bai 2 mang tinh the

MỤC TIÊU BÀI TRƯỚC: Trình bày vị trí môn VLH quy trình sản xuất Mô tả cấu tạo vật liệu kim loại Mô tả cấu tạo vật liệu polymer Mô tả cấu tạo vật liệu composite MỤC TIÊU: Vẽ mô tả thông số kiểu mạng Bcc, Fcc, Hcp So sánh cấu tạo mạng tinh thể lý tưởng thực Vẽ trình bày vai trò lệch biên, lệch xoắn So sánh khả phát triển mầm tự sinh & kí sinh trình kết tinh IV/ MẠNG TINH THỂ KHÁI NIỆM  Là tập hợp khối xếp liên chiều không gian  Hệ tọa độ Oxyz có:  Gốc tọa độ: nút mạng  Thông số mạng: khoảng cách nút mạng liên tiếp trục tọa độ  Góc mạng: xOy = γ yOz = β ; xOz = α IV/ MẠNG TINH THỂ   Phương tinh thể: vecto qua nút mạng Mặt tinh thể:  Đi qua nút mạng không thẳng hàng  Đi qua phương không trùng  Đi qua nút mạng phương CÁC KIỂU MẠNG THƯỜNG GẶP: a Lập phương tâm khối (BCC)      a=b=c α = β = γ = 90º nguyên tử đỉnh khối nguyên tử tâm Số xếp (số phối trí): Số lượng nút bao quanh gần nhất, K = a.Lập phương tâm khối (BCC) Số nguyên tử n = 8x1/8 + =   Bán kính nguyên tử lý tưởng:  Bán kính hình cầu  Các nguyên tử tiếp xúc phương tinh thể có khoảng cách ngắn nút mạng: a r= a.Lập phương tâm khối (BCC)  Mật độ thể tích: Mv = n.Vnguyên tử / Vô sở a 4r = a ⇒ r = 4 a 3 π ( ) Mv = 3 100% = 68% a → 68% thể tích ô sở nguyên tử chiếm chỗ, 32% thể tích lại không gian trống b.LỖ TRỐNG  Khối mặt:  Tạo nguyên tử có tâm cạnh trung tâm mặt bên  Số lượng = 6x1/2 + 12x1/4 =  Rlỗ trống = 0.154dnguyên tử b.LỖ TRỐNG  Khối mặt:  Tâm nằm ¼ đoạn thẳng nối điểm mặt bên  Số lượng = 24 x1/2 = 12  Rlỗ trống = 0.221dnguyên tử Ví dụ: kim loại có kiểu mạng BCC Cr, W, Mo, V, Feα,Tiβ Ảnh AFM mặt (111) Au, (Dr Michael Green, TopoMetrix Corporation.) C ĐƠN TINH THỂ & ĐA TINH THỂ Đơn tinh thể:  Mạng tinh thể thống & phương không đổi toàn khối tinh thể  Có tính dị hướng  Ít gặp ĐA TINH THỂ     Gồm nhiều đơn tinh thể xếp liên tiếp nhau, liên kết biên giới hạt Định hướng ngẫu nhiên, có tính đẳng hướng Ở biên giới hạt nguyên tử xếp không trật tự Phương tinh thể đổi chiều qua biên giới hạt ĐĨA CẤP ĐỘ HẠT σ ch k = σo + d III/ QUÁ TRÌNH KẾT TINH Chất lượng vật đúc phụ thuộc vào trình kết tinh  Là trình hình thành liên kết kim loại phát triển mạng tinh thể toàn thể tích khối kim loại lỏng  Gồm: sinh mầm & phát triển mầm  CẤU TẠO KIM LOẠI LỎNG  Các vùng nguyên tử tự  Các nhóm nguyên tử trì liên kết kim loại, xếp có trật tự (nhóm trật tự) III/ QUÁ TRÌNH KẾT TINH  Giả thuyết:  Nhóm trật tự có hình cầu, bán kính r  Luôn hình thành nhóm trật tự & tan rã nhóm cũ  Nhiệt độ tăng số lượng nhóm trật tự giảm & ngược lại  Có electron tự kim loại lỏng  Vlỏng – Vrắn = 1.5 ÷3% → Kim loại lỏng gần giống kim loại rắn số tính chất, nguyên tử kim loại lỏng giữ trật tự gần III/ QUÁ TRÌNH KẾT TINH b Các điều kiện kết tinh:  Điều kiện lượng: xu hướng tự phát tăng mức độ trật tự