Vật liệu kim loại ( Hoàng Văn Vương ) - Chương 6. Hợp kim màu và bột pptx

09/2010 1 Chương 6. Hợp kim màu và bột Chương 6. Hợp kim và giản đồ pha 6.1 Hợp kim nhôm 6.2 Hợp kim đồng 6.3 Hợp kim ổ trượt 6.4 Hợp kim bột 09/2010 2 Chương 6.1 Hợp kim nhôm 6.1.1 Nhôm nguyên chất & phân loại Đặc điểm -Nhẹ, bền ăn mòn khí quyển, tính dẻo cao (A 1 ), dẫn điện và nhiệt tốt -Chịu nhiệt kém (660 0 C), độ bền và độ cứng thấp (σ b = 60MPa, HB = 25) Hợp kim nhôm và phân loại - Nguyên tố HK: Cu,Zn, Mg, Si, Mn, Ti, Fe… - Phân loại dựa vào giới hạn hòa tan CF Chương 6.1 Hợp kim nhôm 6.1.1 Nhôm nguyên chất & phân loại Hệ thống kí hiệu HK nhôm - TCVN 1659-75: Bắt đầu bằng chữ Al, tiếp theo là kí hiệu của nguyên tố HK cùng chỉ số %: AlCu5Mg, Al99, Al99,5 - Tiêu chuẩn Hoa kỳ (AA) (Aluminum Association) xxxx và xxx.x HK Al biến dạng 1xxx - Al sạch (≥ 99,0%) 2xxx -Al -Cu, Al -Cu -Mg 3xxx -Al -Mn 4xxx -Al -Si 5xxx -Al -Mg 6xxx -Al -Mg -Si 7xxx -Al -Zn -Mg, Al -Zn -Mg –Cu 8xxx - Al - các nguyên tố khác HK Al đúc 1xx.x - Al sạch thương phẩm 2xx.x - Al – Cu 3xx.x -Al -Si -Mg, Al -Si -Cu 4xx.x - Al - Si 5xx.x - Al - Mg 6xx.x - không có 7xx.x - Al – Zn 8xxx -Al -Sn 09/2010 3 Chương 6.1 Hợp kim nhôm 6.1.2 Hợp kim nhôm biến dạng không hóa bền bằng nhiệt luyện Nhôm sạch -Al thương phẩm ≥ 99,0%Al, có tính chống ăn mòn, độ bền thấp, mềm, dẻo, dễ biến dạng nguội: tăng độ bền, độ cứng - VN: A0, A5, A6…; A85, A95, A995… - Hoa kỳ: AA1060 (làm thùng chứa) và AA1350 (cáp điện) Hợp kim Al-Mn -Giới hạn hòa tan Mn (1,8% ở 659 0 C), tạp chất Fe, Si làm giảm mạnh giới hạn hòa tan Mn: chỉ hóa bền bằng biến dạng -Chống ăn mòn tốt, dễ hàn: thay cho Al sạch khi cần cơ tính cao hơn Chương 6.1 Hợp kim nhôm 6.1.2 Hợp kim nhôm biến dạng không hóa bền bằng nhiệt luyện Hợp kim Al-Mg -Thường dùng < 4% Mg (giới hạn hòa tan 15% ở 415 0 C) -Nhẹ nhất, độ bền khá, hóa bền biến dạng tốt, biến dạng nóng, biến dạng nguội và hàn tốt, bền ăn mòn tốt nhất sau anod hóa - AA5050, AA5052, AA5454 09/2010 4 Chương 6.1 Hợp kim nhôm 6.1.2 Hợp kim nhôm biến dạng hóa bền bằng nhiệt luyện - HK Al quan trọng nhất, cơ tính cao nhất, không thua kém thép C Hợp kim Al-Cu và Al-Cu-Mg - Hòa tan cực đại (5,65% ở 548 0 C) - Hòa tan cực tiểu (0,5% ở nhiệt độ phòng) - Đặc điểm tổ chức tế vi: + Sau ủ: α 0,5% + θ(CuAl 2 ) - σ b = 200MPa + Sau tôi: α (quá bão hòa 4%Cu) - σ b = 250- 300MPa -Cơ chế hóa bền tôi + hóa già: + α(Al(Cu) 