MÅÍ ÂÁƯU Trong lëch sỉí phạt triãøn ca x häüi loi ngỉåìi chụng ta â sỉí dủng ráút nhiãưu loải váût liãûu khạc nhau, våïi tênh nàng sỉí dủng ca chụng cng ngy cng cao hån. Âáưu tiãn l thåìi k âäư âạ, sau âọ tiãún âãún thåìi âải âäư âäưng, âäư sàõt.v .v. Cho âãún ngy nay l mäüt loảt cạc loải váût liãûu måïi nhỉ : composit, ceramit, pälyme. v.v. Cạc loải váût liãûu ny (âàûc biãût l kim loải & håüp kim, cng våïi cạc loải váût liãûu måïi) â gọp pháưn thục âáøy sỉû phạt triãøn ca x häü loi ngỉåìi mäüt cạch nhanh chọng. Ngy nay trong cạc lénh vỉûc cäng nghiãûp, qúc phng, âåìi säúng âi h i váût liãûu sỉí dủng cáưn phi cọ ráút nhiãưu tênh cháút khạc nhau. Vê dủ : khi thç cáưn cọ tênh dáùn âiãûn ráøt cao âãø dng trong ngnh âiãûn lỉûc, lục lải u cáưu cọ âäü cỉïng låïn âãø lm cạc loải dủng củ càõt gt kim loải, khi lải cáưn cọ âäü bãưn låïn âãø lm cạc cáúu kiãûn xáy dỉûng, hồûc phi cọ tênh do cao âãø cạn, dáûp, kẹo ngüi, hay cáưn âäü bãưn cao nhỉng khäúi lỉåüng riãng nh âãø dng trong cäng nghiãûp hng khäng Táút c cạc u cáưu ny âãưu cọ thãø âỉåüc âạp ỉïng båíi váût liãûu kim loải cng nhỉ cạc loải váût liãûu måïi. Män váût liãû u hc s trang bë cho sinh viãn nhỉỵng kiãún thỉïc cå bn ca cạc loải váût liãûu chênh : tinh thãø, cạc håüp kim, bạn dáùn v ion, cäüng họa trë cng nhỉ kiãún thỉïc vãư xỉí l nhiãût ca chụng. Mủc âêch ca män hc ny giụp cho sinh viãn hiãøu r cạc loải váût liãûu khạc nhau dỉûa trãn mäúi quan hãû giỉỵa cáúu trục (liãn kãút họa hc, kiãøu mảng tinh thãø) v cå l tênh, thỉûc hnh âỉåüc cạc thê nghiãûm cå bn âãø xạc âënh cå tênh ca váût liãûu v biãút lỉûa chn váût liãûu ph håüp nháút âạp ỉïng nhu cáưu sỉí dủng sau ny. Khi nghiãn cỉïu mäüt váût liãûu báút k chụng ta âãưu dỉûa vo bäún cỉûc cå bn sau âáy : Kãú t cáúu ca cáúu trục, cạc tênh cháút, sỉû täøng håüp cạc phỉång phạp gia cäng v hiãûu qu sỉí dủng ca nọ. Mäüt sn pháøm cọ thãø gäưm hng chủc loải váût liãûu khạc nhau tảo nãn. Vê dủ ä tä RENAULT CLIO 1,2 RN ca Phạp gäưm mỉåìi mäüt loải váût liãûu sau âáy tảo nãn : 1- Thẹp táúm 40,9% 2-Thẹp hçnh 10,9% 2-Gang 11,3% 4-Håüp kim nhäm 4,2% 5-Cạc kim loải mu khạc 3,9% 6-Cháút do 10,2% 7-Cháút do ân häưi 3,4% 8-Váût liãûu hỉỵu cå khạc 3,4% 9-Thy tinh 4,2% 10-Sån 1,7% 11-Cháút lng 5,9% u cáưu ca ngỉåìi k sỉ cạc ngnh cå khê ngoi kh năng hiãøu biãút vãư chun män sáu ca ngnh hc, cn phi nàõm âỉåüc nhỉỵng tênh cháút cå bn ca cạc loả i váût liãûu âãø tỉì âọ cọ thãø sỉí dủng mäüt cạch håüp l nháút nhàòm náng cao tøi th ca mạy mọc, cäng trçnh, hả giạ thnh sn pháøm Män hc ny kãú thỉìa kiãún thỉïc ca khạ nhiãưu cạc lénh vỉûc khạc nhau : tinh thãø hc, cå lỉåüng tỉí, váût l tia rån ghen, àn mn v bo vãû kim loải do âọ khäúi lỉåüng kiãún thỉïc khạ låïn v cọ nhiãưu màût. Vç váûy âi hi ngỉåìi hc phi nàõm vỉỵng cạc kiãún thỉïc cå bn vãư váût liãûu v thỉûc hnh nghiãm tục cạc thê nghiãûm. Khi nghiãn cỉïu män hc ny phi nàõm chàõc mäúi quan hãû giỉỵa thnh pháưn họa h c, cáúu trục v tênh cháút ca váût liãûu. Báút k sỉû thay âäøi no ca thnh pháưn họa hc v cáúu trục s dáùn tåïi sỉû biãún âäøi ca tênh cháút váût liãûu. 