Nghiên cứu khoa học vật liệu: Phần 2

VẬT LIỆU HỌC _ 379 Chương KIM LOỌI HỢP KIM Mi^u Trong chương đă đề cập đến hỢp kini trén sỏ sắt N h ìíng v ậ t liệu cỏ nlìiểii ưu điểm tín h cơng nghệ tốt, giá thành rẻ có th ể th ay đổi tín h khoảng rộng b ằng cách th ay đổi phương pháp chế tạo, áp dụng công nghệ nhiệt liiyện hợp kiin hóa N hị chúng ứng dụng rộng rài Tuy nhiên inột sô' lĩn h vực công nghiệp, sử dụng gang, thép tỏ hiệu quả, vai trò kim loại m àu trở n ên quan trọng, chí khơng th ể th ay Theo p hân loại h iện h àn h th ì kim loại m àu bao gồm tấ t kim loại hỢp kini không sở sắt N hư vậ y chủng loại kim loại m àu đa dạng Phạm vi sử dụng chúng khác Trong khuôn khổ cho phép chương đề cập đèn kim loại hợp kim m àu chủ yêu ứng dụng rộng rãi đóng vai trị qiian trọng lĩiih vực kinh tế địi Rống Iihit đồng, nhơm , m agiê titan m ột sô kim loại dễ chảy hỢp kim sở chúng P h ần ci chương trình bày v ậ t liệu kim loại ứng dụng vù n g nh iệt độ cao 8.1 ĐỒNG VÀ HỢP KIM ĐỒNG Đ ồng hỢp kim đưỢc người phát sử dụng từ thòi cổ đại (thòi kỷ đồ đồng) Là m ột kim loại có tính chất quý độ dẻo cao khả n ăn g chống ăn mịn tốt n h iều mơi trường, đặc biệt độ dẫn điện dẫn nhiệt, cao, v ậ t liệu kim loại nghiên cứu, phát triển ứng dụng rộng răi Theo tín h châ't cơng dụng, hỢp kim đồng phân loại th àn h nhóm , v í dụ, Iihóm hỢp kim đúc nhóm hợp kim biến dạng, nhóm có th ể hóa b ằn g n h iệt lu yện nhóin khơng có đặc điểm Tiiy cách phân loại th ông dụng dựa vào thành phần hóa học Theo cách hỢp kiiT íồ n g điíỢc chia thành hai nhóm chính: latơn g (các hợp kim Cu với Zii) brông (các hỢp kim Cii vói Sr vói m ột sơ' n gun tố k h c )'” T iêu ch u ẩn nhà Iiưóc V iệt N am TCVN 19Õ9-7Õ quy địiih ký hiệii hợp kim đồng Iihií saii: (1) L h I ò h k c ò n ựọi rtồiiiỉ r h a i i , br ôi i B - đỒTiỆr t h a i i h https://tieulun.hopto.org 380 _ C h n g KIM LOẠI VÀ HỢP KIM MÁU - Đôi với latông: b đầu b ằn g chữ L ký hiệu Cu Zn sau ký hiệu n gu yên tô’ hớp kim n ếu có Các số đứng saii ký hiệii n gu yên tô hàm lượng tru n g bìiih th eo phần trám (trọng liíỢiig) tương ứng Ví dụ ký hiệii L Cu Zn Pb2 có n gh ĩa latơn g chứa tru ng bình 40%Zn % Pb phần cịn lại (58%) đồng - ĐỔì vói brơiig: b ắ t đ ầu b ằn g chữ B Cu đến ký hiệu n gu yên tô hợp kim tạo brơng P h ầu CIIỐỈ ký hiệu n gu yên tô' hợp kim phụ N guyên tắc hàm lượng tru n g bìiih theo phần trăm n gu n tơ có brơng hồn tồn tương tự n h ký h iệu latơng Ví dụ: ký h iệu B Cu S ii4 Zii4 Pb2,õ có Iighĩa brơiig thiếc có tliàn li p hần hóa học trim g bình: 4%Sn 4%Zn, 2,5% Pb v p h ần lại (89,5%) đồng 8.1.1 ĐỒNG Đ ỏ Đ ồng đỏ n g u y ên chất, m àu đỏ M ặc dù khối lượng riêng lớn (8,940 g/cin Iiliiíiig có đưỢc tiê u lý hóa tính tương đối cao, n ên đồng đ\íỢc sử dụng phổ biên Dưới khảo s t đặc điểm đồng ảnh hưỏng m ột số tạp ch ất thường có 8.1.1.1 Đặc điểm đỏ Đồng kim loại dẻo v ì có cấu tạo tin h th ể kiểu lập phiíơiig tâm m ặt Nliơ đặc tính ngưịi ta b iến d ạn g n óng n guội đồng dễ dàng Klii chịu biến dạng dẻo đồng bị h óa b ền m ạnh V í dụ: đồng đỏ độ 99,97% Cu, trạn g th i ban đầu chưa b iến dạng có giối hạn