Chương 3: Các hợp kim xử lý nh i ệt Sự biến đổi bền vững của các loại gốm đã được phát triển thành trong công nghệ. Bằng cách bổ xung vào cấu trúc một l ượng nhỏ chất phụ gia, độ bền rắn có thể đạt được nhờ gia t ăng ứng suất dư có lợi. Zicon làm bền nhờ alumin (ZIA) l à hợp kim gốc alumin tốt có chứa từ 10 – 20% Zicon. Việc điều ch ỉnh thêm a l um i n làm tăng độ bền và tính đàn hồi gấp 2-3 độ bền đứt gãy mà không làm tăng t ỷ trọng của chúng. ZIA không được sử dụng ở trên 900 0 C vì khi đó sự dão vì nh i ệ t sẽ tăng cao, các gốm khác cũng có độ bền tương tự như Siliccon Vỉtide – Z i con. Bản thân Zicon cũng có thể bền vững nhờ bổ xung thêm các chất phụ gia và xử lý nhiệt. Oxit Canxi, Magiê và Ytri đã được sử dụng thành công trong quy trình này. Rõ ràng là các chất phụ gia này được sử dụng để ổn định cấu trúc l ập phương; Zicon sử dụng có hiệu quả khi nung. Ở nhiệt độ đ ông kết khi Zicon kế t tụ và làm mát ở nhiệt độ thường pha khối chuyển sang pha nếp uốn thì có sự t hay đổi lớn về khối lượng. Kết quả các ứng suất kéo sẽ làm mở rộng các vết nứt t rong khối vật rắn Zicon đã ổn định hoàn toàn giữ được hình khối nhưng có hệ số g i ãn nở vì nhiệt cao, đồng thời cũng có tỷ lệ giãn nhiệt thấp, kết qu ả là độ bền xung nhiệt t hấp. Nếu số lượng các chất ổn định giảm thì Zicon được ổn định từng phần (PSZ) sẽ được tạo ra biểu đồ của pha Zicon – Magiê được chỉ ra ở hình vẽ 1-8. điều này chứng tỏ việc bổ xung Magiê sẽ làm giảm nhiệt độ của khối cho đến kh i thay đổi bằng tứ pha. Hình 1-8: Hệ thống biểu đồ pha của Zicon – Magiê ôxy t . Bằng việc sử dụng hàm lượng 8 – 11% MgO trong PSZ người ta có t hể nung ở nhiệt độ thích hợp. Do sự thay đổi các pha trong vật liệu này này t ương đối chậm nên có thể giới hạn bằng vật liệu khối có chứa một lượng tứ pha nhấ t định. Vật liệu này có hệ số giãn nở vì nhiệt thấp hơn Zicon do có độ giãn khố i làm mát, vật liệu đã cho có độ bền thấp. Tuy vậy, nếu vật liệu được nung t rong khối và có độ hoá già tăng cộng với phạm vi của tứ pha thì pha này có thể chuyển sang pha nếp uốn đơn khi tạo ra ứng suất cho các khu vực nén, do đó sẽ tạo sự phát triển của các khe nứt. Độ bền đứt t ăng gấp 2 lần so với Các bua Silic. Độ cứng và tính chịu mòn v ẫn giữ được. Toàn bộ Zicon ở TZP đều có qua công đoạn nung bột Zicon khác bi ệt, bở i vậy ngăn chặn được việc chuyển tiếp qua pha nếp uốn đơn. ZTP có độ bền và độ cứng khá cao. Nh ững thuận lợi của gốm đang được sử dụng khá nhiều trong các chi tiết có hao mòn phức tạp. Bao gồm: các ống n ối, các vấu cam, các đệm k í n chịu được nhiệt độ cao, các ổ trục chịu nhiệt độ cao của bơm nước. Các vật liệu PSZ đang được nghiên cứu sử dụng nhiều trong các động cơ điêzen.Thực nghiệm đã chỉ ra rằng ngay cả các vật liệu có độ bền đứt và độ bền cao, tốc độ tới hạn của nhi ệt cơ học không bền vững thấp hơn vận tốc của p itt ông tiêu chuẩn được quy định trong đông cơ cấp tiến. Kết quả là t ạo ra độ va cham nhiệt (xung nhiệt) bởi các đỉnh nhiệt xuất h i ện. I.3.4 