Nghiên cứu ứng dụng phân rã Spinodal để tăng cơ tính cho hợp kim Cu-Ni-Sn

1 A. PHẦN GIỚI THIỆU CHUNG VỀ LUẬN ÁN Hợp kim đồng có độ bền và tính đàn hồi cao là vật liệu quan trọng trong nhiều ngành công nghệ cao trong công nghiệp dân dụng cũng như trong quốc phòng. Việc chế tạo các hợp kim thay thế hợp kim đồng berily được nhiều nước trên thế giới quan tâm. Trong đó hợp kim hệ Cu–Ni–Sn được đặc biệt tập trung nghiên cứu trong những năm gần đây vì những tính chất của nó có thể sánh với hợp kim Cu-Be. Các hợp kim thuộc hệ Cu-Ni-Sn đạt được giá trị độ bền cao đều trải qua một quá trình xử lý nhiệt đặc biệt. Hợp kim Cu-Ni-Sn được hóa bền dựa trên sự kết hợp của hai quá trình chuyển pha khá đặc trưng là chuyển pha spinodal và chuyển pha trật tự hóa. Việc nghiên cứu phân rã spinodal có ý nghĩa lớn không chỉ vì nếu hiểu biết cơ sở khoa học của nó thì có thể giải thích nhiều hiện tượng trong cả hệ hợp kim sắt và phi sắt, mà điều quan trọng hơn là có thể chủ động xây dựng công nghệ hóa già tăng bền cho chúng. Hệ hợp kim Cu-Ni-Sn được nghiên cứu đầu tiên ở Mỹ vào những năm 70 của thế kỷ 20, sau đó được nhiều nước như Châu Âu, Nhật Bản, Trung Quốc nghiên cứu và đưa vào ứng dụng mãnh mẽ trong ngành kỹ thuật điện, hàng không và một số ngành khác thay thế cho hợp kim đồng berili. Mặc dù đã có nhiều công trình nghiên cứu công bố, cho đến hai thập kỷ gần đây các quan điểm về cấu trúc hoá bền hợp kim ở hợp kim Cu-Ni-Sn chưa được hệ thống và còn nhiều điểm chưa thống nhất, nhiều vấn đề chưa được làm sáng tỏ, hoặc chưa được công bố ngay cả trong các công trình nghiên cứu ở các nước có nền khoa học tiên tiến, với sự hỗ trợ của các phương tiện nghiên cứu hiện đại. Ở Việt Nam hệ Cu-Ni-Sn cũng đã được sử dụng nhưng chủ yếu chỉ ở trạng thái đúc với cơ tính rất thấp. Các hợp kim đồng đàn hồi đòi hỏi cơ tính cao đều phải nhập khẩu. Cho đến nay ở Việt Nam chưa có nghiên cứu nào về cơ chế tăng cơ tính cho hợp kim Cu-Ni-Sn được công bố. Do vậy luận án đặt ra vấn đề nghiên cứu là “Nghiên cứu ứng dụng phân rã spinodal để tăng cơ tính cho hợp kim Cu-Ni-Sn” Mục tiêu nghiên cứu của luận án - Tìm hiểu về phân rã spinodal, là một dạng chuyển pha có những đặc điểm riêng mà sản phẩm là tạo ra những vùng cấu trúc nhỏ cỡ nano, mang lại hiệu quả hóa bền cao cho hợp kim, để phát hiện và phân tích cấu trúc này đòi hỏi phải nghiên cứu chuyên sâu về lý thuyết, sử dụng các thiết bị và phương pháp phân tích hiện đại mà cho đến nay chưa được nghiên cứu ở nước ta. - Nghiên cứu nhận diện tổ chức spnodal làm rõ vai trò các giai đoạn phát triển của phân rã spinodal khi xử lý nhiệt hợp kim Cu-Ni-Sn, từ giai đoạn dao 2 động thành phần ban đầu tới spinodal hoá học, quá trình thô hóa spinodal, spinodal trật tự hóa và tiết pha cân bằng trong hợp kim, sự thay đổi về tổ chức và cấu trúc xảy ra trong các quá trình đó. - Ứng dụng phân rã spinodal với hợp kim Cu-Ni-Sn để tăng cơ tính hợp kim. - Xem