Giáo trình Khoa học vật liệu ppt

Sơ đồ biểu diễn liên kết đồng hóa trị a... Sơ đồ liên kết kim loại c... Khái niệ m về mạ ng tinh thểKhái niệ m về mạ ng tinh thểKhái niệ m về mạ ng tinh thể Đ/n: mạ ng tinh thể là mô hì

Trang 1

4 Chương 1

Cấu trúc tinh thể và sự hình thành

1.1 Cấ u tạ o và liê n kế t nguyê n tử

nguyê n tử = hạ t nhâ n + electron = (proton + nơ tron) + electron

nơ tron khô ng mang đ iệ n

proton mang đ iệ n dư ơ ng = đ iệ n tí ch củ a electron → ng/tử trung hoà

Khá i niệ m cơ bả n về cấ u tạ o nguyê n tử

Cấ u hì nh electron (electron configuration) chỉ rõ : số lư ợ ng tử chí nh (1, 2, 3 ), ký hiệ u phâ n lớ p (s, p, d ), số lư ợ ng electron thuộ c phâ n lớ p (số mũ trê n ký hiệ u phâ n

lớ p) Ví dụ : Cu có Z = 29 có cấ u hì nh electron là 1s22s22p6 3s23p63d104s1 qua đ ó biế t

đ ư ợ c số electron ngoà i cù ng (ở đ â y là 1, hó a trị 1)

Cá c kim loạ i chuyể n tiế p: Fe có Z = 26: 1s22s22p63s23p63d64s2

1.1.2 Cá c dạ ng liê n kế t nguyê n tử trong chấ t rắ n

Cá c loạ i vậ t liệ u khá c nhau có thể tồ n tạ i cá c dạ ng liê n kế t riê ng Sự khá c nhau củ a cá c dạ ng liê n kế t đ ó cũ ng là nguyê n nhâ n tạ o nê n cá c tí nh chấ t khá c nhau

a Liê n kế t đồ ng hó a trị

Là liê n kế t củ a hai (hoặ c nhiề u) nguyê n tử gó p chung nhau mộ t số electron hó a trị đ ể

có đ ủ tá m electron ở lớ p ngoà i cù ng Có thể lấ y ba ví dụ như sau (hì nh 1.1)

• Clo có Z=17 (1s2

2s22p63s23p5), có 7e ở lớ p ngoà i cù ng, 2 nguyê n tử Cl mỗ i nguyê n tử

gó p chung 1 electron đ ể lớ p ngoà i cù ng 8e (hì nh 1.1a)

+

a) b) c)

Hì nh 1.1 Sơ đồ biểu diễn liên kết đồng hóa trị

a phân tử clo, b giecmani (Ge), c mêtan (CH4)

• Giecmani (Ge, z=32) có 4e lớp ngoà i cùng (4s2

, 4p2), 4 nguyê n tử gó p chung (hì nh 1.1b) Liê n kế t giữ a cá c nguyê n tử cù ng loạ i (từ IVB VIIB như Cl, Ge) là loạ i

đ ồ ng cự c, cò n giữ a cá c nguyê n tố khá c loạ i như CH4 là loạ i dị cự c

• Mê tan (CH4) Cacbon (z=6), có 4e lớ p ngoà i cù ng và 4 nguyê n tử H đ ể mỗ i nguyê n tử nà y gó p cho nó 1 electron là m cho lớ p electron ngoà i cù ng đ ủ 8 (hì nh 1.1c)

b Liê n kế t ion

KL nhó m IB (Cu, Ag, Au), IIB (Zn, Cd, Hg) trao e cá c nguyê n tố : VIB (O, S ), VIIB (H, F, Cl, Br, I) Cá c ô xit kim loạ i như Al2O3, MgO, CaO, Fe3O4, NiO có xu thế mạ nh vớ i tạ o liê n kế t ion

• Liê n kế t ion cà ng mạ nh khi lớp ngoà i cùng (cho) chứa í t e, nhậ n nằ m cà ng gầ n hạ t nhâ n

• Liê n kế t không đị nh hướng (đị nh hướng thì xá c suấ t liê n kế t lớn nhấ t theo phư ơ ng nố i tâ m cá c nguyê n tử ), vậ t liệ u có liê n kế t ion thì tí nh giò n cao

Trang 2

5

Hì nh 1.2 Sơ đồ biểu diễn liên kết

ion trong phân tử LiF

Hì nh 1.3 Sơ đồ liên kết kim loại

c Liê n kế t kim loạ i (

c Liê n kế t kim loạ i (hì nh 1.3)

o Đ/n: là liê n kế t trong đó cá c cation kim loạ i nhấ n chì m trong đá m mâ y electron tự

do

o Nă ng l−ợng liê n kế t là tổng hợp (câ n bằ ng) → cá c ion kim loạ i có vị trí xá c

đ ị nh Cá c nguyê n tố nhó m Ia có tí nh kim loạ i đ iể n hì nh, cà ng dị ch sang bê n phả i tí nh chấ t kim loạ i cà ng giả m, tí nh đ ồ ng hó a trị trong liê n kế t cà ng tă ng

o Tí nh chấ t của kim loạ i : liê n kế t nà y tạ o cho kim loạ i cá c tí nh chấ t điể n hì nh:

ánh kim hay vẻ sá ng, dẫ n nhiệ t và dẫ n đ iệ n tốt và tí nh dẻ o, dai cao

d

d Liê n kế t hỗ n hợpLiê n kế t hỗ n hợpLiê n kế t hỗ n hợp -

Thự c ra cá c liê n kế t trong cá c chấ t, vậ t liệ u thô ng dụ ng th− ờ ng mang tí nh hỗ n

hợ p củ a nhiề u loạ i Ví dụ : Na và Cl có tí nh â m đ iệ n lầ n l− ợ t là 0,9 và 3,0 Vì thế liê n kế t giữ a Na và Cl trong NaCl gồ m khoả ng 52% liê n kế t ion và 48% liê n kế t đ ồ ng

Trang 3

6 1.2.3.

1.2.3 Chấ t lỏ ng, chất rắ n vô đị nh hì nh và vi tinh thểChấ t lỏ ng, chất rắ n vô đị nh hì nh và vi tinh thểChấ t lỏ ng, chất rắ n vô đị nh hì nh và vi tinh thể

a

a Chấ t lỏ ngChấ t lỏ ngChấ t lỏ ng

Trong phạ m vi hẹ p (khoả ng 0,25nm) cá c nguyê n tử chấ t lỏ ng có xu thế tiế p xú c (xí t) nhau tạ o thà nh cá c đ á m nhỏ , do vậ y khô ng co lạ i khi né n như chấ t khí , cá c

đ á m nguyê n tử nà y luô n hì nh thà nh và tan rã Chấ t lỏ ng chỉ có trậ t tự gầ n, khô ng có trậ t tự xa

Giữ a cá c đ á m có khoả ng trố ng do đ ó mậ t đ ộ xế p củ a chấ t lỏ ng thấ p, khi đ ô ng đ ặ c thư ờ ng kè m theo giả m thể tí ch (co ngó t)

b

b Chấ t rắn vô đị nh hì nhChấ t rắn vô đị nh hì nhChấ t rắn vô đị nh hì nh

ở mộ t số chấ t, trạ ng thá i lỏ ng có đ ộ sệ t cao, cá c nguyê n tử khô ng đủ đ ộ linh hoạ t đ ể sắ p xế p lạ i khi đ ô ng đ ặ c; chấ t rắ n tạ o thà nh có cấ u trú c giố ng như chấ t lỏ ng trư ớ c đ ó gọ i là chấ t rắ n vô đ ị nh hì nh Thủ y tinh (mà cấ u tạ o cơ bả n là SiO2) là chấ t rắ n vô đ ị nh hì nh

Như vậ y về mặ t cấ u trú c, cá c chấ t rắ n gồ m 2 loạ i: tinh thể và vô đ ị nh hì nh Kim loạ i, hợ p kim và phầ n lớ n cá c chấ t vô cơ , rấ t nhiề u polyme - tinh thể

Tuỳ theo bả n chấ t củ a vậ t liệ u và tố c đ ộ là m nguộ i khi đ ô ng đ ặ c → tinh thể hoặ c vô

đ ị nh hì nh

Thủ y tinh nó ng chả y, cá c phâ n tử SiO2 [trong đ ó ion O2- ở cá c đ ỉ nh khố i tứ diệ n (bố n

mặ t) tam giá c đ ề u, tâ m củ a khố i là ion Si4+ như biể u thị ở hì nh 1.5a] là m nguộ i bì nh thư ờ ng → vô đị nh hì nh (hì nh 1.5b); là m nguội vô cùng chậ m cá c phâ n tử SiO2 có

đ ủ thờ i gian sắ p xế p lạ i theo trậ t tự xa sẽ đ ư ợ c thủ y tinh (có cấ u trú c) tinh thể (hì nh 1.5c)

a) c)

Hì nh 1.5 Cấu trúc khối tứ diện [ SiO4]4- (a), thủy tinh thường SiO2 (b) thủy tinh tinh thể SiO2 (c)

c

c Chấ t rắn vi tinh thểChấ t rắn vi tinh thểChấ t rắn vi tinh thể

Cũ ng vớ i vậ t liệ u tinh thể kể trê n khi là m nguộ i từ trạ ng thá i lỏ ng rấ t nhanh (trê n dư ớ i 104đ ộ /s) sẽ nhậ n đ ư ợ c cấ u trú c tinh thể như ng vớ i kí ch thư ớ c hạ t rấ t nhỏ (cỡ nm), đ ó là vậ t liệ u có tê n gọ i là vi tinh thể (cò n gọ i là finemet hay nanomet)

Tó m lạ i cá c vậ t liệ u có ba kiể u cấ u trú c: tinh thể (thư ờ ng gặ p nhấ t), vô đ ị nh hì nh và vi tinh thể (í t gặ p)

