ÔN TẬP KHOA HỌC VẬT LIỆU GTVT

+ Nguyên nhân là do sự sắp xếp có trật tự của các nguyên tử trong không gian theo các phươngkhông giống nhau khoảng cách giữa các nguyên tử khác nhau nên ảnh hưởng đến các tính chất cơlý

Trang 1

Khoa Học Vật Liệu Cơ Khí

Câu 1: Định nghĩa, đặc điểm, cách xây dựng, tính chất của mạng tinh thể lý tưởng của kim loại?

a Định nghĩa:

Mạng tinh thể lý tưởng là mô hình không gian mô tả quy luật hình học của sự sắp xếp các nguyên tử(chất điểm) trong vật thể tinh thể

b Đặc điểm:

- Tính vô hạn: Không bị hạn chế bởi kích thước, nó bao hàm cả không gian vô tận

- Tính tuần hoàn: Nếu qua hai chất điểm bất kỳ trong mạng vẽ đường thẳng thì tất cả các chất điểmnằm trên đoạn đó đề cách đều nhau những đoạn giống nhau đó là tính lặp lại một cách chu kỳ củacác chất điểm theo phương bất kỳ trong không gian

- Số sắp xếp: Mỗi chất điểm bất kỳ điều được bao quanh bởi một số lượng bằng nhau của các chấtđiểm gần nhất với khoảng cách như nhau

- Ô cơ bản: Toàn thể mạng có thể xem như được tạo thành từ những khôi đơn giản, giống nhau màcách sắp xếp của các chất điểm trong khối được xem như đại diện chung cho toàn mạng

+ Lần lượt đặt cùng gốc O ba véc tơ OA a OB b OC cuuur r uuur r uuur r= , = , = lên 3 trục tọa độ ox,oy,oz

+ Xây dựng khối hộp 6 mặt gốc tại O trùng với gốc trục tọa độ

+ Ba cạnh là | |, | |, | |ar br cr

+ Ba góc: α, β, γ

+ Gắn các nguyên tử (chất điểm) vào ô cơ bản

- Cách xây dựng ô cơ bản:

+ Thể tích ô cơ bản chứa 1 nguyên tử gọi là ô cơ bản đơn giản

+ Thể tích ô cơ bản chứa hơn 1 nguyên tử gọi là ô cơ bản phức tạp

- Giả thiết có vô số ô cơ bản giống nhau ta có thể sắp xếp các ô cùng loại này nằm xít nhau theo mộtqui luật nhất định sẽ tạo nên mạng tinh thể trong không gian

d Các quy định chung trong mạng tinh thể:

- Vị trí nguyên tử chiếm chỗ được gọi là nút mạng

- Đường thẳng nối tâm của hai nguyên tử được gọi là phương mạng

- Mặt phẳng qua tâm của ba nguyên tử không thẳng hàng được gọi là mặt mạng

- Khoảng cách giữa hai nguyên tử gần nhau nhất theo một phương gọi là chu kỳ dịch chuyển (haythông số mạng) theo phương đó Đơn vị Angtrong, ký hiệu A° (1A°=10−8cm)

e Tính chất:

- Tính dị hướng của tinh thể

+ Tính dị hướng của tinh thể là sự thay đổi tính chất phụ thuộc vào phương tinh thể

Trang 2

+ Nguyên nhân là do sự sắp xếp có trật tự của các nguyên tử trong không gian theo các phươngkhông giống nhau (khoảng cách giữa các nguyên tử khác nhau) nên ảnh hưởng đến các tính chất cơ

lý hóa của các tinh thể khác nhau nếu tiến hành đo theo các phương khác nhau

+ Ví dụ:Tinh thể đồng thử bền theo các phương trị số bền dao động từ 140 -350 MN/m2

- Tính thù hình:

+ Nhiều chất rắn không những chỉ tồn tại với một cấu trúc mạng tinh thể mà tồn tại với nhiều cấutrúc mạng khác nhau trong những điều kiện nhiệt độ và áp suất nhất định

+ Những cấu trúc mạng khác nhau của cùng một chất rắn gọi là các dạng thù hình

+ Sự thay đổi từ dạng thù hình này sang dạng thù hình khác gọi là chuyển biến thù hình

+ Các dạng thù hình thường được ký hiệu bằng các chữ cái hy lạp: α, β, γ, δ, ε…

+ Thông thường dạng thù hình tồn tại ở nhiệt độ bình thường hoặc nhiệt độ thấp ký hiệu là α cònnhiệt độ cao hơn lần lượt là β, γ, δ, ε…

+ Ví dụ: C tồn tại ở 2 dạng thù hình:

Kim cương (lp phức tạp), Kim cương rất cứng không dẫn điện

Graphit là kiểu mạng lục giác xếp lớp, graphit rất mềm tăng khả năng bôi trơn giảm ma sát và dẫnđiện

Câu 2: Khảo sát mạng lập phương thể tâm (tâm khối-A2, K8)

a Vẽ ô cơ bản Tính các thông số: Góc, cạnh, số nguyên tử n.

b Số phối vị:

- Định nghĩa: là số hạt gần nhất xung quanh 1 hạt Đối với tinh thể ion là số ion cùng dấu bao quanh

1 ion trái dấu gần nhất

- Mỗi nguyên tử bất kỳ của mạng đều được bao quanh bởi 8 nguyên tử cách đều gần nhất nên số sắpxếp (số phối vị) có ký hiệu K8

