Bài giảng Vật liệu học: Chương 6 Hợp kim màu và bột, được biên soạn gồm các nội dung chính sau: Hợp kim nhôm; Hợp kim đồng; Hợp kim ổ trượt; Hợp kim bột. Mời các bạn cùng tham khảo!
Chương Hợp kim màu bột 20-June-12 Chương Hợp kim giản đồ pha 6.1 Hợp kim 6.2 Hợp kim 6.3 Hợp kim 6.4 Hợp kim nhôm đồng ổ trượt bột 20-June-12 6.1 Hợp kim nhôm 6.1.1 Nhôm nguyên chất & phân loại Đặc điểm - Nhẹ, bền ăn mịn khí quyển, tính dẻo cao (A1), dẫn điện nhiệt tốt - Chịu nhiệt (6600C), độ bền độ cứng thấp (b = 60MPa, HB = 25) Hợp kim nhôm phân loại - Nguyên tố HK: Cu,Zn, Mg, Si, Mn, Ti, Fe… - Phân loại dựa vào giới hạn hòa tan CF 20-June-12 6.1 Hợp kim nhôm 6.1.1 Nhôm nguyên chất & phân loại Hệ thống kí hiệu HK nhơm - TCVN 1659-75: Bắt đầu chữ Al, kí hiệu nguyên tố HK số %: AlCu5Mg, Al99, Al99,5 - Tiêu chuẩn Hoa kỳ (AA) (Aluminum Association) xxxx xxx.x HK Al biến dạng HK Al đúc 1xxx - Al ( 99,0%) 1xx.x - Al thương phẩm 2xxx - Al - Cu, Al - Cu - Mg 2xx.x - Al – Cu 3xxx - Al - Mn 3xx.x - Al - Si - Mg, Al - Si - Cu 4xxx - Al - Si 4xx.x - Al - Si 5xxx - Al - Mg 5xx.x - Al - Mg 6xxx - Al - Mg - Si 6xx.x - khơng có 7xxx - Al - Zn - Mg, Al - Zn - Mg – Cu 7xx.x - Al – Zn 8xxx - Al - nguyên tố khác 8xx.x - Al - Sn 20-June-12 6.1 Hợp kim nhôm 6.1.2 Hợp kim nhơm biến dạng khơng hóa bền nhiệt luyện Nhơm - Al thương phẩm 99,0%Al, có tính chống ăn mịn, 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) AA1350 (cáp điện) Hợp kim Al-Mn - Giới hạn hòa tan Mn (1,8% 6590C), tạp chất Fe, Si làm giảm mạnh giới hạn hòa tan Mn: hóa bền biến dạng - Chống ăn mòn tốt, dễ hàn: thay cho Al cần tính cao 20-June-12 6.1 Hợp kim nhơm 6.1.2 Hợp kim nhơm biến dạng khơng hóa bền nhiệt luyện Hợp kim Al-Mg - Thường dùng < 4% Mg (giới hạn hòa tan 15% 4150C) - Nhẹ nhất, độ bền khá, hóa bền biến dạng tốt, biến dạng nóng, biến dạng nguội hàn tốt, bền ăn mịn tốt sau anod hóa - AA5050, AA5052, AA5454 20-June-12 6.1 Hợp kim nhôm 6.1.2 Hợp kim nhôm biến dạng hóa bền nhiệt luyện - HK Al quan trọng nhất, tính cao nhất, khơng thua thép C Hợp kim Al-Cu Al-Cu-Mg - Hòa tan cực đại (5,65% 5480C) - Hòa tan cực tiểu (0,5% nhiệt độ phòng) - Đặc điểm tổ chức tế vi: + Sau ủ: 0,5% +(CuAl2) - b = 200MPa + Sau tơi: (q bão hịa 4%Cu) - b = 250300MPa - Cơ chế hóa bền tơi + hóa già: + (Al(Cu)4%) GP ’’ ’ (CuAl2) + Hóa già tự nhiên: 5-7 ngày + Hóa già nhân tạo: 100-2000C - Họ AA 2xxx (đura): 4%Cu, 0,5-1,5%Mg, pha hóa bền CuAl2, CuMg5Al5, CuMgAl2: AA 2014 AA 2024: kết cấu máy bay, dầm khung chịu lực xe tải 20-June-12 6.1 Hợp kim nhôm 6.1.2 Hợp kim nhơm biến dạng hóa bền nhiệt luyện Hợp kim Al-Mg-Si Al-Zn-Mg - Al-Mg-Si: họ AAx6xxx, AA 6061 AA 6070: độ bền đura, dẻo tính hàn tốt, sau ép chảy, anod hóa; pha hóa bền Mg2Si - Al-Zn-Mg: họ AA 7xxx: Zn = 4-8%, Mg = – 3%, Cu = 2%có độ bền cao (b > 550MPa); nhiệt độ tơi 350-5000C, pha hóa bền MgZn Al2Mg3Zn 3, nguội KK nước nóng 20-June-12 