4% ) → GP →θ ’’ →θ ’ →θ(CuAl 2 ) + Hóa già tự nhiên: 5-7 ngày + Hóa già nhân tạo: 100-200 0 C -Họ AA 2xxx (đura): 4%Cu, 0,5-1,5%Mg, pha hóa bền CuAl 2 , CuMg 5 Al 5 , CuMgAl 2 : AA 2014 và AA 2024: kết cấu máy bay, dầm khung chịu lực xe tải Chương 6.1 Hợp kim nhôm 6.1.2 Hợp kim nhôm biến dạng hóa bền bằng nhiệt luyện Hợp kim Al-Mg-Si và Al-Zn-Mg - Al-Mg-Si: họ AAx6xxx, AA 6061 và AA 6070: độ bền kém đura, dẻo và tính hàn tốt, sau ép chảy, anod hóa; pha hóa bền Mg 2 Si - Al-Zn-Mg: họ AA 7xxx: Zn = 4-8%, Mg = 1 – 3%, Cu = 2%có độ bền cao nhất (σ b > 550MPa); nhiệt độ tôi 350-500 0 C, pha hóa bền MgZn 2 và Al 2 Mg 3 Zn 3, nguội trong KK hoặc nước nóng 09/2010 5 Chương 6.1 Hợp kim nhôm 6.1.3 Hợp kim nhôm đúc - Thành phần gần tổ chức cùng tinh -Dễ chảy, dễ đúc có thể biến tính, nguội nhanh để tăng cơ tính -Hợp kim chủ yếu Si (Mg, Cu) Hợp kim Al-Si (silumin đơn giản) - Si = 10-13% -Biến tính: 0,05-0,08% (2/3NaF+1/3NaCl): tăng cơ tính (từ σ b = 130MPa, δ = 3% lên σ b = 180MPa, δ = 8%) Hợp kim Al-Si-Mg (silumin phức tạp) - Ngoài Al, Si còn có < 1%Mg, 3-5%Cu cải thiện tính đúc và cơ tính; phải qua nhiệt luyện hóa bền, pha hóa bền Mg 2 Si có tính đúc tốt: đúc piston (AA 390.0) Chương 6.2 Hợp kim đồng 6.2.1 Đồng nguyên chất và phân loại HK đồng Các đặc tính của đồng đỏ -Dẫn nhiệt, dẫn điện tốt, rất dẻo, dễ kéo sợi, tính hàn, chống ăn mòn -Khối lượng riêng lớn ( ρ = 8,94g/cm 3 ) , tính gia công cắt và tính đúc kém Phân loại HK đồng - Phân loại theo nguyên tắc giống HK nhôm - Phân loại theo truyền thống: Latông (Cu-Zn) và Brông (Cu-các nguyên tố HK khác), Cu-Sn Hệ thống kí hiệu HK Cu - Tiêu chuẩn Hoa Kỳ - CDA (Copper Development Association): CDAxxx 1xx - đồng đỏ và HK Cu-Be 2xx - latông đơn giản 6xx - brông Al, Si 4xx - latông phức tạp 5xx - brông thiếc 7xx - brông Ni, Ag 8xx và 9xx - HK đồng đúc 09/2010 6 Chương 6.2 Hợp kim đồng 6.2.2 Latông Latông đơn giản -Thường dùng < 45%Zn, tổ chức một pha α (< 35%Zn) hoặc hai pha α + β -Tăng Zn, độ dẻo tăng, max với 30%Zn Latông một pha (α) - < 35%Zn, dẻo cao - Latông - 20%Zn (LCuZn20, CDA 240): màu như Au - Latông - 30%Zn (LCuZn30, CDA 260): dẻo và độ bền lớn nhất, làm vỏ đạn Latông hai pha (α + β) -Với 40%Zn (LCuZn40, CDA 280) dễ căt, bền và cứng hơn, có thể biến dạng nóng Latông phức tạp - Có thêm Pb (< 4%) dễ đúc, cắt gọt, Sn (1%), Al (2-3%) ch ống ăn mòn trong nước biển; Si – tăng bền, cải thiện tính hàn và đúc, Ni (10-20%) – tăng bền, tạo tính không gỉ - LCuZn40Pb: dễ cắt, LCuZn29Sn: đồng thau Hải quân Chương 6.2 Hợp kim đồng 6.2.3 Brông -LàHK của Cu với các nguyên tố khác Zn: Sn, Al, Be…(brông thiếc, brông Al, brông berili…(riêng Cu-Ni gọi là cuni) Brông thiếc Cu-Sn -Loại biến dạng: < (8-10)%Sn, cơ tính cao, chống ăn mòn trong nước biển tốt hơn latông, thêm Pb để cải thiện tính gia công cắt gọt, dùng Zn thay cho thiếc: BCuSn4Zn4Pb4 -Loại đúc: > 10%Sn tổng lượng HK > 12%, BCuSn5Zn5Pb5, BCuSn10Sn2, chống ăn mòn tốt, tính đúc cao: đúc tác phẩm nghệ thuật, trang trí, chuông, phu điêu… 09/2010 7 Chương 6.2 Hợp kim đồng 6.2.3 Brông Brông Al: Cu-Al, thêm Ni (5%), Fe (4%): tăng bền, chịu ăn mòn và mài mòn; Si (2%): tăng độ bền và khả năng biến dạng nóng - Brông Al một pha: (5-9)%Al, chịu ăn mòn tốt trong môi trường khí công nghiệp và nước biển: chế tạo bộ ngưng tụ hơi, chi tiết bơm…: CDA 614 (đồ dùng lính thủy), CDA 608 (đúc tiền xu) - Brông Al hai pha: > 9,4%Al, tổ chức gồm α + β (Cu 3 Al mạng A 2 ), sau tôi và ram cao (500 0 C) có cơ tính cao - Brông đúc: > 10%, thành phần có thể giống loại 2pha Chương 6.2 Hợp kim đồng 6.2.3 Brông Brông berili - (0,25-2%)Be, sau tôi (750-790) 0 C trong nước, hóa già ở 320 0 C, có tính đàn hồi cao, không phát ra tia lửa điện, chịu ăn mòn ở nhiệt độ cao: chế tạo chi tiết đàn hồi và thiết bị 6.2.4 Hợp kim Cu-Ni và Cu-Zn-Ni - Cu và Ni hòa tan vô hạn, tăng mạnh độ bền, độ cứng, tính chống ăn mòn trong nước biển - (10-30)%Ni dùng làm bộ ngưng tụ của tàu biển, ống dẫn nước biển, trong công nghiệp hóa học - (17-27)%Zn và (8-18)%Ni được dùng làm dây biến trở, có điện trở rất cao 09/2010 8 Chương 6.4 Hợp kim ổ trượt 6.4.1 HK ổ trượt có nhiệt độ chảy thấp: Pb, Sn -Rất mền, ít làm mòn cổ trục -Hệ số ma sát nhỏ, giữ dầu tốt - Không chịu được áp suất và nhiệt độ Babit thiếc - 83%Sn + 11%Sb + 6%Cu: PSnSb11Cu6 (ΓOCTƂ83); 88%Sn + 8%Sb + 3%Cu + 1%(Ni+Cd): SnSb8CuNi -Tổ chức: α-Sn(Sb) + β ’ -SnSb + Cu 3 Sn Babit chì - (6-16)%Sn + (6-16)%Sb + 1%Cu: PbSn6Sb6Cu1 (Ƃ6), PbSn16Sb16Cu2 (Ƃ16) -Tổ chức: (Pb+Sb) + SbSn + Cu 3 Sn: nhiều hạt cứng và giòn Chương 6.4 Hợp kim ổ trượt 6.4.2 Hợp kim nhôm - Ma sát nhỏ, nhẹ, tính dẫn nhiệt cao, chống ăn mòn cao trong dầu, cơ tính cao hơn, tính công nghệ hơi kém -Hệ Al-Sn (3-20)%Sn, có thêm Cu, Ni, Si: AlSn3Cu1, AlSn9Cu2 – đúc, AlSn20Cu1 – trạng thái biến dạng (bimental), chịu được áp lực cao (200-300kG/mm 2 ), tốc