xét ảnh hưởng của biến dạng tới quá trình chuyển pha hoá bền hợp kim. - Trên cơ sở đó cung cấp thông tin cho công nghệ chế tạo và xử lý nhiệt tăng bền hợp kim Cu-Ni-Sn phục vụ cho các ứng dụng trong thực tế. Nội dung chính của luận án cần giải quyết - Tìm hiểu về phân rã spinodal và chuyển pha trật tự hoá. - Nghiên cứu tổng quan về quá trình chuyển pha tăng bền trong hợp kim spinodal Cu-Ni-Sn. - Nghiên cứu xử lý nhiệt hóa bền trong hợp kim Cu-Ni-Sn. - Nghiên cứu biến dạng hóa bền trong hợp kim Cu-Ni-Sn. - Ứng dụng các phương pháp nghiên cứu để nhận biết đặc trưng cấu trúc hóa bền hợp kim Cu-Ni-Sn khi xử lý nhiệt. - Chế tạo một số mác hợp kim spinodal Cu-Ni-Sn và xử lý nhiệt mẫu. Tiến hành phân tích về thành phần, tổ chức, cấu trúc, độ bền hợp kim khi xử lý nhiệt hóa bền từ đó lý giải quá trình tăng bền khi xử lý nhiệt với hợp kim spinodal Cu-Ni-Sn. Đối tượng nghiên cứu của luận án Quá trình nghiên cứu được thực hiện trên các hợp kim Cu-Ni-Sn có thành phần nằm trong vùng phân rã spinodal gồm Cu-9Ni-3Sn; Cu-9Ni-6Sn; Cu-15Ni-8Sn; Cu-7Ni-7Sn, nội dung cụ thể: - Nghiên cứu cơ sở lý thuyết của quá trình phân rã spinodal, quá trình trật tự hóa và cơ chế tăng bền của hợp kim. - Tìm hiểu về hệ hợp kim Cu-Ni-Sn, đặc điểm và khả năng tăng bền bằng xử lý nhiệt và biến dạng lên hợp kim. - Chế tạo mẫu. - Ứng dụng các phương pháp khoa học hiện đại nghiên cứu cơ chế hóa bền cho hợp kim Cu-Ni-Sn qua quá trình xử lý nhiệt. - Phân tích vai trò tăng bền của phân rã spinodal khi xử lý nhiệt hợp kim Cu- Ni-Sn. - Đưa ra một số quy trình xử lý nhiệt hóa bền cho hợp kim. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn Ý nghĩa khoa học - Là công trình đầu tiên ở Việt Nam nghiên cứu về quá trình phân rã spinodal trên hợp kim Cu-Ni-Sn, là một dạng phân rã có sản phẩm là những vùng tổ chức nhỏ cỡ nano, mang lại hiệu quả hóa bền cao. Quá trình nghiên cứu đòi hỏi kết hợp nhiều phương pháp phân tích hiện đại trong đó đã tập trung nghiên cứu các đặc điểm về cấu trúc, về chuyển pha và xử lý nhiệt, mở rộng phạm vi ứng dụng cho hợp kim. Cho đến nay các hợp kim mà luận án nghiên cứu mới chỉ 3 được ở trạng thái đúc với cơ tính rất thấp. - Đã xác định các giai đoạn phát triển của phân rã spinodal trên một số hợp kim hệ Cu-Ni-Sn, từ đó xác định được trò của phân rã spinodal trong quá trình chuyển pha của hợp kim. - Đã phân tích được khả năng tăng bền trên cơ sở rã spinodal trên một số hợp kim cụ thể Cu-Ni-Sn khi xử lý nhiệt và biến dạng, từ đó xây dựng được quy trình công nghệ hóa bền cho hợp kim. - Đã chứng minh khả năng hóa bền vượt trội của các hợp kim Cu-Ni-Sn khi xử lý nhiệt ứng dụng quá trình phân rã spinodal, độ bền của hợp kim tương đương hợp kim Cu-Be. - Công trình thực hiện cho một số hợp kim đồng hệ Cu-Ni-Sn nhưng có thể dùng để tham khảo khi nghiên cứu hệ hợp kim khác vì phân rã spinodal có ở nhiều hợp kim màu và cả ở hợp kim cơ sở sắt. Ý nghĩa thực tiễn - Quá trình phân rã spinodal tăng bền mạnh mẽ cho hợp kim Cu-Ni-Sn, vì vậy có thể áp dụng để chế tạo các chi tiết hợp kim đồng cần độ bền cao ứng dụng trong kỹ thuật, đặc biệt có thể thay thế cho đồng berili để chế tạo các chi tiết cần độ đàn hồi cao, cơ tính cao. - Tuy đều có thể xử lý tăng bền trên cơ sở phân rã spinodal nhưng khi có thành phần và chế độ xử lý nhiệt khác nhau, hợp kim có tổ chức biến đổi dẫn tới cơ lý tính khác nhau, vì vậy có thể xây dựng cơ sở chế độ xử lý nhiệt tăng bền hợp kim Cu-Ni-Sn phù hợp với mục đích sử dụng. - Điều kiện trong nước hoàn toàn có thể chế tạo, xử lý nhiệt và ứng dụng hợp kim Cu-Ni-Sn trong kỹ thuật điện, trong cơ khí, hàng không, hàng hải, quốc phòng …. Đóng góp mới của luận án - Đây là luận văn đầu tiên trong nước nghiên cứu ứng dụng phân rã spinodal hóa bền hợp kim Cu-Ni-Sn, nghiên cứu về các giai đoạn phát triển của phân rã spinodal trong hệ hợp kim Cu-Ni-Sn. - Đã nhận diện được tổ chức spinodal, đã xác định các giai đoạn phát triển của phân rã spinodal trên một số hợp kim hệ Cu-Ni-Sn, từ đó xác định được trò của phân rã spinodal trong quá trình chuyển pha của hợp kim. - Xây dựng được công nghệ xử lý nhiệt tăng bền cho 3 hợp kim spinodal hệ Cu- Ni-Sn là Cu-9Ni-3Sn, Cu-9Ni-6Sn, Cu-15Ni-8Sn. Bố cục của luận án Luận án có bố cục gồm mở đầu và 3 phần; Phần 1: Tổng quan về hợp kim spinodal Cu-Ni-Sn và cơ chế hoá bền hợp kim Cu-Ni-Sn; Phần 2: Các phương pháp thí nghiệm và thiết bị sử dụng nghiên cứu hợp kim đồng Cu-Ni-Sn; Phần 3: Kết quả và thảo luận; Luận án gồm 117 trang, 132 hình vẽ và 38 bảng số liệu, tham khảo 69 nguồn tài 4 liệu, ngoài ra thuộc về luận án còn có 1 phụ lục kèm theo. B. NỘI DUNG LUẬN ÁN I TỔNG QUAN VỀ HỢP KIM SPINODAL Cu-Ni-Sn VÀ CƠ CHẾ HOÁ BỀN HỢP KIM Cu-Ni-Sn Hợp kim đồng Cu-Ni-Sn vùng thành phần hợp kim có phân rã spinodal là hàm lượng Ni ken:3-30%; Hàm lượng thiếc:2,5–15%. Tuy nhiên trong thực tế hàm lượng được sử dụng có lợi nhất theo tiêu chí ứng dụng cơ tính hợp kim là: ni ken: 4-15%, thiếc: 3,5-8%. - Phần tổng quan của luân án đã trình bày về phân rã spinodal các quá trình chuyển pha xảy ra trong hợp kim Cu-Ni-Sn, khi xử lý nhiệt tăng cơ tính cho hợp kim gắn với sự biến đổi trong cấu trúc bao gồm 5 quá trình:  Phân rã spinodal  Quá trình tạo pha trật tự hóa có cấu trúc DO 22 và L1 2  Quá trình cấu trúc DO 22 và L1 2 chuyển sang pha có cấu trúc DO 3 (pha γ) không liên tục tại biên hạt  Pha DO 3 phát triển thành liên tục tại biên hạt  Pha DO 3 phát triển vào trong hạt - Sự hóa bền hợp kim dựa trên các cấu trúc spinodal, cấu trúc trật tự hóa DO 22 và L1 2 . Sự tạo thành và phát triển cấu trúc DO 3 làm giảm cơ tính hợp kim. - Tìm hiểu về cơ sở nhiệt động học quá trình của phân rã spinodal và spinodal trật tự hóa, vai trò của khuếch tán nhiệt đối với phân rã spinodal và tạo pha hóa bền. Ảnh hưởng của các yếu tố nhiệt độ, biến dạng tác động tới phân rã spinodal và chuyển pha