CHƯƠNG 6. HỢP KIM MẦU VÀ BỘT 263 6.1. Nhôm và hợp kim nhôm 263 6.2. Đồng và hợp kim đồng 271 6.3. Hợp kim ổ trượt 278 6.4.Hợp kim bột 283 CHƯƠNG 6 HỢP KIM MẦU VÀ BỘT 263 6 1 Nhôm và hợp kim nhôm 263 6 2 Đồng và hợp kim đồng 271 6 3 Hợp kim ổ trượt 278 6 4 Hợp kim bột 283 CHƯƠNG 6 HỢP KIM MẦU VÀ BỘT Người ta chia các kim loại ra hai nhóm.
CHƯƠNG HỢP KIM MẦU VÀ BỘT 6.1 Nhôm hợp kim nhôm 6.2 Đồng hợp kim đồng 6.3 Hợp kim ổ trượt 6.4.Hợp kim bột CHƯƠNG HỢP KIM MẦU VÀ BỘT Người ta chia kim loại hai nhóm lớn kim loại đen (sắt hợp kim sắt) kim loại màu gồm kim loại lại Sự phân chia thơng dụng song lại mang tính chất quy ước, khơng dựa thực tế khách quan (khơng phải sắt có màu đen, cịn kim loại khác có mầu cả) Nói chung kim loại màu hợp kim chúng dùng đắt sắt, thép, gang, sử dụng cần thận trọng Theo mức độ thơng dụng chia kim loại hợp kim mầu làm hai loại chính: Thơng dụng thơng dụng Các kim loại hợp kim mầu thông dụng kim loại hợp kim mầu thường dùng nhơm, đồng, thiếc, chì, kẽm titan nữa, chúng vật liệu kết cấu Theo đặc tính người ta thường chia kim loại mầu thành nhóm sau: - Nhẹ: Li, K, Na, Mg, Be, Al, Ti - Nặng: Pb, Cu, Zn, Ni, Co, Mn, Sn, Sb, Cr, Bi, Hg, As - Quý: Au, Pt, Ag, Pd, Ir, Rh, Rb, Os - Hiếm: W, Mo, Ta, V, Se, Te, In, Zr, Tl, Se, Y, Ce, La, Pr - Phóng xạ: U, Pu, Th Trong chương khảo sát hợp kim mầu kết cấu bao gồm nhôm, đồng, titan hợp kim ổ trượt 6.1 Nhơm hợp kim nhơm Khác với sắt có lịch sử hàng nghìn năm, nhơm có lịch sử khoảng kỷ nay, có tiền đồ to lớn trữ lượng lớn (gần gấp lần sắt), nhẹ (gần gấp lần sắt), tương đối bền (hợp kim nhơm siêu bền có giới hạn bền không thép cacbon kết cấu) tính chống ăn mịn cao (cao sắt nhiều) Hiện nhôm hợp kim nhôm dùng ngày rộng rãi làm đồ dùng hàng ngày mà chế tạo máy, xây dựng nhà cửa, đóng toa xe Người ta cho rằng, với kỹ thuật luyện nhôm ngày tiến bộ, nhôm hợp kim trở thành vật liệu kết cấu sắt, thép 6.1.1 Nhôm nguyên chất 6.1.1.1 Các đặc tính nhơm Khác với sắt, nhơm kim loại khơng có chuyển biến thù hình, có kiểu cấu trúc mạng tinh thể lập phương diện tâm với thông số mạng a = 4,04 đường kính ngun tử 2,86 Nhơm có đặc tính sau đây: - Khối lượng riêng nhỏ ( = 2,7g/cm3) nên dùng rộng rãi chế tạo máy bay - Tính chống ăn mịn cao: Nhơm ngun chất với độ cao có tính chống ăn mịn hố học điện hố cao, có lực mạnh với ơxi nên bề mặt ln ln có lớp màng oxyt Al 2O3 mỏng xít chặt, có tính bảo vệ cao Độ nhơm thấp, tính chống ăn mịn - Tính dẫn nhiệt dẫn điện cao: Độ dẫn điện nhôm cao ( = 2,62.10-6 .cm) 60% đồng, lại cộng thêm với đặc tính nhẹ, nên với trọng lượng nhau, nhôm dẫn điện tốt đồng Trong