Nghiên cứu ứng dụng phân rã spinodal để tăng cơ tính cho hợp kim Cu-Ni-Sn

Header Page of 148 A PHẦN GIỚI THIỆU CHUNG VỀ LUẬN ÁN Hợp kim đồng có độ bền tính đàn hồi cao vật liệu quan trọng nhiều ngành công nghệ cao công nghiệp dân dụng quốc phòng Việc chế tạo hợp kim thay hợp kim đồng berily nhiều nước giới quan tâm Trong hợp kim hệ Cu–Ni–Sn đặc biệt tập trung nghiên cứu năm gần tính chất sánh với hợp kim Cu-Be Các hợp kim thuộc hệ Cu-Ni-Sn đạt giá trị độ bền cao trải qua trình xử lý nhiệt đặc biệt Hợp kim Cu-Ni-Sn hóa bền dựa kết hợp hai trình chuyển pha đặc trưng chuyển pha spinodal chuyển pha trật tự hóa Việc nghiên cứu phân rã spinodal có ý nghĩa lớn không hiểu biết sở khoa học giải thích nhiều tượng hệ hợp kim sắt phi sắt, mà điều quan trọng chủ động xây dựng công nghệ hóa già tăng bền cho chúng Hệ hợp kim Cu-Ni-Sn nghiên cứu Mỹ vào năm 70 kỷ 20, sau nhiều nước Châu Âu, Nhật Bản, Trung Quốc nghiên cứu đưa vào ứng dụng mãnh mẽ ngành kỹ thuật điện, hàng không số ngành khác thay cho hợp kim đồng berili Mặc dù có nhiều công trình nghiên cứu công bố, hai thập kỷ gần quan điểm cấu trúc hoá bền hợp kim hợp kim Cu-Ni-Sn chưa hệ thống nhiều điểm chưa thống nhất, nhiều vấn đề chưa làm sáng tỏ, chưa công bố công trình nghiên cứu nước có khoa học tiên tiến, với hỗ trợ phương tiện nghiên cứu đại Ở Việt Nam hệ Cu-Ni-Sn sử dụng chủ yếu trạng thái đúc với tính thấp Các hợp kim đồng đàn hồi đòi hỏi tính cao phải nhập Cho đến Việt Nam chưa có nghiên cứu chế tăng tính cho hợp kim Cu-Ni-Sn công bố Do luận án đặt vấn đề nghiên cứu “Nghiên cứu ứng dụng phân rã spinodal để tăng tính cho hợp kim Cu-Ni-Sn” Mục tiêu nghiên cứu luận án - Tìm hiểu phân rã spinodal, dạng chuyển pha có đặc điểm riêng mà sản phẩm tạo vùng cấu trúc nhỏ cỡ nano, mang lại hiệu hóa bền cao cho hợp kim, để phát phân tích cấu trúc đòi hỏi phải nghiên cứu chuyên sâu lý thuyết, sử dụng thiết bị phương pháp phân tích đại mà chưa nghiên cứu nước ta - Nghiên cứu nhận diện tổ chức spnodal làm rõ vai trò giai đoạn phát triển phân rã spinodal xử lý nhiệt hợp kim Cu-Ni-Sn, từ giai đoạn dao Footer Page of 148 Header Page of 148 động thành phần ban đầu tới spinodal hoá học, trình thô hóa spinodal, spinodal trật tự hóa tiết pha cân hợp kim, thay đổi tổ chức cấu trúc xảy trình - Ứng dụng phân rã spinodal với hợp kim Cu-Ni-Sn để tăng tính hợp kim - Xem xét ảnh hưởng biến dạng tới trình chuyển pha hoá bền hợp kim - Trên sở cung cấp thông tin cho công nghệ chế tạo xử lý nhiệt tăng bền hợp kim Cu-Ni-Sn phục vụ cho ứng dụng thực tế Nội dung luận án cần giải - Tìm hiểu phân rã spinodal chuyển pha trật tự hoá - Nghiên cứu tổng quan trình chuyển pha tăng bền