệu H1x, x s ố ch ỉ mức tăng thêm độ bền nhờ biến dạng dẻo (x/8): - mức tăng toàn phần (8/8 hay 100%), ứng với mức độ biến dạng lớn (ε = 75%) - mức tăng (1/8 hay 12,5% so với mức toàn phần, ứng với mức độ bi ến dạng nhỏ 2, 4, - mức tăng trung gian (2/8, 4/8, 6/8 hay 25%, 50%, 75% so v ới mức toàn phần), ứng với mức độ biến dạng tương đối nhỏ, trung bình, lớn - mức tăng tối đa (bền, cứng nhất) ứng với mức độ biến dạng ε > 75% Hộp kim nhôm phân loại Để có độ bền cao người ta phải hợp kim hóa nhơm tiến hành nhiệt luyện, hợp kim nhơm có vị trí quan trọng chế tạo khí xây dựng Khi đưa nguyên tố hợp kim vào nhôm (ở trạng thái lỏng) thường tạo nên giản đồ pha Hình 6.1 Giãn đồ pha A1 Al - nguyên tố hợp kim biểu thị hình 6.1 tiên (khi lượng ít) ngun tố hợp kim hòa tan vào Al tạo nên dung dịch rắn thay α Al, vượt giới hạn hòa tan (đường CF) tạo thêm pha thứ hai (thường hợp chất hóa học hai nguyên tố), sau vượt giới hạn hòa tan cao (điểm C hay C’) tạo tinh dung dịch rắn pha thứ hai kể Do dựa vào giản đồ pha hệ hợp kim nhơm phân thành hai nhóm lớn biến dạng đúc - Hợp kim nhôm biến dạng hợp kim với hàm lượng thấp nguyên tố hợp kim (bên trái điểm C, C’) tùy thuộc nhiệt độ có tổ chức hồn tồn dung dịch r ắn nhơm nên có tính dẻo tốt, dễ dàng biến dạng nguội hay nóng Trong loại cịn chia hai phân nhóm khơng có hóa bền nhi ệt luy ện + Phân nhóm khơng hóa bền nhiệt luyện loại chứa hợp kim (bên trái F), nhiệt độ có tổ chức dung dịch rắn, khơng có chuy ển biến pha nên khơng thể hóa bền nhiệt luyện, có th ể hóa bền biến dạng nguội mà thơi + Phân nhóm hóa bền nhiệt luyện loại chứa nhiều hợp kim (từ điểm F đến C hay C’), nhiệt độ thường có tổ chức hai pha (dung dịch rắn + pha thứ hai), nhiệt độ cao pha thứ hai hòa tan hết vào dung dịch rắn, tức có chuyển pha, nên ngồi biến dạng nguội hóa bền thêm nhiệt luyện Như hệ hợp kim với độ hịa tan nhơm biến đổi mạnh theo nhiệt độ có đặc tính - Hợp kim nhôm đúc hợp kim với nhiều hợp kim (bên phải điểm C, C’), có nhiệt độ chảy thấp hơn, tổ chức có tinh nên tính đúc cao Do có nhi ều pha thứ hai (thường hợp chất hóa học) hợp kim giịn hơn, khơng th ể biến dạng dẻo Khả hóa bền nhiệt luyện nhóm có khơng cao khơng có biến đổi mạnh tổ chức nung nóng Ngồi hợp kim sản xuất theo phương pháp truyền thống cịn có hợp kim nhôm chế tạo theo phương pháp khơng truyền thống, hợp kim bột (hay thiêu kết) hợp kim nguội nhanh Hệ thống kí hiệu cho hợp kim nhôm: Để ký hiệu hợp kim nhôm người ta thường dùng hệ thống đánh số theo AA (Aluminum Association) Hoa kỳ xxxx cho loại biến dạng xxx.x cho loại đúc, đó: - Số có ý nghĩa sau Loại biến dạng 1xxx - nhôm (≥ 99,0%), 2xxx - Al - Cu, Al - Cu - Mg, 3xxx - Al - Mn, 4xxx - Al - Si, 5xxx - Al - Mg, Loại đúc 1xx.x - nhôm thỏi thương phẩm, 2xx.x - Al - Cu, 3xx.x - Al - Si - Mg, Al - Si - Cu, 4xx.x - Al - Si, 5xx.x - Al - Mg, 6xxx - Al - Mg - Si, 7xxx - Al - Zn - Mg, Al - Zn - Mg - Cu, 8xxx - Al - nguyên tố khác 6xx.x - khơng có, 7xx.x - Al - Zn, 8xx.x - Al - Sn - Ba số tra theo bảng tiêu chuẩn cụ thể Để ký hiệu trạng thái gia cơng hóa bền, nước phương Tây thường dùng ký hiệu sau F: trạng thái phơi thơ, O: ủ kết tinh lại, H: hóa bền biến dạng nguội, H1x (x từ đến 9): túy biến dạng nguội với mức độ khác nhau, H2x (x từ đến 9): biến dạng nguội ủ hồi phục, H3x (x từ đến 9): biến dạng nguội ổn định hóa, T: hóa bền tơi + hóa già, T1: biến dạng nóng, tơi, hóa già tự nhiên, T3: tơi, biến dạng nguội, hóa già tự nhiên, T4: tơi, hóa già tự nhiên (giống đoạn đầu cuối T3), T5: biến dạng nóng, tơi, hóa già nhân tạo (hai đoạn đầu giống T1), T6: tơi, hóa già nhân tạo (đoạn đầu giống T4), T7: tơi, q hóa già, T8: tơi, biến dạng nguội, hóa già nhân tạo (hai đoạn đầu giống T3), T9: tơi, hóa già nhân tạo, biến dạng nguội (hai đoạn đầu giống T6) (ngồi cịn Txx, Txxx, Txxxx) TCVN 1659-75 có quy định cách ký hiệu hợp kim nhôm bắt đầu Al ký hiệu hóa học nguyên tố hợp kim số % nó, hợp kim đúc sau có chữ Đ Ví dụ AlCu4Mg hợp kim nhơm chứa ~4%Cu, ~1%Mg Với nhôm Al số phần trăm nó, ví dụ Al99, Al99,5 Bảng 7.2 Thành phần ký hiệu số hợp kim nhôm Hệ hợp kim Al-Cu Al-Cu-Mg Al-Mn Al-Mg Al-Mg-Si Al-Zn-Mg Al-Zn-Mg-Cu Al-Cu Al-Si-Cu Tiêu chuẩn Việt Nam Hợp kim nhôm biến dạng AlCu4,4MgO0,5Mn0,8 AlCu4,4Mg1,5Mn0,6 AlMn1,2 AlMg1,4 AlMg1Si0,6 AlZn4,5Mg1,4 AlZn5,6Mg2,5Cu1,6 Hợp kim nhôm đúc AlCu 4,5Đ AlSi5,5Cu 4,5Đ Thành phần, % 4,4Cu-0,5Mg-0,8Mn 4,4Cu-1,5Mg-0,6Mn 1,2Mn-0,12Cu 1,4Mg 1Mg-0,6Si-0,2Cr-0,4Mn-0,15Zr 4,5Zn-1,4Mg-0,12Cr-0,4Mn0,15Zr 5,6Zn-2,5Mg-1,6Cu 4,5Cu-1Si 5,5Si-4,5Cu Al-Si-Mg AlSi 7MgO0,3Đ 7Si-0,3Mg Al-Si-Mg-Cu AlSi12Mg1,3Cu2Mn0,6Đ 12Si-1,3Mg-2Cu-0,6Mn-1Ni0,2Ti Hợp kim nhôm đúc + Các đặt điểm: Như nói hợp kim nhơm đúc tổ chức phải gồm chủ yếu tinh chứa nhiều hợp kim Trong hệ Al - nguyên tố hợp kim có hệ Al - Si có tinh với thành phần hợp kim (11,3%Si), nên tốn hợp kim, rẻ nên thường dùng để đúc; cịn hệ khác tinh có lượng chứa hợp kim cao nhiều Al - Cu với 33%Cu, Al - Mg với 34,5%Mg nên đắt bị hạn chế sử dụng Cơ tính vật đúc hợp kim nhôm phụ thuộc nhiều vào tốc độ nguội biến tính Đúc khn kim loại (ly tâm, áp lực) nguội nhanh nhiều khuôn cát nên tổ chức nhận nhỏ mịn hơn, cải thiện mạnh tính Biến tính có tác dụng mạnh đến tổ chức tính hợp kim Al - Si + Hợp kim nhôm – silic Biến tính Hợp kim nhơm - silic đúc đơn giản gồm hai cấu tử với 10 - 13%Si (AA 423.0 hay AΛ2) Theo giản đồ pha Al - Si (hình 6.6) với thành phần hợp kim có nhiệt độ chảy thấp nhất, tổ chức tinh với tính đúc tốt Tuy đúc thông thường dễ bị tổ chức tinh thô tinh thể silic thứ (trước tinh) biểu thị hình 6.7a, Si thứ thơ to Si tinh dạng kim vết nứt bên trong lòng dung dịch rắn α (thực chất nhơm ngun chất với tính thấp, σb = 130MPa, δ = 3%) Nếu qua biến tính muối Na (2/3NaF + 1/3NaCl) với tỷ lệ 0,05 0,08%, điểm tinh hạ thấp xuống khoảng 10 - 20oC dịch sang phải, hợp kim luôn trước tinh với tổ chức α tinh (α + Si), nhờ kết tinh với độ nguội lớn nên Si tinh nhỏ mịn (hạt tròn, nhỏ) biểu thị hình 6.7b, làm cải thiện mạnh tính, σb = 180MPa, δ = 8% Hình 6.6 Góc Al giản đồ Al - Si (đường chấm chấm ứng với biến tính) Tuy nhiên với tính khơng đáp ứng u cầu thực tế nên thường sử dụng Trong thực tế thường sử dụng silumin phức tạp tức Si cịn có thêm Mg Cu Hình 6.7 Tổ chức tế vi hợp kim Al - (10 - 13)%Si: a khơng biến tính, b có qua biến tính Các hợp kim Al - Si - Mg(Cu) Là hợp kim với khoảng Si rộng (5 đến 20%) có thêm Mg (0,3 - 0,5%) để tạo pha hóa bền Mg2Si nên hệ Al - Si - Mg (ví dụ mác AA 356.0) phải qua nhiệt luyện hóa bền Cho thêm Cu (3 - 5%) vào hệ Al - Si - Mg kể cải thiện thêm tính có tính đúc tốt (do có thành phần gần với tinh Al - Si - Cu) nên dùng nhiều đúc piston (AA 390.0, AЛ26), nắp máy (AЛ4) động đốt Hợp kim nhơm cịn dùng làm ổ trượt Trong năm gần bắt đầu đưa vào sử dụng hợp kim nguội nhanh hợp kim bột thiêu kết 2.2: Đồng hợp kim đồng: - Đồng nguyên chất phân loại hợp kim đồng: + Các đặc tính đồng đỏ: Đồng nguyên chất có màu đỏ nên gọi đồng đỏ với đặc tính sau - Tính dẫn nhiệt, dẫn điện cao Về tính dẫn điện đứng sau Ag, v ới độ s ạch 99,9%Cu trạng thái ủ, 20oC điện trở suất ρ = 1,7241Ω.cm độ dẫn nhiệt 385W/m oK Phần lớn đồng nguyên chất dùng làm dây dẫn Cần nhớ tạp chất hòa tan vào Cu, đặc biệt P, Fe với l ượng nhỏ làm gi ảm mạnh tính dẫn điện (0,1%P giảm 46%, 0,1%Fe giảm 23%) - Chống ăn mòn tốt mơi trường thường gặp: khí quyển, nước, nước biển hay kiềm, axit hữu - Tính dẻo cao có mạng A1 nên dễ biến dạng nóng nguội, dễ chế tạo thành bán thành phẩm dài, tiện cho sử dụng - Ở trạng thái ủ có độ bền khơng cao (với 99,97%Cu có σb = 220MPa, σdh = 70MPa) sau biến dạng dẻo độ bền tăng mạnh (với ε = 60%, σb = 425MPa, σdh = 375MPa) Với đồng hợp kim, biến dạng nguội biện pháp hóa bền quan trọng - Tính hàn đồng tốt, song hàm lượng tạp chất đặc bi ệt ôxy tăng lên, ưu điểm giảm rõ rệt Có thể thấy nhược điểm đồng sau + Khối lượng riêng lớn (γ = 8,94g/cm3) + Tính gia công cắt phoi dẻo, không gãy, để cải thi ện thường cho thêm Pb vào + Tính đúc kém, nhiệt độ nóng chảy 1083oC, song độ chảy loãng nhỏ +Các loại đồng nguyên chất: Các loại đồng ngun chất để dẫn điện phải có 99,9%Cu sản xuất theo ba phương pháp khác Đồng điện phân ETP (Electrolytic Tough Pitch) có chứa khoảng 0,04%O2 Trong đồng, ơxy khơng hịa tan, tạo Cu2O nên khơng làm giảm tính dẫn điện Tuy nhiên loại nhạy cảm với hyđrô nhiệt độ > 400oC (H2 khử Cu2O tạo nên bọt nước, gây nứt biên hạt) Do loại dùng để gia công, chế biến < 400oC Đồng ôxy OFHC (Oxygen Free High Conductivity) loại nấu chảy catod đồng khí hồn ngun, có 99,95%Cu, lượng ơxy nhỏ 0,003% nên không nhạy cảm với hyđrô Đồng khử ôxy loại khử ơxy triệt để phơtpho, tồn ôxy dạng P2O5 Nếu lượng P tự đồng < 0,005% khơng làm giảm tính dẫn (nhưng với 0,04%P tính dẫn 85% loại OFHC), ơxy nên biến dạng nóng +Phân loại hợp kim đồng: Cũng giống hợp kim nhôm, hợp kim đồng phân loại thành: biến dạng đúc nguyên tắc Ngoài lịch sử lâu đời, h ợp kim khác đồng mang tên riêng: latông brơng, latơng h ợp kim Cu - Zn, brông tên chung hợp kim Cu - ngun tố khơng phải Zn +Hệ thống kí hiệu cho hợp kim đồng: Để ký hiệu hợp kim đồng, người ta thường dùng hệ thống đánh số theo CDA (Copper Development Association) Hoa Kỳ xxx, số có ý nghĩa sau 1xx - đồng đỏ hợp kim Cu - Be, 4xx - latông phức tạp, 6xx - brông nhôm, 8xx 9xx - hợp kim đồng đúc 2xx - latông (Cu - Zn) đơn giản, 5xx - brông thiếc, 7xx - brông nhôm, Để ký hiệu trạng thái gia cơng hóa bền, nước phương Tây dung ký hiệu O, H, T nhôm (riêng trạng thái tạo phôi thô