kỹ thuật điện dùng nhiều dây dẫn điện nhôm Độ dẫn nhiệt nhôm 0,3426 cal/cm.s.0C cao sắt thép - Nhiệt độ chảy thấp (660 0C) làm dễ dàng cho trình nấu luyện, song hợp kim nhôm không làm việc nhiệt độ cao 300 ÷ 400 0C Ẩn nhiệt kết tinh nóng chảy nhơm lớn, vật đúc nhôm nguội chậm trạng thái lỏng tạo điều kiện thuận lợi cho q trình biến tính tinh luyện Tuy nhiên tính đúc khơng cao độ co ngót lớn (tới 6%) - Độ bền,độ cứng tương đối thấp: Nhôm với độ cao sau cán ủ có b = 60N/mm2 = 60Mpa ; 0,2 = 20N/mm2 = 20MPa, 25HB tức 1/4 đến 1/6 sắt, khơng dùng nhôm nguyên chất làm chi tiết máy Trong máy móc thường dùng hợp kim nhơm có độ bền cao rõ rệt - Tính dẻo cao: Nhơm ngun chất dẻo, = 85%, = 40% dễ biến dạng trạng thái nguội trạng thái nóng Tính gia cơng cắt nhơm thấp 6.1.1.2 Các số hiệu nhơm ngun chất Rất khó luyện nhơm, ngun tố hoạt động mạnh Các tạp chất thường có nhơm sắt, silic, ngồi có đồng, kẽm, titan Sắt tạp chất có hại nhơm Từ giản đồ trạng thái Al - Fe (hình 1) thấy sắt hồ tan nhơm, nhiệt độ tinh 655C nhơm hồ tan 0,03% Fe, cịn nhiệt độ thường coi nhơm khơng hồ tan sắt Sắt tạo với nhôm pha tương ứng với công thức FeAl dòn, nên với lượng sắt dù nhỏ, biên giới hạt có tinh (Al + FeAl 3) tổ chức làm giảm mạnh độ dẻo nhôm Lượng sắt nhóm kỹ thuật thay đổi giới hạn 0,0015 - 1,1% FeAl3 1200 0C 1400 1100 1200 1000 1000 900 800 L+FeAl3 L+ L+Si 600 800 400 655 700 600 100%Al 10 15 20 Al+Si 200 Fel+ FeAl3 25 30 35 10 40 %Fe 20 30 40 100%Al Hình 6.1: Giản đồ trạng thái Al - Fe 50 60 70 80 90 100 %Si Hình 2: Giản đồ trạng thái Al - Si Riêng thân silic khơng phải tạp chất có hại Từ giản đồ trạng thái Al - Si (hình 2) coi nhơm khơng hồ tan silic ngược lại silic hồ tan nhiều nhơm nhiệt độ cao (ở nhiệt độ tinh Al hoà tan 1,65% Si), cịn nhiệt độ thường coi khơng hồ tan (0,09%) Giữa nhơm silic khơng tạo thành hợp chất hố học, tinh (Al + Si) bảo đảm tính đúc tốt khơng làm xấu tính Khi đồng thời có sắt silic nhôm xuất pha tương ứng với hợp chất hoá học ba nguyên tố Al, Fe, Si Các pha với FeAl3 có tính dịn cao làm xấu tính nhơm Nhơm có độ đặc biệt gồm có số hiệu A999 (> 0,001% tạp chất) Nhơm có độ cao gồm có số hiệu A995 A99, A97 A95 với lượng tạp chất không 0,005%, 0,01%, 0,03% 0,05% Nhơm có độ kỹ thuật gồm có số hiệu A85, A8, A7, A6, A5, A0 với lượng tạp chất không 0,15%, 0,20%, 0,30%, 0,40%, 0,50%, 1,00% Cơ tính nhơm phụ thuộc vào độ trạng thái Độ cao nhôm dẻo Biến dạng nguội làm tăng đáng kể độ bền nhôm A995 A5 A0 A0 A0 0,005 0,50 1,00 1,00 1,00 Cơ tính Trạng thái b N/mm2 Đúc 50 6570C Đúc 75 Đúc 90 biến dạng ủ 90 Biến dạng biến dạng 140 Nhiệt độ 0C