6.1 Hợp kim nhơm 6.1.3 Hợp kim nhôm đúc - Thành phần gần tổ chức tinh - Dễ chảy, dễ đúc biến tính, nguội nhanh để tăng 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 tính (từ b = 130MPa, = 3% lên b = 180MPa, = 8%) Hợp kim Al-Si-Mg (silumin phức tạp) - Ngồi Al, Si cịn có < 1%Mg, 3-5%Cu cải thiện tính đúc tính; phải qua nhiệt luyện hóa bền, pha hóa bền Mg2Si có tính đúc tốt: đúc piston (AA 390.0) 20-June-12 6.2 Hợp kim đồng 6.2.1 Đồng nguyên chất phân loại HK đồng Các đặc tính đồng đỏ - Dẫn nhiệt, dẫn điện tốt, dẻo, dễ kéo sợi, tính hàn, chống ăn mòn - Khối lượng riêng lớn ( = 8,94g/cm3) , tính gia cơng cắt tính đúc Phân loại HK đồng - Phân loại theo nguyên tắc giống HK nhôm - Phân loại theo truyền thống: Latông (Cu-Zn) 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 HK Cu-Be 4xx - latông phức tạp 2xx - latông đơn giản 5xx - brông thiếc 8xx 9xx - HK đồng đúc 6xx - brông Al, Si 7xx - brông Ni, Ag 20-June-12 6.2 Hợp kim đồng 6.2.2 Latông Latông đơn giản - Thường dùng < 45%Zn, tổ chức pha (< 35%Zn) hai pha + - Tăng Zn, độ dẻo tăng, max với 30%Zn Latông pha () - < 35%Zn, dẻo cao - Latông - 20%Zn (LCuZn20, CDA 240): màu Au - Latông - 30%Zn (LCuZn30, CDA 260): dẻo độ bền lớn nhất, làm vỏ đạn Latông hai pha ( + ) - Với 40%Zn (LCuZn40, CDA 280) dễ căt, bền cứng hơn, biến dạng nóng Latơng phức tạp - Có thêm Pb (< 4%) dễ đúc, cắt gọt, Sn (1%), Al (2-3%) chống ăn mòn nước biển; Si – tăng bền, cải thiện tính hàn đúc, Ni (10-20%) – tăng bền, tạo tính khơng gỉ - LCuZn40Pb: dễ cắt, LCuZn29Sn: đồng thau Hải quân 20-June-12 6.2 Hợp kim đồng 6.2.3 Brông - Là HK Cu với nguyên tố khác Zn: Sn, Al, Be…(brông thiếc, brông Al, brông berili…(riêng Cu-Ni gọi cuni) Brông thiếc Cu-Sn - Loại biến dạng: < (8-10)%Sn, tính cao, chống ăn mịn nước biển tốt latơng, thêm Pb để cải thiện tính gia cơng 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, chng, phu điêu… 20-June-12 6.2 Hợp kim đồng 6.2.3 Brông Brông Al: Cu-Al, thêm Ni (5%), Fe (4%): tăng bền, chịu ăn mòn mài mòn; Si (2%): tăng độ bền khả biến dạng nóng - Brơng Al pha: (5-9)%Al, chịu ăn mịn tốt mơi trường khí cơng nghiệp nước biển: chế tạo ngưng tụ hơi, chi tiết bơm…: CDA 614 (đồ dùng lính thủy), CDA 608 (đúc tiền xu) - Brơng Al hai pha: > 9,4%Al, tổ chức gồm + (Cu3Al mạng A2), sau ram cao (5000C) có tính cao - Brơng đúc: > 10%, thành phần giống loại 2pha 20-June-12 6.2 Hợp kim đồng 6.2.3 Brông Brông berili - (0,25-2%)Be, sau (750-790)0C nước, hóa già 3200C, có tính đàn hồi cao, khơng phát tia lửa điện, chịu ăn mịn nhiệt độ cao: chế tạo chi tiết đàn hồi thiết bị 6.2.4 Hợp kim Cu-Ni Cu-Zn-Ni - Cu Ni hịa tan vơ hạn, tăng mạnh độ bền, độ cứng, tính chống ăn mịn nước biển - (10-30)%Ni dùng làm ngưng tụ tàu biển, ống dẫn nước biển, cơng nghiệp hóa học - (17-27)%Zn (8-18)%Ni dùng làm dây biến trở, có điện trở cao 20-June-12 6.4 Hợp kim ổ trượt 6.4.1 HK ổ trượt