Giáo trình vật liệu kỹ thuật

MC LC MC LC CHNG 1: CU TO TINH TH 1.1 CU TO NGUYấN TV CC DNG LIấN KT TRONG VT RN 1.1.1 Cu to nguyờn t .5 1.1.2 Cỏc dng liờn kt vt rn 1.2 CU TO TINH THLí TNG CA VT RN 1.2.1 Vt tinh th v vt vụ nh hỡnh 1.2.2 Cu to tinh th lý tng ca vt rn 1.3 CU TO MNG TINH THTHC TCA KIM LOI NGUYấN CHT .14 1.3.1 Sai lch mng tinh th : 14 1.3.2.n tinh th .18 1.3.3 a tinh th 18 CHNG 2: KT TINH TTH LNG CA KIM LO 19 I 2.1 CU TO KIM LOI LNG V I U KIN NNG LNG CA QU TRèNH K T TINH 20 2.1.1 Cu to kim loi lng .20 2.1.2 iu kin nng lng ca quỏ trỡnh kt tinh 20 2.2 QU TRèNH TO MM V PHT TRIN MM KHI KT TINH 22 2.2.1 Quỏ trỡnh to mm 22 2.2.2 Quỏ trỡnh phỏt trin mm 25 2.3 KHI NIM HT KHI KT TINH V CC YU TNH HNG 26 2.3.1 Khỏi nim ht 26 2.3.2 í ngha ca ht .26 2.3.3 Cỏc yu t nh hng n ht .26 2.3.4.Bin phỏp lm nh ht 27 2.3.5 Cỏch xỏc nh ht thc t 27 2.4 QU TRèNH KT TINH THC T CA KIM LOI TRONG KHUễN C 28 2.4.1 C ch kt tinh nhỏnh cõy 28 2.4.2 Cu to ca thi ỳc thc t .28 2.4.3 Khuyt tt ca thi ỳc .29 CHNG CU TO HP KIM V GIN TRNG THI .31 3.1 CC KHI NIM CBN 31 3.1.1 Khỏi nim hp kim 31 3.1.2 c im ca hp kim 31 3.1.3 Cỏc nh ngha c bn v hp kim 32 3.2 CC DNG CU TRC HP KIM CBN .32 3.2.1 Dung dch rn 32 3.2.2 Cỏc pha trung gian 34 3.2.3 Hn hp c hc 35 3.3 GIN TRNG THI CA HP KIM 35 3.3.1 Khỏi nim 35 3.3.2 í ngha v phng phỏp xõy dng gin trng thỏi 36 CHNG BIN DNG DO V CTNH CA KIM LOI .38 4.1 BIN DNG N HI, BIN DNG DO V PH HY .38 4.1.1 Biu kộo kim loi 38 4.1.2 Bn cht ca bin dng n hi nh lut Hooke 39 4.1.3 Bin dng 39 4.1.4.Phỏ hy 39 4.2 BIN DNG DO N TINH TH 40 4.2.1 Dng ng sut gõy bin dng 40 4.2.2 Cỏc c ch bin dng 41 4.3 C I M BIN DNG DO A TINH THV NH HNG CA BIN DNG DO N TCHC V TNH CHT CA KIM LO 42 I 4.4 NUNG KIM LOI SAU BIN DNG DO .44 4.4.1 Mc ớch 44 4.4.2 Cỏc giai on xy nung kim loi qua bin dng 44 4.5 CC C TRNG CTNH CA VT LIU 45 4.5.1 bn tnh v .45 4.5.2 cng 46 4.6 CH TIấU CTNH DI TC DNG TI TRNG NG 48 4.7 BN CA VT LIU DI TC DNG CA TI TRONG CHU K(GII HN BN MI ) 48 CHNG GIN TRNG THI ST - CACBON 50 5.1 CACBON V ST 50 5.1.1 Cacbon 50 5.1.2 St 50 5.2 GIN TRNG THI Fe - C 51 5.2.1 Gin trng thỏi .51 5.2.2 Cỏc t chc ca hp kim Fe - C 52 5.2.3 Quỏ trỡnh kt tinh ca hp kim Fe-C 53 5.3 PHN LOI HP KIM Fe - C THEO GIN TRNG THI 53 5.3.1 Thộp 53 5.3.2 Gang 54 5.4 CC NHIT TI HN HP KIM Fe - C THEO GIN TRNG THI 55 CHNG CC CHUYN BIN XY RA KHI NUNG V LM NGUI THẫP 56 6.1 KHI NIM VNHIT LUYN .57 6.1.1 nh ngha 57 6.1.2 Cỏc thụng s ca quỏ trỡnh nhit luyn 57 6.1.3 Tỏc dng ca nhit luyn 57 6.1.4 Phõn loi nhit luyn .58 6.2 CC CHUYN BIN XY RA KHI NUNG THẫP 58 6.2.1 C s xỏc nh chuyn bin pha nung 58 6.2.2 S to thnh Austenit nung 59 6.3 CC CHUYN BIN XY RA KHI LM NGU .62 I 6.3.1 Khỏi nim chung 62 6.3.2 Chuyn bin Austenit thnh Peclit lm ngui chm ng nhi t 62 6.3.3 Vi thộp trc v sau cựng tớch 64 6.3.5 Chuyn bin Austenit thnh Peclit lm ngui nhanh (chuyn bin Mactenxit) 64 6.4 CHUYN BIN KHI NUNG THẫP TễI (CHUYN BIN XY RA KHI RAM) .66 CHNG CC PHNG PHP NHIT LUYN THẫP 69 7.1 V THNG HểA THẫP .69 7.1.1 thộp 69 7.1.2 Thng húa thộp .72 7.2 TễI THẫP 73 7.2.1 nh ngha 73 7.2.2 c