Bài giảng Luyện kim vật lý: Chương 2 - Ảnh hưởng của nhiệt đến tổ chức và tính chất của kim loại được biên soạn gồm các nội dung chính sau: Tổ chức và tính chất kim loại sau biến dạng dẻo; Nung kim loại đã qua biến dạng dẻo; Công thức Johnson-Mehl-Avrami-Kolmogorov; Biến dạng nóng và biến dạng nguội. Mời các bạn cùng tham khảo chi tiết bài giảng tại đây!
08/03/2020 Luyện kim vật lý Physical Metallurgy Giảng viên: GVC ThS Nguyễn Văn Đức TS Hoàng Văn Vương Viện: Khoa học Kỹ thuật vật liệu Hanoi University of Science and Technology www.hust.edu.vn Ảnh hưởng nhiệt đến tổ chức tính chất kim loại HUST – MSE • • • • 2.1 Tổ chức tính chất kim loại sau biến dạng dẻo 2.2 Nung kim loại qua biến dạng dẻo 2.3 Công thức Johnson-Mehl-Avrami-Kolmogorov 2.4 Biến dạng nóng biến dạng nguội Hanoi University of Science and Technology www.hust.edu.vn 2.1 Tổ chức tính chất kim loại sau biến dạng dẻo HUST – MSE Hanoi University of Science and Technology www.hust.edu.vn 08/03/2020 2.1 Tổ chức tính chất kim loại sau biến dạng dẻo HUST – MSE Ứng suất chảy dẻo Ứng suất chảy dẻo Hợp kim đa pha Đa tinh thể Đơn tinh thể Hanoi University of Science and Technology www.hust.edu.vn 2.1 Tổ chức tính chất kim loại sau biến dạng dẻo HUST – MSE Thép TRIP (Transformation induced plasticity) • • • • Blocky RA: Austenit dư dạng khối (retained austenite) Film-like RA: Austenit dư dạng phiến DCs: đám lệch (dislocation cells) (0,5-1)m DDWs: tường lệch mật độ cao (dense dislocation walls) Ảnh TEM trước biến dạng (a), 5% (b), 10% (c), 15% (d), 20% (e) Hanoi University of Science and Technology JunLu, Materials 2018, 11,2285 www.hust.edu.vn 2.1 Tổ chức tính chất kim loại sau biến dạng dẻo HUST – MSE Thép TRIP (Transformation induced plasticity) (1) Dưới tác dụng ứng suất, pha austenit có mức biế n dạng lớn đến, tiếp đến bainit-ferit, ferit biến dạng nhỏ - RA dạng khối biên hạt ferit ổn định so v ới dạng phiến tổ chức bainit-ferit - Khi ứng suất tập trung biên hạt, RA dạng khố i chuyển biến mactenixt dẫn đến biến ng dẻo ban đầu hạt ferit thơ hình thành đám lệch (2) Tăng mức độ biến dạng, đám lệch dịch chuyển ( trượt, leo) tương tác, chồng lên hình nh nên tường lệch RA dạng phiến tiếp tục chuyể n biến (3) Đám lệch tường lệch tiếp tục đường hình nh biến dạng dẻo tăng lên (4) Các hạt ferit bị phân chia tường lệch đám lệch hình thành nên hạt ferit nhỏ mịn làm tă ng khả độ bền thép Hanoi University of Science and Technology JunLu, Materials 2018, 11,2285 www.hust.edu.vn 08/03/2020 2.1 Tổ chức tính chất kim loại sau biến dạng dẻo HUST – MSE Tổ chức Các hạt có xu hướng dài theo phương biến dạng ε = 40-50% hạt bị phân nh ỏ kéo dài tạo thớ ε = 70-90% hạt bị quay, p hương mạng số song song tổ chức textua biến dạng Hanoi University of Science and Technology www.hust.edu.vn 2.1 Tổ chức tính chất kim loại sau biến dạng dẻo HUST – MSE Tính chất Hạt tinh thể bị kéo dài theo