Giản đồ pha Vật liệu kim loại. Đây là bộ slide rất cụ thể, dễ hiểu về sự chuyển biến của các pha trong kim loại. Bộ slide dùng tốt cho cả sinh viên cũng như giáo viên. trong bộ slide này được lấy tham khảm từ các giáo trình, kinh nghiệm thực tế...
Chương 3: HỢP KIM & GIẢN ĐỒ PHA Một số chi tiết làm từ hợp kim 3.1 Cấu trúc tinh thể hợp kim Hợp kim gì? vật thể gồm nhiều nguyên tố mang tính kim loại Nhiều nguyên tố: NT kim loại, NT lại kim loại phi kim Mang tính kim loại: tính dẫn điện, dẫn nhiệt, tính dẻo, dễ biến dạng có ánh kim Thành phần nguyên tố tính hợp kim - Thành phần phần trăm khối lượng (thường dùng) - Thành phần phần trăm nguyên tử Tính ưu việt hợp kim? Thực tế chế tao CK dùng HK, dùng KL nguyên chất có số ưu việt: Độ bền cao chịu tải trọng cao đảm bảo vật liệu không cứng dẫn đến phá huỷ giòn Tính công nghệ đa dạng ( cắt gọt, GCAL, đúc, NL )chế tạo sản phẩm với suất cao Nhiều trường hợp nấu HK dễ KL nguyên chất Một số khái niệm: Cấu tử: NT (hoặc hợp chất hoá học bền vững) Hệ: dùng để tập hợp vật thể riêng biệt HK điều kiện xác định Pha: phần đồng hệ có cấu trúc tính chất cơ-lý-hoá tính xác định –Giữa pha có bề mặt phân chia pha Trạng thái cân (ổn định): điều kiện P, T thành phần xác định cấu trúc, tính chất hệ không phụ thuộc thời gian Năng lượng tự nhỏ Độ bền, cứng thấp ( ư.s bên , xô lệch mạng ít, hình thành làm nguội chậm Trạng thái không cân (không ổn định): điều kiện P, T thành phần thay đổi năng lượng tự lớn hơnluôn có xu hướng biến đổi sang trạng thái lượng thấp hơn cấu trúc, tính chất hệ thay đổi (chuyển sang trạng thái cân mới) Ý nghĩa: quan trọng thực tế đáp ứng tính làm việc Đạt làm nguội nhanh Trạng thái giả ổn định: điều kiện P, T thành phần xác định, hệ tồn trạng thái lượng cao ttcb ổn định tồn ổn định nung nóng phạm vi Hợp kim Al-Cu với hai pha Pha Pha Giữa pha có bề mặt phân cách Các loại tương tác hợp kim Dung dịch rắn - cấu tử không tương tác với a Dung dịch rắn gì? pha đồng nhất, cấu tử giữ lại kiểu mạng gọi dung môi Nguyên tử cấu tử hòa tan xếp mạng dung môi ngẫu nhiên đặn Các cấu tử không hoà tan, đan xen vào giữ nguyên kiểu mạng cấu tử thành phầncác hạt pha riêg rẽ nằm cạnh Thành phần thay đổi phạm vi mà giữ tính đồng pha - Có tương tác: nguyên tử ( ion ) đan xen vào tạo pha - Hoà tan vào tạo dung dịch rắn (giữ nguyên kiểu mạng cấu tử nền) tổ chức pha KL nguyên chất - Phản ứng hoá học tạo hợp chất với kiểu mạng khác cấu tử thành phần Ký hiệu : A(B); α, β b Dụng dịch rắn thay nguyên tử nguyên tố hoà tan thay vị trí nút mạng nguyên tử nguyên tố dung môi Điều kiện tạo DD rắn thay : Sai khác đường kính nguyên tử nguyên tố ≤15% Sự thay thường có hạnhòa tan nhiều xô lệch mạng tinh thểnăng lượng tự hệ tăng Nồng độ lớnvượt giới hạn