trật tự hóa khi xử lý nhiệt. - Tìm hiểu các phương pháp để phân tích đặc trưng vật liệu của cấu trúc spinodal và trật tự hóa. - Xác định bản chất các quá trình xảy ra trong hợp kim Cu-Ni-Sn khi xử lý nhiệt tăng bền cho hợp kim có phân rã spinodal, trong đó spinodal đóng vai trò:  Spinodal đóng vai trò chính trong cơ chế tăng cơ tính cho hợp kim Cu- Ni-Sn bằng cách tạo ra cấu trúc modul làm biến dạng mạng trong các vùng nhỏ kích thước vài chục nanômét, tạo các vùng dao động thông số mạng phân bố đều trên toàn bộ nền vật liệu.  Spinodal là cách thức điều chỉnh thành phần làm cơ sở cho chuyển pha trật tự hoá. Các pha trật tự hoá DO 22 và L1 2 tạo ra từ sự phát triển của spinodal thành spinodal hoá học là các pha trung gian có kiểu mạng lptm liền mạng với nền dung dịch rắn của Cu, có sự thay đổi về thông số mạng, cố định vị trí các nguyên tử Cu, Ni, Sn có tác dụng tăng cơ tính cho hợp kim. Khi tạo thành pha DO 3 có kiểu mạng lptk có kích thước ô mạng khác nền Cu, không liền mạng với nền sẽ làm giảm cơ tính của hợp kim. 5 2 CÁC PHƢƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM VÀ THIẾT BỊ SỬ DỤNG NGHIÊN CỨU HỢP KIM Cu-Ni-Sn 2.1 Sơ đồ nghiên cứu: 2.2 Chế tạo mẫu hợp kim Chế tạo mác hợp kim Nấu một số các mác hợp kim Cu-Ni-Sn có thành phần trong vùng phân rã spinodal:Cu-9Ni-3Sn ; Cu-9Ni-6Sn ; Cu-15Ni-8Sn ; Cu-7Ni-7Sn Cán tấm hợp kim Cu-Ni-Sn Xây dựng qui trình cán biến dạng kết hợp xử lý nhiệt. Tính toán các thông số công nghệ cán trên thiết bị cán, cán tấm hợp kim. Chế tạo các hợp kim Cu-Ni-Sn bằng phƣơng pháp đúc Đồng đều hoá Xử lý biến dạng Hoá già hoá bền 18. 19. 20. Các phƣơng pháp nghiên cứu tổ chức, pha và cấu trúc hóa bền hợp kim 14. 1. Phương pháp phân tích nhiệt vi sai 15. 2. Phương pháp nghiên cứu rơnghen về pha và thông số mạng 16. 3. Phương pháp phân tích EDX, mapping 17. 4. Phương pháp chụp ảnh hiển vi điện tử quét (SEM) Hoá già hoá bền 12. 13. Các phƣơng pháp nghiên cứu tổ chức, pha và cấu trúc hóa bền hợp kim 6. 1. Phương pháp đo độ cứng 7. 2. Phương pháp đo giới hạn bền 8. 2. Phương pháp nghiên cứu tổ chức tế vi 9. 3. Phương pháp phân tích nhiệt vi sai 10. 4. Phương pháp nghiên cứu rơnghen về pha và thông số mạng 11. 5. Phương pháp chụp ảnh hiển vi điện tử quét (SEM) 1. 1. Nghiên cứu sự biến đổi độ cứng theo thời gian hóa già 2. 2. Nghiên cứu sự biến đổi độ cứng theo nhiệt độ hóa già 3. 3. Nghiên cứu sự biến đổi tổ chức tế vi khi xử lý nhiệt Kết luận về xử lý nhiệt 4. 5. Đồng đều hoá 6 Xử lý nhiệt các hợp kim đồng Cu-Ni-Sn Qui trình xử lý nhiệt hợp kim đồng Cu-Ni-Sn Hình 2.6 Sơ đồ xử lý nhiệt hợp kim Cu-9Ni-3Sn Chọn nhiệt độ và sơ đồ xử lý nhiệt cho các hợp kim Cu-9Ni-3Sn; Cu-9Ni-6Sn; Cu-15Ni-8Sn như sau: - Nhiệt độ đồng đều hóa khoảng hợp kim Cu-9Ni-3Sn được chọn 750 0 C. Thời gian giữ nhiệt khoảng 2h. Sau khi đồng đều hóa hợp kim được tôi làm nguội nhanh trong môi trường nước. Nhiệt độ nước sử dụng ở nhiệt độ phòng 