- Ta thấy không phải toàn bộ thể tích mạng được điền kín bởi các nguyên tử do theo các phươngkhác nhau bố trí nguyên tử khác nhau Theo phương đường chéo các nguyên tử xít nhau, nhưng theophương của cạnh khối các nguyên tử không xít nhau

- Ô cơ sở là hình lập phương có chiều dài cạnh là a

- Vị trí các nguyên tử trong ô cơ sở ở 8 góc và có mộtnguyên tử nằm ở tâm của khối cơ sở

- Số nguyên tử (n) thuộc một khối cơ sở là: 2 nguyên tử

Trang 3

c Mật độ xếp chặt:

* Mật độ xếp chặt của mặt (Ms): Là tỷ số diện tích của tất cả các nguyên tử trên vùng chọn trước

chia cho diện tích của vùng đó

Đối với mạng lập phương thể tâm thì mặặ̣t chứa hai đường chéo của khối là mặt chặt nhất, nên ta xét mặt này :

* Mật độ xếp chặt toàn mạng (Mv): Là tỷ số thể tích của tất cả các nguyên tử trong ô cơ sở trên thể

Trang 4

Lỗ hổng 8 mặt Lỗ hổng 4 mặt

Câu 3: Khảo sát mạng lp tâm mặt (diện tâm-A1, K12)

a Vẽ ô cơ bản Tính các thông số: Góc, cạnh, số nguyên tử n.

- Ô cơ sở là hình lập phương với hằng số mạng là a

- Vị trí các nguyên tử nằm ở 8 đỉnh và ở trung tâm các mặt bên của khối cơ sở

- Số nguyên tử thuộc một khối cơ sở được tính như sau:

- Mỗi nguyên tử bất kỳ được bao quanh bởi 12 nguyên tử cách đều gần nhất với khoảng cách do đó

có số sắp xếp là K=12

c Mật độ xếp chặt:

ns: là số lượng nguyên tử tính trên diện tích S của mặt tinh thể đã cho

Trang 5

- Các nguyên tử xếp xít nhau trên mặt ABC như hình

Câu 4: Khảo sát mạng lục giác xếp chặt (A3-S12).

a Vẽ ô cơ bản Tính các thông số: Góc, cạnh, số nguyên tử n.

H1 Ô cơ bản H2 Mặt xít chặt nhất

- Ô cơ sở là hình lăng trụ đứng sáu cạnh với các hằng số a và c

Trang 6

- Các nguyên tử nằm ở 12 góc của khối, trung tâm của hai mặt đáy và trung tâm của ba khối lăng trụđứng tam giác cách đều nhau.

- Số nguyên tử trong ô cơ sở

- Bán kính nguyên tử:

b Số phối vị:

- Mỗi nguyên tử được bao quanh bởi 12 nguyên tử cách đều ngắn nhất với khoảng cách chính bằngđường kính nguyên tử a, nên số sắp xếp là K12 mà mạng lục giác nên gọi là S12

c Mật độ xếp chặt ( mặt độ mặt và mặt độ khối):

* Mật độ xếp chặt toàn mạng (Mv): Là tỷ số thể tích của tất cả các nguyên tử trong ô cơ sở trên thể

tích của ô cơ sở V

Công thức: =>

d Lỗ hổng: Lỗ hổng 8 mặt và lỗ hổng 4 mặt

ns: là số lượng nguyên tử tính trên diện tích S của mặt tinh thể đã cho

Trang 7

Lỗ hổng 8 mặt là khối ABCDFE Lỗ hổng 4 mặt là khối PKHQ

Câu 5: Trình bày cấu tạo mạng tinh thể thực của kim loại (đơn tinh thể, đa tinh thể) và các khuyết tật trong mạng tinh thể thực của kim loại (khuyết tật điểm, khuyết tật đường).

a Cấu trúc:

* Đơn tinh thể:

- Nếu khối kim loại đem dùng có mạng thống nhất và phương mạng không đổi trong toàn bộ thể tíchthì được gọi là đơn tinh thể

- Đơn tinh thể mang tính dị hướng giống tính chất của kl lý tưởng

- Khi đơn tinh thể lớn lên không bị các vật thể xung quanh hạn chế thì đơn tinh thể sẽ có hình dạngnhất định đặc trưng cho kiểu mạng của mình

- Đặc tính của đa tinh thể

+ Sự định hướng mạng tinh thể của mỗi hạt là ngẫu nhiên nên phương mạng giữa các hạt lệch nhaumột góc nào đó, thường vài độ đến vài chục độ

+ Đa tinh thể có tính đẳng hướng giả, tức là theo các phương tính chất đều giống nhau (trung bìnhcông của các tính chất theo các phương khác nhau)

Trang 8

+ Ở vùng biên giới giữa các hạt, các nguyên tử chịu qui luật định hướng của tất cả các hạt xungquanh nên có sắp xếp không trật tự, hay nói khác là mạng tinh thể bị xô lệch.