ký hi ệu M), song có chữ số khác Ví dụ, hóa bền bi ến dạng ngu ội có từ H00 (tương đương với H11 nhơm) đến H04 (~ H18) H06, H08, H10, H12, H13, H14 Bảng 7.4 Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN1659-75 quy định số đồng ứng dụng Cu99,99 Cu99,97 Cu99,95 Cu99,90 - Cu 99,9 99,9 99,9 99,9 Thành phần hóa học % Bi Pb O p 0,000 0,00 0,00 1 0,001 0,00 0,00 0,0 0,001 0,001 0,00 0,0 0,00 0,00 Ứng dụng Tổng 0,01 0,03 0,5 0,1 Làm dây dẫn điện Dây dẫn điện,chế tạo hợp kim chất lượng cao Giống Cu99,97 Dây dẫn điện,chế tạo brông thiết Latông: Latông hợp kim đồng mà nguyên tố hợp kim kẽm [tên gọi TCVN 1659-75 quy định sở thuật ngữ dùng phổ biến ta từ tiếng Pháp, ngồi gọi đồng thau (cần ý thực tế cịn có nhiều tên gọi khác nữa) Các từ nước tương ứng là: Pháp - laiton, Anh brass, Nga - латунь Bắt đầu chữ L sau ký hiệu Cu, Zn nguyên tố khác có,các số đứng sau ký hiệu nguyên tố lượng trung bình phần tram ngun tố Vd kí hiệu LCuZn30 Hình 6.8 Giãn đồ pha Cu - Zn Latông đơn giản dùng nhiều cả, hợp kim có hai nguyên tố Cu Zn Giản đồ pha Cu - Zn (hình 6.8) loại phức tạp, tạo nên nhiều pha, song thực tế dùng loại có 45%Zn nên gặp hai pha α β Pha α dung dịch rắn thay Zn Cu với mạng A1, có th ể chứa tới 39%Zn 454oC Đó pha latơng pha latơng Zn, định quan trọng tính chất latông Đi ều đặc biệt Zn hịa tan vào Cu khơng nâng cao độ bền mà độ dẻo dung dịch rắn (đây số trường hợp có, thơng thường độ bền tăng lên, độ dẻo, độ dai phải giảm đi), đồng thời có hiệu ứng hóa bền biến dạng cao (hình 6.9) Do nói chung tính latơng pha cao rẻ đồng Độ dẻo cao ứng với khoảng 30%Zn Ngoài pha thêm Zn, màu đỏ đồng nhạt dần chuyển dần thành vàng Hình 6.9 ảnh hưởng Zn độ biến dạng đến tính dung dịch rắn α: a giới hạn đàn hồi, b giới hạn bền, c độ giãn dài tương đối [với mức tăng biến cứng 1/4, 2/4, 3/4, 4/4 (toàn phần) R - cứng đàn hồi] Pha β pha điện tử ứng với công thức CuZn (N = 3/2) có thành phần dao động khoảng 46 - 50%Zn Khác với α, β cứng giòn hơn, đặc biệt nhiệt độ thấp (< 457oC) bị trật tự hóa thành pha β' Do khơng thể dùng latơng q 45%Zn với tổ chức hồn tồn β' Trong thực tế thường dùng ≤ 40%Zn với hai loại pha α hai pha α + β Latơng pha (α) thường chứa 35%Zn Do có tính dẻo cao loại biến dạng cán nguội thành bán thành phẩm, làm chi ti ết máy qua dập Latông chứa Zn thấp, - 12%, có màu đỏ nhạt tính chất gi ống đồng (nhưng tốt hơn) dùng làm đồ dùng chi tiết giả đồng ti ền xu, huy chương, khuy áo, fecmơtuya Latông với khoảng 20%Zn (CDA 240, Л80) có màu vàng giống Au, làm chi tiết trang sức, giả vàng (ngạn ngữ có câu “vàng, thau lẫn l ộn”, thau đồng thau, latông) Latông với khoảng 30%Zn (CDA 260, Л70) có tính dẻo cao độ bền cao nên dùng làm chi tiết dập sâu với công dụng chủ yếu làm vỏ đạn (catridge brass) Các latông pha bền dẻo cao nên khó gia cơng cắt Để c ải thi ện tính chất người ta thường đưa thêm Pb vào với lượng 0,4 - 3,0% với chế tác dụng thép dễ cắt Nhược điểm latông với ≥ 20%Zn trạng thái biến cứng hay chịu ứng suất cao có khuynh hướng bị nứt ăn mịn có nước, amôniac, ôxy Đ ể tránh khuyết tật phải đem ủ Latông hai pha (α + β) thường dùng với 40%Zn (có tên Muntz với mác CDA 280, ΓOCT