hợp kim spinodal Cu-Ni-Sn - Nghiên cứu xử lý nhiệt hóa bền hợp kim Cu-Ni-Sn - Nghiên cứu biến dạng hóa bền hợp kim Cu-Ni-Sn - Ứng dụng phương pháp nghiên cứu để nhận biết đặc trưng cấu trúc hóa bền hợp kim Cu-Ni-Sn xử lý nhiệt - Chế tạo số mác hợp kim spinodal Cu-Ni-Sn xử lý nhiệt mẫu Tiến hành phân tích thành phần, tổ chức, cấu trúc, độ bền hợp kim xử lý nhiệt hóa bền từ lý giải trình tăng bền xử lý nhiệt với hợp kim spinodal Cu-Ni-Sn Đối tượng nghiên cứu luận án Quá trình nghiên cứu thực hợp kim Cu-Ni-Sn có thành phần nằm vùng phân rã spinodal gồm Cu-9Ni-3Sn; Cu-9Ni-6Sn; Cu-15Ni-8Sn; Cu-7Ni-7Sn, nội dung cụ thể: - Nghiên cứu sở lý thuyết trình phân rã spinodal, trình trật tự hóa chế tăng bền hợp kim - Tìm hiểu hệ hợp kim Cu-Ni-Sn, đặc điểm khả tăng bền xử lý nhiệt biến dạng lên hợp kim - Chế tạo mẫu - Ứng dụng phương pháp khoa học đại nghiên cứu chế hóa bền cho hợp kim Cu-Ni-Sn qua trình xử lý nhiệt - Phân tích vai trò tăng bền phân rã spinodal xử lý nhiệt hợp kim CuNi-Sn - Đưa số quy trình xử lý nhiệt hóa bền cho hợp kim Ý nghĩa khoa học thực tiễn Ý nghĩa khoa học - Là công trình Việt Nam nghiên cứu trình phân rã spinodal hợp kim Cu-Ni-Sn, dạng phân rã có sản phẩm vùng tổ chức nhỏ cỡ nano, mang lại hiệu hóa bền cao Quá trình nghiên cứu đòi hỏi kết hợp nhiều phương pháp phân tích đại tập trung nghiên cứu đặc điểm cấu trúc, chuyển pha xử lý nhiệt, mở rộng phạm vi ứng dụng cho hợp kim Cho đến hợp kim mà luận án nghiên cứu Footer Page of 148 Header Page of 148 trạng thái đúc với tính thấp - Đã xác định giai đoạn phát triển phân rã spinodal số hợp kim hệ Cu-Ni-Sn, từ xác định trò phân rã spinodal trình chuyển pha hợp kim - Đã phân tích khả tăng bền sở rã spinodal số hợp kim cụ thể Cu-Ni-Sn xử lý nhiệt biến dạng, từ xây dựng quy trình công nghệ hóa bền cho hợp kim - Đã chứng minh khả hóa bền vượt trội hợp kim Cu-Ni-Sn xử lý nhiệt ứng dụng trình phân rã spinodal, độ bền hợp kim tương đương hợp kim Cu-Be - Công trình thực cho số hợp kim đồng hệ Cu-Ni-Sn dùng để tham khảo nghiên cứu hệ hợp kim khác phân rã spinodal có nhiều hợp kim màu hợp kim sở sắt Ý nghĩa thực tiễn - Quá trình phân rã spinodal tăng bền mạnh mẽ cho hợp kim Cu-Ni-Sn, áp dụng để chế tạo chi tiết hợp kim đồng cần độ bền cao ứng dụng kỹ thuật, đặc biệt thay cho đồng berili để chế tạo chi tiết cần độ đàn hồi cao, tính cao - Tuy xử lý tăng bền sở phân rã spinodal có thành phần chế độ xử lý nhiệt khác nhau, hợp kim có tổ chức biến đổi dẫn tới lý tính khác nhau, xây dựng sở chế độ xử lý nhiệt tăng bền hợp kim Cu-Ni-Sn phù hợp với mục đích sử dụng - Điều kiện nước hoàn toàn chế tạo, xử lý nhiệt ứng dụng hợp kim Cu-Ni-Sn kỹ thuật