- Qui luật về hạt: Mỗi hạt là một tinh thể nên có tính dị hướng xong do phương mạng giữa các hạtlệch nhau một khoảng cách trung bình thống kê giữa các nguyên tử theo tất cả các phương thử đềubằng nhau làm cho tính dị hướng không còn nữa

- Quy định về siêu hạt: Các phương mạng lệch nhau góc nhỏ nên thường bỏ qua

a Biến dạng theo đơn tinh thể theo cơ chế trượt:

- Phương trượt:

+ Mạng lập phương thể tâm: có 6 mặt trượt, mỗi mặt trượt có hai phương trượt

+ Mạng lập phương diện tâm: có 4 mặt trượt, mỗi mặt trượt có ba phương trượt

+ Mạng lục giác xếp chặt: có 1 mặt đáy là mặt trượt, mỗi mặt đáy có ba phương trượt

- Số hệ trượt và ảnh hưởng đến hoạt động trượt:

+ Khả năng biến dạng dẻo của kim loại sơ bộ có thể đánh giá theo số hệ trượt (số cách trượt) tức làtheo tích số của mặt trượt với phương trượt

~ Khi có cùng hệ số thì loại mạng nào

có số phương trượt trên một mặt trượt

nhiều hơn thì dẻo hơn trượt

b Vai trò của ứng suất trượt:

Vai trò của P và ϕ

- P F= ×o σo σo là ứng suất pháp tác dụng lên tiết diệnngang ủa mẫu F P o, lần lượt là tiết diện và tải trọngcủa đơn tinh thể

- στ phụ thuộc rất nhiều vào sự định hướng của mặttrượt với phương tải trọng (tức là gócϕ)

σ = trượt không thể xảy ra.

+ Các vị trí ϕ khác nhau sẽ có giá trị στtương ứng Vị

trí thuận lợi nhất là khi ϕ =45o

Trang 9

c Cơ chế trượt:

* Đối với đơn tinh thể hoàn thiện (lý tưởng)

Hình: Sơ đồ trượt trong mạng tinh thể lý tưởng

- Mô tả quá trình trượt của mạng tinh thể lý tưởng

+ Các nguyên tử 1234 cách các nguyên tử 1’2’3’4’ theo chiều đứng là a và chiều ngang là b

+ Khi các nguyên tử 1234 ở vị trí cân bằng thì lực tác dụng lên nó từ các nguyên tử xung quanhbằng 0

+ Khi các nguyên tử dịch chuyển đi một khoảng x thì sự cân bằng bị phá vỡ

+ Giả sử nguyên tử 1 dịch chuyển đi một khoảng x<b/2 thì nó chịu lực hút của nguyên tử 1’ làchính khoảng cách x tăng lực hút tăng

+ Giá trị lực hút đạt cực đại tại x=b/4

+ Khi x=b/2 lực tác dụng lên nguyên tử 1 bằng 0 vì lực hút từ 1’ cân bằng với 2’

+ Khi các nguyên tử dịch chuyển đi một khoảng x>b/2 thì nguyên tử 1 chịu lực hút chủ yếu của 2’ + Khi x=b lực tác dụng lên nguyên tử 1 bằng 0, nó đến vị trí mới

- Độ bền lý thuyết:

2sin2

Trang 10

- Quá trình trượt: Nếu có στ tác dụng lên mặt trượt thì sự cân bằng bị phá vỡ Khi đó chỉ cần ứngsuất có một giá trị khá nhỏ thì bán mặt AB bắt đầu di chuyển một đoạn rất nhỏ, tiến đến vị trí đốidiện với nguyên tử ở hàng dưới, lúc đó bán mặt AB chuyển sang bán mặt A’B’ Quá trình trượt xảy

ra như vậy với sự chuyển động của bán mặt AB từ trái sang phải và sự trượt kết thúc khi bán mặt ABđược chuyển ra tới bề mặt của tinh thể và tạo ra ở đó một bậc thang

a Đặc điểm của biếng dạng dẻo đa tinh thể so với đơn tinh thể không hoàn thiện:

- Định nghĩa đa tinh thể: Đa tinh thể là tập hợp của nhiều hạt có phương mạng định hướng khác nhaumột cách ngẫu nhiên, vùng biên giới có cấu tạo, tính chất khác vùng trung tâm của nó

- 3 đặc điểm:

+ Các hạt trong đa tinh thể có biến dạng dư không đều, chúng có định hướng phương mạng khácnhau nên khi tác dụng tải trọng các hạt sẽ bị biến dạng khác nhau Hạt nào có phương mạng địnhhướng thuận lợi thì sẽ trượt và bị biến dạng trước với ứng suất tương đối bé và ngược lại

+ Các hạt trong đa tinh thể không đứng độc lập mà gắn bó với nhau do đó sự biến dạng dẻo của mỗihạt luôn có ảnh hưởng đến các hạt bên cạnh và bị chúng cản trở Các hạt trong đa tinh thể có thể bịtrượt theo nhiều hệ trượt khác nhau và đồng thời xảy ra sự quay của các mặt và phương trượt

+ Vùng biên giới hạt của đa tinh thể các nguyên tử sắp xếp không trật tự nên không hình thành đượccác mặt trượt và phương trượt do đó sự trượt rất khó phát triển ở đây Chính vì vậy biên giới hạt làyếu tố hãm lệch hiệu quả Khi lệch chuyển dịch đến gần biên giới nó bị dừng lại nên ở biên giới hạttập trung mật độ lệch khá cao

- Kết luận:

+ Ứng suất để sinh ra biến dạng dẻo trong đa tinh thể phải lớn hơn nhiều ứng suất sinh ra biến dạngdẻo trong đơn tinh thể