có nhiệt độ chảy thấp: Pb, Sn - Rất mền, làm mịn cổ trục - Hệ số ma sát nhỏ, giữ dầu tốt - Không chịu áp suất nhiệt độ Babit thiếc - 83%Sn + 11%Sb + 6%Cu: PbSnSb11Cu6 (OCTƂ83); 88%Sn + 8%Sb + 3%Cu + 1%(Ni+Cd): SnSb8CuNi - Tổ chức: -Sn(Sb) + ’-SnSb + Cu 3Sn Babit chì - (6-16)%Sn + (6-16)%Sb + 1%Cu: PbSn6Sb6Cu1 (Ƃ6), PbSn16Sb16Cu2 (Ƃ16) - Tổ chức: (Pb+Sb) + SbSn + Cu3Sn: nhiều hạt cứng giòn 20-June-12 6.4 Hợp kim ổ trượt 6.4.2 Hợp kim nhơm - Ma sát nhỏ, nhẹ, tính dẫn nhiệt cao, chống ăn mịn cao dầu, tính cao hơn, tính cơng nghệ - Hệ Al-Sn (3-20)%Sn, có thêm Cu, Ni, Si: AlSn3Cu1, AlSn9Cu2 – đúc, AlSn20Cu1 – trạng thái biến dạng (bimental), chịu áp lực cao (200-300kG/mm2), tốc độ vòng lớn (15-20)m/s 20-June-12 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 20-June-12 6.5 Hợp kim bột 6.5.1 Khái niệm chung VL ban đầu bột phối liệu ép thiêu kết sản phẩm Cơng nghệ bột: nghiền, hồn ngun từ oxyt, điện phân CVD, PVD… Ép: 100-1000MPa Thiêu kết: - T = (2/3-3/4)Tc - Thiêu kết áp lực: VL kết cấu - Thiêu kết áp lực phóng điện: dụng cụ cắt Ưu điểm: - Hiệu kinh tế cao - Ít tổn hao vl - Đồng tổ chức tính chất - Chế tạo VL cứng, siêu cứng Nhược điểm: - Cấu trúc khơng sít chặt - Cơ tính khơng cao - Đầu tư ban đầu lớn - Hao phí tạo bột Đắt, chi tiết phức tạp khó áp lực 20-June-12 6.5 Hợp kim bột 6.5.2 Vật liệu cắt mài Hợp kim cứng - Tính cứng nóng cao (800-1000)0C - Tốc độ cắt cao hàng trăm m/min - Thành phần hóa học chế tạo: + WC chiếm tỷ lệ cao nhất, TiC, TaC cứng, nhiệt độ nóng chảy cao; Co làm chất kết dính (khơng qua nhiệt luyện + Tạo bột cacbit hoàn nguyên WO3 H2 (700-800)0C + Trộn bột cacbit với Co ép + Nung sơ bộ: 9000C + Nung thiêu kết (1450-1500)0C 20-June-12 6.5 Hợp kim bột 6.5.2 Vật liệu cắt mài Hợp kim cứng 20-June-12 6.5 Hợp kim bột 6.5.2 Vật liệu cắt mài Vật liệu đĩa cắt - Vật liệu bột siêu cứng (HV 8000-10000) - 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 20-June-12 6.5 Hợp kim bột 6.5.3 Vật liệu kết cấu Hợp kim Al bột - Al-Al2O3: (5-20)%Al2O3 - b = (300-450)Mpa (300-350)0C Hợp kim Fe-bột 20-June-12 6.5 Hợp kim bột 6.5.4 Hợp kim xốp thấm Bạc tự bôi trơn - Cu-10%Sn, hợp kim Al, xốp 25% - Tẩm dầu chân không – 750C Màng lọc - Bột đồng đẳng trục - Độ xốp cao phân bố (30-50)% 20-June-12 The end 20-June-12 ... - Al ( 99,0%) 1xx.x - Al thương phẩm 2xxx - Al - Cu, Al - Cu - Mg 2xx.x - Al – Cu 3xxx - Al - Mn 3xx.x - Al - Si - Mg, Al - Si - Cu 4xxx - Al - Si 4xx.x - Al - Si 5xxx - Al - Mg 5xx.x - Al -. .. 5xx.x - Al - Mg 6xxx - Al - Mg - Si 6xx.x - khơng có 7xxx - Al - Zn - Mg, Al - Zn - Mg – Cu 7xx.x - Al – Zn 8xxx - Al - nguyên tố khác 8xx.x - Al - Sn 20-June-12 6. 1 Hợp kim nhơm 6. 1.2 Hợp kim... Thép gió bột 20-June-12 6. 5 Hợp kim bột 6. 5.3 Vật liệu kết cấu Hợp kim Al bột - Al-Al2O3: ( 5-2 0)%Al2O3 - b = (30 0-4 50)Mpa (30 0-3 50)0C Hợp kim Fe-bột 20-June-12 6. 5 Hợp kim bột 6. 5.4 Hợp kim xốp