bền kéo 220 M Pa, giói hạn đàn hồi 70 M Pa, sa u b iến d ạn g dẻo vói mức độ biến d ạng 60% giá trị t\Wng ứng tăng lên 425 MPa 37Õ MPa Tính chất đặt sỏ cho phương pháp hóa bền đồng hỢp kim nó: biến dạng ngiiội Trong triíịng hợp cần gia cơng cắt gọt th ì độ dẻo cao đồng gây khó gẫy phoi lại m ột nliiíỢc điểm Trên thực tế, để cải th iện tín h gia cơng cắt gọt người ta thưòng sử dụng n gu yên t ố hỢp kim th ích hỢp Đồng nóng chảy 1083”C Độ chảy loăn g đồng nhỏ, khả n ăn g điển đầy khuôn đúc T ính h àn đồng k há tơt Có th ể áp dụng niọi kiểii hàn đôi với đồng Klii h àm lượiig tạ p ch ất, đặc b iệt oxy tăn g lên, tín h h àn đồng giảm rõ rệt Trong mơi trưịiig thường gặp; nưóc nưốc biển, khơng k h í 'một số niơi tritịng hóa ch ất kiềm , a x it hữu cơ, đồng ổn định chông ăn m òn tốt Đ ồng bật v ề tín h d ẫn đ iện n h iệt cao Trong dãy kim loại Iiếii so sả n h tiêu n ày đồng đứng thứ h sa u bạc Đ ồng đỏ với độ 99.9% Cu sau ủ có điện trở nhỏ “c b ằng 1.7241 n cm độ dẫn n h iệt lóii, 385 W /m K 8.1.1.2 Ảnh hưởng tạp chất Phụ thuộc vào phương pháp trùih độ cơng nghệ, ngưịi ta có th ể tạo đồng đỏ vối độ khác Tạp ch ất đồng râ't đa dạng, cỏ th ể đưỢc phân th n h ba nhóm san: https://tieulun.hopto.org VẬT LIỆU HỌC 381 - Các tạp ch ất hòa tan d\ing dịch rắỉi đồng N hóm gây ản h hiíởng xấii đến độ dầu điện Trên hìiih 8.1 cho thấy độ dẫn điện giảm nhan h hàm liíỢlig tạp châ't đồng tă n g lên m 30 so 10 so so io 30 20 w ũ Hàm lu'Ợng B i , % Hàm lượng , % Hình 8.1 Ảnh hưỏng tạp chất đến đô dẫn điên đồng Hinh 8.2 Giản đổ pha Cu-Bi - Các tạp ch ất h ầu không tan dung dịch rắn đồng tạo tổ chức tinh dễ chảy (Bi Pb, ) Các tạp chất làm giảm tín h, đặc b iệt đ" cẻo láiri xấu khả n ăn g gia công ap lực can, kéo n h iệt độ cao Từ giảii đồ pha hệ C ii-B i (hình 8.2) ta thấy thàiih phầii ứng vối điểm cùng, tinh gần trùng với Bi n gu yên ch ất (99.8% Bi) Klii kết tinh, tổ chức tin h vói n liiêt độ chảy thấp (2 “C) rá't giòn tạo sau phân bơ' th àn h lóp m ỏng theo biên giới h ạt Vì v ậ y chínli ngun nhân gáy vỏ phơi cán nóng, lútt giòn biến d ạng nguội 1100 - C ầ c tạp ch ấ t titơng tnr với đồng tao hợp ch ấ t hóa học Trong nhóm n [a '+ Ỵ j (8 ) Pha Y2 hỢp ch ấ t ctiêii tử ciíii^^ giịn Sau phản ứng tích (8.2) độ bền tãiig khơng (taí kể độ dai phn huỷ giả 111 m ạnh, hợp kiin trở nêu giòn T\iy vậy, nè\i làm ngiiội n h an h cách troiig nước, pha p chuyển biếu khơng khuếch tan tạo P' có kiểu m ạng sa u phương NgưỢc với m acteiix it troiiíí thép vừa cứng vừa bền in acten xit tạo tơi brơng uliơni cịn m ềm tổ chức eutectoid [a + Y^] Tuy ram n iacteiix it ỏ 500'’c n h ận hiộu ứng lión bền (tang kể mà khơng làm giòn hỢp kim pha y-2 tiét dọng Iiliỏ Iiiịu Các brơng nliịiii chứa khoảng 10 - 13% AI sa ii n h iệt lu yện ram đạt đưỢc tíiil’ khả nâng chơng ăn m ịn m ài inịii tơt N giíịi ta th iíon g đưa thêm Fe Ni (tế nâỉig cao độ nóng, cải thiện https://tieulun.hopto.org C h n g s KIM LOẠI VÀ HỢP KIM MÀU 388 thêm tính chống ăn mịn chơng oxy hóa TroiiịT biìiiíỉ 100 100-50 1-0,5 50-25 0,5-0,25 25-12 0,25-0,12 12-6 0.12-0,06 6-3 3-1,5 0,06-0,03 0,03-0,015