1.3

1.3 Khái niệ m về mạ ng tinh thểKhái niệ m về mạ ng tinh thểKhái niệ m về mạ ng tinh thể

Đ/n: mạ ng tinh thể là mô hì nh khô ng gian biể u diễ n quy luậ t hì nh họ c củ a sự sắ p xế p nguyê n tử

Phầ n lớ n vậ t liệ u có cấ u trú c tinh thể , tí nh chấ t rấ t đ a dạ ng phụ thuộ c và o kiể u mạ ng

1.3.1

1.3.1 Tí nh đố i xứngTí nh đố i xứngTí nh đố i xứng

• Mạ ng tinh thể mang tí nh đối xứng, là một trong những đặ c điể m quan trọng, thể hiệ n cả ở hì nh dá ng bê n ngoà i, cấ u trú c bê n trong cũ ng như cá c tí nh chấ t củ a vậ t rắ n tinh thể

- Oxy

- Si (b)

Trang 4

7

• Tí nh đối xứng là tí nh chấ t hì nh học khi quay một điể m hay một phầ n tử xung

quanh 1 đ iể m hay mộ t đ ư ờ ng vớ i mộ t gó c α chúng sẽ trùng lặ p nhau Điể m hay

đ ư ờ ng đ ư ợ c quay xung quanh đ ó đ ư ợ c gọ i là tâ m hay trụ c đ ố i xứ ng Đố i xứ ng qua

• Đ/n: là hì nh khối nhỏ nhấ t có cá ch sắ p xế p nguyê n tử đạ i diệ n

cho toà n bộ mạ ng tinh thể

• Do tí nh đối xứng bằ ng phương phá p xoay và tị nh tiế n ta sẽ suy

Cá c phư ơ ng có cá c giá trị tuyệ t đ ố i u, v, w giố ng nhau, tạ o nê n họ phư ơ ng

<uvw> Ví dụ họ <110> gồ m cá c phư ơ ng sau đ â y chú ng có cù ng quy luậ t sắ p xế p

Trang 5

8 [110], [011], [101], [110], [011], [101], [110], [011], [101], [110], [011], [101] (c¸ c

® − ê ng chÐ o)

d ChØ sè Miller cña mÆ t tinh thÓ

MÆ t tinh thÓ lµ tË p hî p ç c mÆ t cã ç ch s¾ p xÕ p nguyª n tö giè ng hÖ t nhau, song song vµ ç ch ® Ò u nhau, chó ng cã cï ng mé t ký hiÖ u Ng− ê i ta ký hiÖ u mÆ t b» ng chØ

sè Miller (h k l) C¸ c chØ sè h, k, l ®− î c x¸ c ® Þ nh theo c¸ c b− í c nh− sau:

t× m giao ® iÓ m cñ a mÆ t ph¼ ng trª n ba trô c theo thø tù Ox, Oy, Oz,

x¸ c ® Þ nh tä a ® é c¸ c giao ® iÓ m, rå i lÊ y c¸ c gi¸ trÞ nghÞ ch ® ¶ o,

quy ® å ng mÉ u sè , lÊ y c¸ c gi¸ trÞ cñ a tö sè , ® ã chÝ nh lµ c¸ c chØ sè h, k, l

VÝ dô , x¸ c ® Þ nh c¸ c chØ sè Miller cho c¸ c mÆ t

e ChØ sè Miller ChØ sè Miller ChØ sè Miller Bravais trong hÖ Bravais trong hÖ Bravais trong hÖ lôc gi¸ clôc gi¸ clôc gi¸ c

ChØ sè Miller - Bravais ví i hÖ cã bè n trô c tä a ® é Ox, Oy, Ou, Oz (h× nh 1.9) ChØ sè Miller - Bravais ® − î c ký hiÖ u b» ng (h k i l), trong ® ã chØ sè thø ba i (cñ a trô c Ou) cã quan hÖ : i = - (h + k)

H· y thö so s¸ nh hai chØ sè nµ y cho c¸ c mÆ t trong hÖ lô c gi¸ c ® − î c tr× nh bµ y ë h× nh 1.9:

mÆ t chØ sè Miller chØ sè Miller - Bravais ABHG (100) (1010) BCIH (010) (0110)

4

Trang 6

9 trong ® ã :

• l, s, v lÇ n l− î t lµ chiÒ u dµ i, diÖ n tÝ ch, thÓ tÝ ch bÞ nguyª n tö (ion) chiÕ m chç ,

• L, S, V lÇ n l− î t lµ tæ ng chiÒ u dµ i, diÖ n tÝ ch, thÓ tÝ ch xem xÐ t

1.4.1.4.1.4 CÊ u tróc tinh thÓ ®iÓ n h× nh cña chÊ t r¾ nCÊ u tróc tinh thÓ ®iÓ n h× nh cña chÊ t r¾ nCÊ u tróc tinh thÓ ®iÓ n h× nh cña chÊ t r¾ n

1.4.1

1.4.1 ChÊ t r¾n cã liª n kÕ t kim lo¹ i (kim lo¹i nguyª n chÊ t)ChÊ t r¾n cã liª n kÕ t kim lo¹ i (kim lo¹i nguyª n chÊ t)ChÊ t r¾n cã liª n kÕ t kim lo¹ i (kim lo¹i nguyª n chÊ t)

§Æ c tÝ nh cÊ u tró c cñ a kim lo¹ i lµ : nguyª n tö (ion) lu« n cã xu h− í ng xÕ p xÝ t chÆ t ví i kiÓ u m¹ ng ® ¬ n gi¶ n (nh− lË p ph− ¬ ng t© m mÆ t, lË p ph− ¬ ng t© m khè i, lô c gi¸ c xÕ p chÆ t)

kÝ ch th− í c b» ng 0,154 dng.t n» m ë t© m c¸ c mÆ t bª n {100} vµ gi÷a c¸ c c¹ nh a Lo¹ i 4

mÆ t cã kÝ ch th− í c lí n h¬ n mé t chó t, b» ng 0,291 dng.t n» m ë

4

1 trª n c¹ nh nè i ® iÓ m gi÷ a c¸ c c¹ nh ® è i diÖ n cñ a c¸ c mÆ t bª n Nh− vË y trong m¹ ng A2 cã nhiÒ u lç hæ ng

Trang 7

10 nh− ng kÝ ch th− í c ® Ò u nhá , lí n nhÊ t cò ng kh« ng qu¸ 30% kÝ ch th− í c (® − ê ng kÝ nh) nguyª n tö

C¸ c kim lo¹ i cã kiÓ u m¹ ng A1 th− ê ng gÆ p lµ : Feα, Cr, Mo, W

o Sè nguyª n tö trong 1 « lµ : nv = 8 ® Ø nh 1/8 + 6 mÆ t 1/2 = 4 nguyª n tö

o Trong m¹ ng A1, c¸ c nguyª n tö xÕ p xÝ t nhau theo ph−¬ng ®−êng chÐ o mÆ t <110>,

Cã 2 lo¹ i lç hæ ng h× nh 4 mÆ t vµ h× nh 8 mÆ t nh− tr× nh bµ y ë c¸ c h× nh 1.11c Lo¹ i bè n mÆ t cã kÝ ch th− í c 0,225 dng.t (® Ø nh1 vµ t© m ba mÆ t 2,3,4) §¸ ng chó ý lµ lo¹ i lç hæ ng h× nh t¸ m mÆ t, nã cã kÝ ch th− í c lí n h¬ n c¶ , b» ng 0,414dng.t, n» m ë trung t© m khè i vµ gi÷ a c¸ c c¹ nh a So ví i m¹ ng A2, m¹ ng A1 tuy dµ y ® Æ c h¬ n song sè l− î ng lç hæ ng l¹ i Ý t h¬ n mµ kÝ ch th− í c lç hæ ng l¹ i lí n h¬ n h¼ n (0,225 vµ 0,41 so ví i 0,154 vµ 0,291) ChÝ nh ® iÒ u nµ y (kÝ ch th− í c lç hæ ng) mí i lµ yÕ u tè quyÕ t ® Þ nh cho

Trang 8

11 c.

c Lôc gi¸ cLôc gi¸ cLôc gi¸ c xÕ p chÆ t A3 xÕ p chÆ t A3 xÕ p chÆ t A3

C¸ c nguyª n tö n» m trª n 12 ® Ø nh, t© m cñ a 2 mÆ t ® ¸ y vµ t© m cñ a ba khè i l¨ ng trô tam gi¸ c c¸ ch ® Ò u nhau (h× nh 1.12a, b vµ c)

Nguyª n tö xÕ p xÝ t nhau theo c¸ c mÆ t ® ¸ y (0001) 3 nguyª n tö ë gi÷ a song song ví i

mÆ t ® ¸ y s¾ p xÕ p nguyª n tö giè ng nh− 2 mÆ t ® ¸ y, nh− ng n» m ë c¸ c hâ m c¸ ch ® Ò u nhau (h× nh 1.12d) M¹ ng lô c gi¸ c xÕ p chÆ t th× c/a = 8 3 hay 1,633 Tuy nhiª n trong thù c tÕ c/a cã xª dÞ ch nª n quy − í c:

c/a = 1,57 ÷ 1,64 th× m¹ ng ®−îc coi lµ xÕ p chÆ t, 1,57 < c/a < 1,64 kh«ng xÕ p chÆ t C¸ c kim lo¹ i cã kiÓ u m¹ ng nµ y Ý t th« ng dô ng h¬ n lµ :

a Kim c−¬ng A4Kim c−¬ng A4Kim c−¬ng A4

Kim c− ¬ ng lµ mé t d¹ ng tå n t¹ i (thï h× nh) cñ a cacbon ví i cÊ u h× nh electron lµ 1s2 2s2 2p2, vË y sè e lí p tham gia liª n kÕ t lµ N = 4, sè s¾ p xÕ p sÏ lµ 4 tø c lµ mç i mé t nguyª n tö cacbon cã 4 nguyª n tö bao quanh gÇ n nhÊ t