im 74 7.2.3 Mc ớch ca tụi thộp 74 7.2.4 Tc tụi ti hn v thm tụi 74 7.2.5 Cỏch xỏc nh nhit tụi 77 7.2.6 Mụi trng tụi 78 7.2.7 Cỏc phng phỏp tụi thụng thng 80 7.3 RAM THẫP 82 7.3.1 Khỏi nim 82 7.3.2 Cỏc phng phỏp ram 82 7.4 CC KHUYT TT XY RA KHI NHIT LUYN 83 7.4.1 Bin dng, nt 83 7.4.2 Oxi húa v thoỏt cacbon 84 7.4.3 cng khụng t 85 7.4.4 Tớnh dũn cao 85 CHNG HO BN BMT THẫP 87 8.1 B MT CHI TIT V CC PHNG PHP HểA BN BMT .87 8.1.1 B mt chi tit v cỏc yờu cu lm vic ca b mt 87 8.1.2 Cỏc phng phỏp húa bn b mt thộp .87 8.2 PHNG PHP C HC 87 8.2.1 Nguyờn lý 87 8.2.2 Cỏc phng phỏp c hc 88 8.3 PHNG PHP NHIT LUYN BMT 88 8.3.1 nh ngha 88 8.3.2 Nguyờn lý 88 8.3.3 Cỏc phng phỏp tụi b mt .88 8.4 PHNG PHP HO NHIT LUYN .91 8.4.1 Khỏi nim 91 8.4.2 Mc ớch 91 8.4.3 C s lý thuyt ca quỏ trỡnh hoỏ nhit luyn 91 8.4.4 Cụng ngh thm cacbon 91 8.4.5 Thm Nit 94 8.4.6 Thm Cacbon - Nit 95 CHNG GANG V NHIT LUYN GANG 97 9.1 GII THIU CHUNG VGANG .97 9.1.1 - Thnh phn húa hc 97 9.1.2 T chc t vi .97 9.1.3 C tớnh v cụng ngh .98 9.1.4 Cụng dng 98 9.2 TCHC T VI V CTNH CC LOI GANG .98 9.2.1 T chc t vi v c tớnh ca gang xỏm .98 9.2.2 T chc t vi v c tớnh ca gang 101 9.2.3 Gang cu 102 CHNG 10 THẫP 104 10.1.THẫP CACBON 10.1.1 Khỏi nim : .104 Thộp cacbon l loi thộp t chc t vi khụng cú t chc Ledeburit, thnh phn ngoi cacbon v st cũn cú mt s cht l Mn, Si, P, S 104 10.1.2 c im ca thộp Cacbon 104 10.1.3 Phõn loi .105 10.2 THẫP HP KIM 107 10.2.1 Khỏi nim .107 10.2.2 Phõn loi thộp hp kim 107 10.2.3 Cỏc c tớnh ca thộp hp kim 109 10.3.THẫP KT CU .110 10.3.1 Khỏi nim, c im v phõn loi thộp kt cu 110 10.3.2 Thộp thm cacbon 110 10.3.3 Thộp húa tt 111 10.3.4 Thộp lũ xo: 112 Thộp lũ xo l loi thộp cú lng cacbon tng i cao (0,55-0,65%C), sau tụi v ram trung bỡnh nhn c t chc Trustit ram, cú gii hn n hi cao, c dựng ch to cỏc chi tit n hi nh: lũ xo, nhớp cỏc loi 112 10.3.4 Thộp kt cu cú cụng dng riờng 113 10.4 THẫP DNG C 116 10.4.1 Khỏi nim v phõn loi 116 10.4.2 Thộp dao ct 116 10.4.3 Thộp lm khuụn rp 118 10.4.4 Hp kim cng .120 10.4.5 Thộp lm dng c o 121 10.5 THẫP Cể TNH CHT VT Lí V HểA HC C BIT 121 10.5.1 Thộp khụng g .121 10.5.2 Thộp lm vic iu kin nhit cao 123 10.5.3 Thộp v hp kim chu mi mũn 126 CHNG 11 HP KIM MU 128 11.1.HP KIM NHễM 128 11.1.1 Cỏc c tớnh ca nhụm 128 11.1.2 Phõn loi hp kim nhụm 129 11.2 HP KIM NG 132 11.2.1 ng nguyờn cht 132 11.3 HP KIM TRT 137 113.1 iu kin lm vic 137 11.3.2 Yờu cu i vi hp kim trt 137 11.3.3 Phõn loi hp kim trt 138 PH LC 141 PHN I: VT LIU HC C S CHNG 1: CU TO TINH TH Tu theo iu kin to thnh (nhit , ỏp sut ) v tng tỏc gia cỏc phn t cu thnh (dng lc liờn kt ), vt cht tn ti trng thỏi rn, lng v khớ (hi) Tớnh cht ca vt rn (vt liu) ph thuc ch yu vo lc liờn kt v cỏch xp xp ca cỏc phn t cu to nờn chỳng 1.1 CU TO NGUYấN T V CC DNG LIấN KT TRONG VT RN 1.1.1 Cu to nguyờn t Theo quan im ca c hc lng t nguyờn t l mt h thng phc bao gm ht nhõn v cỏc lp in t bao quanh nú c im quan trng nht v cu to nguyờn t l s in t húa tr, nhng in t ny d b bt i v tr thnh nhng in t t do, hnh vi ca cỏc in t t quyt nh nhiu tớnh cht c trng ca kim loi 1.1.2 Cỏc dng liờn