hệ (hay giảm entropy-nguyên lý nhiệt động lực học) → Trang thái ổn định trạng thái có mức độ trật tự cao nhất, hay mức lượng tự (F) thấp SINH MẦM b Các điều kiện kết tinh:  TFl → pha lỏng ổn định → Điều kiện cần: nhiệt độ giảm xuống To Điều kiện đủ: trình kết tinh ưu tiên xảy vùng có cấu trúc thành phần hóa học tương tự trạng thái rắn (nhóm trật tự) SINH MẦM b Các điều kiện kết tinh:   Mầm xuất → thể tích, diện tích bề mặt, lượng đàn hồi ∆F(r) = -∆Fv + ∆Fs + ∆Fđàn hồi = -V.∆f + S.δ + =.-4/3.л.r3 ∆f + δ.4 л.r2 d (∆ f ) 2.δ ⊗ = − 4.π r ∆ f + 8.π r.δ =  → r = d (r ) ∆f Với r* : bán kính mầm tới hạn SINH MẦM Nếu:   r > r* → mầm tiếp tục phát triển thành tinh thể r < r* → mầm bị hòa tan SINH MẦM Các loại mầm:   Mầm tự sinh: tạo từ kim loại lỏng đồng Mầm kí sinh: từ bề mặt kim loại lỏng tiếp xúc với xung quanh (thành khuôn, tạp chất rắn…) Mầm kí sinh dễ phát triển ∆Fs nhỏ (do diện tích tiếp xúc với kim loại lỏng giảm) ∆F(r) = -∆Fv + ∆Fs + ∆Fđàn hồi = -V ∆f + s.δ + PHÁT TRIỂN MẦM Theo chế: Tuyến tính: nhóm nguyên tử cỡ khối gắn lên mầm theo chiều Lệch xoắn: nhóm nguyên tử cỡ khối gắn lên bậc cấp lệch xoắn tạo bề mặt mầm tinh thể BIẾN TÍNH  Đưa chất biến tính vào kim loại lỏng nhằm thay đổi δ → đạt kích thước hình dạng tinh thể theo yêu cầu Ví dụ: Gang xám biến tính → gang cầu, có độ bền cao Gang xám Puli Gang cầu Trục khuỷu PHẦN TỰ HỌC  Kích thước hình dạng tinh thể (cấu tạo thỏi đúc) BÀI TẬP VỀ NHÀ Giới thiệu số thành tựu bật cách mạng vật liệu đại  Tìm Web tiếng Anh vật liệu khí, dịch  A4, đánh máy, ghi họ tên…  Nộp vào đầu  Báo cáo: 30%  [...]... ∑ li ρ= (mm − 2 ) V ρ=  Mật ∑ l ê ch ⋅ S (mm − 2 ) độ lệch càng lớn thì : Độ bền, độ cứng tăng  Độ dẻo, độ dai giảm  Điện trở tăng  Dễ bị oxy hóa, ăn mòn hóa học  C ĐƠN TINH THỂ & ĐA TINH THỂ 1 Đơn tinh thể:  Mạng tinh thể thống nhất & phương không đổi trong toàn bộ khối tinh thể  Có tính dị hướng  Ít gặp 2 ĐA TINH THỂ     Gồm nhiều đơn tinh thể xếp liên tiếp nhau, liên kết bởi biên giới... LOẠI  Sắt ở 911ºC÷13 92 C có kiểu mạng lập phương diện tâm, dưới 911ºC là lập phương thể tâm  Tính thù hình của sắt ứng dụng rất nhiều trong nhiệt luyện TÍNH THÙ HÌNH CỦA KIM LOẠI  Thiếc ở tºphòng là Snβ dẻo, dưới -30ºC chuyển biến thù hình thành Snα , thể tích tăng 25 %, ở dạng bột  Titan ở tº < 8 82 C là Tiα - Hcp, trên 8 82 C là Tiβ – Bcc CẤU TẠO TINH THỂ THỰC TẾ a Mạng tinh thể lý tưởng: Mọi... lên mầm theo 3 chiều 2 Lệch xoắn: các nhóm nguyên tử cỡ khối cơ bản lần lượt gắn lên các bậc cấp do lệch xoắn tạo ra trên bề mặt mầm tinh thể 1 BIẾN TÍNH  Đưa các chất biến tính vào kim loại lỏng nhằm thay đổi δ → đạt được kích thước và hình dạng tinh thể theo yêu cầu Ví dụ: Gang xám biến tính → gang cầu, có độ bền cao hơn Gang xám Puli Gang cầu Trục khuỷu PHẦN TỰ HỌC  Kích thước và hình dạng tinh. .. nhiệt độ giảm xuống dưới To Điều kiện đủ: quá trình kết tinh ưu tiên xảy ra ở những vùng có cấu trúc và thành phần hóa học tương tự trạng thái rắn (nhóm trật tự) SINH MẦM b Các điều kiện kết tinh:   Mầm xuất hiện → thể tích, diện tích bề mặt, năng lượng đàn hồi ∆F(r) = -∆Fv + ∆Fs + ∆Fđàn hồi = -V.