Bài giảng Vật liệu học: Chương 3 - Hợp kim và giãn đồ pha được biên soạn gồm các nội dung chính sau: Cấu trúc tinh thể của hợp kim; Các loại giản đồ pha; Giản đồ pha Fe-C (Fe-Fe3C); Phân loại thép-gang theo GĐP;... Mời các bạn cùng tham khảo bài giảng dưới đây để nắm được nội dung chi tiết nhé!
Chương 3: HỢP KIM & GIẢN ĐỒ PHA 3.1 Cấu trúc tinh thể hợp kim Hợp kim gì? vật thể gồm nhiều nguyên tố mang tính kim loại Nhiều nguyên tố: nguyên tố kim loại, ngun tố cịn lại kim loại phi kim Mang tính kim loại: tính dẫn điện, dẫn nhiệt, tính dẻo, dễ biến dạng có anh kim Thành phần ngun tố tính hợp kim - Thành phần phần trăm khối lượng (thường dùng) - Thành phần phần trăm nguyên tử Một số chi tiết làm từ hợp kim Vì phải nghiên cứu hợp kim? Vì có số ưu việt gia cơng, tính kinh tế so với KL nguyên chất Có độ bền cao chịu tải trọng cao đảm bảo vật liệu khơng q cứng dẫn đến phá huỷ giịn Có tính cơng nghệ đa dạng Có giá thành rẻ Một số khái niệm: Cấu tử: nguyên tố (hoặc hợp chất hoá học bền vững) Hệ: dùng để tập hợp vật thể riêng biệt HK điều kiện xác định Pha: phần đồng hệ có cấu trúc tính chất cơ-lý-hố tính xác định Trạng thái cân ổn định: điều kiện P, T thành phần xác định cấu trúc, tính chất hệ khơng phụ thuộc thời gian Trạng thái không cân (không ổn định): điều kiện P, T thành phần thay đổi cấu trúc, tính chất hệ chuyển sang trạng thái cân Trạng thái giả ổn định: điều kiện P, T thành phần xác định, hệ tồn trạng thái lượng cao ttcb ổn định Hợp kim Al-Cu với hai pha Pha Pha Giữa pha ln có bề mặt phân cách Các loại tương tác hợp kim Khơng có tương tác Các cấu tử khơng hồ tan, tương tác vào thể vùng với màu sắc khác ảnh tổ chức tế vi Có tương tác - Hoà tan vào tạo dung dịch rắn (giữ nguyên kiểu mạng nền) - Phản ứng hoá học tạo hợp chất với kiểu mạng khác Dung dịch rắn Dung dịch rắn gì? pha đồng nhất, có cấu trúc mạng dung mơi thành phần thay đổi Dụng dịch rắn thay nguyên tử nguyên tố hồ tan thay vị trí nút mạng nguyên tử nguyên tố dung môi Điều kiện thay (hồ tan) vơ hạn - tương quan kiểu mạng - tương quan kích thước - tương quan nồng độ điện tử - tương quan tính âm điện Dụng dịch rắn xen kẽ ngun tử ngun tố hồ tan phải có kích thước nhỏ để nằm lọt lỗ hổng dung mơi Ngun tử xen kẽ Các đặc tính dung dịch rắn - Kiểu mạng tinh đơn gian: A1, A2… - Tăng độ cứng, độ bền, tính chống mài mòn rõ rệt so với kim loại nguyên chất - Tăng khả chống ăn mịn điện hố cho vật liệu Pha trung gian Thế pha trung gian? hợp chất hố học có hợp kim Đặc điểm: - Có kiểu mạng tinh thể phức tạp, khác hẳn với nguyên tố thành phần - Có thể biểu diễn cơng thức xác định AmBn - Tính chất khác hẳn so với nguyên tố thành phần (do kiểu mạng tinh thể khác nhau) - Có nhiệt độ nóng chảy xác định, toả nhiệt tạo thành Một số pha trung gian: xen kẽ, điện tử Laves tài liệu tham khảo Giản đồ pha loại (tiếp theo) Với điều kiện nguội vơ chậm, q trình kết tinh hợp kim mơ tả: a có pha lỏng b bắt đầu tiết pha rắn với 46%Ni c tồn pha tính % pha d hết pha lỏng e có pha rắn Cu Ni Giản đồ pha loại giản đồ hệ hai cấu tử tương tác hồ tan có hạn Một số ý: aEb đường lỏng Nhiệt độ vào X1 X2 X3 X Lỏng (L) a b acdb đường đặc dụng dịch rắn hoà tan B A L+ c dụng dịch rắn hoà