+ Làm nhỏ hạt không những làm tăng độ bền mà còn làm tăng cả độ dẻo vì hạt kim loại càng nhỏ,

số lượng hạt nhiều, biên giới hạt tăng làm cho tác dụng cảng trở càng lớn do đó độ bền sẽ tăng + Khi số lượng hạt tăng hạt sẽ nhỏ đi dẫn đến số lượng hạt có phương mạng định hướng với sự trượttăng lên, số hạt chịu biến dạng dẻo sẽ nhiều hơn làm tổng biến dạng dư tăng lên

Trang 11

b Các phương pháp nâng cao độ bền của kim loại:

- Ký hiệu về giản đồ lệch + vẽ hình

- Nêu định hướng:

+ Giảm mật độ lệch (chế tạo các sợi đơn tinh thể):

~ Công nghệ: Nếu kim loại có cấu tạo mạng hoàn toàn lý tưởng, tức là không chứa lệch thì độ bềncủa nó rất cao, gàn đạt đến độ bền lý thuyết Hiện nay vật liệu học đã chế tạo được các đơn tinh thểsiêu sạch ở đường kính cỡ micromet, có độ bền cao hơn độ bền của các tinh thể thông thường hangchục đến hang tram lần Ví dụ: Fe là 2

14000 /N mm , Cu là 2

7000 /N mm

~ Ưu nhược điểm: Kỹ thuật chế tạo đơn tinh thể rất phức tạp đòi hỏi phải công nghệ cao, chi phíkinh tế lớn Các tinh thể dạng sợ thu được kích thước rất bé, chưa có khả năng làm được chi tiết bénhất

~ Ứng dụng: Làm loại vật liệu kết hợp- một loại vật liệu dang phát triển

+ Tăng mật độ lệch (chế tạo các sợi đa tinh thể):

~ Công nghệ: Có thể dùng các phương pháp Hợp kim hóa, Biến dạng, Nhiệt luyện…

~ Ưu nhược điểm: Đây là phương pháp tăng bền chủ yếu hiện nay và rất phổ biến đạt hiệu quả cao ~ Ứng dụng:

- Biện pháp làm nhỏ hạt:

+ Làm nhỏ hạt: khi hạt nhỏ biên giới hạt tăng lên làm tăng khả năng hãm lệch nên tăng độ bền của

kim loại

+ Làm xô lệch mạng: khi mạng tinh thể bị xô lệch, làm tăng mật độ lệch dẫn đến các lệch cắt nhau

hình thành nên các chốt cố định cản trở chuyển động của lệch nên làm tăng độ bền của kim loại

+ Tạo ra các pha cứng phân tán trên nền kim loại: các pha cứng như những chốt cản trở biến

dạng dẻo của kim loại làm tăng độ bền của kim loại

+ Tạo dung dịch rắn: có sự phân bố nồng độ theo chu kỳ với bước sóng xác định (chuyển biến

nhiệt luyện

Trang 12

Câu 10: Định nghĩa, phân loại, tính chất của dung dịch rắn?

a Định nghĩa:

- Khi hòa tan cấu tử nào hòa tan nhiều gọi là dung môi còn cấu tử nào hòa tan ít gọi là chất tan

- Hay nói cách khác, Cấu tử nào giữ được kiểu mạng gọi là dung môi, còn các nguyên tử chất hòatan sắp xếp lại trong mạng của dung môi một cách đều đặn và ngẫu nhiên

- Dung dịch rắn là pha đồng nhất có cấu trúc mạng như của dung môi (nguyên tố chủ yếu) nhưng vớithành phần có thể thay đổi trong một phạm vi mà không làm mất đi sự đồng nhất đó

- Ký hiệu dung dịch rắn gồm hai cấu tử A, B là A(B) trong đó A là dung môi và B là chất tan

b Ký hiệu:

* Dung dịch rắn thay thế:

- Phân loại:

+ Dựa vào khả năng hòa tan:

~ Dung dịch rắn thay thế hòa tan có hạn: Sự thay thế của nguyên tử chất tan vào trong dung môi đa

số là có hạn vì nồng độ chất tan càng tăng thì càng làm mạng bị xô lệch cho đến một nồng độ bãohòa Nồng độ bão hòa gọi là giới hạn hòa tan

~ Dung dịch rắn hòa tan thay thế vô hạn: Có một số cặp kim loại chúng có thể hòa tan vô hạn vàonhau tạo nên một dây các dung dịch rắn có nồng độ thay đổi một cách liên tục từ 100%A+0%B đến0%A+1

+ Dựa vào sự phân bố các nguyên tử chất tan

~ Dung dịch rắn thay thế không có trật tự: Hầu hết sự phân bố nguyên tử hòa tan trong mạng tinhthể của dung môi là đều đặn và có tính ngẫu nhiên được gọi là dung dịch rán không có trật tự

~ Dung dịch rắn thay thế có trật tự: Trong thực tế có một số dung dịch rắn thay thế ở một số điềukiện nhất định (về nhiệt độ, tốc độ nguội, nồng độ…) các nguyên tử của nguyên tố hòa tan chỉ thaythế các nút mạng nào đó theo một qui tắc nhất định gọi là dung dịch rắn có trật tự

* Dung dịch rắn xen kẽ:

- Phân loại:

- Định nghĩa: Dung dịch rắn thay thế là một loại dung dịch rắn

mà nguyên tử của nguyên tố hoà tan B thay thế vào đúng vị trínguyên tử của nguyên tố dung môi A

+ Sự thay thế này gây ra sai lệch mạng vì không có hai nguyên

tố nào có đường kính nguyên tử hoàn toàn giố́ng nhau

+ Các nguyên tố kim loại có kích thước nguyên tử sai khác nhaukhông quá 15% thì mới thay thế cho nhau nếu lớn hơn sẽ khóthay thế vì làm cho mạng bị xô lệch mạnh gây mất ổn định chohệ

- Dung dịch rắn xen kẽ là dung dịch rắn mànguyên tử của nguyên tố hòa tan nằm ở điểmtrống trong mạng tinh thể của nguyên tố dungmôi

Trang 13

+ Dung dịch rắn hòa tan xen kẽ.

+ Dung dịch rắn hòa tan thay thế khi r r ht〉 dm

+ Dung dịch rắn hòa tan thay thế khi r r ht〈 dm

- Bằng thực nghiệm cho thấy sự hòa tan xen kẽ xẩy ra khi tỷ số giữa đường kính nguyên tử chất tantrên đường kính nguyên tử dung môi nhỏ hơn 0.59

- Trong mạng tinh thể các nguyên tử (ion) luôn luôn dao động quanh vị trí cân bằng của nó

- Năng lượng dao động phụ thuộc rất nhiều vào nhiệt độ và phân bố không đều trên các nguyên tử,tại một thời điểm luôn có những nguyên tử có năng lượng lớn hơn hay bé hơn năng lượng trungbình

- Các nguyên tử có năng lượng đủ lớn với biên độ dao động rộng, có khả năng bứt khỏi vị trí cânbằng và để lại những nút trống Các nguyên tử này đi vào xen kẽ giữa các nút mạng hoặc di chuyển

ra ngoài bề mặt tinh thể

Sai lệch điểm do nút trống và nguyên tử xen kẽ

- Việc tạo nên nút trống phụ thuộc vào năng lượng dao động nên xác suất tạo nút trống phụ thuộcvào nhiệt độ, nó tăng nhanh khi nhiệt độ tăng

- Các nút trống không đứng yên mà luôn đổi chỗ bằng cách trao đổi vị trí với các nguyên tử bêncạnh

Trang 14

- Bản thân các nút trống, nguyên tử xen kẽ hay các nguyên tử tạp chất đã là sai lệch điểm trong mạngtinh thể, xong chúng còn làm cho các nguyên tử ở xung quanh bị xê dịch đi ít nhiều.

* Khuyết tật đường:

- Định nghĩa: Sai lệch đường là sai lệch có kích thước nhỏ theo hai chiều đo và lớn theo chiều đo cònlại, tức là có dạng đường (thẳng hay cong)

- Dạng dãy các sai lệch điểm: các sai lêch điểm như nút trống nguyên tử xen kẽ nếu tập trung thành

một dãy đứng liền nhau sẽ gây ra sai lệch đường Sai lêch kiểu này có tính ổn định không cao chỉ cầnmột sai lệch điểm rời khỏi đường thì sai lệch đường không tồn tại

- Dạng lệch thẳng (biên):

+ Mô hình

H1 Lệch thẳng theo mô hình gày bán mặt H2 L.thẳng theo mô hình trượt ép

+ Đặc điểm:

~ Các nguyên tử dưới đường AD chịu kéo còn các nguyên tử trên đường AD chịu nén

~ Vùng sai lệch quanh đường AD gọi là lệch thẳng, đường AD gọi là trục của lệch thẳng, AD làđường biên của bản mặt ABCD nên ta còn gọi là lệch biên

~ Cũng có thể hình dung lệch thẳng bằng cách cắt tưởng tượng tinh thể hoàn chỉnh theo mặt phẳng

P xong ép phần trên bên phải dịch sang trái một thông số mạng phần trên bên trái vẫn giữ nguyên,kết quả nhận được lệch biên và mặt P gọi là mặt trượt

~ Nếu nửa mặt tinh thể ABCD nằm ở phía trên thì được gọi là lệch thẳng dương, ký hiệu là ┴ ~ Nếu nửa mặt tinh thể ABCD nằm ở phía dưới thì được gọi là lệch thẳng âm, ký hiệu là ┬

~ Chiều dài truc AD hàng vạn thông số mạng còn bán kính vùng bị sai lệch xung quanh AD chỉ vàithông số mạng

~ Để đặc trưng định lượng lệch người ta dùng véctơ Burgers

- Dạng lệch xoắn:

+ Mô Hình

Hình: Cách bố trình nguyên tử về hai phía mặt trượt + Đặc điểm:

Trang 15

~ Hình dung cắt tinh thể hoàn chỉnh bằng nửa mặt phẳng ABCD Sau đó xê dịch hai mép ngoàingược chiều nhau để mặt nguyên tử nằm ngang thứ nhất bên phải trùng với mặt nguyên tử nằmngang thứ hai bên trái hình

~ Kết quả làm cho các nguyên tử nằm gần đường AB bị xê dịch khỏi vị trí cân bằng cũ Do đó cáclớp nguyên tử trong vùng sai lệch đi theo hình xoắn ốc nên lệch dạng này gọi là lệch xoắn