tạo nên pha Dung dịch rắn hòa tan vô hạn: Nguyên tử B thay vào vị trí nguyên tử dung môi A cách liên tục Cu(Ni) với lượng Ni khác nhau, Ni hòa tan vô hạn Cu Điều kiện thay (hoà tan) vô hạn - tương quan kiểu mạng - tương quan kích thước ( 2000-30000C), cứng (HV>20005000) & dòn, nâng cao khả chống mài mòn chịu nhiệt Trong HK: Pha trung gian thường chiếm 10% , lại dung dịch rắn 16 3.2 Giản đồ pha hai cấu tử Công dụng giản đồ pha: - Giản đồ pha Công cụ biểu thị mối quan hệ nhiệt độ, thành phần số lượng pha hệ trạng thái cân - Chỉ với HK trạng thái cân Rắn Loại hai cấu tử - Các chuyển biến pha: Các đường đường đặc - Dự đoán tổ chức trạng thái cân Loại ba cấu tử Giản đồ pha loại Xác định thành phần pha hợp kim X nhiệt độ t X Lỏng (L) hệ hai cấu tử tương tác hoà tan vô hạn vào VD: Hệ Au-Ag, Cu-Ni Một số ý: b amb đường lỏng X Lỏng (L) A+L a, b nhiệt độ chảy A B L+B L+ a n E c d A+(A+B) A b m anb đường đặc a t (A+B) a, b nhiệt độ chảy A B E điểm tinh Nhiệt độ aEb đường lỏng cEd đường đặc ∆ Pha B Cánh tay đòn phải - Suy đoán tính chất hợp kim (tổng hợp t/c pha thành phần) - Nhiệt độ chảy : khoảng ( đường rắn lỏng) Giản đồ pha loại Một số ý: ∆ Cánh tay đòn trái Hệ hai cấu tử tương tác tổ chức gồm hỗn hợp riêng rẽ cấu tử (hỗn hợp học) VD: Hệ Pb-Sb ∆ Pha A Thành phần Loại cấu tử HK Độ dài cánh tay đòn phải _ = Độ dài cánh tay đòn trái_ Nhiệt độ Cu Lượng pha trái (A) Lượng pha phải (B) Nhiệt độ Lỏng 10850C - Các pha tồn tại: Căn vao T0 thành phầnvùng giản đồ phasố pha vùng - Thành phần pha: + Nếu vùng pha thành phần pha thành phần HK chọn + Nếu vùng pha tính toán qui tắc cánh tay đòn Qui tắc: Kẻ đường song song với trục hoành, cắt đường pha gần nhất( Pha A pha B) F C %B (A+B)+B D B A %B B Bài toán: mô tả trình kết tinh hợp kim X Khi t = 250C %L = ? %B = ? Giản đồ pha loại (tiếp theo) Giản đồ pha loại Hệ hai cấu tử tương tác hoà tan có hạn vào Với điều kiện nguội vô chậm, trình kết tinh hợp kim mô tả: Một số ý: aEb đường lỏng a có pha lỏng Nhiệt độ VD: Hệ Pb-Sn X1 X2 X3 Lỏng (L) a b acdb đường đặc b bắt đầu tiết pha rắn với 46%Ni L+ dụng dịch rắn hoà tan B A c tồn pha tính % pha L+ d Tại E xảy phản ứng tinh: e có pha rắn E c dụng dịch rắn hoà tan A B d hết pha lỏng X A g %B f B L () Cu Ni Giản đồ pha loại (tiếp theo) Bài toán: mô tả trình kết tinh hợp kim X, X1, X2, X3 Giản đồ pha loại (tiếp theo) Hợp kim X Hợp kim X1 Pb Hợp kim X2 Sn Pb Sn Bài tập: Tính thành phần pha HK 40%Sn Giản đồ pha loại (tiếp theo) Hợp kim X3 T>2450C Lỏng hoàn toàn T=2450C Bắt đầu KT 26 Giản đồ pha Fe-C (Fe-Fe3C) 3.3 Giản đồ pha Fe-C (Fe-Fe3C) (tiếp theo) Tương tác Fe C: có nhiều tương tác - Sự hoà tan C vào Fe: dạng dung dịch rắn xen kẽ - Fe(A2): hoà tan (0,02%C) L+XeI - Tạo hỗn hợp học: Cùng tinh