Số hiệu Lượng tạp chất % Bảng 6.1 Cơ tính số số hiệu nhôm: Nhôm nguyên chất kỹ thuật dùng làm chi tiết 0,2 N/mm2 30 C 100 % HB 45 29 25 30 12 Đúc 15 20 25 25 32 +pha thứ hai D 100%Al C' Khơng hố bền nhiệt luyện Hố bền nhiệt luyện loại hợp kim nhơm Hình 6.3 Phân % nguyên tố hợp kim kết cấu không chịu tải, yêu cầu vật liệu đem chế tạo phải nhẹ, dẻo chống ăn mòn cao để làm khung, cửa, ống dẫn, xitec vận chuyển dầu mỏ, thùng chứa 6.1.1.3 Phân loại hợp kim nhôm Nhờ độ bền cao hơn, chế tạo máy người ta dùng nhôm trạng thái hợp kim Theo công nghệ chế tạo người ta chia hợp kim nhôm loại: đúc, biến dạng thiêu kết Hợp kim nhôm đúc hợp kim nhôm biến dạng chế tạo cách nấu chảy Căn để phân biệt ranh giới hai loại hệ hợp kim cho giản đồ trạng thái nhôm - nguyên tố hợp kim Hợp kim nhôm biến dạng hợp kim nhơm có thành phần ngun tố hợp kim nằm giới hạn dung dịch rắn, tức bên trái điểm C' Có thể nhiệt độ thường hợp kim chưa đạt tổ chức hồn tồn dung dịch rắn (có thêm pha thứ hai) nung đến nhiệt độ thích hợp (ví dụ cao CD) tổ chức vậy, dễ biến dạng (cán, rèn, rập) theo ý muốn Hợp kim nhôm biến dạng không chứa tinh nên dễ biến dạng nhiệt độ vùng pha mà nhiệt độ thường Trong khoảng thành phần hợp kim nhôm biến dạng lại chia hai phân nhóm: hố bền nhiệt luyện khơng hố bền nhiệt luyện Các hợp kim có thành phần bên trái điểm D nung nóng hay làm ngi khơng có chuyển biến pha nên khơng thể hố bền nhiệt luyện Các hợp kim có thành phần bên phải điểm D (từ D đến C'), nhiệt độ thường ngồi dung dịch rắn cịn có pha thứ hai, nung nóng, pha hồ tan hết vào dung dịch rắn làm nguội nhanh tổ chức dung dịch rắn bão hoà cố định lại trở nên không cân bằng, tiết pha phân tán làm độ bền tăng lên Hợp kim nhôm đúc hợp kim nhôm với thành phần nguyên tố hợp kim cho tổ chức chứa chủ yếu tinh có tính đúc cao Như nguyên tắc, hợp kim có thành phần bên phải điểm C' tổ chức đúc có tinh thuộc loại hợp kim nhôm đúc, nhiên thực tế thường dùng với thành phần rộng trước sau tinh Có nhận xét là, hợp kim nhôm đúc chứa lượng nguyên tố hợp kim cao so với hợp kim nhôm biến dạng Hợp kim nhôm thiêu kết loại hợp kim nhôm chế tạo từ nguyên tố ban đầu bột ép thiêu kết 6.1.2 Hợp kim nhơm biến dạng 6.1.2.1 Hợp kim nhơm khơng hố bền nhiệt luyện Các hợp kim có đặc tính độ bền khơng cao (tuy cao nhơm nguyên chất nhiều), tính dẻo cao chống ăn mòn tốt, thường làm chi tiết rập sâu Thuộc nhôm hợp kim thuộc hệ Al - Mn Al – Mg Theo giản đồ trạng thái Al - Mn (hình 6.4) hợp kim có thành phần 1,5%Mn, có tổ chức gồm dung dịch rắn pha thứ hai MnAl6 pha hồ tan vào dung dịch rắn tăng nhiệt độ Song hợp kim nhôm ln