Л60) hay có pha thêm Pb để cải thiện tính gia cơng cắt (CDA 370, Γ? OCT ЛC59-1) Tuy cứng bền loại pha, hợp kim có th ể biến dạng dẻo trạng thái nóng (do > 454oC pha β dẻo hơn) Các latơng đúc có thành phần Zn nguyên tố hợp kim khác cao hơn, mác CDA 863 với tổng lượng nguyên tố đưa vào cao tới 38% Bảng 6.2 Thành phần hóa học (%) tính số mác hợp kim đồng theo CDA Đối với hai loại biến dạng đúc, ngồi thành phần người ta cịn đưa thêm vào nguyên tố khác để tăng tính tăng tính chống ăn mịn - Brơng thiếc: Brông thiếc (hợp kim Cu - Sn) hợp kim cổ xưa mà loài người bi ết sử dụng, thực tế gọi brơng nên hiểu brơng thiếc (như biết theo vật liệu sử dụng, loài người trải qua th ời kỳ đồ đá - Stone Age, thời kỳ đồ đồng - Bronze Age) Đối với brông:bắt đầu chữ B, sau Cu, nguyên tố hợp kim sau hợp kim phụ Các số đứng sau ký hiệu nguyên tố hợp kim hàm lượng phần tram trung bình nguyên tố Vd BCuSnZnPb5 Từ giản đồ pha Cu - Sn (hình 6.10) thấy với hàm lượng Sn nhỏ 13,5%, sau kết tinh có pha α dung dịch rắn thay Sn Cu có kiểu mạng A1 dẻo tương đối bền chế hóa bền dung dịch rắn Vì khoảng kết tinh lớn, q trình thiên tích xảy m ạnh nên với hàm lượng Sn nhỏ (< 8%) điều kiện đúc thông thường xuất pha β; làm nguội tiếp, pha chuyển thành pha γ sau thành pha δ Quá trình chuyển biến pha δ →? [α + ε] 350oC tiết pha ε α 350oC khơng xảy tốc độ phản ứng nhỏ β, γ, δ, ε hợp chất điện tử cứng giòn nhiệt độ thường hợp kim chứa 8%Sn sau ủ có tổ chức pha đồng nhất, dẻo chịu bi ến dạng tốt Khi lượng Sn vượt 8%, lớn 10%, hợp kim có tổ chức hai pha α + δ Hàm lượng Sn dùng brông công nghiệp không vượt 16% Brơng thiếc biến dạng thường 8%Sn (có thể tới 10%) có tính cao chống ăn mịn nước biển tốt latơng Để cải thiện tính gia cơng cắt thường có thêm Pb (CDA 521, CDA 524, ΓOCT БрOC5-1) hay có thêm Zn để vừa thay cho Sn rẻ vừa có tác dụng hóa bền dùng 4% cho nguyên tố (4%Sn - 4%Zn - 4%Pb) với mác CDA 544 hay ΓOCT БрOЦC4-4-4 Hình 6.10 Giãn đồ pha Cu - Sn Brơng thiếc đúc loại chứa nhiều 10%Sn hay với tổng lượng nguyên tố đưa vào cao 12% loại 5%Sn - 5%Zn - 5%Pb với mác CDA 835, ΓOCT БрOЦC5-5-5, hay 10%Sn - 2%Zn với mác CDA 905 Nhờ tính đúc tốt khả điền đầy khn cao, hệ số co ngót nhỏ, chống ăn mịn tốt khí quyển, có bề mặt nâu - đen (do tạo nên lớp ôxyt thi ếc) nên brông thiếc chứa Zn, Pb dùng để đúc tác phẩm nghệ thuật: tượng đài, chuông, phù điêu, họa tiết trang trí + Brơng nhơm : Từ giản đồ pha hệ Cu - Al (hình 6.11) ta thấy hợp kim chứa 9,4%Al có tổ chức dung dịch rắn thay Al Cu có mạng A1 dẻo bền Do bề mặt có lớp Al2O3 nên hợp kim Cu - Al chịu đựng tốt khí cơng nghiệp hay nước biển Brơng nhơm pha (với - 9%Al) sử dụng rộng rãi để chế tạo ngưng tụ hơi, hệ thống trao đổi nhiệt, lò xo tải dòng, chi tiết bơm, đồ dùng cho lính thủy (CDA 614, ΓOCT БрAЖ9-4), tiền xu (CDA 608, ΓOCT БрA5) Brông hai pha (> 9,4%Al) với xuất pha β (hợp chất điện tử mạng A2 Cu3Al) ổn định 565oC chịu biến dạng tốt 565oC có chuyển biến tích β → [α + γ2] Nếu làm nguội nhanh β → β' (mạng sáu phương) có tên mactenxit, khơng cứng, song ram 500 oC γ2 tiết dạng nhỏ mịn, làm tăng mạnh độ bền, lại gây giịn nên brơng nhơm chứa 10 - 13%Al tơi ram