kt vt rn Theo iu kin bờn ngoi (P, T) vt cht tn ti ba trng thỏi: rn, lng, hi bn ca vt liu trng thỏi rn ph thuc vo dng liờn kt ca vt rn 1.1.2.1 Liờn kt cng hoỏ tr õy l dng liờn kt m cỏc nguyờn t tham gia liờn kt gúp chung in t lp ngoi cựng, to lp ngoi cựng t tr s bóo ho v s in t cú th (s 2p6) Nh vy to liờn kt cng hoỏ tr s to lp ngoi cựng ca nguyờn t cú tỏm in t, vi dng liờn kt nh vy nú cú cỏc c im sau: - L loi liờn kt cú nh hng, ngha l xỏc sut tn ti cỏc in t tham gia liờn kt ln nht theo phng ni tõm cỏc nguyờn t (hỡnh 1.1) A B A A B B Hỡnh 1.1 Liờn kt cng hoỏ tr khớ Cl2 1.1.2.2 Liờn kt Ion L loi liờn kt mnh, hỡnh thnh bi lc hỳt gia cỏc in tớch trỏi du (lc hỳt tnh in Coulomb) Liờn kt ny xy cỏc nguyờn t cho bt in t lp ngoi cựng tr thnh Ion dng hoc nhn thờm in t tr thnh Ion õm Cng ging liờn kt cng hoỏ tr, liờn kt Ion cng mnh (bn vng) nguyờn t cha cng ớt in t v l dng liờn kt khụng nh hng 1.1.2.3 Liờn kt kim loi c im chung ca cỏc nguyờn t nguyờn t kim loi l cú ớt in t hoỏ tr lp ngoi cựng, ú chỳng d mt (bt ra) in t to thnh cỏc Ion dng b bao quanh bi cỏc mõy in t t Cỏc ion dng to thnh mt mng xỏc nh, t khụng gian in t t chung, ú l mụ hỡnh ca liờn kt kim loi Ion dng Mõy e- t Hỡnh 1.2 Liờn kt kim loi 1.1.2.4 Liờn kt hn hp Thc t, ớt tn ti nhng dng liờn kt thun tuý ch cú mt kiu liờn kt Liờn kt ng hoỏ tr thun tuý ch xy trng hp ng cc Khi liờn kt d cc, in t hoỏ tr gúp chung, tham gia liờn kt ng thi chu hai tỏc dng trỏi ngc: - B hỳt bi ht nhõn ca mỡnh - B hỳt bi ht nhõn nguyờn t th hai to in t chung 1.1.2.5 Liờn kt yu (liờn kt Vander Waals) Liờn kt Vander Waals l liờn kt hiu ng hỳt gia cỏc nguyờn t hoc phõn t b phõn cc (hỡnh 1.3) Liờn kt ny l loi liờn kt rt yu, d b phỏ v bi ba ng nhit (khi tng nhit ) Vỡ vy nhng vt rn cú liờn kt Vander Waals cú nhit núng chy rt thp (nc ỏ núng chy 00C) a, b, c, Hỡnh 1.3 Quỏ trỡnh to thnh liờn kt Vander Waals a: Trung ho b: Phõn cc c: To liờn kt 1.2 CU TO TINH TH Lí TNG CA VT RN Cỏc vt rn t nhiờn hin c phõn thnh hai nhúm l vt rn tinh th v vt vụ nh hỡnh Vic phõn loi ny to s thun li cho qỳa trỡnh mụ hỡnh hoỏ nghiờn cu vt liu Cỏc vt liu kim loi l loi vt liu kt cu c bn hin ch yu l cỏc vt cú cu to tinh th Do ú nghiờn cu v cu to ca chỳng trc ht chỳng ta cn tỡm hiu v khỏi nim vt tinh th v vt vụ nh hỡnh 1.2.1 Vt tinh th v vt vụ nh hỡnh Theo quan im ca vt lý cht rn, cỏc vt rn c gi l vt tinh th chỳng ng tho cỏc iu kin sau: - L nhng vt luụn tn ti vi mt hỡnh dỏng xỏc nh khụng gian, hỡnh dỏng bờn ngoi ca chỳng th hin mt phn cỏc tớnh cht bờn - Vt tinh th luụn luụn tn ti mt nhit núng chy (hoc kt tinh) xỏc nh Cú ngha l nung núng vt tinh th luụn cú mt nhit chuyn bin t trng thỏi rn sang trng thỏi lng xỏc nh iu ny cng ỳng lm ngui vt tinh th t th lng - Vt tinh th b p góy (phỏ hu), s b góy theo cỏc mt xỏc nh v b mt vt góy khụng nhn búng Tớnh cht ny th hin rừ rt s khỏc bit v tớnh cht ca vt tinh th vi vt vụ nh hỡnh - Vt tinh th luụn cú tớnh d hng, cú ngha l tớnh cht ca nú (c, lý, hoỏ tớnh) theo cỏc phng khỏc luụn cú s khỏc bit iu ny th hin rừ s xp xp cỏc nguyờn t vt tinh th l tuõn theo mt quy lut