có sắt, lại tạo nên pha phức tạp (FeMn)Al thay cho MnAl6 Giống pha có chứa sắt khác hợp kim nhơm, pha phức tạp (FeMn)Al thay cho MnAl6 Giống pha có chứa sắt khác hợp kim nhơm, pha phức tạp (FeMn)Al3 khơng hồ tan vào nhơm nung nóng, hợp kim AMu khơng hố bền nhiệt luyện Khác với nguyên tố khác, Mn không làm xấu tính chống ăn mịn hợp kim nhơm, trái lại cịn làm tốt So với nhơm ngun chất, hợp kim AMu bền chống ăn mòn tốt AMr t,% t, 0C 700 L AMu 1+ 500 1,021% 300 500 17,4% +Mg2Al3() 100 +MnAl6 300 0C 10 657 1,4 Al 100 0,05 Al 0,5 1,5 Mg2Al3+L +L 20 A 600 30 L+ Mg,% L+CuAl2I L C trạng 540thái Hình 6.5: Giản đồ Al Mg (góc Al) 500 2,5 Mn% 400 +CuAl2A (+CuAl2) Hình 6.4: Giản đồ thái Theo giản đồtrạng trạng +CuAl2II+(+CuAl2) CuAl2 Al-Mn thái Al - Mg (hình 6.5) 300 hợp kim có thành phần 200 1,4%Mg có tổ chức gồm dung dịch rắn không 100 thể hoá bền nhiệt luyện D 0,5 5,65 10 20 30 33 40 50 Các hợp kim AMr %Co thường dùng có thành Hình 6.6: Giản đồ trạng thái Al-Cu 7%Mg Ở nhiệt độ thường có tổ chức gồm dung dịch rắn pha thứ hai Mg2Al3 (hoặc Mg5Al8), nung nóng Mg2Al3 hồ tan vào gây hoá bền nhiệt luyện, song hiệu nhỏ lượng Mg hợp kim thấp giới hạn hoà tan dung dịch rắn nhiều (3,7% so với 17,4%) Hợp kim Al - Mg có khối lượng riêng nhỏ (do Mg nhẹ), độ bền cao hơn, tỉnh dẻo tốt tính chống ăn mịn so với nhơm ngun chất Các hợp kim Al-Mn Al-Mg dùng trạng thái ủ biến cứng, biến cứng dùng trạng thái biến cứng độ dẻo thấp 6.1.2.2 Hợp kim nhơm hố bền nhiệt luyện Giới hạn bền, MN/m2 Hợp kim nhơm biến dạng, hố bền nhiệt luyện hợp kim nhôm quan trọng nhất, vật liệu kết cấu ứng dụng rộng rãi kỹ thuật Cơ sở hợp kim loại hợp kim Al - Cu với 4% Cu Hợp kim Al với 4% Cu Để khảo sát hợp kim ta xét giản đồ trạng thái Al - Cu trình bày hình Từ thấy đồng hồ tan nhiều nhơm nhiệt độ cao (tới 5,65% nhiệt độ tinh 548 0C) lại giảm nhanh hạ nhiệt độ (còn 0,5% 00C) tiết pha CuAl với ký hiệu CuAl2II để rõ tiết từ trạng thái rắn Cùng tinh ( + CuAl2) tạo thành với lượng Cu cao (33%) nên dùng hệ hợp kim Al - Cu để đúc Trong hệ Al - Cu cỉ dùng hợp kim thuộc nhóm biến dạng mà điển hình hợp kim có 4% Cu Ta xét kỹ chuyển biến pha hợp kim nhiệt luyện đặc điểm thấy hợp kim nhơm biến dạng hố bền nhiệt luyện Từ giản đồ trạng thái hình 6.6 thấy rõ hợp kim có tổ chức gồm dung dịch rắn (có 0,5% Cu) phần tử pha CuAl2II tiết từ dung dịch rắn (hình 6.7a) Nung nóng hợp kim lên đến nhiệt độ cao đường hoà tan giới hạn CD (khoảng 5200C), phần tử CuAl2II hoà tan hết vào dung dịch rắn nên sau tơi (bằng cách Hình 6.7: Sơ đồ tổ chức tế vi hợp kim nhôm với làm nguội nhanh nước) 4%Cu, a - trạng thái