cao có c tính cao Hình 6.11 Giản đồ pha Cu - Al (góc Cu) Các brơng nhơm đúc có lượng Al ≥ 9% nên có thành phần loại biến dạng CDA 952 (giống với CDA 614), ΓOCT БрAЖ9-4Л (giống với БрAЖ9-4) 2.3 Titan hợp kim titan: Titan nguyên chất Titan kim loại nhẹ (khối lượng riêng γ = 4,5g/cm3), nhiệt độ nóng chảy tương đối cao (16650C), có tính chống ăn mịn cao khí nước biển Titan có hai dạng thù hình: 8820C có mạng lục giác xếp chặt với a = 0,296nm c=0,472nm ký hiệu Tiα, cao 8820C có mạng lập phương tâm khối với a = 3,32nm (tính 9000C) ký hiệu Tiβ Khi làm nguội chậm, chuyển biến thù hình xảy theo chế thông thường (tạo mầm phát tri ển mầm, khuếch tán) tạo nên hạt đa cạnh; làm nguội nhanh lại xảy theo chế mactenxit (không khuếch tán) tạo nên hạt hình kim Tính dẻo cao loại titan iơđua so với kim loại khác có ki ểu m ạng l ục giác (Zn, Cd, Mg) có nhiều hệ trượt Ngồi mặt trượt (0001) mặt đáy, titan trượt theo mặt (1010), (1011), song tinh theo mặt (1012), (11 1), (11 2) Nguyên nhân tượng đặc biệt titan có tỷ số c/a thấp (1,587), nhỏ giá trị c/a lý tưởng (1,633), Zn, Cd Mg có tỷ số c/a > 1,633 tức mặt đáy xa hơn, lực liên kết chúng yếu trượt chủ yếu tiến hành chuy ển dời tương đối mặt nên số hệ trượt bị hạn chế Nhược điểm titan mơđun đàn hồi thấp (nhỏ s ắt, niken khoảng hai lần) hạn chế sử dụng làm kết cấu cứng vững Hợp kim Titan Tác dụng nguyên tố với titan Theo tác dụng hòa tan vào dung dịch rắn nguyên tố chia thành hai nhóm: thay xen kẽ Các kim với đường kính nguyên tử nhỏ (C, O, N, H) tạo nên với titan dung dịch rắn xen kẽ, gây hóa bền nâng cao độ bền, đ ộ cứng, đồng thời làm giảm mạnh độ dẻo, nên người ta coi chúng tạp chất có hại cần loại bỏ Các nguyên tố kim loại (Al, Cr, Mn, Mo, V ) có kh ả tạo nên với titan dung dịch rắn thay thế, chúng hóa bền titan khơng làm giảm mạnh độ dẻo độ dai, nên coi tạp chất có lợi hay nguyên tố hợp kim Theo ảnh hưởng đến chuyển biến thù hình titan, tất nguyên tố hợp kim chia thành ba nhóm: mở rộng α, mở rộng β trung tính bi ểu thị hình 6.15 Hình 6.15a trình bày dạng giản đồ pha Ti - nguyên tố hợp kim mở rộng vùng Tiα Các nguyên tố thuộc nhóm có Al, O, N, có Al sử dụng thực tế hai ngun tố cịn lại làm giòn titan Thường dùng với lượng Al giới hạn hòa tan dung dịch rắn (2 - 6,5%) có tác dụng làm gi ảm khối l ượng riêng, tính giịn hyđrơ, nâng cao mơđun đàn hồi, độ bền, tính bền nóng Loại hợp kim khơng hóa bền nhiệt luyện Đáng ý nguyên tố tạo nên với titan dạng giản đồ pha mở r ộng khu vực Tiβ trình bày hình 6.15b c, hợp kim hóa b ền nhiệt luyện Một số nguyên tố có kiểu mạng lập phương tâm khối Mo, V, Ta, Nb có khả hịa tan vô hạn vào Tiβ tạo dung dịch rắn vơ hạn β (hình 6.15b) Một số ngun tố khác Cr, Fe, Ni, W, Cu, Mn có mở r ộng vùng β không tạo vùng dung dịch rắn vô hạn, pha β chuyển biến tích thành hỗn hợp [α + γ], γ pha phức tạp (ví dụ pha Laves TiCr2 hệ Ti - Cr hình 5.15c) Các nguyên tố đáng ý nhóm Mo, V, Cr, Mn Hình 6.15 Sơ đồ dạng giản đồ pha Ti - nguyên tố hợp kim: a mở rộng Tiα, b mở rộng Tiβ, c mở rộng Tiβ có tạo thành tích, d trung tính Các nguyên tố Sn, Zr, Hf, Th không ảnh hưởng đến nhiệt độ chuyển biến thù hình, tạo nên với