xỏc nh Ngc li vi vt tinh th l cỏc vt vụ nh hỡnh Vt vụ nh hỡnh l nhng vt khụng tn ti mt hỡnh dng xỏc nh khụng gian (cú hỡnh dỏng l ca vt cha nú) Khụng cú nhit núng chy hoc kt tinh xỏc nh, khụng th hin tớnh d hng Mt s vt vụ nh hỡnh tiờu biu nh nha ng, parafin, thu tinh 1.2.2 Cu to tinh th lý tng ca vt rn 1.2.2.1 Khỏi nim v c im ca mng tinh th Khỏi nim mng tinh th Mng tinh th l mụ hỡnh khụng gian, dựng nghiờn cu quy lut xp xp ca nguyờn t (hoc ion, phõn t) vt tinh th T mụ hỡnh ny cho phộp chỳng ta xỏc nh c cỏc c trng c bn, nh hng c tớnh cht ca cỏc vt liu s dng Nh vy xõy dng mụ hỡnh mng tinh th, ta cn phi xỏc nh c h to v n v o xõy dng mng tinh th Phng phỏp xõy dng mng tinh th: Để xây dựng mô hình mạng tinh thể trớc hết ta chọn nguyên tử (ion, phân tử) (từ gọi chất điểm) làm gốc Từ chất điểm gốc ta kẻ ba trục toạ độ qua ba chất điểm gần (không mặt phẳng) làm ba trục toạ độ Nh trục toạ độ hệ trục toạ độ Decarte thu đợc có hàng loạt chất điểm cách Qua chất điểm ta dựng đờng thẳng song song với trục toạ độ Các đờng thẳng cắt tạo thành mô hình mạng tinh thể (hình 1.4) z y x O Hỡnh 1.4 Mụ hỡnh mng tinh th Vi mụ hỡnh mng tinh th nh vy, chỳng ta thy xỏc nh mt v trớ bt k mng tinh th, ta cú vộc t nh v l: rn = m a + n b + j c (1.7) Trong ú: a : Vộc t n v theo trc Ox, cú tr s bng khong cỏch gia hai cht im gn nht theo trc Ox b : Vộc t n v theo trc Oy c : Vộc t n v theo trc Oz m, n, j: Ch s theo ba trc to Ox, Oy, Oz Nh vy mt mụ hỡnh mng tinh th s c xỏc nh chỳng ta cú b sỏu thụng s l ba vộc t n v a , b , c v ba gúc (zOx, yOx), (zOy, yOx), (zOy, zOx) Mng tinh th lý tng l mng m ỏp ng hon ho cỏc quy lut xp xp ca cht im ti cỏc v trớ, xỏc sut bt gp cht im bng mt, cỏc cht im hon ton ging v kớch thc v bn cht Khỏi nim ụ c bn mng tinh th v thụng s mng: Vi cỏch xõy dng mng tinh th ó nờu trờn chỳng ta thy rng, mt kiu mng tinh th c hon ton xỏc nh vi b sỏu thụng s Nh vy chỳng ta cú th hỡnh dung rng, cú mt phn t nh nht cú cu to c trng cho ton b kiu mng v ú mng tinh th c hỡnh thnh l vụ s cỏc phn t ú xp sớt Phn t ú gi l ụ c bn ca mng tinh th V nh vy nghiờn cu tớnh cht ca mng tinh th vụ tn c chuyn v nghiờn cu thụng qua ụ c bn ca nú cú kớch thc v hỡnh dỏng c th Kớch thc c bn t ú xỏc nh cỏc kớch thc khỏc ca mng tinh th gi l thụng s mng hay hng s mng, n v o tớnh bng A0 ễ c bn phi m bo c trng hon chnh cho cu to mt kiu mng, bao gm tho cỏc iu kin i xng ca tinh th (i xng gng, i xng tõm, i xng trc quay) v nh ca ụ c bn phi cú cht im, th tớch ca ụ c bn phi l nh nht Vi mt kiu mng tinh th chỳng ta cú ụ c bn c trng ca nú, thụng qua ụ c bn chỳng ta xỏc nh c cỏc kiu mng tinh th c bn phõn loi mng tinh th ngi ta chia thnh: - H mng tinh th l phõn loi theo hỡnh ca ụ c bn (vớ d lp phng, lc giỏc ) - Kiu mng tinh th l hỡnh thc phng phỏp sp xp ca cht im ụ c bn ca mng S kt hp gia h v kiu cho chỳng ta cỏc loi mng tinh th c bn, cỏc loi mng tinh th ny c thng kờ thnh 14 kiu mng tinh th Bravais Tớnh cht ca mng tinh th: - Mt nguyờn t v l hng mng tinh th: Nu coi cỏc cht im mng tinh th l cỏc nguyờn t cú dng hỡnh cu thỡ mng tinh th luụn cú nhng khong trng, gi