1 Giáo trình hướng dẫn phân tích cấu tạo mạng tinh thể lý tưởng của kim loại ngun chất CHỈÅNG 1 : CÁÚU TẢO CA KIM LOẢI V HÅÜP KIM Trong bng tưn hon cạc ngun täú hoạ hc ca Menâãlãep , hiãûn tải cọ hån 100 ngun täú thç cạc ngun täú kim loải chiãúm hån 3/4 . Trong chỉång ny chụng ta s nghiãn cỉïu cáúu trục ca mảng tinh thãø , sỉû sàõp xãúp ca cạc ngun tỉí v máût âäü ca chụng cng nhỉ khong cạch giỉỵa cạc màût tinh thãø . 1.1.CÁÚU TẢO MẢNG TINH THÃØ L TỈÅÍNG CA KIM LOẢI NGUN CHÁÚT : 1.1.1. Khại niãûm v âàûc âiãøm ca kim loải : 1- Âënh nghéa : Kim loải l váût thãø sạng , do , cọ thãø rn âỉåüc , cọ tênh dáùn âiãûn v dáùn nhiãût cao . Báút cỉï kim loải no bãư màût chỉa bë ä xy hoạ âãưu cọ v láúp lạnh sạngì ta thỉåìng gi l ạnh kim .Háưu hãút cạc kim loải âãưu do , cọ thãø kẹo såüi , dạt mng dãù dng , dáùn âiãûn v dáùn nhiãût täút . Tuy váûy khäng phi táút c cạc kim loải âãưu tho mn nhỉỵng tênh cháút trãn . Vê dủ : stibi (Sb) ráút dn khäng thãø rn âỉåüc , pradeodim (Pr) dáùn âiãûn ráút kẹm . Tiãu chøn âãø phán biãût kim loải v phi kim l hãû säú nhiãût âäü ca âiãûn tråí . Kim loải cọ hãû säú nhiãût âäü ca âiãûn tråí dỉång (khi nhiãût âäü tàng thç âiãûn tråí tàng) cn våïi phi kim loải thç hãû säú ny ám (khi nhiãût âäü tàng âiãûn tråí gim). t 0 C Âäü dáùn âiãûn t 0 C Âäü dáùn âiãûn H çnh 1.1- Hãû säú nhiãût âäü ca âiãûn tråí. a ) Kim loải b ) Phi kim loải Ta cọ thãø gii thêch cạc âàûc âiãøm ca kim loải dỉûa vo l thuút cäø âiãøn vãư cáúu tảo ngun tỉí . Kim loải cọ ạnh kim l do khi cọ ạnh sạng chiãúu vo thç âiãûn tỉí s háúp thủ nàng lỉåüng . Do âọ nọ cọ nàng lỉåüng cao hån, bë kêch thêch v nhy lãn phán mỉïc nàng lỉåüng trãn . Tải mỉïc nàng lỉåüng ny l khäng äøn âënh do âọ âiãûn tỉí chè täưn tải mäüt thåìi gian ráút ngàõn v sau âọ tråí vãư mỉïc nàng lỉåüng c . Khi âọ chụng thi båït pháưn nàng lỉåüng dỉåïi dảng bỉïc xả v lm cho kim loải cọ v láúp lạnh sạng . Tênh dáùn âiãûn v dáùn nhiãût cng cọ thãø gii thêch tỉång tỉû . C n tênh do cọ thãø gii thêch dỉûa vo liãn kãút kim loải . 