H× nh 1.14 « c¬ së cña m¹ng tinh thÓ kim c−¬ng (a),

vÞ trÝ c¸c nguyªn tö (b) vµ liªn kÕt (c)

¤ c¬ së m¹ ng kim c− ¬ ng (h× nh 1.14a), ® − î c t¹ o thµ nh trª n c¬ së cñ a « c¬ së A1 cã thª m bè n nguyª n tö bª n trong ví i c¸ c tä a ® é (xem h× nh 1.14b):

Trang 9

12 b.

b M¹ ng grafitM¹ ng grafitM¹ ng grafit

Cã m¹ ng lô c gi¸ c lí p (h× nh 1.15a), trong mé t lí p kho¶ ng ç ch gi÷ a ç c nguyª n tö a = 0,246nm, liª n kÕ t ® å ng ho¸ trÞ Kho¶ ng ç ch gi÷ a ç c lí p c = 0,671nm, t− ¬ ng ø ng ví i liª n kÕ t yÕ u Van der Waals, grafit rÊ t dÔ bÞ t¸ ch lí p , rÊ t mÒ m, nã ® − î c coi nh− lµ

mé t trong nh÷ ng chÊ t r¾ n cã ® é cø ng thÊ p nhÊ t

c

c CÊ u tróc cña sî i cacbon vµ fullereneCÊ u tróc cña sî i cacbon vµ fullereneCÊ u tróc cña sî i cacbon vµ fullerene

Ph© n tö cacbon C60 gä i lµ fullerene do hai nhµ khoa hä c H Kroto (Anh) vµ R Smalley (Mü ) t¹ o ra 1985 (Nobel n¨ m 1995) (h× nh 1.15c): 60 nguyª n tö C n» m trª n mÆ t cÇ u

gå m 12 ngò gi¸ c vµ 20 lô c gi¸ c ® Ò u, n» m xen kÏ nhau t¹ o ® è i xø ng trß n, ø ng ví i ® é

bÒ n vµ ® é cø ng rÊ t cao cñ a nã ch¾ c ch¾ n hø a hÑ n sÏ cã nh÷ ng ø ng dô ng kú l¹ trong

kü thuË t

Sî i cacbon ® − î c tr× nh bµ y ë h× nh 1.15b

H× nh 1.15 CÊu tróc m¹ng cña grafit (a), sîi cacbon (b) vµ fullerene (c)

d

d CÊ u tróc cña SiOCÊ u tróc cña SiO2

H× nh 1.5a, lµ m« h× nh s¾ p xÕ p kh« ng cñ a c¸ c khè i tø diÖ n tam gi¸ c ® Ò u SiO44- cñ a SiO2

Th¹ ch anh ví i cÊ u tró c lô c gi¸ c (h× nh 1.16a), cristobalit β víi cÊ u tróc lË p ph− ¬ ng (h× nh 1.16b) Trong ® iÒ u kiÖ n ngué i nhanh sÏ nhË n ®− î c thñ y tinh (v« ® Þ nh h× nh) nh− ë h× nh 1.5b

H× nh 1.15 S¾p xÕp khèi tø diÖn (SiO4)4- trong th¹ch anh (a), cristobalit β (b) 1.4.3

1.4.3 ChÊ t r¾n cã liª n kÕ t ionChÊ t r¾n cã liª n kÕ t ionChÊ t r¾n cã liª n kÕ t ion

CÊ u tró c tinh thÓ cñ a hî p chÊ t hã a hä c cã liª n kÕ t ion phô thué c vµ o hai yÕ u tè :

Trang 10

13

• Tỷ số của ion â m và ion dương đả m bả o trung hòa về điệ n

• Tương quan kí ch thước giữa ion â m và ion dương: trong tinh thể ion, cá c ion luô n có xu hư ớ ng sắ p xế p đ ể đ ộ xế p chặ t và tí nh đ ố i xứ ng cao nhấ t

Mạ ng tinh thể củ a hợ p chấ t vớ i liê n kế t ion vẫ n có cá c kiể u mạ ng đ ơ n giả n (A1, A2) như ng sự phâ n bố cá c ion trong đ ó khá phứ c tạ p nê n vẫ n đ ư ợ c coi là có mạ ng phứ c tạ p

Có thể hì nh dung mạ ng tinh thể cá c hợ p chấ t hó a họ c vớ i liê n kế t ion đ ư ợ c tạ o thà nh trê n cơ sở củ a ô cơ sở củ a ion â m, cá c ion dư ơ ng cò n lạ i chiế m mộ t phầ n hay toà n bộ cá c lỗ hổ ng

Tỉ mỉ về cấ u trú c củ a chấ t rắ n có liê n kế t ion đ ư ợ c trì nh bà y ở chư ơ ng 7

1.4.4

1.4.4 Cấ u trúc của polymeCấ u trúc của polymeCấ u trúc của polyme

Khá c vớ i kim loạ i và cá c chấ t vô cơ , ô cơ sở chỉ tạ o nê n bở i số lư ợ ng hạ n chế (từ và i đ ế n và i chụ c) nguyê n tử (ion), mỗ i phâ n tử polyme có thể gồ m hà ng triệ u nguyê n tử Ví dụ PE (C2H4)n:

mặ t cầ u C60) trong đ ó grafit là dạ ng thư ờ ng gặ p và ổ n đ ị nh nhấ t

Sắ t (Fe) có hai kiể u mạ ng là : Feα-A2, T < 911oC, Feγ-A1, T= 911 ữ 1392oC, Feδ T>

1.5

1.5 Sai lệ ch mạ ng tinh thểSai lệ ch mạ ng tinh thểSai lệ ch mạ ng tinh thể

Trong thự c tế khô ng phả i 100% nguyê n tử đ ề u nằ m đ ú ng vị trí quy đ ị nh, gâ y

nê n nhữ ng sai lệ ch đư ợ c gọ i là sai lệ ch mạ ng tinh thể hay khuyế t tậ t mạ ng Tuy số nguyê n tử nằ m lệ ch vị trí quy đ ị nh chiế m tỷ lệ rấ t thấ p (chỉ 1 ữ 2%) song ả nh hư ở ng lớ n đ ế n cơ tí nh: khả nă ng biế n dạ ng dẻ o, biế n cứ ng )

Phụ thuộ c và o kí ch thư ớ c theo ba chiề u trong khô ng gian, sai lệ ch mạ ng chia thà nh: đ iể m, đ ư ờ ng và mặ t

Trang 11

14 1.5.1.

1.5.1 Sai lÖ ch ®iÓ mSai lÖ ch ®iÓ mSai lÖ ch ®iÓ m

§ã lµ lo¹ i sai lÖ ch cã kÝ ch th− í c rÊ t nhá (cì kÝ ch th− í c nguyª n tö ) theo ba chiÒ u kh« ng gian, cã d¹ ng bao quanh mé t ® iÓ m H× nh 1.17 tr× nh bµ y tæ ng qu¸ t c¸ c d¹ ng sai lÖ ch ® iÓ m nµ y

a

a Nót trè ng vµ nguyª n tö tù xen kÏNót trè ng vµ nguyª n tö tù xen kÏNót trè ng vµ nguyª n tö tù xen kÏ (H× nh 1.17a)

Do dao ® é ng nhiÖ t quanh vÞ trÝ c© n b» ng, ë mø c ph© n bè n¨ ng l− î ng kh« ng

® Ò u, mé t sè nguyª n tö bø t khá i nó t m¹ ng ® Ó l¹ i nó t trè ng vµ t¹ o nguyª n tö xen kÏ gi÷ a

H× nh 1.17 C¸c d¹ng sai lÖch ®iÓm: nót trèng vµ nguyªn tö

tù xen kÏ (a) vµ c¸c nguyªn tö t¹p chÊt (b)

MË t ® é cñ a nó t trè ng t¨ ng nhanh theo nhiÖ t ® é (n= KT

b Nguyª n tö t¹p chÊtNguyª n tö t¹p chÊtNguyª n tö t¹p chÊt

Trong thù c tÕ vË t liÖ u hoÆ c kim lo¹ i th− ê ng cã t¹ p chÊ t: xen kÏ (h× nh 1.17b)

Do sù sai kh¸ c vÒ ® − ê ng kÝ nh nguyª n tö gi÷ a c¸ c nguyª n tè nÒ n vµ t¹ p chÊ t → sai lÖ ch

1.5.2

1.5.2 Sai lÖ ch ®−êSai lÖ ch ®−êSai lÖ ch ®−ê ng ng ng LÖ ch LÖ ch LÖ ch

Sai lÖ ch ® − ê ng lµ lo¹ i cã kÝ ch th− í c nhá (cì kÝ ch th− í c nguyª n tö ) theo hai chiÒ u vµ lí n theo chiÒ u thø ba, tø c cã d¹ ng cñ a mé t ® − ê ng (cã thÓ lµ th¼ ng, cong, xo¸ y tr« n è c) Sai lÖ ch ® − ê ng cã thÓ lµ mé t d· y c¸ c sai lÖ ch ® iÓ m kÓ trª n Chó ng

gå m: hai d¹ ng lµ biª n vµ xo¾ n

a

a LÖ ch biª nLÖ ch biª nLÖ ch biª n (edge dislocation hay dislocation line) (h× nh 1.18a)

Cã thÓ h× nh dung lÖ ch biª n ® − î c t¹ o thµ nh nhê chÌ n thª m b¸ n mÆ t ABCD vµ o

nö a phÇ n trª n cñ a m¹ ng tinh thÓ lý t− ë ng (h× nh 1.18a), khi ® ã , c¸ c mÆ t nguyª n tö kh¸ c ë hai phÝ a trë nª n kh« ng cß n song song ví i nhau n÷ a