l cỏc l hng mng tinh th ỏnh giỏ mc xp cht ngi ta dựng khỏi nim mt nguyờn t Mt nguyờn t quyt nh c ch bin dng do, mt nguyờn t v l hng mng tinh th quyt nh kh nng hũa tan xen k ca cỏc nguyờn t khỏc vo mng tinh th ú.Phõn bit hai loi mt nguyờn t: mt nguyờn t ca mt tinh th M s v mt nguyờn t ca mng tinh th Mv MS = S nt n S 100 % = S 1nt 100 % S mat S mat (1.1) Trong ú: nS: S nguyờn t thuc mt S1nt: Din tớch tit din mt ct i qua tõm ca mt nguyờn t Smat: Din tớch ca mt tớnh mt mt Mv = Vnt n V 100 % = V 1nt 100 % Vocoban Vocoban (1.2) Trong ú: nv : S nguyờn t mt ụ c bn V1nt: Th tớch ca mt nguyờn t Vocoban: Th tớch ca mt ụ c bn -Tớnh thự hỡnh cỏc vt tinh th: Khỏ nhiu kim loi cú c tớnh: nhit v ỏp sut khỏc mt nguyờn t cú th tn ti vi nhng kiu mng khỏc Tớnh cht ny gi l tớnh thự hỡnh, nhng kiu mng tinh th khỏc ca mt kim loi gi l cỏc dng thự hỡnh Vớ d: St nhit di 911 0C v nhit t 13920C n 15390C nú cú kiu mng lp phng th tõm; cũn khong t 9110C n 13920C cú kiu mng lp phng din tõm Cỏc dng thự hỡnh ca cựng mt nguyờn t c ký hiu bng cỏc ch cỏi Hy Lp , , , ú thng tn ti nhit thp nht cũn , , thng tn ti nhit cao hn Trong k thut cn chỳ ý n cỏc dng thự hỡnh ca vt liu vỡ chuyn bin thự hỡnh s thay i cu trỳc, th tớch v tớnh cht ca vt liu -Tớnh d hng ca tinh th Tớnh d hng (cũn gi l tớnh cú hng) l s khỏc v tớnh cht c lý húa theo cỏc phng khỏc Nguyờn nhõn tớnh d hng ca tinh th l mt nguyờn t khỏc theo cỏc mt v phng khỏc nhau: cỏc phng cú mt nguyờn t ln, lc liờn kt gia cỏc nguyờn t mnh hn nờn tớnh cht th hin s khỏc vi th theo phng cú mt nguyờn t 1.2.2.2 Mt s kiu mng tinh th thng gp ca kim loi a a * Mng lp phng th tõm (A2, K8): Xột ụ c bn ca mng l mt lp phng, cỏc nguyờn t b trớ nh v tõm ca S sp xp K: s cỏc nguyờn t gn nht quanh mt nguyờn t K =8 a a Hỡnh 1.5 Mng lp phng th tõm v mt xp sớt ca nguyờn t - Thụng s mng : a - Cỏch sp xp ca nguyờn t: cỏc nguyờn t c xp xớt theo ng chộo ca (hỡnh 1.5) - Bỏn kớnh nguyờn t: r nt r nt = a Mt mt ca mng tinh th: MS = Snt n S 100 % = S 1nt 100 % Smat Smat - S nguyờn t thuc mt nS = +1= -Din tớch tit din mt ct i qua tõm ca mt nguyờn t a S1nt = .r nt = - Din tớch ca mt cn tớnh mt mt(mt chộo ụ c bn) Smat = a.a = a2 Thay vo biu thc trờn ta cú: 10 Cú nhn xột l, hp kim nhụm ỳc cha lng nguyờn t hp kim cao hn so vi hp kim nhụm bin dng Hp kim nhụm thiờu kt l loi hp kim nhụm c ch to t nguyờn t ban u l bt quỏ ộp v thiờu kt 11.1.2.1 Hp kim nhụm bin dng 11.1.2.1.1 Hp kim khụng hoỏ bn c bng nhit luyn Cỏc hp kim ny cú c tớnh l bn khụng cao (tuy cao hn nhụm nguyờn cht khỏ nhiu), tớnh cao v chng n mũn tt, thng c lm cỏc chi tit rp sõu Thuc v nhúm ny l cỏc hp kim thuc h Al - Mn v Al Mg Theo gin trng thỏi Al - Mn (hỡnh 11.2) cỏc hp kim ny cú thnh phn ớt hn 1,5%Mn, cú t chc gm dung dch rn v pha th hai MnAl6 pha ny cú th ho tan vo dung dch rn tng nhit Song hp kim nhụm luụn cú st, ú li to nờn pha phc (FeMn)Al thay cho MnAl6 khụng ho tan vo nhụm nung núng, ú hp kim Al-Mn khụng hoỏ bn c bng nhit luyn 500 AMr t,% t, 0C AMu 700 1+ L 1,021% Mg2Al3+L +L 500 17,4% +MnAl6 300 300 +Mg2Al3() 100 100 0,05 Al 0,5 1,5 2,5 Mn% Hỡnh 11.2: Gin trng thỏi Al-Mn 1,4 Al 10 20 30 Mg,% Hỡnh 11.3: Gin trng thỏi Al - Mg Theo gin trng thỏi Al - Mg (hỡnh 11.3) cỏc hp kim ny cú thnh phn ớt hn 1,4%Mg cú t chc ch gm dung dch rn khụng th hoỏ bn bng nhit luyn c Cỏc hp kim AlMg thng dựng cú thnh - 7%Mg nhit thng cú t chc gm dung dch rn v pha th hai Mg2Al3 (hoc Mg5Al8), nung núng Mg2Al3 ho tan vo v cng gõy hoỏ bn nhit luyn, song hiu qu ny rt nh lng Mg ca hp kim thp hn gii hn ho tan ca dung dch rn quỏ nhiu (3,7% so vi 17,4%) Hp kim Al - Mg cú lng riờng nh hn (do Mg nh), bn cao hn, tnh tt nhng tớnh chng n mũn kộm hn so vi nhụm nguyờn cht Cỏc hp kim Al-Mn v Al-Mg c dựng trng thỏi bin cng, bin cng ớt dựng trng thỏi bin cng vỡ quỏ thp 11.1.2.1.2 Hp kim hoỏ bn c bng nhit luyn Hp kim nhụm bin dng, hoỏ bn c bng nhit luyn l hp kim nhụm quan trng nht, l vt liu kt cu c ng dng rng rói k thut C s ca cỏc hp kim loi ny l hp kim Al - Cu vi 4% Cu 130 Hp kim Al vi 4% Cu C 657 A L+ 600 400 C 540 +CuAl2A 500 L+CuAl2I L (+CuAl2) +CuAl2II+(+CuAl2) 300 CuAl2 200 100 D 0,5 5,65 10 20 30 33 40 50 kho sỏt hp kim ny ta hóy xột gin trng thỏi Al - Cu trỡnh by hỡnh 11.4 T ú thy rng ng ho tan khỏ nhiu nhụm nhit cao (ti 5,65% ti nhit cựng tinh 5480C) nhng li gim i rt nhanh h nhit (cũn 0,5% 00C) vy tit pha CuAl2 vi ký hiu l CuAl2II ch rừ nú c tit t trng thỏi rn %Co Hỡnh 11.4: Gin trng thỏi Al-Cu T gin trng thỏi hỡnh 11.4 thy rừ hp kim cú t chc gm dung dch rn (cú 0,5% Cu) v cỏc phn t pha CuAl2II tit t dung dch rn ú Nung núng hp kim ny lờn n nhit cao hn ng ho tan gii hn CD (khong 520 0C), cỏc phn t CuAl2II s ho tan ht vo dung dch rn nờn sau tụi (bng cỏch lm ngui nhanh nc) cú c dung dch rn quỏ bóo ho cha ti 4% Cu T chc t vi ca hp kim sau tụi ch l dung dch rn iu ỏng chỳ ý õy l sau tụi bn ca hp kim tng lờn khụng ỏng k (b trng thỏi 200N/mm2, trng thỏi sau tụi 250N/mm 2), nhng sau hoỏ gi bn tng lờn rt mnh Khỏc vi thộp, sau tụi hp kim nhụm vi 4% Cu gi c cao, õy l mt u vit rt quan trng v mt cụng ngh bi vỡ nú cho phộp hiu chnh cong vờnh, thm bin dng vi mc ln i vi cỏc chi tit tụi Nhit luyn hoỏ bn cỏc hp kim nhụm bao gm tụi v hoỏ gi Tu thuc vo nhit hoỏ gi cú th t c cỏc hiu qu húa bn khỏc Khi hoỏ gi t nhiờn 200C thi gian quỏ trỡnh di nhng bn t c giỏ tr ln nht Khi hoỏ gi nhõn to cỏc nhit cng cao hn nhit thng (vớ d 100, 150, 200 0C) thi gian quỏ trỡnh cng ngn li song bn t c giỏ tr khụng cao bng hoỏ gi t nhiờn, hn na vt quỏ thi gian nht nh bn li gim i Khi hoỏ gi cỏc nhit quỏ thp, quỏ trỡnh hoỏ bn xy rt chm hoc hu nh khụng Trong thc t hu nh khụng dựng hp kim ch cú hai nguyờn Al - Cu lm hp kim bin dng hoỏ bn c bng nhit luyn, song hp kim nhụm vi 4% Cu li l c s ca hu ht cỏc hp kim nhụm loi ny 11.1.2.2 Hp kim nhụm ỳc Hp kim nhụm ỳc thng dựng hn c l hp kim trờn c s h Al-Si vỡ cựng tinh ca nú cha ớt nguyờn t hp kim hn c Tớnh theo phn trm trng lng, t l nguyờn t hp kim cựng tinh ca cỏc h nh sau : Al-Si : 11.7% ; Al-Cu : 33%, Al-Mg : 34.5% 131 Hp kim nhụm silic c gi l silumin, chia thnh nhúm Silumin n gin : l loi ch cú hai nguyờn t Al v Si vi 10 - 13% Si Hỡnh 11.5 Gin trng thỏi Al-Si Nh thy trờn