Ti dạng giản đồ pha biểu di ễn hình 6.15d Tuy không ảnh hưởng đến chuyển biến pha, song số ngun tố nhóm hịa tan vào Tiα Tiβ có làm thay đổi số tính chất titan Sn hóa b ền hợp kim titan mà không làm giảm nhiều độ dẻo, Zr nâng cao gi ới hạn dão đ ộ bền mỏi Nhiệt luyện hóa bền Nhiệt luyện hóa bền hợp kim titan bao gồm tơi hóa già Đối với hợp kim có dạng giản đồ pha hình 6.15b, tơi hóa già áp dụng cho thành phần có tổ chức α + β Khi tơi, người ta nung nóng hợp kim đến trạng thái β làm nguội nhanh nước (trong số trường hợp để tránh phát triển mạnh hạt trạng thái β, cần nung nóng đến trạng thái α + β) Kết tạo nên mactenxit - dung dịch rắn bão hòa nguyên tố h ợp kim Tiα, tổ chức tế vi có dạng hình kim Tuy tinh th ể mactenxit có đ ộ cứng độ bền cao dung dịch rắn α cân song hóa bền trường hợp nhiều so với chuyển biến mactenxit thép Q trình hóa bền chủ yếu xảy hóa già (ram), lúc từ mactenxit ti ết pha β hỗn hợp pha β phân tán α, lúc độ bền, độ cứng tăng lên song độ dẻo độ dai giảm Chuyển biến mactenxit xảy hợp kim chứa nguyên tố hợp kim thấp giá trị nồng độ tới hạn Nồng độ tới hạn nguyên tố sau: V - 15%, Mo - 11%, Mn - 8%, Cr - 6%, Fe - 4% Lớn giá tr ị ểm bắt đầu chuyển biến mactenxit giảm thấp nhiệt độ thường, nên chuyển biến mactenxit không xảy Đối với hợp kim có dạng giản đồ pha hình 6.15c, tơi hóa già áp dụng cho thành phần trước tích Khi tơi nung nóng hợp kim đến trạng thái α Các hợp kim titan thường dùng có nhiệt độ tơi khoảng 800 - 9500C hóa già 450 - 6000C Khơng hóa già nhiệt độ thấp (ví dụ 300 - 3500C) lúc tạo nên pha ω giịn Để nâng cao tính chống mài mịn hợp kim titan, áp dụng thấm nitơ, bề mặt đạt độ cứng HV 1200 - 1500 Các mác công dụng Thường dùng hợp kim titan với Al nguyên tố mở rộng vùng β: V, Mo (khơng tạo thành tích), Cr, Mn, Fe (tạo tích) Bảng 6.4 6.5 trình bày thành phần hóa học tính số mác hợp kim titan biến dạng Nga Bảng 6.4 Thành phần hóa học (%) số mác hợp kim titan bi ến dạng (ΓOCT 19807-74) Hợp kim α với hai mác điển hình BT5 BT5-1 hợp kim hóa chủ yếu Al có độ bền trung bình nhiệt độ thường, có tính cao nhiệt độ cực lạnh, có tính bền nóng hợp kim trở nên nhẹ Về tính cơng nghệ chúng có tính hàn tốt tính gia cơng cắt bảo đảm Tính dẻo nhiệt độ thường khơng cao, trạng thái nóng hợp kim dễ rèn, dập, cán cung cấp dạng tấm, thỏi, dây, vật cán định hình Hợp kim Ti - Al hợp kim hóa thêm Mn ngồi tổ chức α chủ yếu cịn có lượng nhỏ pha β (1 - 2%) gọi hợp kim α giả với mác OT4 - 1, OT4 OT4 - Do chứa Al có pha β OT4 - OT4 - có tính dẻo nhiệt độ thường tốt hơn, dễ gia công áp lực trạng thái nguội chế tạo chi tiết phức tạp phải nung nóng tới 500 - 7000C OT4 - chứa nhiều Al nên gia công áp lực phải trạng thái nóng Nhược điểm nhóm khơng nhiệt luyện hóa bền có khuynh hướng giịn hyđrơ Hợp kim (α + β) có ưu điểm lớn có kết hợp tốt tính tính cơng nghệ nhiệt luyện hóa bền Ở trạng thái ủ tơi, có tính dẻo cao, cịn sau tơi hóa già có độ bền cao Lượng pha β nhiều kh ả hóa bền mạnh Tăng lượng pha β hợp kim hóa thêm Mo, V, Cr Loại hợp kim đem gia cơng cắt hàn Sau hàn cần ph ải đem ủ để nâng cao độ dẻo mối hàn Hợp kim β dùng cơng nghiệp, muốn tạo thành tổ chức hồn