1 1

4

Trang 12

15 Nh− thấ y rõ ở hì nh 1.18b: đ − ờ ng AD đ − ợ c gọ i là trụ c lệ ch, nó chí nh là biê n củ a bá n

mặ t nê n có tê n là lệ ch biê n Vớ i sự phâ n bố nh− vậ y nử a tinh thể có chứ a bá n mặ t sẽ chị u ứ ng suấ t né n, nử a cò n lạ i chị u ứ ng suấ t ké o

Vé c tơ Burgers: là vé c tơ đ ó ng kí n vò ng trò n Burgers vẽ trê n mf vuô ng gó c vớ i trụ c

lệ ch khi chuyể n từ tinh thể khô ng lệ ch sang tinh thể có lệ ch Lệ ch thẳ ng br ⊥ AD

c

c Lệ ch xoắ nLệ ch xoắ nLệ ch xoắ n (screw dislocation) (hì nh 1.19a)

a) b) c)

Hì nh 1.19 Lệch xoắn: tinh thể không lệch (a), mô hì nh tạo thành (a),

đặc điểm sắp xếp nguyên tử trong vùng lệch (c)

Cá c nguyê n tử trong vù ng hẹ p giữ a hai đ − ờ ng AD và BC sắ p xế p lạ i có dạ ng đ − ờ ng xoắ n ố c giố ng nh− mặ t ví t nê n lệ ch có tê n là lệ ch xoắ n nh− thấ y rõ ở hì nh 1.19c

Vé c tơ Burgers song song vớ i trụ c lệ c AD=L

c

c Đặ c tr−ng về hì nh thái của lệ chĐặ c tr−ng về hì nh thái của lệ chĐặ c tr−ng về hì nh thái của lệ ch

Mậ t đ ộ lệ ch (ký hiệ u là ρ) là tổng chiề u dà i trục lệ ch trong một đơn vị thể tí ch

củ a tinh thể , có thứ nguyê n là cm/cm3 hay cm-2 Mậ t đ ộ lệ ch phụ thuộ c rấ t mạ nh và o

đ ộ sạ ch và trạ ng thá i gia cô ng Ví dụ , đ ố i vớ i kim loạ i ρ có giá trị nhỏ nhấ t (~ 108

cm-2) ứ ng vớ i đ ộ sạ ch cao và trạ ng thá i ủ ; hợ p kim và kim loạ i sau biế n dạ ng nguộ i, tô i ρ tới 1010ữ 1012

cm-2) (có thể coi mậ t đ ộ lệ ch là trụ c lệ ch chạ y qua/1 cm2)

ý nghĩ a: lệ ch biê n giú p cho dễ biế n dạ ng (tr− ợ t), khi mậ t đ ộ quá lớ n lạ i gâ y cả n tr− ợ t (tă ng bề n) Ngoà i ra, lệ ch xoắ n giú p cho mầ m phá t triể n nhanh khi kế t tinh 1.5.3

1.5.3 Sai lệ ch mặ tSai lệ ch mặ tSai lệ ch mặ t

Sai lệ ch mặ t là loạ i sai lệ ch có kí ch th− ớ c lớ n theo hai chiề u đ o và nhỏ theo chiề u thứ

ba, tứ c có dạ ng củ a mộ t mặ t (có thể là phẳ ng, cong hay uố n l− ợ n)

1.6.1 Đơ n tinh thểĐơ n tinh thểĐơ n tinh thể

Đơ n tinh thể (hì nh 1.20a): là mộ t khố i chấ t rắ n có mạ ng đ ồ ng nhấ t (cù ng kiể u

và hằ ng số mạ ng), có ph− ơ ng mạ ng khô ng đ ổ i trong toà n bộ thể tí ch Trong thiê n nhiê n: mộ t số khoá ng vậ t có thể tồ n tạ i d− ớ i dạ ng đ ơ n tinh thể Chú ng có bề mặ t ngoà i nhẵ n, hì nh dá ng xá c đ ị nh, đ ó là nhữ ng mặ t phẳ ng nguyê n tử giớ i hạ n (th− ờ ng

là cá c mặ t xế p chặ t nhấ t) Cá c đ ơ n tinh thể kim loạ i khô ng tồ n tạ i trong tự nhiê n, muố n có phả i dù ng cô ng nghệ "nuô i" đ ơ n tinh thể

Đặ c đ iể m: có tí nh chấ t rấ t đ ặ c thù là dị h− ớ ng vì theo cá c ph− ơ ng mậ t đ ộ xế p chặ t nguyê n tử khá c nhau Đơ n tinh thể chỉ đ − ợ c dù ng trong bá n dẫ n

C D

B

A

C D

Trang 13

16 thẬ ng sộ mỈ ng song ph− È ng lỈ i Ẽ Þ nh h− ợ ng khÌ c nhau (mang tÝ nh ngẫ u nhià n) vẾ lià n kế t vợ i nhau qua vủ ng ranh giợ i Ẽ− ù c gồ i lẾ bià n hỈ t (hay bià n giợ i hỈ t) nh− trỨ nh bẾ y ỡ hỨ nh 1.20b

Tử mẬ hỨ nh Ẽ ọ thấ y ró :

- Mố i hỈ t lẾ mờ t khộ i tinh thể hoẾ n toẾ n Ẽ ổ ng nhấ t, thể hiệ n tÝ nh dÞ h− ợ ng

- CÌ c hỈ t Ẽ Þ nh h− ợ ng ngẫ u nhià n vợ i sộ l− ù ng rấ t lợ n nà n thể hiệ n tÝ nh Ẽ Ị ng h− ợ ng

- Bià n hỈ t chÞ u ả nh h− ỡ ng cũ a cÌ c hỈ t xung quanh nà n cọ cấ u trụ c “trung gian” vẾ vỨ

vậ y s¾ p xế p khẬ ng trậ t tỳ (xẬ lệ ch) nh− lẾ vẬ Ẽ Þ nh hỨ nh , kÐ m xÝ t chặ t vợ i tÝ nh chấ t khÌ c vợ i bả n thẪ n hỈ t

- Cọ thể quan sÌ t cấ u trụ c hỈ t Ẽ a tinh thể hay cÌ c hỈ t nhở kÝ nh hiể n vi quang hồ c (hỨ nh 1.20c)

b

b ườ hỈ tườ hỈ tườ hỈ t

ườ hỈ t cọ thể quan sÌ t Ẽ Þ nh tÝ nh qua mặ t g· y, Ẽ ể chÝ nh xÌ c phả i xÌ c Ẽ Þ nh trà n tỗ chự c tế vi

Cấ p hỈ t theo tià u chuẩ n ASTM: phẪ n thẾ nh 16 cấ p chÝ nh Ẽ Ì nh sộ tử 00, 0, 1, 2 , 14 theo trậ t tỳ hỈ t nhõ dầ n, trong Ẽ ọ tử 1 Ẽ ế n 8 lẾ thẬ ng dừ ng

Cấ p hỈ t N=3,322lgZ+1, vợ i Z lẾ sộ hỈ t cọ trong 1inch2 (2,542≈ 6,45cm2) d− ợ i Ẽ ờ phọ ng Ẽ Ỉ i 100 lầ n

Ng− ở i ta th− ở ng xÌ c Ẽ Þ nh cấ p hỈ t bÍ ng cÌ ch so sÌ nh vợ i bả ng chuẩ n ỡ Ẽ ờ phọ ng Ẽ Ỉ i (th− ở ng lẾ x100) hoặ c xÌ c Ẽ Þ nh trà n tỗ chự c tế vi CÌ c sộ liệ u phẪ n cấ p hỈ t xem trong bả ng 1.2

Bả ng 1.2 CÌc cấp hỈt chuẩn chÝ nh theo ASTM

Trang 14

) gä i lµ siª u h¹ t hay block (h× nh 1.20d) Biª n gií i siª u h¹ t cò ng bÞ x« lÖ ch nh− ng ví i mø c ® é rÊ t thÊ p

Do biÕ n d¹ ng dÎ o lµ m ph− ¬ ng m¹ ng ® Þ nh h− í ng t¹ o nª n textua VÝ dô , khi kÐ o

sî i nh« m (h× nh 1.22), tinh thÓ h× nh trô khi ® ó c, khi phñ

CÊ u tró c ® a tinh thÓ cã textua → vË t liÖ u cã tÝ nh dÞ h−íng øng dông cho thÐ p biÕ n thÕ , t/c tõ cù c ® ¹ i theo chiÒ u textua, cù c tiÓ u theo ph− ¬ ng vu« ng gã c → gi¶ m tæn thÊ t

Trang 15

18 1.7.

