Microsoft powerpoint 1presentation chuong 2 ket tinh (12t)

CHƯƠNG – SỰ HÌNH THÀNH TỔ CHỨC CỦA VẬT LIỆU I Khái niệm Kết tinh - Là trình hình thành tinh thể từ trạng thái lỏng Kim loại nguyên chất - Vật thể sáng, có ánh kim, dẫn điện, dẫn nhiệt tốt, có tính dẻo cao, có liên kết kim loại Trong 118 nguyên tố hoá học (đến 2011) có 3/4 kim loại: 94 tự nhiên, 24 nhân tạo Hợp kim - Vật liệu gồm hai hay nhiều nguyên tố mang tính chất kim loại - Nguyên tố chủ yếu hợp kim kim loại - Chế tạo: nấu chảy truyền thống, luyện kim bột, hoá nhiệt luyện khuếch tán vài nguyên tố vào kim loại rắn, kết tinh thể hơi, điện phân đồng thời nhiều nguyên tố - Trong thực tế người ta sử dụng vật liệu chủ yếu hợp kim Ưu việt hợp kim - Độ bền cao kim loại nguyên chất - Tính công nghệ đa dạng thích hợp: + dễ tạo hình: biến dạng dẻo đúc + dễ gia công cắt gọt, đảm bảo hình dạng, kích thước sản phẩm - Luyện hợp kim đơn giản rẻ luyện kim loại nguyên chất 4 Pha, hệ, cấu tử - Pha: tổ chức, phần đồng hợp kim, thể mặt: thành phần, trạng thái lỏng, tính chất, pha có bề mặt phân pha - Hệ: tập hợp pha trạng thái cân hợp kim - Cấu tử (nguyên) chất độc lập có thành phần không biến đổi tạo nên tất pha hệ (thường nguyên tố hóa học cấu tạo nên hợp kim 5 Trạng thái cân - Gắn với lượng tự hệ (phụ thuộc nội năng, mức độ xếp nguyên tử, phân tử Hệ cân pha có lượng tự nhỏ điều kiện xác định (to, áp suất…) - Đặc điểm : + độ cứng, độ bền nhỏ + nội ứng suất + xô lệch mạng nhỏ nhất, + hình thành làm nguội chậm 6 Trạng thái không cân - Thay đổi T, P tăng lượng tự hệ không cân chuyển sang trạng thái cb có NL tự nhỏ - Không ổn định tự trạng thái CB - Hình thành với tốc độ nguội nhanh 7 Trạng thái giả ổn định - Trạng thái cân tuyệt đối lý thuyết thực tế khó xảy (cần làm nguội vô chậm) trạng thái giả ổn định, tồn bị nung nóng phạm vi (1): ổn định: nhỏ (2): không ổn định: lớn dễ chuyển (1) (3): giả ổn định: tương đối thấp Sơ đồ vị trí ổn định cao (1) khó (1) không (1), không ổn định (2), giả ổn định (3) vượt qua hàng rào lượng ∆G lớn Các dạng cấu tạo hợp kim Ở trạng thái rắn, nguyên tố hợp kim tác dụng lẫn tạo cấu trúc pha khác với cấu trúc vốn có nguyên tố Các pha tinh thể là: a/ Dung dịch rắn; b/ Hợp chất hóa học pha trung gian; c/ Hỗn hợp cấu tử nguyên chất với dung dịch rắn pha trung gian 10 Dung dịch rắn (ddr) 9.1 Khái niệm - Pha tinh thể với kiểu mạng giống với kiểu mạng cấu tử gọi dung môi (hàm lượng nhiều hơn), cấu tử lại gọi chất tan phân bố vào mạng tinh thể dung môi - Ký hiệu: A(B): A: dung môi, B: chất tan - Hệ hợp kim có vài kiểu ddr: ký hiệu α, β, γ, δ dần từ trái sang phải, từ nhiệt độ thấp lên nhiệt độ cao giản đồ trạng thái 11 9.2 Các kiểu dung dịch rắn 9.2.1 Dung dịch rắn thay - Nguyên tử chất hòa tan (B) thay vị trí nguyên tử dung môi (A) số nút mạng: + thay vô hạn (B thay hoàn toàn A) + thay có hạn (B thay phần A) 12 - Điều kiện có ddr thay vô hạn: 1) Kiểu mạng tinh thể A B giống nhau; 2) dB dA xấp xỉ nhau: sai khác [...]... thể lên tới hàng trăm độ) 24 12 2 .2 Đường nguội - Đường nguội biểu diễn sự thay đổi nhiệt độ kim loại khi kết tinh theo thời gian: - Nguội đủ chậm: đoạn nằm ngang: kết tinh ở T=const (khi kết tinh với vnguội đủ chậm, nhiệt tỏa ra bù cho nhiệt thoát ra môi trường) Đường nguội với vnguội đủ chậm Đường nguội kim loại kết tinh với vnguội nhanh 25 26 13 2. 