20- 25 0 C, nhiệt độ nước sau tôi không quá 40 0 C. - Nhiệt độ đồng đều hóa khoảng hợp kim Cu-9Ni-6Sn được chọn 780 0 C. Thời gian giữ nhiệt khoảng 2,5h. Điều kiện thí nghiệm tương tự như với hợp kim Cu- 9Ni-3Sn. - Nhiệt độ đồng đều hóa khoảng hợp kim Cu-15Ni-8Sn được chọn 820 0 C. Thời gian giữ nhiệt khoảng 3h. Điều kiện thí nghiệm tương tự như với hợp kim Cu- 9Ni-3Sn. Để khảo sát sự hoá bền các hợp kim nghiên cứu, thực hiện hóa già ở các nhiệt độ 250 0 C; 300 0 C; 350 0 C; 400 0 C; 450 0 C; 500 0 C trong thời gian 2h. Sau hóa già đo độ cứng mẫu, xây dựng đường cong biến đổi độ cứng theo chế độ xử lý nhiệt. Chọn được khoảng nhiệt độ hoá già cho độ cứng cao nhất, xử lý nhiệt hóa già tại nhiệt độ đó trong các khoảng thời gian 0,5 giờ; 1 giờ; 1,5 giờ; 2 giờ, 2,5 giờ ; 3 giờ ; 3,5 giờ và 4 giờ để chọn khoảng thời gian tối ưu. 2.3 Các phƣơng pháp phân tích - Phương pháp soi tổ chức tế vi - Phương pháp đo độ cứng thô đại và tế vi - Phương pháp phân tích nhiệt vi sai - Phương pháp phân tích rơnghen - Phương pháp chụp ảnh hiển vi điện tử quét (SEM) và EDX đường - Phương pháp phân tích EDX điểm và mapping - Phương pháp đo giới hạn bền và giới hạn đàn hồi sau xử lý nhiệt của hợp kim Cu-Ni-Sn 7 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Nghiên cứu quá trình xử lý nhiệt 3.1.1 Nghiên cứu sự thay đổi độ cứng hợp kim Cu-Ni-Sn khi hóa già Các hợp kim Cu-9Ni-3Sn; Cu-9Ni-6Sn; Cu-15Ni-8Sn sau đồng đều hoá có độ cứng thấp khoảng 90-110HB. Sau khi hoá già ở các nhiệt độ khác nhau trong thời gian 2h, chọn được nhiệt độ 350 0 C là nhiệt độ hoá già thích hợp cho độ cứng cao. Chọn nhiệt độ 350 0 C hoá già theo thời gian khác nhau. Kết quả theo các hình dưới đây: Nghiên cứu sự thay đổi độ cứng hợp kim Cu-9Ni-3Sn Độ cứng hợp kim Cu-9Ni-3Sn khi hóa già theo thời gian 97 122 126 118 126 151 123 126 0 50 100 150 200 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 Thời gian, h Độ cứng HV Hình 3.1 Đường cong biến đổi độ cứng hợp kim Cu-9Ni-3Sn khi hóa già ở các nhiệt độ khác nhau (HV) Hình 3.2 Đường cong biến đổi độ cứng hợp kim Cu-9Ni-3Sn khi hóa già theo thời gian khác nhau ở nhiệt độ 350 0 C (HV) Nghiên cứu sự thay đổi độ cứng hợp kim Cu-9Ni-6Sn Độ cứng hợp kim Cu-9Ni-6Sn khi hóa già ở các nhiệt độ khác nhau 215.3 245.3 271 201.3 200.3 194 0 100 200 300 250 300 350 400 450 500 Nhiệt độ C Độ cứng HV Độ cứng hợp kim Cu-9Ni-6Sn khi hóa già theo thời gian 245 259 294 260 254 318 247 282 0 100 200 300 400 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 Thời gian, h Độ cứng HV Hình 3.3 Đường cong thay đổi độ cứng hợp kim Cu-9Ni-6Sn theo nhiệt độ hóa già (HV) Hình 3.4 Đường cong thay đổi độ cứng hợp kim Cu-9Ni-6Sn theo thời gian hóa già, ở nhiệt độ 350 0 C (HV) 8 Sự thay đổi độ cứng hợp kim Cu-15Ni-8Sn xử lý nhiệt hóa già Độ cứng hợp kim Cu-15Ni-8Sn khi hóa già ở các nhiệt độ khác nhau 254 276 318 261 254 201 0 100 200 300 400 250 300 350 400 450 500 