ủ, b - trạng thái sau có dung dịch rắn q bão hồ chứa tới 4% Cu Tổ chức tế vi hợp kim sau dung dịch rắn Điều đáng ý sau độ bền hợp kim tăng lên không đáng kể (b trạng thái ủ 450 200N/mm2, trạng thái sau 400 tơi 250N/mm2), sau hố già độ bền tăng lên mạnh 350 Có thể thấy rõ điều từ đường cong hoá già tự nhiên hợp 300 Trạng thái tơi kim trình bày hình 6.8 250 Khác với thép, sau hợp Trạng thái ủ 200 kim nhôm với 4% Cu giữ độ dẻo cao, ưu việt quan trọng mặt cơng Thời gian, ngày nghệ cho phép hiệu Hình 6.8: Các đường cong hố già đuara chỉnh cong vênh, chí biến (hợp kim Al - Cu - Mg) nhiệt độ dạng dẻo với mức độ lớn chi tiết Nhiệt luyện hố bền hợp kim nhơm bao gồm tơi hố già Tuỳ thuộc vào nhiệt độ hố già đạt hiệu hóa bền khác trình bày hình 6.9 Khi hố già tự nhiên 20 0C thời gian q trình dài độ bền đạt giá trị lớn Khi hoá già nhân tạo nhiệt độ cao nhiệt độ thường (ví dụ 100, 150, 200 0C) thời gian trình ngắn lại song độ bền đạt giá trị không cao hoá già tự nhiên, vượt thời gian định độ bền lại giảm Khi hoá già nhiệt độ q thấp, q trình hố bền xảy chậm không 200C 420 b, MN/m2 1000C 1500C 400 380 2000C -50C 360 340 320 -500C 300 Thời gian, ngày Hình 6.9: Sự thay đổi độ bền hợp kim nhơm với 4% Cu hố già tự nhiên Cơ chế hố bền hợp kim nhơm: Sự hố bền hợp kim nhơm tơi hố già giải thích theo chế Guniee Prestơn đưa từ đầu kỷ này, sau thực nghiệm chứng minh phương pháp vật lý đại Ngun nhân q trình hố bền dung dịch rắn giàu đồng tạo thành sau tơi q bão hồ khơng ổn định, có xu hướng trở trạng thái ổn định dung dịch rắn nghèo đồng (0,5%Cu) CuAl2II Quá trình tiết pha ổn định CuAl2II (cịn gọi pha ) từ dung dịch rắn bão hoà trình phức tạp qua nhiều giai đoạn với cấu trúc trung gian khác nhau: vùng G - P liền mạng, pha bàn liền mạng Những cấu trúc trung gian có kích thước bé, phân bố thể tích tạo nên trường ứng suất đàn hồi xung quanh có tác dụng hoá bền mạnh Trong giai đoạn hoá già nguyên tử Cu từ chỗ phân bố nút mạng có tính chất ngẫu nhiên, tập trung vùng định mạng tinh thể Do mạng tinh thể dung dịch rắn có vùng có nồng độ Cu cao (>4%Cu) gọi vùng G - P (Gunie - Prestôn) Do ngun tử Cu có kích thước bé ngun tử Al mà cấu trúc vùng G - P lại liền mạng với cấu trúc nên vùng G - P gây xô lệch lớn mạng tinh thể làm cho độ bền độ cứng hợp kim tăng lên Vùng G - P có dạng đĩa với kích thước nhỏ, dày từ vài đến vài chục cịn bán kính từ hàng chục đến hàng trăm ăngstrong Cần ý kích thước vùng G - P phụ thuộc vào nhiệt độ hoá già, nhiệt độ cao kích thước lớn Khi hố già nhân tạo (với nung nóng cao nhiệt độ thường), giai đoạn I trình kể xảy thời gian ngắn nhiệt