(TIỂU LUẬN) báo cáo môn học vật liệu học đề tài đề tài al cu

BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM Báo cáo môn học Vật liệu học Đề tài : Đề tài : Al - Cu Giảng viên hướng dẫn: Nguyễn Nhựt Phi Long Thành viên nhóm: Phạm Anh Khoa - 21143064 Phạm Hồng Tùng - 21143097 Lê Gia Khánh - 21143356 Thành phố Hồ Chí Minh, Tháng 06 năm 2022 ĐỒNG VÀ 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, với độ 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 lượng nhỏ làm giảm 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 biệt 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 thiện 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, hợp kim khác đồng mang tên riêng: latông brơng, latơng hợp kim Cu - Zn, brông tên chung hợp kim Cu nguyên tố Zn 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, 2xx - latông (Cu - Zn) đơn giản, 4xx - latông phức tạp, 5xx - brông thiếc, 6xx - brông nhôm, 7xx brông nhôm, 8xx 9xx - hợp kim đồng đúc Để ký hiệu trạng thái gia công hóa bền, nước phương Tây dung ký hiệu O, H, T nhôm (riêng trạng thái tạo phơi thơ ký hiệu M), song có chữ số khác Ví dụ, hóa bền biến dạng nguội có từ H00 (tương đương với H11 nhôm) đến H04 (~ H18) H06, H08, H10, H12, H13, H14 Latong 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 có nhiều tên gọi khác nữa) Các từ nước ngồi tương ứng là: Pháp - laiton, Anh - brass, Nga - латунь Hình 6.8 Giản đồ pha Cu - Zn Latơng 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, chứa tới 39%Zn 454oC Đó pha latơng pha latơng Zn, định quan trọng tính chất latơng Điều đặc biệt Zn hịa tan vào Cu 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 cơng 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 dùng latông 45%Zn với tổ chức hoàn toàn β' Trong thực tế thường dùng ≤ 40%Zn với hai loại pha α hai pha α + β Latông pha (α) thường chứa 35%Zn Do có tính dẻo cao loại biến dạng cán nguội thành bán thành phẩm, làm chi tiết máy qua dập Latơng chứa Zn thấp, - 12%, có màu đỏ nhạt tính chất giống đồng (nhưng tốt hơn) dùng làm đồ dùng chi tiết giả đồng tiền xu, huy chương, khuy áo, fecmơtuya Latơng 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 lộn”, 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 cải thiện 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 Để 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 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 Brơng hợp kim Cu với nguyên tố Zn Sn, Al, Be gọi brông thiếc, brông nhôm, brông berili (riêng hợp kim Cu - Ni không gọi brông) Các từ nước tương ứng là: bronze (Anh, Pháp), бронза - (Nga) a Brông Thiếc Brông thiếc (hợp kim Cu - Sn) hợp kim cổ xưa mà loài người biết sử dụng, thực tế gọi brơng nên hiểu brơng thiếc (như biết theo vật liệu sử dụng, loài người trải qua thời kỳ đồ đá - Stone Age, thời kỳ đồ đồng - Bronze Age) 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 mạnh 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 biến 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 Giản đồ pha Cu - Sn (góc Cu) 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 thiếc) nên brông thiếc chứa Zn, Pb dùng để đúc tác phẩm nghệ thuật: tượng đài, chng, phù điêu, họa tiết trang trí Brông Nhôm 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 công nghiệp hay nước biển Brông nhôm 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, không cứng, song ram 500oC γ2 tiết dạng nhỏ mịn, làm tăng mạnh độ bền, lại gây giịn nên brông nhôm chứa 10 - 13%Al ram cao có 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) Hợp kim Cu - In Cu - Zn - In Như biết, từgiản đồ pha Cu - Ni hai nguyên tốnày hịa tan vơ hạn vào nên ln ln có vùng tổ chức pha kiểu mạng A1 Ni hịa tan vơ hạn vào Cu làm tăng mạnh độbền, độ cứng, tính chống mài mịn nước biển Hợp kim Cu - Ni với 10 - 30%Ni (ví dụ CDA 715 có 30%Ni) dùng làm ngưng tụ tàu biển, ống dẫn nước biển, công nghiệp hóa học Hợp kim Cu với 17 - 27%Zn - 18%Ni dùng làm dây biến trở, với tổ chức dung dịch rắn nên có điện trở suất cao có màu bạc niken  ... 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 Al2 O3 nên hợp kim Cu - Al chịu đựng tốt khí cơng... độ bền, lại gây giịn nên brơng nhơm chứa 10 - 13 %Al tơi ram cao có 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... với БрAЖ9-4) Hợp kim Cu - In Cu - Zn - In Như biết, từgiản đồ pha Cu - Ni hai ngun tốnày hịa tan vơ hạn vào nên ln ln có vùng tổ chức pha kiểu mạng A1 Ni hịa tan vơ hạn vào Cu làm tăng mạnh độbền,