2. Phán loải kim loải : Trong thỉûc tãú täưn tải nhiãưu phỉång phạp phán loải kim loải, âáy l mäüt trong nhỉỵng nhỉỵng phỉång phạp thỉåìng sỉí dủng nháút . a- Theo khäúi lỉåüüng riãng: kim loải âỉåüc chia lm hai nhọm : kim loải nhẻ v kim loải nàûng 2 Kim loải nàûng l cạc kim loải cọ khäúi lỉåüng riãng låïn hån 5 g/cm 3 . Vê dủ nhỉ sàõt (b = 7,8) , vng (b = 19,5) , thy ngán (b = 13,1) Kim loải nhẻ l cạc kim loải cọ khäúi lỉåüng riãng nh hån 5 g/cm 3 . Vê dủ nhỉ nhäm (b = 2,7) , ti tan (b = 4,5) , man gan (b = 1,73 ) b - Theo nhiãût âäü nọng chy : kim loải âỉåüc chia lm hai nhọm Kim loải cọ nhiãût âäü nọng chy cao : sàõt (1539 o C) , vonphram (3410 o C) , titan (1668 o C), âäưng (1085 o C) Kim loải cọ nhiãût âäü nng chy tháúp : chç (327 o C) , nhäm ( 657 o C) , stibi (631 o C) c - Theo tênh cháút hoảt âäüng : Kim loải kiãưm : natri ,kali, liti Kim loải chuøn tiãúp : sàõt , cräm ,mangan ,vanadi 1.1.2. Liãn kãút kim loải : Trong kim loải pháưn låïn cạc ngun tỉí nhỉåìng båït âiãûn tỉí âãø tråí thnh ion dỉång cn cạc âiãûn tỉí tråí thnh âiãûn tỉí tỉû do . Cạc âiãûn tỉí ny khäng bë chi phäúi båíi mäüt ngun tỉí no c . Giỉỵa cạc ion dỉång våïi nhau v cạc âiãûn tỉí våïi nhau s täưn tải lỉûc âáøy , giỉỵa ion v âiãûn tỉí sinh ra lỉc hụt . Sỉû cán bàòng giỉỵa cạc lỉûc ny l cå såí ca liãn kãút kim loải . Âáy l dảng liãn kãút quan trng ca kim loải, nhåì mäúi liãn kãút ny m kim loải cọ tênh de ío ráút cao . + + + + + + + + + + + + + + + + - - - H çnh 1.2- Liãn kãút kim loải. 1.1.3. Cạc tênh cháút ca kim loải : Trong pháưn ny ta chè nghiãn cỉïu cạc tênh cháút âỉåüc sỉí dủng trong cå khê l ch úu . Ngoi ra cn xem xẹt thãm mäüt vi tênh cháút khạc. 1-Cå tênh : Nhiãưu kim loải cọ cå tênh täøng håüp täút tha mn cạc u cáưu chãú tảo trong cå khê . Nhỉng trong thỉûc tãú háưu nhỉ khäng sỉí dủng kim loải ngun cháút m ch úu l dng håüp kim . Cå tênh ca kim loải v håüp kim âỉåüc âạnh giạ bàòng nhỉỵng chè tiãu sau âáy : *Âäü bãưn ténh : xạc âënh bàòng giåïi hản bãưn V b ,giåïi hản chy V c v giåïi hản ân häưi V âh . Âån vë âo theo hãû SI l N/m 2 , nhỉng âån vë ny quạ nh nãn thỉåìng dng MN/m 2 hay MPa (trong thỉûc tãú hay dng KG/mm 2 ) *Âäü cỉïng : âỉåüc xạc âënh bàòng cạc loải âäü cỉïng Brinen (HB), Rockwell (HRA,HRB,HRC) v Vicker (HV) *Âäü do : xạc âënh bàòng âäü dn di tỉång âäúi G % v âäü thàõt t âäúi < % *Âäü dai : xạc âënh bàòng cäng phạ hy mäüt âån vë tiãút diãûn máùu , thỉåìng k hiãûu a k , âån vë âo kj/m 2 . 3 4 2-L tênh : cạc tênh cháút váût l ca kim loải cng âỉåüc ỉïng dủng ráút phäø biãún : lm dáy dáùn âiãûn ,nam chám , váût liãûu dáùn nhiãût 3- Họa tênh : cạc kim loải thỉåìng tạc dủnh mảnh våïi cạc ngun täú phi kim loải v bë phạ hy trong khäng khê áøm. 4-Tênh cäng nghãû : l kh nàng chëu cạc dảng gia cäng : âục ,rn dáûp ,cạn,càõt gt Mäüt kim loải khäng thãø âäưng thåìi cọ táút c cạc tênh cäng nghãû âãưu täút.Vê dủ : nãúu âục täút thç dáûp s kẹm Kim loải d ráút qu nhỉng nãúu tinh cäng nghãû xáúu thç khäng thãø sỉí dủng trong lénh vỉûc cå khê . 