độ cao 1000C q trình hố già không dừng lại tạo thành vùng G - P, nhiệt độ q trình hố già tiếp tục xảy theo giai đoạn II, giai đoạn tạo pha giả ổn định ' có thành phần gần giống với CuAl có cấu trúc riêng Các phần tử ' có dạng tấm, liên kết bán liền mạng với có tác dụng hoá bền cao Độ bền cao đạt hoá già ứng với giai đoạn I II, tức ứng với tạo thành vùng G - P hay pha ' chưa tách khỏi dung dịch rắn Hoá già nhiệt độ thấp ( 4680C) pha õ có độ dẻo cao pha õ’ trật tự hoá tồn nhiệt độ thấp Thường dùng latông hai pha LCuZn40 dạng tấm, băng, ống, dây để làm chi tiết rập yêu cầu độ bền cao * Latông phức tạp Trong latông phức tạp, ngồi Cu Zn người ta cịn đưa vào nguyên tố đặc biệt để cải thiện số tính chất hợp kim Các nguyên tố đặc biệt cho vào latông Pb, Sn, Al, Ni Cho Pb vào latơng để làm tăng tính cắt gọt Latơng hai pha LCuZn40Pb1 (59%Cu, 1%Pb, cịn lại 40%Zn) có tính cắt gọt tốt Pb khơng hồ tan Cu, tạo thành hạt riêng rẽ tổ chức dễ làm gãy phoi Hợp kim dùng làm chi tiết gia công cắt sau đúc mà không biến dạng Cho Sn vào latông để làm tăng tính chống ăn mịn mơi trường nước biển LCuZn29Sn1 (có 70%Cu 1%Sn) dùng để làm ống chi tiết máy tàu biển Cho Al Ni vào latơng để làm tăng tính Ví dụ LCuZn36Al3Ni2 (có 59%cu, 3%Al, 2%Ni) có σb = 500N/mm2 δ = 42% Ngồi tính chất khí cơng nghệ nêu, latơng cịn có tính chơng ăn mịn cao khơng khơng khí nước máy Latơng hai pha có tính chống ăn mịn latơng pha Nhược điểm latơng có khuynh hướng tự nứt Sau biến dạng nguội, chi tiết latông cịn tồn ứng suất dư bên trong, dễ bị ăn mịn nứt khơng khí ẩm, amoniăc nước biển La tơng có chứa nhiều 20%Sn dễ có tật hỏng Để tránh sau biến dạng nguội phải ủ 250 – 300 0C 1h hay cho vào 1,0 – 1,5%Si 6.2.3 Đồng (Brông ) Brông hợp kim đồng với nguyên tố trừ Zn, người ta phân biệt brông khác theo nguyên tố hợp kim chủ yếu đưa vào, ví dụ hợp kim Cu – Sn gọi brông thiếc, Cu – Al gọi brông nhôm… * Brông thiếc Brông thiếc hợp kim đồng với nguyên tố hợp kim chủ yếu thiếc Nó hợp kim loài người biết dùng 12 Hình 6.11 Giản đồ trạng thái Cu – Sn Giản đồ trạng thái Cu – Sn giản đồ trạng thái phức tạp, khoảng 20 – 50% thiếc tạo nên nhiều pha phức tạp nên chưa đợc nghiên cứu thật kỹ Trong thực tế dùng brông với lượng < 15%Sn - Về tính, lượng thiếc thấp ( TC cấu tử tinh Điều kiện: Tỷ lệ pha lỏng < 30 %thể tích Đặc điểm: Xít chặt cao, thời gian thiêu ngắn, sai lệch kích thước lớn (5 ÷ 25%) Ví dụ: WC – Co Các loại: -Thiêu kết áp lực: Xít chặt cao, xốp thấp, bao gồm: + Ép nhiệt độ cao (1500 ÷ 2500 0C), khn graphit, lực ép P = 30MPa, độ xít chặt 95 ÷ 98% dùng cho hợp kim cứng bit, nitrit, borit