L+ d + tan A B Tại E xảy phản ứng tinh: E Ag %B L (+) Bài tồn: mơ tả q trình kết tinh hợp kim X, X1, X2, X3 f B Giản đồ pha loại (tiếp theo) Hợp kim X1 Pb Hợp kim X2 Sn Pb Sn Giản đồ pha loại (tiếp theo) Hợp kim X Giản đồ pha loại (tiếp theo) Hợp kim X3 Giản đồ pha loại Là giản đồ pha hai cấu tử có tương tác hoá học tạo pha trung Nhiệt độ gian AmBn Lỏng (L) a c L+A E1 L+AmBn E2 L+AmBn AmBn+B A+AmBn A b B+AmBn AmBn B Cách nghiên cứu: tách thành hai giản đồ pha cấu tử loại Một số phản ứng giản đồ pha Phản ứng bao tinh phản ứng pha lỏng + pha rắn sinh pha rắn * Phản ứng bao tinh * Nhiệt độ phản ứng tạo nên pha rắn đồng thời từ pha rắn ban đầu * Tiết pha khỏi dung dịch rắn * nguyên tố hồ tan có giới hạn dung mơi Fe %C Quan hệ GĐP – Tính chất hợp kim Tính chất pha thành phần Tính chất hỗn hợp pha Quan hệ GĐP -Tính chất 3.3 Giản đồ pha Fe-C (Fe-Fe3C) Tương tác Fe C - Sự hoà tan C vào Fe: dạng dung dịch rắn xen kẽ - Fe (A2): hồ tan (0,02%C) - Fe (A1): hoà tan nhiều (2,14%C) - Fe (A2): hồ tan (0,1%C) - Tương tác hố học Fe C Fe3C Giản đồ pha Fe-C (Fe-Fe3C) (tiếp theo) +Fe3CIII (P) +XeII P+XeII +XeII+(+Fe3C) P+XeII+(P+Fe3C) (+Fe3C) L+XeI (+Fe3C)+Fe3C (P+Fe3C)+XeI +P Fe Fe3C Các chuyển biến nguội chậm Chuyển biến bao tinh: 14930 với hợp kim có 0,1-0,5%C 0,1+ L0,5 0,16 0,1%C L 0,5%C Chuyển biến tinh: 11470 với hợp kim có %C > 2,14 Chuyển biến tinh L4,3 2,14 + Fe3C6,67 Chuyển biến tích: 7270 0,76 0,02 + Fe3C6,67 Chuyển biến tích Các tổ chức pha GĐP Fe-Fe3C Ferít (Fe ) Dung dịch rắn hoà tan C Fe ( giới hạn hoà tan 0,02%C 7270C) Dẻo, mềm, bền Austenit (Fe ) Dung dịch rắn hoà tan C Fe ( giới hạn hoà tan 2,14%C 11470C) Dẻo, mềm Xêmentit (Fe3C ) - XeI: sinh từ Lỏng Dạng thẳng, thô tô tổ chức - XeII: sinh từ Fe giảm nồng độ C Có thể tạo lưới bao quanh biên hạt giảm dẻo dai hợp kim - XeIII: sinh từ Fe giảm nồng độ C Graphit (C ) Các tổ chức hai pha GĐP Fe-Fe3C Peclit (P ) hỗn hợp tích F Xe sinh từ Austenit 7270C 0,76%C thành phần pha P: 88%F + 12%Xe loại P, P P hạt Lêđêburit (Le ) hỗn hợp tinh Austenit Xe tạo thành từ pha lỏng 4,43%C 11470C Phân loại thép-gang Thép: hợp kim Fe-C với hàm lượng C < 2,14% Đặc điểm: - Khi nung nóng đạt tổ chức pha Austenit có độ dẻo cao, dễ biến dạng - Có thể coi thép vật liệu dẻo, biến dạng nguội, nóng - Tính đúc Gang: hợp kim Fe-C với hàm lượng C > 2,14% Đặc điểm: - Khi nung nóng khơng đạt tổ chức pha Austenit biến dạng nguội, nóng - Có khả điền đầy khn tốt tính đúc cao - Tính dẻo gang Phân loại thép-gang theo GĐP - Thép trước tích - Théo tích - Thép sau tích - Gang trước tinh - Gang tinh - Gang sau tinh ... (+) Bài tồn: mơ tả trình kết tinh hợp kim X, X1, X2, X3 f B Giản đồ pha loại (tiếp theo) Hợp kim X1 Pb Hợp kim X2 Sn Pb Sn Giản đồ pha loại (tiếp theo) Hợp kim X Giản đồ pha loại (tiếp theo) Hợp. .. hoá học Fe C Fe3C Giản đồ pha Fe-C (Fe-Fe3C) (tiếp theo) +Fe3CIII (P) +XeII P+XeII +XeII+(+Fe3C) P+XeII+(P+Fe3C) (+Fe3C) L+XeI (+Fe3C)+Fe3C (P+Fe3C)+XeI +P Fe Fe3C Các chuyển biến nguội... Tiết pha khỏi dung dịch rắn * ngun tố hồ tan có giới hạn dung môi Fe %C Quan hệ GĐP – Tính chất hợp kim Tính chất pha thành phần Tính chất hỗn hợp pha Quan hệ GĐP -Tính chất 3. 3 Giản đồ pha Fe-C