gin hp kim ny ch yu l cựng tinh (Al+Si) Nu hp kim ln hn 11.7% thỡ ngoi cựng tinh cũn cú nhng tinh th Si th nht T chc ny thụ to nờn cú c tớnh thp nõng cao c tớnh ca hp kim phi lm nh mn t chc cựng tinh ny bng bin tớnh hp kim lng Khi bin tớnh hp kim lng cú tỏc dng : tng c tớnh v xut hin t chc trc cựng tinh Al + (Al+Si) Kớ hiu theo TCVN : AlSi10 ; AlSi13 Silumin phc Silumin phc l hp kim nhụm vi 4-10% Si v cú thờm nguyờn t hp kim c bit Cu, Mg cú tỏc dng tt i vi quỏ trỡnh húa gi ; vy bn cú th t ti b = 200-250N/mm2, = 1-6% Chuyờn dựng ỳc mt s chi tit ụ tụ nh xi lanh, mt bớch Kớ hiu theo TCVN : AlSi9Mg ; AlSi8Mg 11.1.2.3.Hp kim nhụm thiờu kt Bt nhụm thiờu kt bao gm Al v mt t l nht nh Al 2O3 dng bt c sn xut theo quy trỡnh : úng bỏnh s b, thiờu kt v ộp Bt nhụm thiờu kt d bin dng trng thỏi ngui v núng, gia cụng ct, hn tip xỳc Trong k thut khỏ nhiu bt nhụm thiờu kt dng bỏn thnh phm Hp kim nhụm thiờu kt cú quy trỡnh ch to ging nh bt nhụm thiờu kt nhng cú thnh phn c ch to t cỏc hp kim nhụm So vi hp kim nhụm ỳc, hp kim nhụm thiờu kt cú bn nhit cao hn 11.2 HP KIM NG 11.2.1 ng nguyờn cht 11.2.1.1Cỏc c tớnh ca ng 132 ng l kim loi cú mu , ú ng nguyờn cht k thut cũn c gi l ng L kim loi khụng cú chuyn bin thự hỡnh, ng ch cú mt kiu cu trỳc mng tinh th l lp phng din tõm vi thụng s mng a = 3,608A0, ng kớnh nguyờn t l 2,56A0 ng cú nhng c tớnh sau õy: Khi lng riờng ln = 8,94 g/cm3 ln hn gp ba ln nhụm Tớnh dn nhit v dn in rt cao V mt ny ng ng th hai sau bc vy cú ng dng rt cao truyn in v truyn nhit dn nhit v in tr ca ng 20 0C l 0,941 cal/cm.s.0C v 0,0178 ụm.mm2/m Tớnh chng n mũn tt ng cú tớnh n nh hoỏ hc cao nc thng, nc bin, khớ quyn v cỏc mụi trng hoỏ hc: axit hu c, kim Nhit chy tng i cao (10830C), trung gian gia st v nhụm ng hỳt khớ mnh nờn vt ỳc d b r bn khụng cao nhng tng mnh bin dng ngui trng thỏi ỳc bn ca ng khỏ thp c bit l gii hn chy b = 160N/mm2, 0,2 = 35 N/mm2, HB = 40 trng thỏi bin dng ngui, gii hn bn v c bit gii hn chy tng lờn rt mnh b = 450N/mm2, 0,2 = 400 N/mm2, HB = 125 Do vy mt nhng bin phỏp hoỏ bn ng v hp kim ng l hoỏ bn bng bin dng Tuy cng khụng cao nhng tớnh chng n mũn khỏ tt Tớnh cụng ngh c tớnh ni bt l ng rt do, d cỏn, kộo thnh nhng tm mng v si nh rt tin dng k thut rt tin dng k thut, Ngoi nú rt d hn vy ng cng cú nhc im l tớnh gia cụng ct kộm v chy loóng kộm 11.2.1.2 c tớnh chung v phõn loi hp kim ng Cỏc hp kim ng cú c tớnh tng i cao, tớnh cụng ngh tt v ớt ma sỏt gi c cỏc u vit ca ng l tớnh dn nhit, tớnh dn in, tớnh n nh hoỏ hc tt Cỏc nguyờn t hp kim ca ng thng dựng l Zn, Sn, Al, Be, Mn, Ni chỳng nõng cao rừ rt bn nhng thc t khụng lm xu (mt vi trng hp cũn ci thin) tớnh phm vi nng xỏc nh Cú th núi rng tớnh l mt u vit ni bt ca hp kim ng V tớnh cụng ngh, cỏc hp kim ng c chia ra: hp kim bin dng v hp kim ỳc V kh nng hoỏ bn bng nhit luyn c chia lm hai loi: hoỏ bn c v khụng hoỏ bn c bng nhit luyn Trong thc t thnh hnh cỏch phõn loi hp kim ng theo thnh phn hoỏ hc Theo thnh phn hoỏ hc, cỏc hp kim ng c chia l hai nhúm chớnh: latụng (hp kim vi Zn) v Brụng (hp kim vi cỏc nguyờn t tr Zn) 11.2.1.2.1 Latụng La tụng