1.7 Sỳ kế t tinh vẾ hỨ nh thẾ nh tỗ chực cũa kim loỈ iSỳ kế t tinh vẾ hỨ nh thẾ nh tỗ chực cũa kim loỈ iSỳ kế t tinh vẾ hỨ nh thẾ nh tỗ chực cũa kim loỈ i

Phầ n lợ n kim loỈ i hù p kim Ẽ− ù c chế tỈ o (luyệ n) ra → Ẽục, tực qua kế t tinh, sau

Ẽ ọ → cÌ n → bÌ n thẾ nh phẩ m vẾ sả n phẩ m

Kế t tinh lẾ b− ợ c khỡ i tỈ o hỨ nh thẾ nh tỗ chự c hỈ t, tinh thể → Ẽờ hỈ t, tỗ chực mong muộ n

1.7.1

1.7.1 ưiề u kiệ n xả y ra kế t tinhưiề u kiệ n xả y ra kế t tinhưiề u kiệ n xả y ra kế t tinh

a

a Cấ u trục ỡ trỈ ng thÌi lõngCấ u trục ỡ trỈ ng thÌi lõngCấ u trục ỡ trỈ ng thÌi lõng

Chấ t lõ ng chì cọ trậ t tỳ gầ n, trong Ẽ ọ cọ nhứ ng nhọ m nguyà n tữ s¾ p xế p trậ t tỳ , chụ ng ỡ trỈ ng thÌ i cẪ n bÍ ng Ẽ ờ ng Về mặ t cấ u trụ c trỈ ng thÌ i lõ ng gầ n trỈ ng thÌ i tinh thể hÈ n, cÌ c Ẽ Ì m nguyà n tữ → lẾ tẪ m mầ m giụp cho kế t tinh

b

b Biế n Ẽỗ i nẨ ng l−ù ng khi kế t tinhBiế n Ẽỗ i nẨ ng l−ù ng khi kế t tinhBiế n Ẽỗ i nẨ ng l−ù ng khi kế t tinh

HỨ nh 1.23 biể u thÞ sỳ biế n Ẽ ỗ i nẨ ng l− ù ng ∆G cũa cÌ c trỈ ng thÌ i lõng (∆GL) vẾ r¾ n (∆GR) (tinh thể ) theo nhiệ t Ẽ ờ :

HỨ nh 1.23 Biến Ẽỗi nẨng l−ùng tỳ do cũa hệ c

c ườ quÌ nguờ iườ quÌ nguờ iườ quÌ nguờ i

ườ quÌ nguờ i ∆T: nguời d−ợi TO

∆T = T - TO < 0

∆T thay Ẽỗi tử rấ t nhõ (1 ứ 2o

C) Ẽ ế n rấ t lợ n (hẾ ng chừ c, trẨ m Ẽ ế n nghỨ n oC) tủ y theo tộ c Ẽ ờ lẾ m nguờ i khi kế t tinh Nguờ i chậ m trong khuẬ n cÌ t ∆T lợn hÈn khi nguời nhanh trong khuẬ n kim loỈ i

Khi nung nọ ng: sỳ nọ ng chả y sé xả y ra ỡ nhiệ t Ẽ ờ T > TO, ∆T Ẽ−ùc gồi lẾ Ẽờ quÌ nung

1.7.2

1.7.2 Hai quÌ trỨ nh cũa sỳ kế t tinhHai quÌ trỨ nh cũa sỳ kế t tinhHai quÌ trỨ nh cũa sỳ kế t tinh

Gổ m hai quÌ trỨ nh cÈ bả n nội tiế p nhau xả y ra lẾ tỈ o mầ m vẾ phÌ t triể n mầ m

TO

Trang 16

19 Khi đ ộ quá nguộ i ∆T cà ng lớn thì ∆GV cũ ng cà ng lớ n, rth cà ng nhỏ → số lượng

b Phá t triể n mầ mPhá t triể n mầ mPhá t triể n mầ m

Mầ m phá t triể n là nhờ cá c đ á m nguyê n tử bá m lê n bề mặ t mầ m đ ặ c biệ t là trê n cá c

bậ c lệ ch xoắ n

Hì nh 1.24 Kết tinh nhánh

cây (a), tinh thể nhánh cây (b)

Khi đ ư ợ c là m nguộ i tư ơ ng đ ố i nhanh, thoạ t tiê n sự phá t triể n mầ m mang tí nh dị hư ớ ng tứ c là phá t triể n rấ t nhanh theo mộ t số phư ơ ng tạ o nê n nhá nh câ y, trụ c bậ c I (A) (hì nh 1.24), rồ i từ trụ c chí nh nà y tạ o nê n trụ c bậ c II (B) vuô ng gó c vớ i trụ c bậ c I, rồ i từ trụ c bậ c II phâ n nhá nh tiế p tạ o

nê n trụ c bậ c III (C) cứ như vậ y nhá nh câ y đ ư ợ c hì nh thà nh

Sau đ ó kim loạ i giữ a cá c nhá nh câ y mớ i kế t tinh tạ o nê n hạ t (tinh thể ) đ ặ c kí n, khô ng thấ y trự c tiế p đ ư ợ c nhá nh câ y nữ a Nhá nh câ y chỉ đ ư ợ c phá t hiệ n thỏ i đ ú c lớ n, phầ n kế t tinh trư ớ c là m trơ

ra nhá nh câ y mà khô ng cò n kim loạ i lỏ ng đ iề n

đ ầ y Cũ ng có thể tẩ m thự c hợ p kim đ ể thấ y đ ư ợ c nhá nh câ y

1.7.3

1.7.3 Sự hì nh thà nh hạtSự hì nh thà nh hạtSự hì nh thà nh hạt

a

a Tiế n trì nh kế t tinhTiế n trì nh kế t tinhTiế n trì nh kế t tinh

Ta thấ y: từ mỗ i mầ m tạ o nê n mộ t hạ t, cá c hạ t phá t triể n trư ớ c → to hơn; hạ t sau

Hì nh dạ ng hạ t phụ thuộ c và o phư ơ ng thứ c là m nguộ i:

- Nguộ i đ ề u theo mọ i phư ơ ng → hạ t có dạ ng đa cạ nh hay cầ u (hì nh 1.25)

- Nguộ i nhanh theo hai phư ơ ng (tứ c theo mộ t mặ t) → hạ t có dạ ng tấ m, lá , phiế n như grafit trong gang xá m

- do cá c mầ m đ ị nh hư ớ ng ngẫ u nhiê n

→ hạ t không đồng hướng, lệ ch nhau một cá ch đ á ng kể → vùng biê n hạ t với mạ ng tinh thể bị xô lệ ch

Hì nh 1.25 Quá trì nh tạo và phát triển

mầm theo thời gian (các hì nh a,b,c) và

kết thúc ở giây thứ n (d)

Trang 17

20

- Nguộ i nhanh theo mộ t phư ơ ng nà o đ ó , hạ t sẽ có dạ ng đ ũ a, cộ t hay hì nh trụ

- Dạ ng tinh thể hì nh kim (đ ầ u nhọ n) → chỉ khi nhiệ t luyệ n

1.7.4

1.7.4 Cá c phươ ng phá p tạo hạ t nhỏ khi đúcCá c phươ ng phá p tạo hạ t nhỏ khi đúcCá c phươ ng phá p tạo hạ t nhỏ khi đúc

Hạ t nhỏ → cơ tí nh cao hơn (bề n và dẻ o hơn = độ dai cao hơn) → ? hạ t nhỏ

a

a Nguyê n lýNguyê n lýNguyê n lý

Kí ch thư ớ c hạ t cũ ng phụ thuộ c và o tư ơ ng quan củ a hai quá trì nh: tạ o mầ m và phá t

triể n mầ m Số mầ m đư ợ c tạ o ra cà ng nhiề u thì hạ t cà ng nhỏ , mầ m lớ n lê n (phá t

triể n) cà ng nhanh thì hạ t cà ng lớ n Kí ch thư ớ c hạ t A phụ thuộ c và o tố c đ ộ sinh mầ m

n và tố c đ ộ phá t triể n v (mm/s) theo cô ng thứ c thự c nghiệ m: A = 1,14

3 n

Tạ o mầ m ngoạ i lai : 2 loạ i:

- kim loạ i có cù ng kiể u mạ ng hoặ c gầ n giố ng nhau:

FeSi, FeSiCa (gang), Ti (thé p) Hì nh 1.26 ảnh hưởng của ∆T đến

n và v

- cho chấ t tạ o oxit, nitrit : Al2O3, AlN khi đ ú c thé p

Hấ p phụ : Na cho Silumin (AlSi)

Cầ u hoá graphit : Mg, Ce, Đh

Tá c đ ộ ng vậ t lý :

Rung, siê u â m → bẻ gẫ y tinh thể → hạ t nhỏ

Đú c ly tâ m → hạ t nhỏ

1.7.5 Cấ u tạ o tinh thể của thỏ i đúc

hoặ c vuô ng, chú ng đ ư ợ c đ ú c trong khuô n kim

loạ i, đ ô i khi khuô n cò n đ ư ợ c là m nguộ i bằ ng

nư ớ c chú ng thư ờ ng có cấ u trú c 3 vù ng đ iể n

hì nh (hì nh 1.27):

Hì nh 1.27 Cấ u trú c 3 vù ng củ a thỏ i

đ ú c

Trang 18

21

Vỏ ngoà i cù ng là lớ p hạ t nhỏ đ ẳ ng trụ c 1: do ∆T lớn, mầ m ngoạ i lai nhiề u → hạ t nhỏ

mị n Do thà nh khuô n có đ ộ nhấ p nhô → cá c mầ m phá t triể n theo cá c phương ngẫ u nhiê n cắ t nhau, chè n é p nhau → hạ t phá t triể n đề u theo mọi phí a

Vù ng tiế p theo là lớ p hạ t tư ơ ng đ ố i lớ n hì nh trụ 2: vuô ng gó c vớ i thà nh khuô n, do thà nh khuô n mớ i bắ t đ ầ u nó ng lê n → ∆To ↓, hạ t lớn hơn và phá t triể n mạ nh theo phư ơ ng phá p tuyế n vớ i thà nh khuô n là phư ơ ng truyề n nhiệ t → hạ t hì nh trụ

Vù ng ở giữ a là vù ng cá c hạ t lớ n đ ẳ ng trụ c 3

Kim loạ i lỏ ng ở giữ a kế t tinh sau cù ng, thà nh khuô n đ ã nó ng lê n nhiề u do đ ó :

- ∆T ↓ → hạ t lớn,

- nhiệ t tả n đ ề u theo mọ i phư ơ ng → hạ t đẳ ng trục

Vù ng ngoà i cù ng luô n luô n là lớ p vỏ mỏ ng, 2 vù ng sau phụ thuộ c và o đ iề u kiệ n là m nguộ i khuô n:

+ nguộ i mã nh liệ t thì vù ng 2 sẽ lấ n á t vù ng 3, thậ m chí mấ t vù ng 3 → xuyê n tinh → khó biế n dạ ng dẻ o, khô ng phù hợ p vớ i thỏ i cá n