phương biến dạng : tính dị hướ ng Ứng suất dư lớn xô lệch mạng tinh thể (tăng mật độ lệch) Hanoi University of Science and Technology www.hust.edu.vn 2.1 Tổ chức tính chất kim loại sau biến dạng dẻo HUST – MSE Tính chất: - Cơ tính thay đổi: độ bền, độ cứng tăng; độ dẻo, độ dai giảm Điện trở tăng, khả chống ăn mòn giảm Hanoi University of Science and Technology www.hust.edu.vn 08/03/2020 2.1 Tổ chức tính chất kim loại sau biến dạng dẻo HUST – MSE Trạng thái kim loại sau biến dạng dẻo - Sau biến dạng dẻo hạt bị kéo dài thep phương biến dạng, có tổ chức thớ (biến dạng lớn có tổ chức textua) - Xơ lệch mạng lớn, mật độ lệch cao - Tồn ứng suất dư Kim loại bị hóa bền biến cứng (TT không cân bằng): b, ch, đh, HB tăng; , ak giảm Tại cần phải nung kim loại qua biến dạng dẻo - Để tiếp tục biến dạng dẻo - Để gia cơng cắt gọt dễ dàng - Khử bỏ ứng suất tránh phá hủy giòn Hanoi University of Science and Technology www.hust.edu.vn 10 2.2 Nung kim loại qua biến dạng dẻo HUST – MSE • Ba giai đoạn: Hồi phục Kết tinh lại Lớn hạt (kết tinh lại lần 2) Hanoi University of Science and Technology www.hust.edu.vn 11 2.2 Nung kim loại qua biến dạng dẻo HUST – MSE Hồi phục Khuếch tán nguyên tử đến vùng kéo điền đầy bán mặt nguyên tử Hanoi University of Science and Technology Lệch biên leo hình thành mặt trượt www.hust.edu.vn 12 08/03/2020 2.2 Nung kim loại qua biến dạng dẻo HUST – MSE Kết tinh lại: nung nhiệt độ xác định T≥Tktl Quá trình hình thành hạt theo chế tạo mầm phát triển mầm kết tinh • Mầm đồng thể (Homogeneous nucleation) Gtotal r G - Sự thay đổi tổng lượng tự - Bán kính mầm - Năng lượng tự thể tích - Năng lượng tự bề mặt riêng • d(G)/dr = Hanoi University of Science and Technology www.hust.edu.vn 13 2.2 Nung kim loại qua biến dạng dẻo HUST – MSE Kết tinh lại: nung nhiệt độ xác định T≥Tktl Quá trình hình thành hạt theo chế tạo mầm phát triển mầm kết tinh - Xuất mầm không chứa sai lệch biến dạng, thường vùng bị xô lệch mạnh (mặt trượt, biên hạt); - Biến dạng dẻo mạnh, số lượng tâm mầm nhiều, hạt nhỏ mịn Hanoi University of Science and Technology www.hust.edu.vn 14 2.2 Nung kim loại qua biến dạng dẻo HUST – MSE Sau kết tinh lại kim loại có tổ chức hạt đa cạnh, đẳng trục Kích thước hạt phụ thuộc: ε%, Tủ , τủ Độ dẻo tăng, bền, cứng giảm (thải bền) Tktl = a.Tnc (0K), a= 0,2-0,3; 0,4; 0,5-0,8 Fe - 450oC, Cu - 270 oC, Al - 100oC, Pb, Zn, Sn < 25 oC Hanoi University of Science and Technology www.hust.edu.vn 15 08/03/2020 2.2 Nung kim loại qua biến dạng dẻo HUST – MSE Biến dạng ủ Vật liệu ban đầu, mật độ lệch Vật liệu sau biến dạng, mật độ lệch nhiều Ủ tạo mầm phát triển hạt Ủ hồi phục Kết tinh lại hoàn toàn hạt nhỏ mịn Hanoi University of Science and Technology www.hust.edu.vn 16 2.2 Nung kim loại qua biến dạng dẻo HUST – MSE Lớn hạt: nung nhiệt độ xác định T≥Tktl2 Nhiệt độ cao, thời gian giữ nhiệt dài → trình sát nhập hạt theo chế hạt lớn " nuốt " hạt bé; Sự phát triển hạt trình tự nhiên làm giảm tổng biên giới hạt làm giảm tổng lượng dự trữ; Kết tinh lại lần làm xấu tính nên phải tránh 8s, 580 0C 15min, 580 0C 10min, 700 0C Thực nghiệm: d = f(t) d d o2 Kt d: đường kính hạt K: hệ số phục vật liệu nhiệt độ t: thời gian Hanoi University of Science and Technology www.hust.edu.vn 17 2.3 Công thức Johnson-Mehl-Avrami-Kolmogorov HUST – MSE Ảnh hưởng nhiệt độ: Phương trình Johnson-Mehl-Avr ami-Kolmogorov • • • • Với tốc độ sinh mầm: N Tốc độ phát triển mầm: G Mầm có đường kính, d với thể tích riêng phần f Thời gian sinh mầm: t0 • Ở giai đoạn đầu mầm hình thàmh r G (t t ) f N G (t t ) dt N G 3t 3 • Ở giai đoạn sau mầm hình thàmh nhiều t f exp( • N G 3t ) exp( Kt n ) K phụ thuộc N G, n Hanoi University of Science and Technology www.hust.edu.vn 18 08/03/2020 2.3 Công thức Johnson-Mehl-Avrami-Kolmogorov HUST – MSE Hanoi University of Science and Technology www.hust.edu.vn 19 2.4 Biến dạng nóng biến dạng nguội HUST – MSE Biến dạng nguội: T < Tktl + Khơng có q trình kết tinh lại + Hóa bền Ưu điểm: - Chính xác tốt - Chất lượng bề mặt hoàn thiện tốt - Tăng bền biến dạng - Chí phí thấp Nhược điểm: - Yêu cầu lực lớn - Cần xử lý bề mặt - Độ dẻo thấp biến cứng biến dạng hạn c hế khối lượng hình dạng tạo hình Hanoi University of Science and Technology www.hust.edu.vn 20 2.4 Biến dạng nóng biến dạng nguội HUST – MSE Biến dạng nóng: T > Tktl [(0,7-0,75)Tnc] + Hóa bền biến dạng + Kết tinh lại, xô lệch mạng gây thải bền, giảm độ cứng Ưu điểm: - Kim loại xít chặt, dẻo cao hơn, bị nứt, khơng bị biến ng; - Năng suất cao,dùng lực ép nhỏ, gia công phơi lớn; - Cải thiện độ hạt (pha giịn), đảm bảo tính tổng hợp Nhược điểm: - Khó khống chế nhiệt độ đồng phôi mỏng, lớn; - Khó khống chế xác hình dạng, kích thước chi tiết; - Chất lượng bề mặt không cao: vẩy oxyt, thoát cacbon Hanoi University of Science and Technology www.hust.edu.vn 21 08/03/2020 2.4 Biến dạng nóng biến dạng nguội HUST – MSE Biến dạng nóng Biến dạng nguội - Trên nhiệt độ kết tinh lại - Dưới nhiệt độ kết tinh lại - Biến dạng lớn - Tăng bền giảm dẻo chống mài mòn - Lực tác dụng nhỏ - Lực tác dụng lớn - Dễ oxi hóa bề mặt - Bề mặt tốt hơn, điều chỉnh kích thước xác Hanoi University of Science and Technology www.hust.edu.vn 22 ... a.Tnc (0K), a= 0 , 2- 0,3; 0,4; 0, 5-0 ,8 Fe - 450oC, Cu - 27 0 oC, Al - 100oC, Pb, Zn, Sn < 25 oC Hanoi University of Science and Technology www.hust.edu.vn 15 08/03 /20 20 2. 2 Nung kim loại qua biến... JunLu, Materials 20 18, 11 ,22 85 www.hust.edu.vn 08/03 /20 20 2. 1 Tổ chức tính chất kim loại sau biến dạng dẻo HUST – MSE Tổ chức Các hạt có xu hướng dài theo phương biến dạng ε = 4 0-5 0% hạt bị... Biến dạng nguội - Trên nhiệt độ kết tinh lại - Dưới nhiệt độ kết tinh lại - Biến dạng lớn - Tăng bền giảm dẻo chống mài mòn - Lực tác dụng nhỏ - Lực tác dụng lớn - Dễ oxi hóa bề mặt - Bề mặt tốt