~ Mặt phẳng ABCD gọi là mặt trượt của lệch

~ Véctơ Burgers của lệch xoắn luôn song song với trục lệch

- Lệch hỗn hợp:

+ Là lệch trung gian giữa lệch biên và lệch xoắn, nó mang đặc điểm của cả hai loại lệch trên

+ Véctơ Burgers của lệch hỗn hợp hợp với trục lệch một góc dao động (0-90o) trên mặt trượt

+ Có thể phân véctơ Burgers của lệch hỗn hợp thành hai thành phần: b br uur uur= +b b x

~ Một song song với trục lệch là lệch xoắn buurx

~ Một vuông góc với trục lệch là lệch biên buurb

+ Nghiên cứu lệch hỗn hợp là nghiên cứu sự tổng hợp của lệch biên và lệch xoắn

- Dạng mặt biên giới hạt: Biên giới giữa các hạt trong đa tinh thể có thể sắp xếp các nguyên tử không

có trật tụ tạo nên sai lệch mặt Chiều dày của lớp biên giới hạt có lớn từ vài đến hàng trăm thông sốmạng, tùy thuộc vào độ sạch của kim loại, độ sạch càng cao thì lớp chiều dày càng bé

- Dạng mặt biên giới siêu hạt:

+ Biên giới siêu hạt cũng là một dạng sai lệch mặt

+ Góc lệch giữa các siêu hạt rất nhỏ

+ Có thể quan niệm biên giới siêu hạt gồm vô số các lệch thẳng xếp thành hàng với những khoảngcách bằng nhau tức là tạo nên “ bức tường lệch “

Câu 6: Trình bày động học của quá trình kêt tinh biết phương trình:

Vτ : Lượng kim loại đã được kết tinh tại thời điểm τ

Vo: Lượng kim loại lỏng ban đầu

n: Tốc độ sinh mầm

v: Tốc độ phát triển tinh thể

τ : Thời gian xét

* Xác định đường cong động học:

Trang 16

*

Câu 8: Trình bày biến dạng theo đơn tinh thể theo cơ chế trượt.

c Tính chất của dung dịch rắn:

- Dung dịch rắn có kiểu mạng của tinh thể dung môi, nó vẫn giữ được các tính chất cơ bản của kimloại dung môi

- Thành phần hóa học của dung dịch rắn thay đổi trong một phạm vi nhất định mà không làm thayđổi kiểu mạng (dung môi)

- Mạng tinh thể của dung dịch rắn luôn bị xô lệch cho nên thông số mạng của nó khác với thông sốmạng của dung môi Khác biệt càng nhiều khi nồng độ chất hòa tan càng lớn

- Do xô lệch mạng và thông mạng thay đổi nên tính chất của ddr sẽ biến đổi so vơi kim loại dungmôi, điện trở, độ bền, độ cứng tăng lên còn hệ số nhiệt độ của điện trở, độ dẻo, độ dai giảm đi

Câu 11: Định nghĩa, điều kiện tạo thành và tính chất của các loại pha trung gian (H.chất hóa trị thường, Pha xen kẽ, Pha điện tử)?

a Định nghĩa pha trung gian:

Các hợp chất hóa học có trong hợp kim thường được gọi là pha trung gian bởi vì trên giản đồ pha nó

có vị trí ở giữa, trung gian giữa các dung dịch rắn có hạn ở hai đầu mút

b Điều kiện tạo thành và tính chất chung:

Các pha trung gian là dạng cấu trúc hợp kim tạo bởi các cấu tử có kiểu mạng riêng biệt của mình,không phụ thuộc vào kiểu mạng của các nguyên tạo ra nó

c Các loại pha trung gian thường gặp:

* Hợp kim hóa học hóa trị thường:

- Đây là pha có mạng tinh thể phức tạp khác hẳn với các nguyên tố thành phần, có thành phần hóahọc hầu như cố định (tương ứng với một công thức hóa học và tuân theo qui tắ́c hóa trị)

- Nó thường tạo thành giữa một nguyên tố có tính âm điện mạnh (á kim) và một nguyên tố có tínhdương điện mạnh (kim loại)

- Các hợp chất hóa học hóa trị thường trong các hợp kim là oxýt: FeO; Fe2O; MgO; Al2O3; hay cachợp chất Mg2Si; Mg2Sn; Mg2Sb; MgS; MnS…

- Hợp chất hóa học hóa trị thường có tính chất dòn, độ cứng cao, có nhiệt độ nóng chảy cố định

* Pha xen kẽ:

- Định nghĩa và điều kiện tạo thành:

+ Các á kim có đường kính nguyên tử nhỏ (H, N, C…) không những hòa tan xen kẽ vào các lỗ hổngcủa kim loại chuyển tiếp có đường kính nguyên tử lớn mà nó còn có khả năng tạo nên với kim loạipha mới có kiểu mạng khác hẳn có tên gọi là Cácbit, Hydrit, Nitrit, Borit …gọi chung là pha xen kẽ + Tùy thuộc vào tỷ lệ giữa đường kính nguyên tử á kim (dA) và đường kinh nguyên tử kim loại (dMe)

ta chia làm 2 loại, Pha xen kẽ kiểu mạng đơn giản và Pha xen kẽ kiểu mạng phức tạp

- Phân loại:

Trang 17

+ Pha xen kẽ kiều mạng đơn giản:

~ Điều kiện tạo thành: Tỷ lệ đường kính A 0.59

~ Liên kết: Có liên kết kim loại nên mang đặc tính kim loại rõ rệt (dẫn điện, dẫn nhiệt…)

~ T nc: Có nhiệt độ nóng chảy và độ cứng rất cao (WC, TiC-3500 độ C) nên thường được dùng làmdao cắt gọt kim loại

+ Pha xen kẽ kiều mạng phức tạp:

~ Điều kiện tạo thành: Tỷ lệ đường kính A 0.59

Me

d

d 〉

~ Kiều mạng: Chúng có kiểu mạng phức tạp (không thường gặp), Điển hình là các loại cacbit của

Fe, Mn, Cr có công thức hóa học Fe3C, Mn3C…)

~ Liên kết và T nc: Có liên kết kim loại, Có độ cứng và tính dòn cao, Có nhiệt độ nóng chảy caonhưng thua kém pha trung gian đơn giản

- Ứng dụng: Ứng dụng rộng rãi trong cắt gọt kim loại dùng làm dao cắt

* Pha điện tử:

- Định nghĩa và điều kiện tạo thành:

+ Pha này do nhà khoa hoc người anh Hum-rôzeri tìm ra

+ Là pha phức tạp tạo nên bởi hai kim loại ở hai nhóm

~ Nhóm thứ nhất gồm các kim loại hóa trị 1: Cu, Ag, Au và các kim loại chuyển tiếp Fe, Co, Pd… ~ Nhóm thứ 2 gồm các kim loại có hóa trị 2 đến 4: Be, Mg, Zn, Cd, Al…

- Quy luật nồng độ điện tử: Loại pha này có kiểu mạng riêng nhưng phải thỏa mãn quy luật về trị sốnồng độ điện tử Cdt

Trang 18

Câu 12: Vẽ giãn đồ trạng thái Fe-C, định nghĩa các tổ chức giản đồ, nêu các điểm đường đặc biệt và phân loại hợp kim trên giản đồ trạng thái.

a Vẽ đúng và điền các pha đúng trên giản đồ:

b Các điểm đường đặc biệt:

- Đường đặc biệt:

+ ABCD là đường lỏng

+ AHJECF là đường rắn (đường đặc)

+ Nhiệt độ chuyển biến pha:(A1,A3,A4,A m):

~ A1 đường PSK (727) độ C ứng với chuyển biến γ↔P

~ A3 là đường GS (911-727) độ C ứng với quá trình tiết ra F khỏi γ

~ A4 =JN (1499-1392) độ C ứng với chuyển biến δ↔ γ

~ Am là đường ES (1147-727) độ C ứng với quá trình tiết XeII ra khỏi γ

- Điểm đặc biệt:

+ Ao = 210độ C là đường chuyển biến từ tính của Xe, A2= 768 độ C ứng với điểm Curi của F + Bao tinh

+ Cùng tinh: Là hỗn hợp cơ học cùng tinh tạo ra từ pha lỏng có 4,3%C ở 1147oC tại điểm C

+ Cùng tích: P là hỗn hợp cơ học cùng tích của F và XeII Ứng với điểm S ở 727 C trên giản đồ.0

Trang 19

+ Xê Xê Xê I, II, III :

~ XeI : được tiết ra từ pha lỏng L khi làm nguội theo CD

~ XeII : được tiết ra từ pha rắn ɣ khi làm nguội theo ES

~ XeIII : được tiết ra từ pha rắn α khi làm nguội theo PQ

+ Định nghĩa Ferit, Austenit, Pha Pherit (α γ δ, , ) : Ferit là pha dẻo, dai, mềm và kém bền (Sắtnguyên chất), F nằm trong khu vực GPQ, F là dung dịch rắn hòa tan xen kẽ của C trong sắt α vớimạng lập phương thể tâm Pherit δ là dung dịch rắn hòa tan xen kẽ của C trong sắt Feδvới kiểu mạnglập phương thể tâm Austenit là dung dịch rắn hòa tan xen kẽ C trong sắt Feγcó kiểu mạng lậpphương diện tâm, Austenit là pha dẻo và dai, Austenit nằm ở khu vực NJESG, Austenit chỉ tồn tạitrên 727 độ C

- Tổ chức 2 pha:

+ Peclit (P) là hỗn hợp cơ học cùng tích của F và XeII, (Cùng tích là từ một pha rắn tạo ra hai pha rắn khác),

Nó được tạo thành từ Austenit 0.8%C, ở 727 độ C Gồm 2 loại P tấm và P hạt

+ Lêđêburit (Le): Là hỗn hợp cơ học cùng tinh tạo ra từ pha lỏng có 4,3%C ở 1147 độ C tại điểm C,

Sự khác nhau giữa phản ứng cùng tinh và cùng tích là pha ban đầu của cùng tinh là pha lỏng còn phaban đầu của cùng tích là pha rắn

d Phân loại hợp kim trên giản đồ Fe-C:

- Hàm lượng C thấp C <2,14%

- Cơ tính Mềm, dẻo,

- Khả năng biến dạng nguội tốt

- Trên giản đồ chia làm 3 loại thép

+ Thép trước cùng tích C=(0,1-0,8)%, tổ chức

+ Gang trắng cùng tinh C=4,3 tổ chức (Lê) + Gang trắng sau cùng tinh C>4,3 tổ chức (Lê+XêI)

Câu 13: Khái niệm và định nghĩa của nhiệt luyện thép Phân loại các chuyển biến cơ bản trong quá trình nhiệt luyện thép cacbon cùng tích?

