quá trình già hóa AlCu

TIỂU LUẬN 5: QUÁ TRÌNH GIÀ HÓA Al-Cu Trước xem xét trình hóa già hợp kim Al-Cu xem hóa già : Sự biến cứng phân tán, gọi hóa già, kỹ thuật dùng để xử lý nhiệt sử dụng để làm tăng độ dẻo vật liệu dễ uốn, bao gồm hầu hết kim loại hợp kim kết cấu nhôm, magiê, niken, titan, số loại thép không gỉ Trong hợp kim chịu nhiệt cao biết gây giới hạn đàn hồi bất thường cung cấp sức chịu đựng nhiệt độ cao tốt Sự biến cứng ( hóa già ) dựa thay đổi khả hòa tan chất rắn có nhiệt độ để tạo hạt nhỏ pha tạp chất, gây cản trở cho phát triển đứt gãy, khuyết tật mạng tinh thể tinh thể Sự đứt gãy thường đặc điểm bật dẻo, điều có ứng dụng để làm cứng vật liệu Các tạp chất đóng vai trò tương tự hạt vật liệu composite để tăng cường hạt Cũng hình thành nước đá không khí dùng để tao nên mây, tuyết, mưa , phụ thuộc vào nhiệt giữ phần định khí quyển, kết tủa chất rắn tao nên nhiều kích cỡ khác hạt, có đặc tính hoàn toàn khác Không giống ủ bình thường, hợp kim phải giữ nhiệt độ cao nhiều phép kết tủa xảy hoàn toàn Thời gian trễ gọi "hóa già" Dung dịch xử lý hóa già viết tắt "STA" Độ bền độ cứng số hợp kim kim loại tăng cường hình thành hạt phân tán đồng cực nhỏ pha thứ hai ma trận pha ban đầu Hình trình biến cứng kim loại: Hình ảnh tổ chức pha Al-Mg dùng để biến cứng hay hóa già: Cơ chế hóa cứng xảy phạm vi biến dạng dẻo Có vùng tinh thể chất kết tủa làm cản trở việc chuyển động lệch mạng ứng suất phải tăng lên để "đẩy" lệch mạng thông qua việc phân bố chất kết tủa Do hợp kim trở nên cứng bền Đó chế hóa già Bây tìm hiểu hóa già hợp kim Al-Cu Hợp kim Al-Cu4% nhiệt luyện hóa bền Để xét nhiệt luyện hóa bền hệ Al - Cu nói riêng hệ hợp kim nhôm khác nói chung, xét chế hóa bền nhiệt luyện hợp kim Al chứa 4%Cu Sơ đồ cân Al-Cu: Thành phần hóa học (%) tính hợp kim nhôm Giảm đồ pha hợp kim Al-Cu với thành phần Cu 4% Cấu trúc hóa già Từ giản đồ pha Al - Cu thấy Cu hòa tan đáng kể Al nhiệt độ cao (cực đại 5,65% 5480C), song lại giảm mạnh hạ nhiệt độ (còn 0,5% nhiệt độ thường) Khi vượt giới hạn hòa tan lượng Cu thừa tiết dạng CuAl2II (trong II để pha tiết từ trạng thái rắn Fe3C II -Xementite II thép sau tích) Như hợp kim Al-Cu4%C : Lúc đầu nhiệt độ thường trạng thái cân (ủ) có tổ chức gồm dung dịch rắn α - Al (0,5%Cu) lượng (khoảng 7%) pha CuAl2II , có độ cứng độ bền thấp (σb =200MPa) Khi nung nóng lên đường giới hạn hòa tan (5200C), phần tử CuAl2II hòa tan hết vào α - Al có tổ chức pha α Al(4%Cu) làm nguội nhanh (tôi) CuAl2II không kịp tiết ra, tổ chức α giàu Cu cố định lại nhiệt độ thường Như sau tôi, nhiệt độ thường hợp kim có tổ chức khác hẳn lúc đầu, dung dịch rắn bão hòa (với giới hạn hòa tan 0,5%Cu 4%Cu bão hòa) với độ bền tăng lên đôi chút (do mạng bị xô lệch định), σb = 250 - 300MPa dẻo (có thể sửa, nắn được) Song lại thấy tượng đặc biệt khác thép: sau tôi, theo thời gian độ bền, độ cứng tăng lên dần đạt đến giá trị cực đại sau - ngày, σb = 400MPa tức tăng gấp đôi so với trạng thái ủ (hình 6.5) Quá trình nhiệt luyện hóa bền gọi + hóa già tự nhiên (để lâu nhiệt độ thường) Cơ chế hóa bền + hóa già hợp kim Al-Cu Cơ chế giải thích hóa bền hợp kim nhôm + hóa già Gunier Preston đưa cách độc lập từ đầu kỷ 20 sau chứng minh phân tích tia X Có thể giải thích hóa bền sau Dung dịch rắn bão hòa tạo thành sau không ổn định, có khuynh hướng trở trạng thái cân bằng, cách tiết Cu tập trung lại dạng CuAl2II Sự trở trạng thái cân xảy chậm nhiệt độ thường nhanh nhiệt độ cao với giai đoạn sau Giai đoạn I Khi lượng Cu tập trung 