1.1.4. Cáúu tảo mảng tinh thãø ca kim loải ngun cháút : 1- Cạc khại niãûm cå b n a-Màût tinh thãø : trong kim loải cạc ngun tỉí sàõp xãúp cọ tráût tỉû , tỉïc l chụng âãưu nàòm trãn nhỉỵng màût phàóng song song v cạch âãưu nhau gi l màût tinh thãø .Táûp håüp vä säú cạc màût nhỉ váûy tảo nãn mảng tinh thãø . b-Khäúi cå såí (cn gi l ä cå bn) : l pháưn nh nháút âàûc trỉng cho mäüt loải mảng tinh thãø .Cọ thãø xem nhỉ mảng tinh thãø l do vä säú cạc khäúi cå såí xãúp liãn tiãúp nhau tảo nãn. c-Thäng säú mảng (cn gi l hàòng säú mảng) : l khong cạch giỉỵa hai ngun tỉí trãn mäüt cảnh ca khäúi cå såí .Thäng säú mảng l kêch thỉåïc cå bn ca mảng tinh thãø, tỉì âọ cọ thãø suy ra cạc khong cạch báút k trong mảng .Âån vë âo thäng säú mảng l kx (nano mẹt) hay àng sträng , våïi 1kx = 1,00202A o = 1,00202.10 -8 cm. Theo thäng säú mảng ta cọ thãø tênh âỉåüc âỉåìng kênh ngun tỉí kim loải . Thäng säú mảng thỉåìng k hiãûu l a . 2- Cạc loải mảng tinh thãø thỉåìng gàûp ca kim loải : Trong cạc kim loải thäng dủng thỉåìng gàûp ba kiãøu mảng tinh thãø sau âáy : a-Láûp phỉång tám khäúi (thãø tám A2) : Cạc ngun tỉí nàòm åí cạc âènh v åí trung tám ca khäúi láûp phỉång . Nãúu coi cạc ngun tỉí l hçnh cáưu v biãøu diãùn gáưn nhỉ tháût thç cạc ngun tỉí nàòm åí cạc âènh chẹo nhau ca khäúi láûp phỉång tiãúp xục våïi nhau qua ngun tỉí åí trung tám . Cạc ngun tỉí cn lải khäng tiãúp xục våïi nhau . Kiãøu mảng ny cọ trong cạc kim loải Fe D , Cr, Mo,V. Khong cạch gáưn nháút giỉỵa hai ngun tỉí l : d = 2 3 v a r= 4 3 . Kiãøu mảng ny cọ mäüt thäng säú mảng l a . a b - Láûp phỉång tám màût (diãûn tám A1) : Cạc ngun tỉí nàòm åí cạc âènh v tám ca cạc màût bãn khäúi láûp phỉång. Nãúu coi cạc ngun tỉí l hçnh cáưu v biãøu diãùn gáưn nhỉ tháût thç ngun tỉí nàòm åí âènh v tám ca cạc màût bãn thç tiãúp xục våïi nhau .Cạc ngun tỉí cn lải khäng tiãúp xục våïi nhau . Khong cạch gáưn nháút giỉỵa hai ngun tỉí l d = 2 2 v r a = 4 2 . kiãøu mảng ny chè cọ mäüt thäng säú mảng l a . Thỉåìng gàûp trong cạc kim loải Fe a J , Cu, Ni, Al, Pb c-Sạu phỉång xãúp chàût (lủc giạc xãúp chàût A3) : Cạc ngun tỉí nàòm åí cạc âènh v åí tám hai màût âạy ca hçnh làng trủ lủc giạc âãưu .Ba ngun tỉí nàòm åí trung tám ba làng trủ tam giạc cạch nhau.Mảng sạu phỉång xãúp chàût cọ hai thäng säú mảng l a v c, t säú c/a gi l hãû säú xãúp chàût. 5 . âäøi ca tênh cháút váût liãûu. 1 Giáo trình hướng dẫn phân tích cấu tạo mạng tinh thể lý tưởng của kim loại ngun chất CHỈÅNG 1 : CÁÚU TẢO CA KIM LOẢI V HÅÜP KIM Trong bng tưn hon cạc ngun täú. âäü ca âiãûn tråí. a ) Kim loải b ) Phi kim loải Ta cọ thãø gii thêch cạc âàûc âiãøm ca kim loải dỉûa vo l thuút cäø âiãøn vãư cáúu tảo ngun tỉí . Kim loải cọ ạnh kim l do khi cọ ạnh sạng. phán loải kim loải, âáy l mäüt trong nhỉỵng nhỉỵng phỉång phạp thỉåìng sỉí dủng nháút . a- Theo khäúi lỉåüüng riãng: kim loải âỉåüc chia lm hai nhọm : kim loải nhẻ v kim loải nàûng 2 Kim loải