+ nguộ i chậ m thì vù ng 3 lạ i lấ n á t vù ng 2, thỏ i trở nê n dễ cá n hơ n

b

b Cá c khuyế t tậ t của vật đúc Cá c khuyế t tậ t của vật đúc Cá c khuyế t tậ t của vật đúc

Rỗ co và lõ m co: Do khi kế t tinh kim loạ i co lạ i khô ng đ ư ợ c bù → co: rỗ co nằ m phâ n tá n, rả i rá c giữ a cá c nhá nh câ y trê n khắ p vậ t đ ú c đ ư ợ c gọ i là rỗ co→ gia công á p lực

ở nhiệ t đ ộ cao thì chú ng đ ư ợ c hà n kí n khô ng ả nh hư ở ng đ á ng kể đ ế n cơ tí nh

co tậ p trung → lõm co thường nằ m ở nơi kế t tinh sau cùng: chỗ dà y, phí a trê n Phầ n thỏ i có lõ m co phả i đ ư ợ c cắ t bỏ → tỷ lệ sử dụng chỉ còn khoả ng 85 đế n 95% Đúc liê n tụ c o có lõ m co

Đố i vớ i chi tiế t đ ú c phả i đ ể phầ n lõ m co ở đ ậ u ngó t → cắ t bỏ đi

Rỗ khí

Khí hoà tan thoá t ra khô ng kị p → rỗ khí hay bọt khí Khi cá n không thể hà n

kí n đư ợ c (lớ p ô xyt ngă n cả n khuế ch tá n là m liề n chỗ bẹ p), gâ y ra tró c vỏ hoặ c nứ t khi sử dụ ng → khử khí tốt trước khi rót khuôn, sấ y khô khuôn cá t hoặ c đúc trong châ n khô ng

Thiê n tí ch (segregation)

Là sự khô ng đ ồ ng nhấ t về thà nh phầ n và tổ chứ c củ a sả n phẩ m đ ú c, cả vớ i hợ p kim (khi thà nh phầ n phứ c tạ p) và kim loạ i do tí ch tụ tạ p chấ t Có nhiề u dạ ng thiê n

tí ch: theo trọ ng lư ợ ng, trong bả n thâ n hạ t, củ a P, S trong thé p

Trang 19

36

Phần II

Hợp kim và biến đổi tổ chức

Chương 3 Hợp kim và giản đồ pha

Hợ p kim là hỗ n hợ p củ a kim loạ i vớ i mộ t hoặ c nhiề u kim loạ i hoặ c á kim khá c

La tô ng= hợ p kim Cu + Zn → hợp kim đơn giả n chỉ gồm 2 nguyê n tố

Gang: Fe+Mn+Si và C+P+S, nguyê n tố chí nh là Fe (kim loạ i) → hợp kim phức tạ p

Nguyê n tố kim loạ i chí nh (> 50%) đ ư ợ c gọ i là nề n hay nguyê n tố cơ sở

b

b ưu việ t của hợ p kimu việ t của hợ p kimu việ t của hợ p kim so với kim loạ i so với kim loạ i so với kim loạ i

Hợ p kim: đ ộ bề n, đ ộ cứ ng, tí nh chố ng mà i mò n cao hơ n, tí nh cô ng nghệ tố t hơ n: đ ú c, cắ t

gọ t, nhiệ t luyệ n đ ể hoá bề n tố t hơ n, rẻ hơ n

Kim loạ i nguyê n chấ t: dẫ n nhiệ t, dẫ n đ iệ n tố t (dâ y dẫ n, trang sứ c, đ iệ n cự c Pt, Au)

c

c Mộ t số khái niệ mMộ t số khái niệ mMộ t số khái niệ m

• Pha: cùng cấ u trúc, cùng trạ ng thá i, cùng kiể u và thông số mạ ng, cá c tí nh chấ t cơ - lý -

hó a xá c đ ị nh, phâ n cá ch nhau bở i mặ t phâ n chia pha

• Cấ u tử là cá c phầ n độc lậ p có khối lượng không đổi, chúng tạ o nê n cá c pha trong hợp kim

d Phâ n loạ i cá c tươ ng tá cPhâ n loạ i cá c tươ ng tá cPhâ n loạ i cá c tươ ng tá c

Chế tạ o hợ p kim = nấ u chả y % xá c đ ị nh rồ i là m nguộ i

Từ pha lỏ ng đ ồ ng nhấ t khi là m nguộ i sẽ có tư ơ ng tá c tạ o

Trang 20

37 Cá c kiể u:

Cá c kiể u: thay thế và xen kẽ (hì nh 3.3)

Hì nh 3.3 Sơ đồ sắp xếp nguyên tử hòa tan thay thế

và xen kẽ vào dung môi có mạng lập phương tâm mặt,

Phâ n loạ i: theo giới hạ n h/tan gồ m 2 loạ i: dd rắ n hoà tan có hạ n và dd rắ n hoà tan vô hạ n

theo sự phâ n bố ng/tử chấ t tan, có 2 loạ i: dd rắ n có tr/tự và dd rắ n o có tr/tự G

Giớ i hạ n hò a tan là nồ ng đ ộ chấ t tan lớ n nhấ t mà vẫ n bả o tồ n đ ư ợc mạ ng tinh thể

Điề u kiệ n hoà t

Điề u kiệ n hoà tan vô hạ n:an vô hạ n:an vô hạ n: chỉ có thể (có khi o) xả y ra khi thỏ a mã n cả 4 yế u tố sau:

Hì nh 3.4 Sơ đồ thay thế để tạo dung dịch rắn hòa tan vô hạn giữa hai kim loại A và B

1- cù ng kiể u mạ ng, 2-đ ư ờ ng kí nh nguyê n tử khá c nhau í t (< 8%)

3-thoả mã n giớ i hạ n nồ ng đ ộ đ iệ n tử : ví dụ : mạ ng lftm → Ce ≤ 1,36, lftk → Ce ≤ 1,48, 4-có cù ng hoá trị , tí nh â m đ iệ n sai khá c nhau í t

Ngoà i ra, tí nh lý - hó a (đ ặ c biệ t là nhiệ t đ ộ chả y) giố ng nhau → dễ tạ o thà nh dung dị ch rắ n hò a tan vô hạ n Ví dụ : Ag - Au (mạ ng A1, ∆r = 0,20%, cùng nhóm IB), Cu - Ni (mạ ng A1, ∆r = 2,70%, IB và VIII), Feα - Cr (mạ ng A2, ∆r = 0,70%, VIB và VIII)

D

Dung dị ch rắ n ung dị ch rắ n ung dị ch rắ n cócócó trậ t tự trậ t tự trậ t tự:::: cá c nguyê n tử chấ t tan sắ p xế p có trậ t tự trong mạ ng tinh thể dung mô i, (đư ợ c nguộ i rấ t chậ m trong khoả ng nO nhấ t đ ị nh) Đa số trư ờ ng hợ p là khô ng trậ t tự

A1 là loạ i 8 mặ t chỉ bằ ng 0,414dng/tử , ngoà i H, o có á kim nà o bỏ lọ t → đẩ y cá c nguyê n

tử chủ bao quanh giã n ra, gâ y ra xô lệ ch mạ nh mạ ng (hì nh 3.5)

chỉ có dung dị ch rắ n xen hò a tan có hạ n

Hì nh 3.5 Sự xô lệch mạng trong dd rắn:

a hòa tan thay thế khi rht > rchủ,

b hòa tan xen kẽ rht> rlỗ hổng

d

d Cá c đặ c tí nh của dung dị ch rắ nCá c đặ c tí nh của dung dị ch rắ nCá c đặ c tí nh của dung dị ch rắ n

Có kiể u mạ ng tinh thể củ a kim loạ i dung mô i → có đặ c trưng cơ, lý, hóa tí nh của kim loạ i

nề n:

1) Mạ ng tinh thể , đ ơ n giả n và xí t chặ t (A1, A2 ) củ a kim loạ i vớ i liê n kế t kim loạ i

2) Cơ tí nh giố ng kim loạ i cơ sở :

Trang 21

38 dẻ o, có giả m đ i 1 chú t song vẫ n đ ủ cao, dễ biế n dạ ng dẻ o, cá biệ t tă ng đ ộ dẻ o: Cu(Zn)

vớ i 30%Zn cò n dẻ o hơ n cả Cu → chi tiế t dậ p sâ u, đồ dá t = latông

tă ng đ ộ bề n, đ ộ cứ ng, khả nă ng chị u tả i hơ n hẳ n kim loạ i nguyê n chấ t

nồ ng đ ộ chấ t tan cà ng lớ n → dẻ o cà ng giả m, bề n cà ng tă ng Quá lớn → gâ y ra giòn, dễ

3.1.3 Pha trung gianPha trung gianPha trung gian

Trê n giả n đ ồ pha 2 phí a là dung dị ch rắ n, ở giữ a là cá c pha trung gian

a

a Bả n chấ t và phâ n loạiBả n chấ t và phâ n loạiBả n chấ t và phâ n loại

Đặ c đ iể m: 1) Có mạ ng tinh thể phứ c tạ p và khá c hẳ n vớ i nguyê n tố thà nh phầ n

2) Có tỷ lệ chí nh xá c giữ a cá c nguyê n tố theo cô ng thứ c hó a họ c AmBn 3) Tí nh chấ t : khá c hẳ n cá c nguyê n tố thà nh phầ n → giòn

4) Có nhiệ t đ ộ chả y xá c đ ị nh, khi tạ o thà nh tỏ a nhiệ t

5) khá c vớ i cá c hợ p chấ t hó a họ c thô ng thư ờ ng, cá c pha trung gian khô ng hoà n toà n tuâ n theo quy luậ t hó a trị → không có thà nh phầ n hóa học chí nh xá c theo công thức, có liê n

kế t kim loạ i Cá c pha trung gian trong hợ p kim thư ờ ng gặ p: pha xen kẽ , pha đ iệ n tử và pha Laves