* Khái niệm nhiệt luyện và vẽ hình:

- Nhiệt luyện là phương pháp gia công dùng nhiệt để làm thay đổi tính chất của thép và hợp kim nhờthay đổi cấu trúc bên trong mà không làm thay đổi hình dáng kích thước hình học bên ngoài của chitiết

Trang 20

* Đặc điểm:

- Nhiệt luyện không nung đến chảy lỏng mà luôn luôn ở trạng thái rắn

- Khi nhiệt luyện thì hình dạng kích thước hầu như không thay đổi hay thay đổi không đáng kể

- Kết quả của nhiệt luyện được đánh giá bằng thay đổi tổ chức tế vi và cơ tính

Câu 15: Trình bày công nghệ Ủ?

* Định nghĩa: Ủ thép là phương pháp nung nóng thép đến nhiệt độ xác định, giữ nhiệt trong mộtkhoảng thời gian sau đó làm nguội chậm cùng với lò, để đạt được tổ chức ổn định nhằm đạt độ cứngthấp nhất và độ dẻo cao

- Sau khi ủ thép trc cùng tích có tổ chức là pherit và Péclit, thép cùng tích có tổ chức là Péclit và thépsau cùng tích có tổ chức là Péclit và xêmentit thứ hai

- Sơ đồ

* Mục đích ủ:

- Làm giảm độ cứng của thép để dễ tiến hành gia công cắt gọt

- Làm tăng độ dẻo dai để tiến hành dập, cán vào kéo thép ở trạng thái nguội

- Làm giảm hay làm mất ứng suất bên trong chi tiết

- Làm đồng đều thành phần hoá học của vật đúc bị thiên tích

- Làm nhỏ hạt thép

* Các dạng ủ:

- Ủ không có chuyển biến pha:

Mục đích Có tác dụng làm giảm hay khử bỏ ứng

suất bên trong các chi tiết Ủ kết tinh lại để khôi phục độ dẻo, độ cứng các thép đã qua biến dạng nguội bị

biến cứng

Phương pháp - Nếu ủ ở nhiệt độ thấp (200 ÷ 3000C)

chỉ có tác dụng làm giảm một phần ứng

Nhiệt độ ủ từ (600 ÷ 700)0C thấp hơn nhiệt độ Ac1

- Một thao tác nhiệt luyện gồm 3 giai

đoạn:

+ Nung nóng AB

+ Giữ nhiệt BC

+ Làm nguội CD

Trang 21

suất bên trong

- Nếu ủ ở nhiệt độ cao hơn (450 ÷

6000C) tác dụng khử bỏ hoàn toàn ứng suất bên trong

- Ủ có chuyển biến pha:

chức cho nguyên công tôi đối với thép sau cùng tích

- Ủ không hoàn toàn là nung nóng thép tới trạng thái chưa hoàn toàn γ tức : A1 <Tn<A3 hay Am

- T0 ko htoàn=A1+(20÷30)0C=[750-770] 0C

- Là phương pháp nung nóng thép đến nhiệt độ rất cao (1100÷1150)0C và giữ nhiệt trong nhiều giờ (khoảng

10÷15)h

* Mục đích và đặc điểm

- Làm đều thành phần của thép

(thiện tích)

- áp dụng cho thép hợp kim cao

- Nhược điểm tạo ra hạt quá lớn

do nung lâu ở nhiệt độ cao

Câu 16: Các phương pháp tôi:

* Định nghĩa: Tôi là phương pháp nhiệt luyện bằng cách nung nóng thép lên cao quá nhiệt độ (A1)hoặc (A3) để làm xuất hiện tổ chức γ, giữ nhiệt rồi làm nguội nhanh thích hợp để γ chuyển biếnthành Mactenxit hay các tổ chức khác như Bainit, Truxit…có độ cứng cao

* Mục đích của tôi: Nâng cao độ cứng và tính chống mài mòn của thép do đó kéo dài được thời gianlàm việc của các chi tiết chịu mài mòn Nâng cao độ bền nhằm nâng cao sức chịu tải của chi tiếtmáy

* Chọn vật liệu tôi:

- Đối với thép trước cùng tích và cùng tích (≤0,8%): Nung nóng đến trạng thái hoàn toàn γ còn gọi

là tôi hoàn toàn Khi nguội nhanh γ chuyển biến thành Mactenxit có độ cứng cao chống mài mòn tốtđạt được mục đích nhiệt luyện

- Đối với thép sau cùng tích: Nhiệt độ tôi cao hơn A1 và thấp hơn Am, Tổ chức khi nung nóng là γ vàXeII không hoàn toàn γ nên gọi là tôi không hoàn toàn

- Các phương pháp tôi thể tích:

+ Định nghĩa: Tôi thể tích là phương pháp tôi mà nung toàn bộ thể tích của chi tiết đến nhiệt độ tôisau đó làm nguội toàn bộ thể tích chi tiết trong môi trường tôi, để đạt được tổ chức mong muốn + Vẽ sơ đồ:

Ttôi = A3+(30÷50)0C

Ttôi = A1+(30÷50)0C

a b A1

Định dạng
Số trang	42
Dung lượng	2,56 MB