khơng cần chất dính + Ép nhiệt độ trung bình (800 ÷ 1100 0C), khn kim loại, P = 200MPa, dùng cho vật liệu kết cấu -Thiêu kết áp lực phóng điện:P = 100MPa, điện trường mạnh phóng điện vài giây, phủ hợp kim cứng lên bề mặt chi tiết, dao cắt tiếp điểm -Ép nóng đẳng tĩnh: T = 1000 ÷ 15000C, P = 100 ÷ 200MPa, khí Ar, dùng cho chi tiết máy, dụng cụ… 6.4.1.2 Ưu, nhược điểm phương pháp + Ưu điểm: - Hiệu kinh tế - kỹ thuật cao sản lượng lớn đầu tư ban đầu cao - Nguyên liệu bột sử dụng gần triệt để, không hay phải gia công cắt - Về chất lượng: dễ bảo đảm độ đồng nhất, xác thành phần tổ chức tính chất - Một số sản phẩm chế tạo cơng nghệ bột: Vật liệu cứng, siêu cứng, bạc xốp… 22 + Nhược điểm: Cấu trúc khơng xít chặt (độ xốp thay đổi rộng từ đến 50%), có tính khơng cao Đầu tư ban đầu lớn, hao phí tạo bột đắt, chi tiết phức tạp khó lực ép 6.4.2 Vật liệu cắt Ứng dụng quan trọng khí làm dao cắt hợp kim cứng 6.4.2.1 Hợp kim cứng 6.4.2.1.1 Thành phần hoá học số liệu Thành phần chủ yếu loại hợp kim cứng cacbit vonfram (WC), cacbit titan (TiC) cacbit tantan (TaC) dạng hạt nhỏ dính kết với kim loại cơban 6.4.2.1.2.Tính chất Do cacbit chiếm tỷ lệ lớn (>90%) nên hợp kim cứng có đặc tính chung cacbit là: cứng, có nhiệt độ nóng chảy cao mà khơng phải qua nhiệt luyện, dịn Ngồi lượng chất dính kết cơban có ảnh hưởng nhỏ đến tính chất hợp kim cứng Bản chất độ cứng tính cứng nóng cao hợp kim cứng định chủ yếu chất cacbit kể Các kim loại vonfram, titan tantan kim loại chuyển tiếp có đường kính ngun tử lớn, cacbit chúng WC, TiC TaC pha xen kẽ có kiểu mạng đơn giản có độ cứng, nhiệt độ chảy tính ổn định cao Hợp kim cứng có tính cứng nóng cao 800 ÷ 1000 0C, tốc độ cắt tới hàng trăm m/phút 6.4.2.1.3.Các loại hợp kim cứng dùng làm dao cắt Có thể phân hợp kim cứng làm ba phần: - Nhóm hợp kim cứng cacbit - cacbit vonfram ký hiệu BK số số phần trăm cơban, cịn lại số phần trăm WC Ví dụ BK8 có 8% Co, cịn lại 92% WC - Nhóm hợp kim cứng hai cacbit - cacbit vonfram cacbit titan, ký hiệu TK số số phần trăm TiC Co, lại số phần trăm WC Ví dụ T15K6 có 15% TiC, 6% Co, lại 79% WC - Nhóm hợp kim cứng ba cacbit - WC, TiC TaC ký hiệu TTK số số phần trăm tổng lượng TiC + TaC Co Ví dụ TT7K12 có 7% (TiC+TaC); 12% Co lại (81%) WC 23 Bảng 6.6: Một số mác hợp kim cứng nhóm 1, bit %Co mà tăng độ bền tăng, độ cứng giảm 6.4.2.1.4.Cách chế tạo Các hợp kim chế tạo phương pháp luyện kim bột Trong phương pháp nấu chảy mẻ liệu, mẻ liệu rắn dạng bột có kích thước hạt nhỏ trộn thật đem ép thành miếng có hình dạng đơn giản, sau đem nung lên đến nhiệt độ thích hợp (thiêu kết) để chất dính kết