Đ/điể m: Mạ ng tinh thể củ a pha xen kẽ ∈ tương quan kí ch thước nguyê n tử giữa á kim (X)

và kim loạ i (M): khi rX / rM < 0,59 → một trong ba kiể u mạ ng là A1, A2, A3 (tuy không giữ lạ i kiể u mạ ng vố n có như ng vẫ n mang đ ặ c đ iể m kim loạ i), cá c nguyê n tử á kim xen kẽ

và o cá c lỗ hổ ng trong mạ ng, tạ o nê n hợ p chấ t vớ i cá c cô ng thứ c đ ơ n giả n như M4X, M2X khi rX / rM > 0,59 → mạ ng tinh thể phức tạ p (được gọi là pha xen kẽ với mạ ng phứ c tạ p) tư ơ ng ứ ng vớ i cô ng thứ c M3X, M7X3, M23X6

T

T/chấ t:/chấ t:/chấ t: Nhiệ t đ ộ chả y rấ t cao (thư ờ ng > 2000 ữ 3000o

C), rấ t cứ ng (HV > 2000 ữ 5000) và giò n → hóa bề n, nâ ng cao tí nh chống mà i mòn và chị u nhiệ t của hợp kim

Đ/n: Pha tạ o bở i hai nguyê n tố A, B có tỷ lệ bá n kí nh nguyê n tử rA / rB = 1,2 (1,1 ữ 1,6)

vớ i cô ng thứ c AB2 có kiể u mạ ng A3: MgZn2, MgNi2 hay A1 (MgCu2) Do giò n nê n chỉ

đ ư ợ c dù ng trong HKTG hoặ c cá c pha hoá bề n

Trang 22

39 3.2.

3.2 Giản đồ pha của hệ hai cấ u tửGiản đồ pha của hệ hai cấ u tửGiản đồ pha của hệ hai cấ u tử

3.2.1 Quy tắ c pha và ứng dụngQuy tắ c pha và ứng dụngQuy tắ c pha và ứng dụng

Quy tắ c pha củ a Gibbs: T= N-F+2 khi P=1at thì T=N-F+1

Đặ c điể m: T ≥ 0 → số pha nhiề u nhấ t của hệ (ở trạ ng thá i câ n bằ ng!) Fmax = N + 1 → hệ

mộ t cấ u tử Fmax = 2, hai cấ u tử Fmax = 3, ba cấ u tử Fmax = 4

3.2.2 Quy tắ c đò n bẩ y3.2.2 Quy tắ c đò n bẩ y3.2.2 Quy tắ c đò n bẩ y

3.2.3 Giản đồ lGiản đồ lGiản đồ loạ i Ioạ i Ioạ i I

37

b’’

Trang 23

40 + > 500oC → lỏng hoà n toà n L, < 245o

C rắ n hoà n toà n, trong khoả ng (500 ữ 245o

C) 2 pha (lỏ ng + rắ n) = (L + Sb) Khi là m nguộ i thì tinh thể B (Sb) tạ o thà nh cà ng nhiề u

áp dụng quy tắc cá nh tay đò np dụng quy tắc cá nh tay đò np dụng quy tắc cá nh tay đò n::::

- tạ i đ iể m a tỷ lệ pha rắ n %Sb= a’’a/a’’a’=(60-37)/(100-37)= 36,5%, pha lỏ ng %L=63,5%

- tạ i đ iể m b tỷ lệ pha rắ n %Sb= b’’b/b’’b’= (60-13)/(100-13)=54%, pha lỏ ng %L=46%

áp dụng quy tắ c pha:p dụng quy tắ c pha:p dụng quy tắ c pha: tạ i điể m 1& a T=2-2+1= 1 đ ô ng đ ặ c trong khoả ng no→có thể thay

đ ổ i

trê n đ iể m 1 T=2-1+1=2 → thay đổi cả % và no

mà pha lỏ ng (hệ ) vẫ n bả o tồ n tạ i đ iể m cù ng tinh E T=2-3+1=0 → đông đặ c cùng tinh thì no khô ng đ ổ i giố ng KL ng/chấ t

Phả n ứ ng cù ng tinh: LE→ (A + B) hay L13%Sb→ (Pb + Sb)

Hợ p kim có thà nh phầ n ở chí nh đ iể m E → hợp kim cùng tinh, có nhiệ t độ chả y thấ p nhấ t,

Hợ p kim < 13%Sb = HK tr− ớ c cù ng tinh, HK>13%Sb →sau cùng tinh (tự khả o sá t HKTCT) 3.2.4

3.2.4 Giản đồ loạ i IIGiản đồ loạ i IIGiản đồ loạ i II

Đ/n: là GĐP củ a hệ 2 cấ u tử hoà tan vô hạ n ở trạ ng thá i rắ n và lỏ ng (hì nh 3.10)

Đ/n: Là giả n đ ồ pha của hệ hai cấ u tử , hò a tan có hạ n ở trạ ng thá i rắ n và có tạ o thà nh

cù ng tinh, hì nh 3.12 Hệ đ iể n hì nh là Pb-Sn Dạ ng khá giố ng vớ i giả n đ ồ loạ i I, khá c nhau

1

2 2’’

0

1’

Trang 24

41 + Điể m cù ng tinh E vớ i phả n ứ ng cù ng tinh : LE→ [α+β] hay L61,9 → [α19,2+ β97,5]

+ HK < 61,9%Sn → trước cùng tinh (trá i E) và HK> 61,9%Sn → HK sau cùng tinh (phả i E) + CF và DG là giớ i hạ n hò a tan Độ hò a tan max ở nhiệ t đ ộ cù ng tinh 183oC

+ Có thể chia cá c hợ p kim củ a hệ thà nh ba nhó m sau

• Nhóm chứa rấ t í t cấ u tử thứ hai (bê n trá i F, bê n phả i G), sau khi kế t tinh xong chỉ có

mộ t dung dị ch rắ n α hoặ c β, có đặ c tí nh như giả n đồ loạ i II

• Nhóm có thà nh phầ n nằ m trong khoả ng (từ Fđế n C và D đế n G), no< CF và DG →βII&αII

• Nhóm già u nguyê n tố HK (từ C đế n D), sau khi tiế t ra dung dị ch rắ n → (αC hay βD), pha

3.2.6 Giản đồ loạ i IVGiản đồ loạ i IVGiản đồ loạ i IV

Đ/n: Là GĐP hai cấ u tử có tạ o thà nh hợ p chấ t hó a họ c

hợ p chấ t hoá họ c ổ n đ ị nh Mg4Ca3, = tổ ng củ a hai

giả n đ ồ loạ i I: Mg - Mg4Ca3 và Mg4Ca3-Ca Đư ợ c

L+Mg4Ca3

Mg4Ca3+L Mg+L

là các hạt lớn màu đen bị bao bọc bởi cùng tinh [α+β]

Trang 25

Đ/điể m: khá c vớ i phả n ứng cù ng tinh, cù ng tí ch là pha rắ n → 2 pha rắ n

Ví dụ : GĐP Fe - C: Feγ(C)0,8→ [Feα + Fe3C] (sẽ khả o sá t sau)

Sự tiế t pha khỏ i dung dị ch rắ n

Tiế t pha βII & αII (hì nh 3.12) là cá c phầ n tử nhỏ mị n, phâ n tá n, phâ n bố đ ề u trong nề n pha mẹ → hoá bề n → hóa bề n tiế t pha

3.2.8

3.2.8 Quan hệ giữa dạ ng giả n đồ pha và tí nh chấ t của hợ p kimQuan hệ giữa dạ ng giả n đồ pha và tí nh chấ t của hợ p kimQuan hệ giữa dạ ng giả n đồ pha và tí nh chấ t của hợ p kim

a

a Tí nh chất cá c pha thà nh phầ nTí nh chất cá c pha thà nh phầ nTí nh chất cá c pha thà nh phầ n

Hợ p kim có tổ chứ c mộ t pha → tí nh chấ t của hợp kim là tí nh chấ t của pha đó

HK có tổ chứ c bao gồ m hỗ n hợ p củ a nhiề u pha thì tí nh chấ t củ a hợ p kim là sự tổ ng hợ p hay kế t hợ p tí nh chấ t củ a cá c pha thà nh phầ n (khô ng phả i là cộ ng đ ơ n thuầ n), gồ m cá c

i X T

T , trong đ ó Ti và Xi là tí nh chấ t và tỷ lệ củ a pha i, đ ố i

vớ i hợ p kim 2 pha: PHK = T1X1 + T2.X2 hay PHK = T1 + X2.(T2 - T1) Vớ i Xi∈ GĐP (hì nh 3.16)

Hì nh 3.16 Tí nh chất của hợp kim và giản đồ pha - quan hệ tuyến tí nh

q/hệ tuyế n tí nh chỉ đ ú ng khi cù ng cỡ hạ t và cá c pha phâ n bố đ ề u đ ặ n

PΣ

L+ β α

Trang 26

43 Quan hệ phi tuyế n:

Quan hệ phi tuyế n: Trong trư ờ ng hợ p hạ t nhỏ đi hoặ c to lê n, tí nh chấ t đạ t đ ư ợ c sẽ thay

3.3 Giản đồ pha Fe Giản đồ pha Fe Giản đồ pha Fe C (Fe C (Fe C (Fe Fe Fe3C)C)

Giả n đ ồ pha Fe - C (chỉ xé t hệ Fe - Fe3C) khá phứ c tạ p, rấ t đ iể n hì nh đ ể minh họ a cá c tư ơ ng tá c thư ờ ng gặ p và đ ư ợ c sử dụ ng rấ t nhiề u trong thự c tế