l hp kim ca ng vi Zn Hp kim ch cú hai nguyờn t Cu v Zn gi l hp kim n gin, hp kim m ngoi hai nguyờn t trờn cú thờm cỏc nguyờn t khỏc gi l hp kim phc tp, hay hp kim c bit Latụng n gin Trong thc t latụng n gin l hp kim hai nguyờn Cu Zn vi lng Zn ớt hn 45% Gin trng thỏi Cu Zn l gin rt phc to nờn nm phn ng bao tinh v nhiu pha phc Theo TCVN la tụng c ký hiu bt u bng ch L tip theo Cu, Zn ri ký hiu cỏc nguyờn 133 t hp kim Hm lng phn trm ca nguyờn t vit sau ký hiu tng ng ca nguyờn t y, Cu l lng cũn li Bng sau trỡnh by thnh phn hoỏ hc v c tớnh ca mt s latụng n gin Bng 11.3 S hiu LCuZn10 LCuZn20 LCuZn30 LCuZn40 Cu, % 88 91 79 81 69 72 59 62 b, N/mm2 260 320 320 380 0,2, N/mm2 120 120 90 160 % 45 52 55 25 HB 53 55 55 77 Latụng mt pha cú tớnh cao thng c cỏn ngui thnh cỏc bn thnh phm (tm, bng, ng) vi cỏc s hiu LCuZn4, LCuZn10, LCuZn15, LCuZn30, LCuZn32, LCuZn37 Do cha Zn l nguyờn t r, li cú c tớnh tt hn, cỏc tớnh cht vt lý khụng khỏc ng bao nhiờu nờn nú c dựng thay th ng Latụng vi lng cha Cu cao, 88 97% c gi l tụmpc, cỏc tụm pc ny cú mu nht gn ging ng La tụng vi s hiu LCuZn20 cú mu vng khỏ ging vng nờn c dựng lm trang sc v dựng trang trớ LCuZn30 v LCuZn32 cú c tớnh tng hp tt nht cỏc latụng, c bit cú tớnh cao nht nờn c dựng rp v n, lm ng dn v cỏc chi tit rp sõu Chỳng cú tờn gi l patrụn LCuZn37 l latụng pha cú bn cao nht La tụng hai pha cú bn cao hn nhng li kộm hn la tụng pha Thng dựng latụng hai pha LCuZn40 dng tm, bng, ng, dõy lm cỏc chi tit rp yờu cu bn cao Latụng phc Trong latụng phc tp, ngoi Cu v Zn ngi ta cũn a vo cỏc nguyờn t c bit ci thin mt s tớnh cht ca hp kim Cỏc nguyờn t c bit cho vo latụng l Pb, Sn, Al, Ni Cho Pb vo latụng l lm tng tớnh ct gt Latụng hai pha LCuZn40Pb1 (59%Cu, 1%Pb, cũn li 40%Zn) cú tớnh ct gt tt vỡ Pb khụng ho tan Cu, nú to thnh ht riờng r t chc vy d lm góy phoi Hp kim ny c dựng lm cỏc chi tit gia cụng ct sau ỳc m khụng bin dng Cho Sn vo latụng l lm tng tớnh chng n mũn mụi trng nc bin LCuZn29Sn1 (cú 70%Cu v 1%Sn) dựng lm ng v cỏc chi tit mỏy tu bin Cho Al v Ni vo latụng lm tng c tớnh Vớ d LCuZn36Al3Ni2 (cú 59%cu, 3%Al, 2%Ni) cú b = 500N/mm2 = 42% Ngoi cỏc tớnh cht c khớ v cụng ngh ó nờu, latụng cũn cú tớnh chụng n mũn cao khụng khụng khớ v nc mỏy Latụng hai pha cú tớnh chng n mũn kộm hn latụng pha Nhc im ca latụng l cú khuynh hng t nt Sau bin dng ngui, chi tit latụng cũn tn ti ng sut d bờn trong, ú d b n mũn nt khụng khớ m, amonic v nc bin La tụng cú cha nhiu hn 20%Sn d cú tt hng ny trỏnh nú sau bin dng ngui phi 250 3000C 1h hay cho vo 1,0 1,5%Si 11.2 1.2.2.Brụng 134 Brụng l hp kim ca ng vi cỏc nguyờn t tr Zn, ngi ta phõn bit cỏc brụng khỏc theo cỏc nguyờn t hp kim ch yu a vo, vớ d hp kim Cu Sn c gi l brụng thic, Cu Al gi l brụng nhụm Theo TCVN brong c ký hiu bt u bng ch B tip theo Cu, Zn ri ký hiu cỏc nguyờn t hp kim Hm lng phn trm ca nguyờn t vit sau ký hiu tng ng ca nguyờn t y, Cu l lng cũn li .Brụng thic Brụng thic l hp kim ca ng vi nguyờn t hp kim ch yu l thic Gin trng thỏi Cu Sn l gin trng thỏi rt phc Trong thc t ch dựng cỏc brụng vi lng < 15%Sn V c tớnh, lng thic thp (