Bài giảng vật liệu kim loại chương 1 cấu trúc tinh thể và sự hình thành

GIỚI THIỆU VỀ VẬT LIỆU VẬT LIỆU LÀ GÌ? VÌ SAO PHẢI HỌC VẬT LIỆU? GIỚI THIỆU VỀ VẬT LIỆU Kỹ thuật vật liệu Thiết kế, chế tạo vật liệu có cấu trúc phù hợp với tính chất vật liệu theo yêu cầu sử dụng Gia công, chế tạo Tổ chức, Cấu trúc Khoa học vật liệu Nghiên cứu mối quan hệ cấu trúc tính chất vật liệu Tính chất Yêu cầu sử dụng PHÂN LOẠI VẬT LIỆU Kim loại nhóm vật liệu chính: + VL kim loại: + Ceramic: + Polymer: Composite + Composite: Polymer 1- VL bán dẫn 2- VL siêu dẫn 3- VL silicon 4- VL polymer dẫn điện Ceramic Vai trò vật liệu Đối tượng vật liệu học:  Mối quan hệ tính chất, cấu trúc & gia công vật liệu  Thiết kế, lựa chọn, gia công vật liệu phù hợp yêu cầu sử dụng Tính chất: - học (cơ tính) - vật lý (lý tính) - hóa học (hố tính) - cơng nghệ sử dụng Cấu trúc: - cấu trúc tinh thể vật liệu - Tổ chức pha vật liệu Vật liệu kỹ thuật: Chương 1: Cấu trúc tinh thể hình thành 1.1 Cấu tạo liên kết nguyên tử: Cấu tạo nguyên tử: e chuyển động bao quanh hat nhân (p+n) K L M N 1s2 2s2 2p6 3s23p63d6 4s2 Chương 1: Cấu trúc tinh thể hình thành 1.1 Cấu tạo liên kết nguyên tử vật liệu kim loại Liên kết kim loại: Tính kim loại : 1.1 Cấu tạo liên kết nguyên tử vật liệu kim loại Sự xếp nguyên tử vật chất Chất khí: nguyên tử, phân tử chuyển động hỗn loạn Chất rắn tinh thể: ngun tử có vị trí hồn tồn xác định (có trật tự gần trật tự xa) 1.1 Cấu tạo liên kết nguyên tử vật liệu kim loại Sự xếp nguyên tử vật chất Chất lỏng: có trật tự gần, khơng có trật tự xa Chất rắn vơ định hình: cấu trúc giống chất lỏng trước đông đặc Chất rắn giả tinh thể: có cấu trúc giả tinh thể với trục đối xứng bậc 5, bậc 10 Chất lỏng tinh thể: LCD 1.2 Khái niệm mạng tinh thể Nối tâm nguyên tử xếp trật tự đường thẳng tưởng tượng -> Mạng tinh thể Ô sở: Cấu trúc tinh thể vật liệu kim lọai Ô sở  c  b  a hệ tinh thể ( Crystal system) Ba nghiêng (tam tà) Một nghiêng (đơn tà) Trực thoi Ba phương (mặt thoi) Sáu phương (lục giác) Chính phương (bốn phương) Lập phương abc abc abc a=b=c a=b c a=b c a=b=c  ==900 ===900 ==900 ==900, =1200 ===900 ===900 1.3.2 Sai lệch mạng tinh thể b) Sai lệch đường – lệch: kích thước nhỏ cỡ vài nguyên tử theo chiều lớn theo chiều thứ ba Lệch biên: chèn thêm bán mặt vào nửa mạng tinh thể lý tưởng Véctơ Burger: đóng kín vịng vẽ mặt phẳng vng góc với trục lệch Trục lệch 1.3.2 Sai lệch mạng tinh thể Lệch xoắn: hai phần mạng tinh thể trượt tương đối so với số mạng Các nguyên tử vùng lệch xếp theo hình xoắn ốc trục lệch b // trục lệch 1.3.2 Sai lệch mạng tinh thể Đặc trưng lệch Mật độ lệch ρ : + Yếu tố ảnh hưởng: l lêch V   cm      cm2  cm   - Kim loại trạng thái ủ ρ = 108 cm-2 - Hợp kim kim loại sau biến dạng nguội : ρ = 1010- 1012 cm-2 Ý nghĩa lệch: + Lệch biên: + Lệch xoắn: 1.3.2 Sai lệch mạng tinh thể c) Sai lệch mặt : kích thước lớn theo hai chiều nhỏ theo chiều thứ ba, tức có dạng mặt biên giới hạt siêu hạt bề mặt tinh thể 1.4 Sự kết tinh hình thành tổ chức kim loại 1.4.1 Điều kiện kết tinh Độ nguội : ΔG Năng lượng tự do, G Biến đổi lượng kết tinh GR GL T T0 Nhiệt độ, T 1.4.2 Hai trình kết tinh 1.4.2 Hai trình kết tinh a) Tạo mầm Mầm : ………………………………………………………………… Mầm tự sinh: r > rth = 2σ/ΔGv (ΔT tăng → ΔGv tăng → rth giảm) Mầm ký sinh:………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… b) Phát triển mầm: nguyên tử chất lỏng bám lên bề mặt mầm, đặc biệt bậc lệch xoắn 1.4 Sự kết tinh hình thành tổ chức kim loại 1.4.3 Sự hình thành hạt tinh thể + Mỗi mầm phát triển thành hạt, hạt phát triển trước to + Đặc điểm hạt: ………………………………………………… + Vùng biên hạt ………………………….→ sai lệch mặt 1.4.3 Sự hình thành hạt tinh thể Hình dạng hạt tinh thể phụ thuộc phương thức làm nguội + Nguội theo phương + Nguội nhanh theo phương + Nguội nhanh theo hai phương + Nguội nhanh nhiệt luyện 1.4 Sự kết tinh hình thành tổ chức kim loại 1.4.4 Các phương pháp tạo hạt nhỏ đúc Kích thước hạt A phụ thuộc:……………… ……………………………………………… 1.4 Sự kết tinh hình thành tổ chức kim loại 1.4.4 Các phương pháp tạo hạt nhỏ đúc Biến tính:…………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… Tạo mầm ngoại lai: Kim loại có kiểu mạng tương tự (Ti), chất tạo oxyt, nitrit Al2O3, AlN, đúc thép Hấp phụ: Na (0,01%) cho hợp kim nhơm đúc Cầu hóa: Mg, Ce, ngun tố đất Tác động vật lý : rung, siêu âm, đúc ly tâm,… 1.4 Sự kết tinh hình thành tổ chức kim loại 1.4.5 Cấu tạo thỏi đúc a) Ba vùng tinh thể thỏi đúc + Lớp vỏ ngoài:…………………………… + Vùng tiếp theo:…………………………… ……………………………………………… + Vùng giữa:……………………………… b) Khuyết tật vật đúc: + Rỗ co lõm co: + Rỗ khí : + Thiên tích: 1.4.5 Đơn tinh thể đa tinh thể Đơn tinh thể:  khối đồng có kiểu mạng số mạng, có phương khơng đổi tồn thể tích + Có tính dị hướng + Chế tạo: công nghệ "nuôi" đơn tinh thể 1.4.5 Đơn tinh thể đa tinh thể Đa tinh thể:  tập hợp nhiều đơn tinh thể có cấu trúc thơng số mạng định hướng khác Đặc điểm đa tinh thể: - hạt: …………………………………… - biên hạt: …………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… - đẳng hướng: 1.4.5 Đơn tinh thể đa tinh thể Tổ chức đa tinh thể (tổ chức tế vi) quan sát kính hiển vi