Ngoà i ra cò n có giả n đ ồ Fe - grafit là hệ câ n bằ ng ổ n chủ yế u là dù ng trong gang

C - Feγ), khả nă ng hò a tan cacbon và o cá c pha Fe khá c nhau:

Feα và Feδδδδ vớ i mạ ng vớ i mạ ng ạ ng A2A2A2 tuy mậ t đ ộ xế p thấ p, có nhiề u lỗ hổ ng, song mỗ i lỗ hổng lạ i có

b

b Tươ ng tá c hó a họ c Tươ ng tá c hó a họ c Tươ ng tá c hó a họ c giữa Fe và Cgiữa Fe và Cgiữa Fe và C

Austenit (γ) là DDR của C trong Feγ, mạ ng A1, g/hạ n hoà tan: 727oC -0,8%C, 1147o2,14%C

C-Ferit (α) là DDR của C trong Feα, mạ ng A2, giớ i hạ n hoà tan: 20oC-0,006%C, 727oC-0,8%C

Fe3C là pha xen kẽ , có kiể u mạ ng phứ c tạ p, có thà nh phầ n 6,67%C + 93,33%Fe

Mộ t số đườ ng có ý nghĩ a thực tế rấ t quan trọ ng:

PΣ

L+ β α

β

α+β

Pβ

Pα

Trang 27

b C¸c chuyÓ n biÕ n khi lµ m ngué i chË m

- ChuyÓ n biÕ n bao tinh x¶ y ra ë 1499oC: δH + LB→ γJ hay δ0,10+ L0,50→ γ0,16 (3.1)

- ChuyÓ n biÕ n cï ng tinh x¶ y ra ë 1147oC: LC→ (γE + Xª ) hay L4,3→ (γ2,14+ Xª ) (3.2)

- ChuyÓ n biÕ n cï ng tÝ ch x¶ y ra ë 727oC: γS→ [αP + Xª ] hay γ0,8→ [α0,02+ Xª ] (3.3)

- Sù tiÕ t pha Fe3C d− ra khá i dung dÞ ch r¾ n cñ a cacbon: γ, no< ES →XªII vµ α, no< PQ

Austenit

Austenit [γγγγ, AAA, FeFeγγγγ(C)], ® · nª u trª n, kh¸ c ví i F, (C) γγγγ kh«ng cã tÝ nh s¾ t tõ, chØ tån t¹ i ë nhiÖ t

® é cao (> 727oC), chØ tå n t¹ i ë nhiÖ t ® é cao hoÆ c TKG austenit, Γ13,… nh−ng l¹ i cã vai trß quyÕ t ® Þ nh trong biÕ n d¹ ng nã ng vµ nhiÖ t luyÖ n

TÝ nh chÊ t cñ a γγγγ: : : : cã tÝ nh dÎ o rÊ t cao (m¹ ng A1)

Nhê γγγγ cã tÝ nh dÎ o cao cã tÝ nh dÎ o cao → thÓ tiÕ n hµ nh biÕ n d¹ ng nãng mäi hîp kim Fe - C víi C < 2,14% →

Lµ m ngué i austenit ví i tè c ® é ≠ → tæ chøc ≠ → c¬ tÝ nh ≠: nguéi chË m → P+F mÒ m, ngué i nhanh → mactenxit cøng Tæ chøc tÕ vi cña γγγγ gåm c¸ c h¹ t s¸ ng, cã thÓ víi mµ u

® Ë m nh¹ t kh¸ c nhau ® « i chó t, cã c¸ c ® − ê ng song tinh

S

Trang 28

45

- XeII đ ư ợ c tạ o thà nh là m nguộ i γ theo đường ES HK có 0,80<%C< 2,14, Dạ ng lưới bao quanh hạ t γγγγ (peclit) hì nh 3.23, lưới liê n tục là m giả m mạ nh tí nh dẻ o và dai của hợp kim, lư ớ i rá ch tă ng cứ ng và chị u mà i mò n tố t

- XeIII đ ư ợ c tạ o thà nh khi là m nguộ i F dư ớ i đ ư ờ ng PQ, quá nhỏ thư ờ ng đ ư ợ c bỏ qua

- Xê cù ng tí ch đ ư ợ c tạ o thà nh do chuyể n biế n cù ng tí ch → peclit, rấ t quan trọng, xé t sau Grafit

Grafit chỉ đ ư ợ c tạ o thà nh trong gang vì có Si, khả o sá t trong gang sau nà y

Peclit tấ m (hì nh 3.21a): thư ờng gặ p hơ n, F & Xê đ ề u ở dạ ng tấ m nằ m xen kẽ nhau

Peclit hạ t (hì nh 3.21b): í t gặ p hơ n, Xê thu gọ n lạ i thà nh dạ ng hạ t nằ m phâ n bố đ ề u trê n

nề n F So vớ i peclit tấ m, peclit hạ t có đ ộ bề n, đ ộ cứ ng thấ p hơ n, đ ộ dẻ o, đ ộ dai cao hơ n

đ ô i chú t Peclit hạ t thư ờ ng đ ư ợ c tạ o thà nh khi giữ nhiệ t lâ u ở (600 ữ 700oC)

Lê đê burit

Lê đê burit (Lê hay [[[[P + XeP + XeP + Xe]) trê n 727oC là [γ+Xê ] dưới 727oC là [P+Xê ]

Hì nh 3.21: Lê = hỗ n hợ p củ a peclit tấ m (cá c hạ t tố i nhỏ ) trê n nề n xê mentit sá ng

Lê đ ê burit cứ ng và giò n vì tỷ lệ Xê cao (%Xê =(4,3-0,8)/(6,67-0,8)=59,6%) và chỉ có trong gang trắ ng

3.3.3

3.3.3 Phâ n loạ iPhâ n loạ iPhâ n loạ i

a

a Khái niệ m Khái niệ m Khái niệ m chung về thé p, gangchung về thé p, gangchung về thé p, gang

Thé p và gang đ ề u là hợ p kim Fe-C, trong đ ó : < 2,14%C là thé p, ≥ 2,14%C là gang

Đ/đ iể m: tấ t cả cá c thé p khi đ ư ợ c nung nó ng trê n đ ư ờ ng GSE tư ơ ng ứ ng đ ề u có 1 pha γ

Tí nh đ ú c củ a thé p là thấ p (no chả y cao, co nhiề u), í t đ ư ợ c sử dụ ng đ ể chế tạ o vậ t đ ú c Gang khô ng thể nung nó ng đ ể có tổ chứ c mộ t pha γ mà bao giờ cũng còn Xê (hay grafit)

→ không biế n dạ ng nguội lẫ n nóng được (kể cả loạ i được gọi là gang rè n), tí nh đúc tốt

b Các loạ i thé p, gang theo giả n đồ pha Fe

b Các loạ i thé p, gang theo giả n đồ pha Fe C C C

Thé p C:

Thé p C: loạ i chỉ chứ a C và 1 lượ ng không đ á ng kể cá c nguyê n tố khá c, gồ m 3 loạ i: -

Thé p trư ớ c cù ng tí ch: %C <0,8%, bê n trá i đ iể m S, tổ chứ c F (sá ng) + P (tối) (hì nh 3.22) Phầ n lớ n thé p thư ờ ng dù ng là loạ i nà y mà tậ p trung ở loạ i ≤ 0,20%C rồ i tiế p đ ế n 0,30 ữ

Trang 29

46

Gang

Gang:::: t− ¬ ng øng ví i G§P Fe-C (Fe-Fe3C) lµ gang tr¾ ng, Ý t dï ng v× qu¸ cø ng, giß n, kh« ng thÓ gia c« ng c¾ t ® − î c gå m 3 lo¹ i:

- Gang tr¾ ng tr− í c cï ng tinh ví i %C< 4,3%, cã tæ chø c P+ XªII + Lª (h× nh 3.24a)

3.21)

- Gang tr¾ ng sau cï ng tinh ví i > 4,3%C ë bª n ph¶ i ® iÓ m C, cã tæ chø c Lª + XªI (h× nh 3.24b)

H× nh 3.23 Tæ chøc tÕ vi

cña thÐp sau cïng tÝ ch H× nh 3.24 Tæ chøc tÕ vi cña gang tr¾ng (x500):

(1,20%C) (x500) tr−íc cïng tinh (a) vµ sau cïng tinh (b) c

c Ç c ®iÓ m tíi h¹ n cña thÐ pÇ c ®iÓ m tíi h¹ n cña thÐ pÇ c ®iÓ m tíi h¹ n cña thÐ p

A (tõ tiÕ ng Ph¸ p arrª t=dõ ng, c- chauffer=nung nã ng, r- refroidir=lµ m ngué i)

A ví i 1, 2, 3, 4, vµ cm, chó ng ® −î c gä i lµ c¸ c ® iÓ m (hay nhiÖ t ® é ) tí i h¹ n, gå m:

A1 - ® − ê ng PSK (727oC) ø ng ví i chuyÓ n biÕ n austenit ↔ peclit, cã trong mäi lo¹ i thÐ p

A3 - ® − ê ng GS (911 ÷ 727o

C) ø ng ví i b¾ t ® Ç u tiÕ t ra F khá i γ khi lµ m nguéi hay kÕ t thóc

hß a tan ferit vµ o austenit khi nung nã ng, chØ cã trong thÐ p tr− í c cï ng tÝ ch

Acm ®− ê ng ES (1147 ÷ 727oC) ø ng ví i b¾ t ® Ç u tiÕ t ra XªII khá i γ khi lµ m nguéi hay kÕ t thó c hß a tan XªII vµ o γ khi nung nãng, chØ cã trong thÐ p sau cïng tÝ ch AA0 (210oC) - ® iÓ m Curi cñ a Xª , A2- (768oC) - ® iÓ m Curi cñ a ferit,

Trang 30

36