Nhiệt độ C Độ cứng Hv Độ cứng hợp kim Cu-15Ni-8Sn khi hóa già theo thời gian 228.5 223 333 289 299 336 339 275 0 100 200 300 400 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 Thời gian, h Độ cứng HV Hình 3.5 Đường cong thay đổi độ cứng hợp kim Cu-15Ni-8Sn theo nhiệt độ hóa già (HV) Hình 3.6 Đường cong thay đổi độ cứng hợp kim Cu-15Ni-8Sn theo nhiệt độ hóa già ở nhiệt độ 350 0 C (HV) 3.1.2 Nghiên cứu sự thay đổi tổi chức tế vi hợp kim Cu-Ni-Sn khi xử lý nhiệt bằng kính hiển vi quang học. Sự thay đổi tổ chức tế vi hợp kim Cu-15Ni-8Sn khi xử lý nhiệt Tổ chức hợp kim Cu-15Ni-8Sn sau đúc như hình 3.13: a - tổ chức đúc x50 b - tổ chức đúc x200 Hình 3.13 Tổ chức tế vi của hợp kim Cu-15Ni-8Sn sau đúc a- Ảnh hiển vi quang học tổ chức đồng đều hóa x500 b- Ảnh hiển vi quang học tổ chức đồng đều hóa x200 Hình 3.14 Ảnh tổ chức tế vi hợp kim Cu-15Ni-8Sn sau đồng đều hóa ở 820 0 C giữ nhiệt 3h, nguội trong nước Hợp kim Cu-15Ni-8Sn sau xử lý nhiệt đồng đều hóa ở 820 0 C thời gian giữ nhiệt 3h, tổ chức đạt được là một pha α (hình 3.14) 9 a- Ảnh hiển vi quang học tổ chức hóa già x500 b- Ảnh hiển vi quang học tổ chức hóa già x200 Hình 3.16 Tổ chức tế vi hợp kim Cu-15Ni-8Sn sau tôi 820 0 C giữ nhiệt 3h, hóa già 350 0 C trong 2h Để tăng cơ tính hợp kim, xử lý đồng đêu hoá phải tạo tổ chức một pha đồng đều. Thực hiện Thực hiện hóa già ở 350 0 C, giữ nhiệt 2h tổ chức thu được như hình 3.16, tổ chức thu được đồng đều một pha α, hạt tròn cạnh hơn, kích thước hạt giảm, xuất hiện song tinh. Đây là tổ chức cho độ bền độ cứng tăng cao so với tổ chức sau đúc và sau xử lý đồng đều hóa. Để khảo sát sự biến đổi tổ chức hợp kim Cu-15Ni-8Sn theo nhiệt độ và thời gian hoá già, hợp kim Cu-15Ni-8Sn sau xử lý nhiệt đồng đều hóa ở 820 0 C, được hoá già ở các nhiệt độ 350 0 C; 400 0 C; 450 0 C; 500 0 C trong thời gian trong 2h. Tổ chức hợp kim Cu-15Ni-8Sn biến đổi theo hình 3.19. a- 350 0 C b- 400 0 C c- 450 0 C d- 500 0 C Hình 3.19 Ảnh hiển vi quang học tổ chức hợp kim Cu-15Ni-8Sn hóa già ở các nhiệt độ khác nhau, thời gian 2h Ảnh tổ chức hợp kim Cu-15Ni-8Sn sau hòa già theo hình 3.19 cho thấy ở cùng điều kiện xử lý đồng đều hoá ban đầu, khi hoá già ở cùng một thời gian α γ 10 2h, nhiệt độ hoá già tăng thúc đẩy nhanh quá trình tạo pha γ. Ảnh tổ chức đã phản ánh quá trình hình thành và phát triển của pha γ, ban đầu xuất hiện rời rạc không liên tục ở các biên hạt, sau đó phát triển thành liên tục theo biên hạt, cuối cùng là phát triển vào trong hạt. Để khảo sát ảnh hưởng của thời gian giữ nhiệt tới sự phát triển pha trong hợp kim Cu-15Ni-8Sn sau xử lý nhiệt đồng đều hóa ở 820 0 C, thời gian giữ nhiệt 3h, hợp được hoá già ở nhiệt độ 450 0 C với thời gian giữ nhiệt thay đổi 0,5 ; 1 ; 2 và 3h. Tổ chức hợp kim Cu-15Ni-8Sn biến đổi theo hình 3.20. Kết quả xử lý hợp kim Cu-15Ni-8Sn cho thấy sau đồng đều hóa, hóa già ở 450 0 C trong thời gian 0,5h thì tổ chức có cấu tạo một