điện, khí, hàng không, hàng hải, quốc phòng … Đóng góp luận án - Đây luận văn nước nghiên cứu ứng dụng phân rã spinodal hóa bền hợp kim Cu-Ni-Sn, nghiên cứu giai đoạn phát triển phân rã spinodal hệ hợp kim Cu-Ni-Sn - Đã nhận diện tổ chức spinodal, xác định giai đoạn phát triển phân rã spinodal số hợp kim hệ Cu-Ni-Sn, từ xác định trò phân rã spinodal trình chuyển pha hợp kim - Xây dựng công nghệ xử lý nhiệt tăng bền cho hợp kim spinodal hệ CuNi-Sn Cu-9Ni-3Sn, Cu-9Ni-6Sn, Cu-15Ni-8Sn Bố cục luận án Luận án có bố cục gồm mở đầu phần; Phần 1: Tổng quan hợp kim spinodal Cu-Ni-Sn chế hoá bền hợp kim Cu-Ni-Sn; Phần 2: Các phương pháp thí nghiệm thiết bị sử dụng nghiên cứu hợp kim đồng Cu-Ni-Sn; Phần 3: Kết thảo luận; Luận án gồm 117 trang, 132 hình vẽ 38 bảng số liệu, tham khảo 69 nguồn tài Footer Page of 148 Header Page of 148 liệu, thuộc luận án có phụ lục kèm theo B NỘI DUNG LUẬN ÁN I TỔNG QUAN VỀ HỢP KIM SPINODAL Cu-Ni-Sn VÀ CƠ CHẾ HOÁ BỀN HỢP KIM Cu-Ni-Sn Hợp kim đồng Cu-Ni-Sn vùng thành phần hợp kim có phân rã spinodal hàm lượng Ni ken:3-30%; Hàm lượng thiếc:2,5–15% Tuy nhiên thực tế hàm lượng sử dụng có lợi theo tiêu chí ứng dụng tính hợp kim là: ni ken: 4-15%, thiếc: 3,5-8% - Phần tổng quan luân án trình bày phân rã spinodal trình chuyển pha xảy hợp kim Cu-Ni-Sn, xử lý nhiệt tăng tính cho hợp kim gắn với biến đổi cấu trúc bao gồm trình:  Phân rã spinodal  Quá trình tạo pha trật tự hóa có cấu trúc DO22 L12  Quá trình cấu trúc DO22 L12 chuyển sang pha có cấu trúc DO3 (pha γ) không liên tục biên hạt  Pha DO3 phát triển thành liên tục biên hạt  Pha DO3 phát triển vào hạt - Sự hóa bền hợp kim dựa cấu trúc spinodal, cấu trúc trật tự hóa DO22 L12 Sự tạo thành phát triển cấu trúc DO3 làm giảm tính hợp kim - Tìm hiểu sở nhiệt động học trình phân rã spinodal spinodal trật tự hóa, vai trò khuếch tán nhiệt phân rã spinodal tạo pha hóa bền Ảnh hưởng yếu tố nhiệt độ, biến dạng tác động tới phân rã spinodal chuyển pha trật tự hóa xử lý nhiệt - Tìm hiểu phương pháp để phân tích đặc trưng vật liệu cấu trúc spinodal trật tự hóa - Xác định chất trình xảy hợp kim Cu-Ni-Sn xử lý nhiệt tăng bền cho hợp kim có phân rã spinodal, spinodal đóng vai trò:  Spinodal đóng vai trò chế tăng tính cho hợp kim CuNi-Sn cách tạo cấu trúc modul làm biến dạng mạng vùng nhỏ kích thước vài chục nanômét, tạo vùng dao động thông số mạng phân bố toàn vật liệu  Spinodal cách thức điều chỉnh thành phần làm sở cho chuyển pha trật tự hoá Các pha trật tự hoá DO22 L12 tạo từ phát triển spinodal thành spinodal hoá học pha trung gian có kiểu mạng lptm liền mạng với dung dịch rắn Cu, có thay đổi thông số mạng, cố định vị trí nguyên tử Cu, Ni, Sn có