độ vòng lớn (15-20)m/s 09/2010 9 Chương 6.4 Hợp kim ổ trượt 6.4.3 Hợp kim khác Hợp kim đồng - Brông Sn: BCuSnZn4Pb4 (biến dạng), BCuSn5Zn5Pb5 (đúc) - Brông Pb: BCuPb30, BCuSn8Pb12, BCuSn10Pb10; Gang xám, gang cầu, gang dẻo Chương 6.5 Hợp kim bột 6.5.1 Khái niệm chung VL ban đầu → bột → phối liệu → ép → thiêu kết → sản phẩm Công nghệ bột: nghiền, hoàn nguyên từ oxyt, điện phân CVD, PVD… Ép: 100-1000MPa Thiêu kết: - T = (2/3-3/4)T c - Thiêu kết dưới áp lực: VL kết cấu - Thiêu kết dưới áp lực và phóng điện: dụng cụ cắt Ưu điểm: -Hiệu quả kinh tế cao - Ít tổn hao vl - Đồng đều tổ chức và tính chất -Chế tạo VL cứng, siêu cứng Nhược điểm: -Cấu trúc không sít chặt -Cơ tính không cao - Đầu tư ban đầu lớn - Hao phí khi tạo bột → Đắt, chi tiết phức tạ p khó đều áp lực 09/2010 10 Chương 6.5 Hợp kim bột 6.5.2 Vật liệu cắt và mài Hợp kim cứng - Tính cứng nóng cao (800-1000) 0 C -Tốc độ cắt cao hàng trăm m/min - Thành phần hóa học và chế tạo: +WC chiếm tỷ lệ cao nhất, TiC, TaC rất cứng, nhiệt độ nóng chảy cao; Co làm chất kết dính (không qua nhiệt luyện +Tạo bột cacbit bằng hoàn nguyên WO 3 bằng H 2 (700-800) 0 C +Trộn bột cacbit với Co và ép + Nung sơ bộ: 900 0 C + Nung thiêu kết (1450-1500) 0 C Chương 6.5 Hợp kim bột 6.5.2 Vật liệu cắt và mài Hợp kim cứng [...]... Chương 6.5 Hợp kim bột 6.5 .2 Vật liệu cắt và mài Vật liệu đĩa cắt - Vật liệu bột siêu cứng (HV 800 0-1 000 0) - Bột kim cương nhân tạo + (1 - 2)% BN + B, Be, Si (chất kết dính) Vật liệu mài - Bột mài: SiO2, Al2O3, SiC, BN, kim cương Thép gió bột Chương 6.5 Hợp kim bột 6.5 .3 Vật liệu kết cấu Hợp kim Al bột - Al-Al2O3: (5 -2 0)% Al2O3 - σb = (3 0 0-4 50)Mpa (3 0 0-3 5 0)0 C Hợp kim Fe -bột 11 09/2010 Chương 6.5 Hợp kim. .. kim Al bột - Al-Al2O3: (5 -2 0)% Al2O3 - σb = (3 0 0-4 50)Mpa (3 0 0-3 5 0)0 C Hợp kim Fe -bột 11 09/2010 Chương 6.5 Hợp kim bột 6.5 .4 Hợp kim xốp và thấm Bạc tự bôi trơn - Cu-10%Sn, hợp kim Al, xốp 25% - Tẩm dầu trong chân không – 750C Màng lọc - Bột đồng đều đẳng trục - Độ xốp cao phân bố đều (3 0-5 0)% Thank you Have a good result of test! 12 . 09/2010 1 Chương 6. Hợp kim màu và bột Chương 6. Hợp kim và giản đồ pha 6. 1 Hợp kim nhôm 6. 2 Hợp kim đồng 6. 3 Hợp kim ổ trượt 6. 4 Hợp kim bột 09/2010 2 Chương 6. 1. kim cương Thép gió bột Chương 6. 5 Hợp kim bột 6. 5.3 Vật liệu kết cấu Hợp kim Al bột -Al-Al 2 O 3 : (5 -2 0)% Al 2 O 3 - σ b = (3 0 0-4 50)Mpa (3 0 0-3 5 0) 0 C Hợp