pha, hóa già thời gian 1h bắt đầu xuất hiện pha γ không liên tục ở biên hạt. Thời gian hóa già tăng lên 2h pha γ lớn lên ở biên pha và bắt đầu kết nối ở biên pha với nhau. Khi thời gian hóa già lên tới 3h pha γ liên tục kết nối với nhau ở biên pha và phát triển vào trong hạt thành các vùng pha riêng biệt α+ γ xen kẽ với pha α. . a- 0,5h b- 1h c- 2h d- 3h Hình 3.20 Ảnh hiển vi quang học tổ chức hợp kim Cu-15Ni-8Sn hóa già ở nhiệt độ 450 0 C, thời gian thay đổi Như vậy ảnh hưởng của việc tăng nhiệt độ và thời gian hoá già đều làm tăng nhanh quá trình hình thành và phát triển pha γ. Tác động của hai thông số thời gian và nhiệt độ tới việc thúc đẩy chuyển pha trong hợp kim Cu-15Ni-8Sn khi xử lý nhiệt tương tự nhau khi ở cùng điều kiện ban đầu. Qúa trình này hoàn toàn phù hợp với quá trình hình thành và phát triển pha ở hợp kim Cu-15Ni-8Sn như đã phân tích ở phần tổng quan. Trong quá trình xử lý nhiệt hóa già hợp kim Cu-Ni-Sn, các pha DO 22 và L1 2 dần chuyển sang pha DO 3 . Qúa trình này bắt đầu tại các vị trí biên hạt, nơi tập trung nhiều tạp chất, ứng suất và có năng lượng chuyển pha thấp hơn. Biên [...]... Vì vậy đối với hợp kim đã qua biến dạng, nhiệt độ và thời gian hóa già cần khống chế chặt chẽ hơn 24 KẾT LUẬN 1 Luận án nghiên cứu ứng dụng phân rã spinodal để hóa bền hợp kim spinodal Cu-Ni-Sn trong vùng thành phần từ 7-15%Ni, 3-8%Sn Các kết quả thực nghiệm đã minh chứng về cơ chế hóa bền cho hợp kim Cu-Ni-Sn là dựa trên phân rã spinodal và chuyển pha trật tự hóa Sn là nguyên tố hợp kim đóng vai trò... độ bền của hợp kim lên tới 1200MPa, giới hạn đàn hồi đạt tới 1100MPa  Độ cứng, giới hạn bền, giới hạn đàn hồi đạt giá trị cao của hợp kim là kết quả của phân rã spinodal và chuyển pha trật tự hóa hóa bền hợp kim  Hợp kim Cu-Ni-Sn có thể điều chỉnh độ bền và giới hạn đàn hồi thông qua điều chỉnh xử lý cơ nhiệt để tạo cơ tính với mục đích sử dụng  Cơ tính đạt được sau xử lý nhiệt ở hợp kim Cu-Ni-Sn. .. chứng tỏ pha γ tạo ra pha có độ cứng thấp, làm giảm độ cứng hỗn hợp hai pha (α+ γ) 3.1.3 Kết luận xử lý nhiệt hoá bền hợp kim Cu-Ni-Sn  Hợp kim Cu-Ni-Sn khi xử lý nhiệt hóa bền là sự kết hợp của phân rã spinodal và chuyển pha trật tự hóa Tổ chức hợp kim biến đổi theo chế độ xử lý nhiệt Tổ chức của hợp kim nghiên cứu thu được khi xử lý nhiệt là phù hợp với lý thuyết về tổ chức và tạo pha Các nghiên cứu. .. dạng mạng của phân rã spinodal không còn tác dụng Từ các kết quả này có thể xây dựng quy trình công nghệ xử lý nhiệt tăng bền cho từng hợp kim và có thể tham khảo cho các hợp kim khác 4 Biến dạng không làm thay đổi tới chiều hướng quá trình phân rã spinodal và chuyển pha trật tự hoá mà chỉ thúc đẩy quá trình xảy ra nhanh hơn, góp phân nâng cao cơ tính cho hợp kim khi được kết hợp phù hợp Tuy nhiên... của hợp kim Thậm chí biến dạng còn thúc đẩy quá trình tạo pha cân bằng trên các thớ cán làm giảm nhanh chóng cơ tính của hợp kim 5 Luận án đã