tác dụng tăng tính cho hợp kim Khi tạo thành pha DO3 có kiểu mạng lptk có kích thước ô mạng khác Cu, không liền mạng với làm giảm tính hợp kim Footer Page of 148 5 Header Page of 148 CÁC PHƢƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM VÀ THIẾT BỊ SỬ DỤNG NGHIÊN CỨU HỢP KIM Cu-Ni-Sn 2.1 Sơ đồ nghiên cứu: Chế tạo hợp kim Cu-Ni-Sn phƣơng pháp đúc Đồng hoá Đồng hoá Hoá già hoá bền Xử lý biến dạng 18 19 20 1 Nghiên cứu biến đổi độ cứng theo thời gian hóa già 2 Nghiên cứu biến đổi độ cứng theo nhiệt độ hóa già 3 Nghiên cứu biến đổi tổ chức tế vi xử lý nhiệt Kết luận xử lý nhiệt Các phƣơng pháp nghiên cứu tổ chức, pha cấu trúc hóa bền hợp kim 14 Phương pháp phân tích nhiệt vi sai 15 Phương pháp nghiên cứu rơnghen pha thông số mạng 16 Phương pháp phân tích EDX, mapping 17.4 Phương pháp chụp ảnh hiển vi điện tử quét (SEM) Hoá già hoá bền 12 13 Các phƣơng pháp nghiên cứu tổ chức, pha cấu trúc hóa bền hợp kim Phương pháp đo độ cứng Phương pháp đo giới hạn bền Phương pháp nghiên cứu tổ chức tế vi Phương pháp phân tích nhiệt vi sai 10 Phương pháp nghiên cứu rơnghen pha thông số mạng 11.5 Phương pháp chụp ảnh hiển vi điện tử quét (SEM) 2.2 Chế tạo mẫu hợp kim Chế tạo mác hợp kim Nấu số mác hợp kim Cu-Ni-Sn có thành phần vùng phân rã spinodal:Cu-9Ni-3Sn ; Cu-9Ni-6Sn ; Cu-15Ni-8Sn ; Cu-7Ni-7Sn Cán hợp kim Cu-Ni-Sn Xây dựng qui trình cán biến dạng kết hợp xử lý nhiệt Tính toán thông số công nghệ cán thiết bị cán, cán hợp kim Footer Page of 148 Header Page of 148 Xử lý nhiệt hợp kim đồng Cu-Ni-Sn Qui trình xử lý nhiệt hợp kim đồng Cu-Ni-Sn Hình 2.6 Sơ đồ xử lý nhiệt hợp kim Cu-9Ni-3Sn Chọn nhiệt độ sơ đồ xử lý nhiệt cho hợp kim Cu-9Ni-3Sn; Cu-9Ni-6Sn; Cu-15Ni-8Sn sau: - Nhiệt độ đồng hóa khoảng hợp kim Cu-9Ni-3Sn chọn 7500C Thời gian giữ nhiệt khoảng 2h Sau đồng hóa hợp kim làm nguội nhanh môi trường nước Nhiệt độ nước sử dụng nhiệt độ phòng 20250C, nhiệt độ nước sau không 400C - Nhiệt độ đồng hóa khoảng hợp kim Cu-9Ni-6Sn chọn 7800C Thời gian giữ nhiệt khoảng 2,5h Điều kiện thí nghiệm tương tự với hợp kim Cu9Ni-3Sn - Nhiệt độ đồng hóa khoảng hợp kim Cu-15Ni-8Sn chọn 8200C Thời gian giữ nhiệt khoảng 3h Điều kiện thí nghiệm tương tự với hợp kim Cu9Ni-3Sn Để khảo sát hoá bền hợp kim nghiên cứu, thực hóa già nhiệt độ 2500C; 3000C; 3500C; 4000C; 4500C; 5000C thời gian 2h Sau hóa già đo độ cứng mẫu, xây dựng đường cong biến đổi độ cứng theo chế độ xử lý nhiệt Chọn khoảng nhiệt độ hoá già cho độ cứng cao nhất, xử lý nhiệt hóa già nhiệt độ khoảng thời gian 0,5 giờ; giờ; 1,5 giờ; giờ, 2,5 ; ; 3,5 để chọn khoảng thời gian tối ưu 2.3 Các phƣơng pháp phân tích - Phương pháp soi tổ chức tế vi - Phương pháp đo