toàn β phải dùng lượng lớn nguyên tố hợp kim V, Mo, Nb, Ta nguyên tố đắt, làm nặng hợp kim Hiện dùng BT15 có tổ chức β giả (vì ngồi β chủ yếu cịn có α) BT15 có khối lượng riêng tương đối nhỏ (4,8g/cm3), tính cao Nhược điểm mối hàn có độ dẻo thấp Bảng 6.5 Cơ tính hợp kim titan Ngồi loại biến dạng kỹ thuật dùng hợp kim titan đúc Tuy nhiên vi ệc đúc hợp kim titan khơng đơn giản hấp thụ khí mạnh, tác dụng với vật lIệu làm khn Hình 6.16 Các chi tiết, phận máy bay phản lực làm hợp kim titan: mép trước cánh, cánh phụ, đầu nhọn, mép trước ổn định Trong vật liệu kết cấu, hợp kim titan vật liệu kết cấu có độ bền riêng cao - σb / γ = 22(km) - có độ bền cao thép hợp kim khối lượng riêng khoảng 60% Khi thay thép hợp kim titan, khối lượng chi tiết giảm tới 40% Cùng với đặc tính bền nóng, chống ăn mịn cao, hợp kim titan ứng dụng ngày rộng rãi ngành kỹ thuật: chế tạo máy bay, tên lửa, đóng tàu, cơng nghiệp hóa học Trong chế tạo máy bay làm thân máy bay siêu âm với tốc độ - 3,5 lần so với tốc đ ộ âm bề mặt bị nung nóng tới 450 - 5000C (hình 6.16), làm chi tiết động máy bay phản lực (đĩa cánh máy ép, chi tiết l ỗ hút khơng khí), vỏ tên lửa tầng thứ hai tầng thứ ba (trong loại tên lửa nhi ều t ầng), bình bình cầu chứa khí nén khí hóa lỏng, vỏ tàu bi ển, tàu ngầm, ngư lơi Trong cơng nghiệp hóa học làm lị phản ứng cho mơi trường ăn mịn mạnh, khí cụ bay hơi, bơm, trao đổi nhiệt, quạt Trong kỹ thuật chân không làm chất hấp thụ khí, chi tiết điện tử, chân khơng 3.3 Tính chất ứng dụng số kim loại màu khác: Antimon Antimon kim loại có màu trắng bạc, ánh xanh, kiểu mạng tinh thể mặt thoi Khối lượng nguyên tử 121,75; khối lượng riêng 6,69 g/cm3 Nhiệt độ nóng chảy 630,5oC, nhiệt độ sơi 1635oC Antimon có tính chất đặc biệt cứng giịn Nó sử dụng dạng hợp kim mà không sử dụng dạng kim loại Antimon dùng chủ yếu hợp kim làm sườn cực ắc quy (chiếm 35% tổng lượng antimon sản xuất ra) Còn hợp kim làm ổ trục, antimon nguyên tố hợp kim quan trọng (chiếm 25% tổng lượng antimon) Antimon nguyên tố hợp kim thiếu hợp kim chữ in Vàng Là kim loại người biết đến sử dụng từ sớm, có màu vàng, kiểu mạng lập phương diện tâm Khối lượng nguyên tử 196,96; khối lượng riêng 19,26 g/cm3 Nhiệt độ nóng chảy 10630C, nhiệt độ sơi 2950oC Vàng có độ bền hóa học cao, khơng bị hịa tan axít (trừ ch ất cường toan), có độ dẫn điện dẫn nhiệt cao, dễ biến dạng kéo sợi Vàng bề ngồi đẹp Vàng chủ yếu sử dụng làm tiền tệ đồ trang sức Hợp kim vàng v ới bạc, đồng, platin, thiếc vật liệu lý tưởng cho động phản lực, tên lửa, máy bay siêu thanh, công tắc điện đặc biệt, làm vật liệu hàn Vàng dùng đ ể mạ trang trí cho màu sắc đẹp bền Vàng nguyên tố quý hi ếm Molipđen Molipđen kim loại có màu xám, kiểu mạng tinh thể lập phương thể tâm Khối lượng nguyên tử 95,95; khối lượng riêng 10,2 g/cm3 Nhiệt độ nóng chảy 2620 ± 10oC, nhiệt độ sơi gần 4800oC Mo nâng cao độ bền thép, tăng tính chống ram thép.Mo có tính ch ất tương tự wonfram nên người ta dùng thay cho W thép cắt nhanh Mo làm thép bị thiên tích, tăng độ dẻo biến dạng nóng, tăng tính hàn G ần 90% Mo dùng làm nguyên tố hợp kim cho thép Hợp chất Mo dùng công nghiệp gốm sứ, làm chất xúc tác