Các công cụ bằng hợp kim gốm Gốm đang được ứng dụng như các vật liệu công cụ có tốc độ cao nhất, t ốc độ di chuyển cao làm việc gia công cơ khí rất khó khăn do đó, tỷ lệ loại bỏ cao và khó khăn khi sử dụng đối với các vật liệu cơ học. Đặc tính ưu điểm của gốm l à mang đến độ bền tức thời, và tính chịu mài mòn cao. Hai loại hợp kim thường được sử dụng để cắt kim loại: Alimin và S ili con nitride. Do có độ giòn, mà các vật liệu này được bổ sung thêm để tạo ra một công cụ có thể chịu được các điều kiện gia công. Alumin: là chất phụ gia kèm với Các bua Titan, Zinco và Các bua Silic.Một trong những chất phụ gia được sử dụng là “hợp kim đen” hoặc a l um i n có 25 – 40% Tic. Nó làm tăng độ cứng và nhiệt dẫn của Alumin. Alumin rắn chuyển sang Zicon (ZTA) được tạo ra nhờ bổ sung thêm 10 – 20% Z i con Alumin với hàm lượng Zicon cao hơn cả lượng Các bua tungsten cũng được sử dụng cho các vật liệu gia công, c ũng như Các bua Silic được tăng cứng bở i A l um i n. 2 m m / r g e k , ) V H ( s Silicon nitride: là sự hoà trộn thích hợp của các đặc tính c ơ học ở nhiệt độ cao, tỷ lệ với độ bền xung nhiệt, nhiệt dẫn hầu như tăng gấp đôi so với so vớ i Alumin – Tic và tính giãn nhiệt khoảng ½. Do đó, như đã nói trước đây, tính ch ị u nhiệt tỷ lệ thuận với tốc độ dẫn nhiệt và tỷ lệ nghịch với tính giãn nhiệt. S ili con nitride ở nhiều dạng nhờ các chất phụ gia khác nhau đòi hỏi làm tăng độ nung. Alumin và Silic là các chất ph ụ gia phổ biến nhất được sử dụng. SIALONS là một chuỗi các thành phần hợp nhất của Silicon nitride và Alumin. Một ưu thế được lấy ra từ việc sử dụng Alumin chính là tính trơ của nó. Sự có mặt của Alumin đã hạn chế được sự tái tạo hao mòn do phản ứng hoá học giữa công cụ và chi tiết gia công. mặc dù SIALONS không cứng như cácbua Titan có bổ xung thêm Alumin. Tính chịu mòn của nó và độ bền nhiệt là rất t ố t . Độ bền nhiệt của một s ố vật liệu gia công đã được nêu trong biểu đồ ở (hình vẽ 1-9.) Đ ộ c g n ứ k c i V Hình 1-9: Độ bền nhiệt của một số hợp kim vật liệu công cụ Chú ý rằng SIALONS vẫn duy trì được độ cứng tốt hơn các v ật liệu khác t ừ 600 0 C – 1000 0 C. Điều này chứng tỏ rằng Silicon nitride sẽ phản ứng với thép khi nhiệt độ tăng. Bởi vậy SIALONS thường không sử dụng được để cắt thép. Alumin-Tic t h ì thích hợp hơn để cắt các hợp kim cao cấp, SIALON và SIC được tăng c ứng nhờ cho thêm Alumin đều có thể được sử dụng. . thích hợp. Do sự thay đổi các pha trong vật liệu này này t ương đối chậm nên có thể giới hạn bằng vật liệu khối có chứa một lượng tứ pha nhấ t định. Vật liệu này có hệ số giãn nở vì nhiệt thấp. các ổ trục chịu nhiệt độ cao của bơm nước. Các vật liệu PSZ đang được nghiên cứu sử dụng nhiều trong các động cơ điêzen.Thực nghiệm đã chỉ ra rằng ngay cả các vật liệu có độ bền đứt và độ bền. và độ bền nhiệt là rất t ố t . Độ bền nhiệt của một s ố vật liệu gia công đã được nêu trong biểu đồ ở (hình vẽ 1-9.) Đ ộ c g n ứ k c i V Hình 1-9: Độ bền nhiệt của một số hợp kim vật liệu công cụ Chú