4% số vùng gọi vùng G.P có kích thước bé (hình đĩa bán kính khoảng 5nm) với xô lệch mạng cao nên có độ cứng cao, nhờ nâng cao độ bền, độ cứng Giai đoạn II Các nguyên tử Cu vùng G.P tiếp tục tập trung đạt đến mức 1Cu - 2Al vùng G.P to lên tạo nên pha V" (kích thước 10nm, khoảng cách pha 20nm) V' (với kích thước lớn hơn) Độ bền đạt giá trị cao ứng với tạo nên pha V", tạo nên pha V' độ bền bắt đầu giảm nhiệt độ thường trình kết thúc tạo thành pha V" đạt độ bền cực đại sau - ngày trì trạng thái mãi (xem đường hóa già tự nhiên - 200C - hình ) Giai đoạn III nhiệt độ cao hơn, 50 – 1000C hay hơn, pha V' chuyển biến thành V với cấu trúc với CuAl2II giản đồ pha Do trạng thái cân pha V có kích thước lớn nên độ bền giảm nhanh đến mức thấp (xem đường hóa già nhân tạo - 100, 2000C hình ) Có thể coi V’’ V’ tiền pha V - CuAl2II Qua thấy rõ Pha CuAl2II có vai trò lớn hóa bền hợp kim nhôm: hòa tan vào dung dịch rắn nung nóng, tạo nên dung dịch rắn bão hòa làm nguội chuẩn bị tiết lại dạng phân tán hóa già Không có hợp kim hóa bền được, nên người ta gọi pha hóa bền Hình : Sự thay đổi giới hạn bền theo thời gian (hóa già) sau hợp kim AlCu4 Nhiệt luyện hóa bền cách sau là: Hóa già tự nhiên: bảo quản nhiệt độ thường - ngày, muốn nhanh Hóa già nhân tạo: nung nóng 100 - 200oC thời gian thích hợp (chừng vài chục h tùy theo nhiệt độ cụ thể) để đạt đến độ bền cao tạo nên tiền pha θ (nhưng kéo dài quy định độ bền giảm không đạt giá trị cực đại tạo nên pha θ) Hình ảnh Các sai lệch biến dạng hóa già: 10 Biến dạng mạng tinh thể Al –Cu hóa già Hình a dung dịch rắn Al-α bão hòa Hình b Miền kết tủa pha (hóa già )với biến dạng mạng tinh thể Hình c Pha cân (trung bình) không biến dạng Hình (a) Một kết tủa không thống mối quan hệ với cấu trúc tinh thể ma trận xung quanh 11 Hình (b) Một hình thức kết tủa thống có mối quan hệ định kết tủa cấu trúc tinh thể ma trận Thay đổi cấu trúc vi mô xảy hợp kim hóa già hàn : Hình (a) cấu trúc vi mô mối hàn nhiệt độ cao, Hình (b) cấu trúc vi mô mối hàn sau từ từ nguội đến nhiệt độ phòng Nghiên cứu tính chất đặc điểm tổ chức hóa già Một tổ chức hóa già điển hình Nhôm Đồng với tỉ lệ Al3.5–5.5%Cu-Mg-Mn cho hợp kim Đuyra hợp kim điển hình nhôm đồng với thêm vào nguyên tố khác Về tính chất vật lí hợp kim có độ bền nhôm lần ( gần độ bền thép ) có tỉ khối xấp xỉ 27.5 g / cm3 Duralumin (còn có tên gọi khác duraluminum , duralum , duraluminium , duralium or dural ) tên gọi thương mại kiểu tên hợp kim nhôm-hardenable 12 Việc sử dụng tên thương mại lỗi thời, ngày thuật ngữ sử dụng chủ yếu để mô tả hợp kim nhôm-đồng, tên gọi Duyra sử dụng từ năm 2000 Hệ thống Alloy Designation System (IADS) Ngoài nhôm, vật liệu cấu thành nên duralumin đồng, mangan magiê Duralumin tạo nhà luyện kim Đức Alfred Wilm phòng thí nghiệm Dürener Metallwerke Aktien Gesellschaft.Năm 1903, Wilm phát làm nguội, hợp kim nhôm chứa 4% đồng nhiệt độ phòng cứng lại vài ngày Tiếp tục nghiên cứu phát triên ông Cải thiện dẫn đến đời duralumin vào năm 1909 Hiện Tên lỗi thời , chủ yếu sử dụng khoa học với múc đích phổ biến hệ thống hợp kim Al-Cu Vào năm 1920 1930 người ta sử dụng chúng lần để làm khung khí cầu cứng Cho tới chúng sử dụng để làm khung máy bay chuyên chở phi công Đức LZ 127 Graf Zeppelin, LZ 129 Hindenburg, LZ 130 Graf Zeppelin II, không quân Mĩ U.S Navy airships USS Los Angeles (ZR-3, ex-LZ 126), USS Akron (ZRS-4) and USS Macon (ZRS-5) thành phần khả chịu nhiệt bí mật vào thời chiến ( hình bên mẫu duyra từ USS Akron (ZRS-4) ) Với