chế tạo bốn mẫu hợp kim Cu-9Ni-3Sn, Cu-9Ni-6Sn, Cu15Ni-8Sn, Cu-7Ni-7Sn nằm trong vùng thành phần có phân rã spinodal Tính chất cơ lý tính đạt được tuơng đương với các công bố của thế giới và có thể thay thế hợp kim đồng Cu-Ni-Sn cho hệ hợp kim Cu-Be trong các ứng. .. của phân rã spinodal, tính nhạy cảm của phân rã spinodal với các điều kiện xử lý hợp kim, sự phát triển không đều của cấu trúc spinodal khi hoá già - Hiển vi điện tử quét với độ phân giải tới 100nm đã quan sát được tổ chức spinodal 3.1.8 Khảo sát quét EDX dạng đƣờng tổ chức hợp kim Cu-Ni-Sn trên máy hiển vi điện tử quét (SEM) Cấu trúc modul spinodal Hình 3.44 Hợp kim Cu-9Ni-6Sn, Hình 3.45 Hợp kim Cu-9Ni-6Sn,... Khi xử lý nhiệt hợp kim Cu-Ni-Sn đã qua biến dạng sẽ xẩy ra hai quá trình có hiệu ứng ngược nhau đối với độ cứng, độ bền: - Quá trình hồi phục và kết tinh lại làm giảm độ bền sau khi biến dạng - Quá trình phân rã spinodal và trật tự hóa làm tăng bền cho hợp kim Hiệu ứng quá trình nào mạnh hơn, cơ tính của hợp kim sẽ biến thiên theo chiều hướng của quá trình đó Nhiệt độ nóng chảy của Cu-Ni-Sn khoảng... trúc spinodal và chuyển pha trật tự hóa do vậy hàm lượng Sn hòa tan trong dung dịch rắn khi xử lý nhiệt quyết định tới độ bền và độ cứng tối đa mà hợp kim đạt được 2 Xử lý hóa già các hợp kim Cu-Ni-Sn có hiệu quả tăng bền vượt trội so với hợp kim ở trạng thái đúc Hợp kim Cu-Ni-Sn sau biến dạng và xử lý nhiệt độ bền có thể lên tới 1200MPa, giới hạn đàn hồi đạt tới 1100MPa Các chỉ tiêu cơ tính của hệ hợp. .. cơ tính của hệ hợp kim Cu-Ni-Sn có thể điều chỉnh thông qua điều chỉnh xử lý cơ nhiệt để tạo cơ tính phù hợp với mục đích sử dụng 3.Thực nghiệm xử lý nhiệt hóa già hợp kim Cu-9Ni-3Sn, Cu-9Ni-6Sn, Cu15Ni-8Sn đạt độ cứng như sau:  Hợp kim Cu-9Ni-3Sn đồng đều ở 7500C và hóa già ở khoảng 3500C trong khoảng thời gian 1,5- 3h đạt độ cứng khoảng 150HV, so với trạng thái đúc (110HV)  Hợp kim Cu-9Ni-6Sn đồng... (DO3), pha δ là các pha phát triển từ spinodal hóa học - Sự tách vạch rơnghen trên nền dung dich rắn của hợp kim Cu với chiều cao các vạch xấp xỉ nhau là đặc trưng của phân rã spinodal như - Với các máy phân tích Xray hiện có ở Việt Nam hoàn toàn có thể phân tích được hiện tượng phân rã spinodal 3.1.6 Phƣơng pháp phân tích EDX Phương pháp phân tích EDX điểm: hợp kim Cu-15Ni-8Sn sau đồng nhất 8200C giữ . Cho đến nay ở Việt Nam chưa có nghiên cứu nào về cơ chế tăng cơ tính cho hợp kim Cu-Ni-Sn được công bố. Do vậy luận án đặt ra vấn đề nghiên cứu là Nghiên cứu ứng dụng phân rã spinodal để tăng. trong hợp kim spinodal Cu-Ni-Sn. - Nghiên cứu xử lý nhiệt hóa bền trong hợp kim Cu-Ni-Sn. - Nghiên cứu biến dạng hóa bền trong hợp kim Cu-Ni-Sn. - Ứng dụng các phương pháp nghiên cứu để nhận. trình thực hiện cho một số hợp kim đồng hệ Cu-Ni-Sn nhưng có thể dùng để tham khảo khi nghiên cứu hệ hợp kim khác vì phân rã spinodal có ở nhiều hợp kim màu và cả ở hợp kim cơ sở sắt. Ý nghĩa