tích +XeII +Fe3CIII (P) -Tương tác hoá học Fe C cacbit Fe: Fe3C P+XeII +XeII+(+Fe3C) P+XeII+(P+Fe3C) P+Fe3C - Fe(A2): hoà tan (0,1%C) (+Fe3C) - Fe (A1): hoà tan nhiều (2,14%C) (+Fe3C)+Fe3C (P+Fe3C)+XeI +P Fe Fe3C Các tổ chức pha GĐP Fe-Fe3C Chuyển biến tinh: 11470 với hợp kim có %C > 2,14 L4,3 ( Ferít (Fe ) Dung dịch rắn hoà tan C Fe ( giới hạn hoà tan 0,02%C 7270C) Dẻo, mềm, bền Austenit (Fe ) + Fe3C) Chuyển biến tích: 7270 0,8 + Fe3C Dung dịch rắn hoà tan C Fe ( giới hạn hoà tan 2,14%C 11470C) Dẻo, mềm Chuyển biến tinh Xêmentit (Fe3C ) - XeI: sinh từ Lỏng Dạng thẳng, thô tô tổ chức - XeII: sinh từ Fe giảm nồng độ C Có thể tạo lưới bao quanh biên hạt giảm dẻo dai hợp kim Chuyển biến tích - XeIII: sinh từ Fedo giảm nồng độ C Các tổ chức hai pha GĐP Fe-Fe3C Peclit (P ) hỗn hợp tích F Xe sinh từ Austenit 7270C 0,76%C thành phần pha P: 88%F + 12%Xe loại P, P P hạt Lêđêburit (Le ) hỗn hợp tinh Austenit Xe tạo thành từ pha lỏng 4,43%C 11470C Ferit Austenit 31 Phân loại thép-gang Thép: hợp kim Fe-C với hàm lượng C < 2,14% Đặc điểm: - Khi nung nóng đạt tổ chức pha As có độ dẻo cao, dễ biến dạng - Có thể coi thép VL dẻo, BD nguội, nóng - Tính đúc P P hạt Gang: hợp kim Fe-C với hàm lượng C > 2,14% Đặc điểm: - Khi nung nóng không đạt tổ chức pha As biến dạng nguội, nóng Lêđêburit - Có khả điền đầy khuôn tốt tính đúc cao - Tính dẻo gang 33 Phân loại thép-gang theo GĐP - Thép trước tích - Théo tích - Thép sau tích - Gang trước tinh - Gang tinh - Gang sau tinh Thép trước tích 0,38%CX635 36 Các điểm tới hạn thép -Nhiệt độ chuyển biến trạng thái rắn HK Fe-C điểm tới hạn, ký hiệu chữ Alà sở để xác định chế độ nhiệt luyện -Các điểm: A1 : 7270C nhiệt độ chuyển biến tích AS F+Xe = +Xe A3: 911-727oC ( đường GS) : AS F ( nguội) kết thức hòa tan F As nung Am: 1147-727oC ( đường ES): As XeII làm nguội kết thúc hòa tan XeII vào As nung Thép sau tích 1,4%CX1000 37 38 Cần nắm vững • • • • • • • • • Bài tập Dung dịch rắn ( thay thế-xen kẽ)-Tính chất Pha trung gian (phân biệt với hợp chất hóa học) Giản đồ pha- cấu tạo- công dụng Qui tắc cánh tay đòn (tính thành phần pha) Sự hình thành (hoặc hòa tan) pha qua đường chuyển pha giản đồ pha nung nóng làm nguội Giản đồ pha Fe-C- Thuộc lòng phần thép ( nhiệt độ, %C, đường chuyển pha (A1, A3, Am), pha) Phản ứng tinh, tích Tính nhiệt độ A3 Am thép Thép gang theo giản đồ pha- tổ chức tế vi- tính chất thép gang 39 Tính nhiệt độ A3 thép có 0,2%C; 0,4%C; 0,6%C Tính nhiệt độ Am thép có: 1,0%C; 1,2%C; 1,6%C Tính thành phần pha thép có: 0,2%C; 0,4%C; 0,6%C; 1,0%; 1,2%C -Có nhận xét tỷ lệ pha màu sáng pha màu tối quan sát kính hiển vi liên quan với %C thép? Chú ý: Tính tỷ lệ pha /P; tỷ lệ pha /Xe - Nhận xét tính thép ( theo tỷ lệ pha xuất hiện) 40 10