hỗn hợp tạo mồi rip-resistant , duralumin nhanh chóng đưa vào lan 13 rộng khắp ngành công nghiệp máy bay đầu năm 1930 chúng sử dụng phù hợp với kỹ thuật chế tạo khung giàn bao quanh – monocoque(đây từ thuật ngữ tiếng Pháp có nghĩa “khung nhất” ) Duralumin sử dụng phổ biến để chế tạo dụng cụ có độ xác trọng lượng nhẹ cứng Các thí nghiệm để sử dụng duralumin cho kiểu máy bay nặng không khí tiến hành vào năm 1916, Hugo Junkers lần giới thiệu việc sử dụng việc tạo khung máy bay Junkers J Đuyrra dễ biến dạng trạng thái nóng trạng thái nguội Đuyra sau , hóa già tự nhiên để tăng khả chống mài mòn , Các bán thành phẩm ép duyra có độ bền lớn độ bền cán nhờ hiệu ứng ép Đuyra nói chung dễ gia công cắt gọt sau già hóa , trạng thái ủ lại khó cắt gọt Nhược điểm : tính chống ăn mòn Khắc phục cách phủ lớp nhôm nguyên chất với chiều dày 4~8% chiều dày hay đường kính hay dây đuyra … Việc bổ sung đồng tăng thêm độ cứng ,nhưng làm cho hợp kim dễ bị ăn mòn Đối với sản phẩm dạng tấm, việc chống ăn mòn nâng cao đáng kể luyện kim 14 với việc cho lớp bề mặt nhôm có độ tinh khiết cao lên Những phủ lên gọi alclad, thường sử dụng ngành công nghiệp máy bay Hình ảnh alclad Ứng dụng chúng lõi dây điện 15 Mũi khoan cho máy bắn vít Xe đạp đua khung siêu nhẹ Khung máy bay quân dân dụng … Đinh tán Dụng cụ khí 16 dụng cu phẫu thuật y học ………………………… Hết………………………… 17 [...]... kết tủa và cấu trúc tinh thể của ma trận Thay đổi cấu trúc vi mô xảy ra trong các hợp kim hóa già trong hàn : Hình (a) cấu trúc vi mô trong mối hàn ở nhiệt độ cao, và Hình (b) cấu trúc vi mô trong mối hàn sau khi từ từ nguội đến nhiệt độ phòng Nghiên cứu tính chất đặc điểm của 1 tổ chức hóa già Một tổ chức hóa già điển hình giữa Nhôm và Đồng với tỉ lệ Al3.5–5.5%Cu-Mg-Mn cho ra hợp kim Đuyra đây là một...Biến dạng mạng tinh thể Al –Cu khi hóa già Hình a dung dịch rắn Al-α quá bão hòa Hình b Miền hoặc kết tủa pha (hóa già )với sự biến dạng mạng tinh thể Hình c Pha cân bằng (trung bình) không biến dạng Hình (a) Một kết tủa không thống nhất không có mối quan hệ với các cấu trúc... bay Junkers J 3 Đuyrra dễ biến dạng ở trạng thái nóng cũng như ở trạng thái nguội Đuyra sau khi tôi , được hóa già tự nhiên để tăng khả năng chống mài mòn , Các bán thành phẩm ép của duyra có độ bền lớn hơn độ bền của tấm cán nhờ hiệu ứng ép Đuyra nói chung dễ gia công cắt gọt sau khi tôi già hóa , nhưng ở trạng thái ủ lại rất khó cắt gọt Nhược điểm : tính chống ăn mòn kém Khắc phục bằng cách phủ... tạo mồi rip-resistant , duralumin nhanh chóng được đưa vào và lan 13 rộng khắp ngành công nghiệp máy bay trong đầu những năm 1930 ở đây chúng được sử dụng rất phù hợp với các kỹ thuật chế tạo các khung giàn bao quanh duy nhất – monocoque(đây là một từ thuật ngữ trong tiếng Pháp có nghĩa là “khung duy nhất” ) Duralumin cũng được sử dụng rất phổ biến để chế tạo các dụng cụ có độ chính xác vì trọng lượng ... thái ủ (hình 6.5) Quá trình nhiệt luyện hóa bền gọi + hóa già tự nhiên (để lâu nhiệt độ thường) Cơ chế hóa bền + hóa già hợp kim Al-Cu Cơ chế giải thích hóa bền hợp kim nhôm + hóa già Gunier Preston... phân tán hóa già Không có hợp kim hóa bền được, nên người ta gọi pha hóa bền Hình : Sự thay đổi giới hạn bền theo thời gian (hóa già) sau hợp kim AlCu4 Nhiệt luyện hóa bền cách sau là: Hóa già tự... cứng bền Đó chế hóa già Bây tìm hiểu hóa già hợp kim Al-Cu Hợp kim Al-Cu4% nhiệt luyện hóa bền Để xét nhiệt luyện hóa bền hệ Al - Cu nói riêng hệ hợp kim nhôm khác nói chung, xét chế hóa bền nhiệt