liên kết hạt với thành khối vững Để chế tạo hợp kim cứng phải qua bước sau đây: - Đầu tiên phải chế tạo vonfram nguyên chất cách hoàn nguyên WO dịng khí hyđrơ 700 - 9000C Bột vonfram thơ (hạt lớn) thu đem nghiền nhỏ máy nghiền bì, sau qua sàng để lấy kích thước hạt nhỏ định (0,10 - 1,15m tới - 5m) - Trộn bột vonfram với bồ hóng (muội than) nung lên 1400 0C để bột cacbit vonfram Để chế tạo loại hai cacbit người ta trộn thêm TiO vào hỗn hợp để sau nung hỗn hợp hai cacbit - Trộn bột cacbit với bột cô ban nhiều để làm thành phần - ép hỗn hợp áp suất lớn P = 100 ÷ 400MPa để thành lưỡi cắt nhỏ, hình dạng đơn giản nung sơ nhiệt độ 900 0C thời gian để tạo cho hỗn hợp độ bền cần thiết để gia công - Cắt gia công máy cắt kim loại: phay, tiện 24 - Thiêu kết lần cuối 1400 - 1500 0C để tạo thành hợp kim cứng Khi cơban chảy mềm dính hạt cacbit lại với tạo thành hợp kim cứng với liên kết chặt hạt Các hợp kim cứng sau chế tạo xong cứng khơng thể gia cơng khí được, cách gia công chúng mài loại đá mài đặc biệt 6.4.2.2 Vật liệu làm đĩa cắt Dao (đĩa ) cắt kim cương nhân tạo hay nitrit bo (BN) dùng rộng rãi cắt kim loại, đá Chúng làcác vật liệu siêu cứng (HV 8000 ÷ 10000) Có thể có dạng sau - Bột kim cương trộn với ÷ 2% bột B, Be Si ( Chất dính kết ) ép nóng áp suất cao tới 12GPa nhiệt độ khoảng 3000 0C, đạt HV 8000 - Bột kim cương bột BN rải lên bề mặt hợp kim cứng ép nóng áp suất ÷ 8GPa khoảng 18000C, lúc phần nhỏ Co, chí W, Ti hợp kim cứng tiết thành chất dính kết với lớp siêu cứng, đạt HV 5000 ÷ 8000 - Bột kim cương bột BN trộn với khoảng 20 ÷ 30% bột kim loại (chất dính kết ), ép nóng áp suất ÷ GPa 1200 ÷ 1600 0C đạt độ cứng 4000 ÷ 5000HV thích hợp với dụng cụ cắt đĩa Kim cương có độ cứng cao (HV 10000) lại bị hạn chế nhiệt độ sử dụng ( cắt với tốc độ cao, bon khuếch tán vào sắt, thép )nên dao cắt với BN có ưu việt Ví dụ cắt gang xám với tốc độ 1800 ÷ 2000m/ phút CÂU HỎI ƠN TẬP Câu 1: Đồng hợp kim đồng Câu 2: Nhôm hợp kim nhôm Câu 3: Các loại hợp kim ổ trượt 25 ... khơng dùng hợp kim có hai ngun Al - Cu làm hợp kim biến dạng hoá bền nhiệt luyện, song hợp kim nhôm với 4% Cu lại sở hầu hết hợp kim nhơm loại Hợp kim rèn bền nóng: Các chi tiết làm hợp kim nhôm... hoá bền nhiệt luyện hợp kim nhôm quan trọng nhất, vật liệu kết cấu ứng dụng rộng rãi kỹ thuật Cơ sở hợp kim loại hợp kim Al - Cu với 4% Cu Hợp kim Al với 4% Cu Để khảo sát hợp kim ta xét giản đồ... hợp kim đồng theo thành phần hoá học Theo thành phần hoá học, hợp kim đồng chia hai nhóm chính: latơng (hợp kim với Zn) Brơng (hợp kim với nguyên tố trừ Zn) 6.2.2 Đồng thau (Latông) La tông hợp