∆f + S.δ + 0 =.-4/3.л.r3 ∆f + δ.4 л.r2 d (∆ f ) 2. δ 2 ⊗ = − 4.π r ∆ f + 8.π r.δ = 0  → r = d (r ) ∆f Với... hóa học 2 SAI LỆCH ĐƯỜNG: Là tập hợp các sai lệch điểm xếp liên tiếp Gồm:  Lệch biên  Lệch xoắn  Lệch hỗn hợp (lệch biên + lệch xoắn) LỆCH BIÊN Phần của mặt tinh thể bị thiếu trong tập hợp các mặt tinh thể song song LỆCH XOẮN  Xem như được hình thành từ ứng suất tiếp gây ra vặn xoắn  Các nguyên tử xung quanh trục sắp xếp theo đường xoắn ốc MẬT ĐỘ LỆCH  Mật độ lệch: ∑ li ρ= (mm − 2 ) V ρ=... hướng ngẫu nhiên, có tính đẳng hướng Ở biên giới hạt các nguyên tử sắp xếp không trật tự Phương tinh thể đổi chiều qua biên giới hạt ĐĨA CẤP ĐỘ HẠT σ ch k = σo + d III/ QUÁ TRÌNH KẾT TINH Chất lượng vật đúc phụ thuộc vào quá trình kết tinh  Là quá trình hình thành liên kết kim loại và phát triển mạng tinh thể trong toàn bộ thể tích khối kim loại lỏng  Gồm: sinh mầm & phát triển mầm  CẤU TẠO KIM... tục phát triển thành tinh thể r < r* → mầm bị hòa tan SINH MẦM Các loại mầm:   Mầm tự sinh: tạo ra từ chính kim loại lỏng đồng nhất Mầm kí sinh: từ bề mặt kim loại lỏng tiếp xúc với xung quanh (thành khuôn, tạp chất rắn…) Mầm kí sinh dễ phát triển hơn vì ∆Fs nhỏ hơn (do diện tích tiếp xúc với kim loại lỏng giảm) ∆F(r) = -∆Fv + ∆Fs + ∆Fđàn hồi = -V ∆f + s.δ + 0 PHÁT TRIỂN MẦM Theo 2 cơ chế: Tuyến tính:... lỏng chỉ giữ được trật tự gần III/ QUÁ TRÌNH KẾT TINH b Các điều kiện kết tinh:  Điều kiện năng lượng: xu hướng tự phát là tăng mức độ trật tự của hệ (hay giảm entropy-nguyên lý 2 nhiệt động lực học) → Trang thái ổn định là trạng thái có mức độ trật tự cao nhất, hay mức năng lượng tự do (F) thấp nhất SINH MẦM b Các điều kiện kết tinh:  TFl → pha lỏng ổn định... THỰC TẾ a Mạng tinh thể lý tưởng: Mọi nút mạng đều ở vị trí cân bằng Mọi nút mạng đều chứa nguyên tử (ion dương) Không chứa các nguyên tử tạp chất CẤU TẠO TINH THỂ THỰC TẾ b Các loại khuyết tật: 1 Sai lệch điểm: sai lệch có kích thước nhỏ theo 3 chiều trong không gian  Nút trống: nút mạng không chứa nguyên tử  Nguyên tử xen kẽ: r ≤ 0.59 r nguyên tử  Nguyên tử thay thế: nguyên tử kim loại B thay... QUÁ TRÌNH KẾT TINH  Giả thuyết:  Nhóm trật tự có hình cầu, bán kính r  Luôn hình thành nhóm trật tự mới & tan rã nhóm cũ  Nhiệt độ tăng thì số lượng nhóm trật tự giảm & ngược lại  Có electron tự do trong kim loại lỏng  Vlỏng – Vrắn = 1.5 ÷3% → Kim loại lỏng gần giống kim loại rắn về một số tính chất, nhưng các nguyên tử của kim loại lỏng chỉ giữ được trật tự gần III/ QUÁ TRÌNH KẾT TINH b Các điều