3 Hai quá trình của sự kết tinh - Tạo mầm và mầm lớn... thái 2 pha 54 27 -F =2 cấu tử 1 P=C-1: hệ nhị biến: số pha ít hơn hay gặp ở giản đồ 2 pha Ví dụ, hầu hết hệ 2 cấu tử ở trạng thái lỏng hòa tan vô hạn vào nhau tạo 1 pha có số bậc tự do bằng 2- 1+1 =2 có thể thay đổi cả nhiệt độ và thành phần khá dễ dàng mà vẫn ở trạng thái 1 pha - Số bậc tự do không thể âm, min là 0, do vậy ở trạng thái cân bằng Pmax=C+1: Hệ 1 cấu tử Pmax =2, Hệ 2 cấu tử Pmax=3 55 2 Giản... giản đồ 2 cấu tử hòa tan vô hạn vào nhau ở trạng thái lỏng, không hòa tan ở trạng thái rắn: AEB – đường lỏng CED – đường rắn 65 Phản ứng cùng tinh Tại nhiệt độ đường rắn CED, LE kết tinh ra 2 cấu tử A+B cùng lúc LE cùng tinh: A+B Phản ứng cùng tinh Hợp kim tại E: hợp kim cùng tinh Hợp kim trước E: hợp kim trước cùng tinh Hợp kim sau E: hợp kim sau cùng tinh 66 33 Giản đồ trạng thái hệ Pb-Sb 67 4 .2 Giản... công thức AB2, kiểu mạng lục giác xếp chặt hoặc LPDT 21 II Những quy luật của quá trình kết tinh 2. 1 Nhiệt độ kết tinh - Điều kiện năng lượng quá trình kết tinh khi P=const: G = U - TS U - nội năng hệ thống; T - nhiệt độ tuyệt đối,K; S - entropi đặc trưng cho mức độ trật tự nguyên tử trong hệ thống 22 11 Sự thay đổi năng lượng tự do của kim loại lỏng và rắn theo nhiệt độ To: nhiệt độ kết tinh lý thuyết:... (có hàm lượng X2 %B) 62 31 - Trong thành phần hợp kim tại Q: + Lượng tương đối của pha α là m (%) mX1 là lượng chứa của B trong α + Lượng tương đối của pha lỏng là n (%) nX2 là lượng chứa của B trong pha L 63 { mX1 + nX2 = X m+n =1 X −X X − X1 m= 2 n= X 2 − X1 X 2 − X1 QN MN MQ n= MN Khối lượng tương đối của pha α là: m = Khối lượng tương đối của pha L là: Tỷ lệ pha: m NQ = n QM 64 32 4 Các loại giản... bình d của hạt 40 20 Đánh giá độ lớn hạt theo nhiều cấp (thường dùng nhất là 8 cấp) bằng cách so sánh với ảnh chuẩn ở độ phóng đại 100 lần Theo ASTM: cấp hạt M có mối quan hệ với số lượng hạt N đếm được trên diện tích trường quan sát 6,45cm2 (1in2) của kính hiển vi có độ phóng đại 100 lần: N = 2M-1 41 Thông thường: Cấp 1-4:hạt thô;Cấp 5-8: hạt nhỏ, cấp > 8: hạt siêu nhỏ 42 21 2. 5 .2 Các yếu tố ảnh hưởng... phần Ví dụ, khi kim loại lỏng nguyên chất (C = 1) kết tinh sẽ có hai pha lỏng và rắn cùng tồn tại (P =2) F=1 -2+ 1=0: kết tinh lúc T=const 53 -F=1 hệ đơn biến (chỉ có 1yếu tố: nhiệt độ hoặc thành phần: C=P Ví dụ hợp kim Cu-Ni: nhiệt độ thường là ddr, nung nóng chảy thành dun dịch lỏng quá trình nóng chảy số pha của hợp kim là 2 pha, số bậc tự do là 1 (F =2- 2+1=1) quá trình xảy ra trong 1 khoảng nhiệt độ, hoặc... lại kết Sơ đồ hạt tinh thể tinh ra các trục bậc ba phát triển theo dạng nhánh cây 38 19 Các nhánh cây lớn lên tiếp xúc với nhau và dừng lại, những phần khác còn tự do tiếp tục lớn lên sau kết tinh thu được các hạt tinh thể điền đầy với hình dạng không đều đặn Mặt cắt của chúng nhìn dưới kính hiển vi có hình đa cạnh Sự hình thành các hạt tinh thể đa cạnh từ các tinh thể nhánh cây 39 2. 5 Độ lớn và hình... lên Sơ đồ mô tả quá trình kết tinh 27 2. 3.1 Tạo mầm - Là quá trình xuất hiện những phần tử rắn có cấu tạo tinh thể với kích thước xác định trong kl lỏng, là các trung tâm để từ đó phát triển thành hạt tinh thể Có 2 loại mầm: tự sinh và ký sinh a Mầm tự sinh - được tạo ra từ chính kim loại lỏng đồng nhất không cần tác động của các phần tử rắn có sẵn trong kim loại lỏng 28 14 Năng lượng cần thiết để... cầu 46 23 3) Rung động kim loại lỏng trong quá trình kết tinh - Thực hiện được bằng sóng siêu âm hoặc rung cơ học Thông qua rung động nước thép để bẻ gẫy những tinh thể nhánh cây thành nhiều mầm tinh thể mới - Hạn chế: cần điều khiển các thông số rung động trong giới hạn một cách nghiêm ngặt tránh gây nứt tế vi trong tổ chức đúc 47 2. 5.3 Cấu tạo thỏi đúc 1 - Lớp vỏ hạt nhỏ 2- Lớp trung gian tinh thể