độ cứng thô đại tế vi - Phương pháp phân tích nhiệt vi sai - Phương pháp phân tích rơnghen - Phương pháp chụp ảnh hiển vi điện tử quét (SEM) EDX đường - Phương pháp phân tích EDX điểm mapping - Phương pháp đo giới hạn bền giới hạn đàn hồi sau xử lý nhiệt hợp kim Cu-Ni-Sn Footer Page of 148 Header Page of 148 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Nghiên cứu trình xử lý nhiệt 3.1.1 Nghiên cứu thay đổi độ cứng hợp kim Cu-Ni-Sn hóa già Các hợp kim Cu-9Ni-3Sn; Cu-9Ni-6Sn; Cu-15Ni-8Sn sau đồng hoá có độ cứng thấp khoảng 90-110HB Sau hoá già nhiệt độ khác thời gian 2h, chọn nhiệt độ 3500C nhiệt độ hoá già thích hợp cho độ Độ cứng kimnhau Cu-9Ni-3Sn cứng cao Chọn nhiệt độ 3500C hoá già theo thời gian hợp khác Kết quảhóa theo già theo thời gian hình đây: Nghiên cứu thay đổi độ cứng hợp kim Cu-9Ni-3Sn Độ cứng HV 200 151 150 100 97 122 126 118 126 123126 50 0,5 1,5 2,5 3,5 Thời gian, h Độ cứng HV Độ cứng HV Hình biến đổi độ Hình 3.2 Đường cong biến đổi độ cứng Độ3.1 cứngĐường hợp kimcong Cu-9Ni-6Sn cứng hợp kim Cu-9Ni-3Sn hóa già hợpĐộ kim Cu-9Ni-3Sn hóa già theo thời cứng hợp kim Cu-9Ni-6Sn khi0hóa hóa già nhiệt độ khác nhiệt độ khác (HV) gian khác nhiệt độ 350 C (HV) già theo thời gian Nghiên cứu thay đổi độ cứng hợp kim Cu-9Ni-6Sn 300 400 271 245.3 318 215.3 300 200 201.3 200.3194 294 282 259 260 254 100 250 300 350 400 450 500 Nhiệt độ C Hình 3.3 Đường cong thay đổi độ cứng hợp kim Cu-9Ni-6Sn theo nhiệt độ hóa già (HV) Footer Page of 148 245 200 247 100 0,5 1,5 2,5 3,5 Thời gian, h Hình 3.4 Đường cong thay đổi độ cứng hợp kim Cu-9Ni-6Sn theo thời gian hóa già, nhiệt độ 3500C (HV) Độ cứng hợp kim Cu-15Ni-8Sn hóa già theo thời gian Header Page of 148 Độ8cứng hợp kim Cu-15Ni-8Sn hóa già nhiệt độ khác 400 400 300 254 276 200 318 261 254 201 100 Độ cứng HV Độ cứng Hv Sự thay đổi độ cứng hợp kim Cu-15Ni-8Sn xử lý nhiệt hóa già 333 300 289 299 228.5223 200 336 339 275 100 250 300 350 400 450 500 Nhiệt độ C 0,5 1,5 2,5 3,5 Thời gian, h Hình 3.5 Đường cong thay đổi độ Hình 3.6 Đường cong thay đổi độ cứng hợp kim Cu-15Ni-8Sn theo nhiệt cứng hợp kim Cu-15Ni-8Sn theo nhiệt độ hóa già (HV) độ hóa già nhiệt độ 3500C (HV) 3.1.2 Nghiên cứu thay đổi tổi chức tế vi hợp kim Cu-Ni-Sn xử lý nhiệt kính hiển vi quang học Sự thay đổi tổ chức tế vi hợp kim Cu-15Ni-8Sn xử lý nhiệt Tổ chức hợp kim Cu-15Ni-8Sn sau đúc hình 3.13: b - tổ chức đúc x200 a - tổ chức đúc x50 Hình 3.13 Tổ chức tế vi hợp kim Cu-15Ni-8Sn sau đúc a- Ảnh hiển vi quang học tổ chức đồng hóa x500 b- Ảnh hiển vi quang học tổ chức đồng hóa x200 Hình 3.14 Ảnh tổ chức tế vi hợp kim Cu-15Ni-8Sn sau đồng hóa 8200C giữ nhiệt 3h, nguội nước Hợp kim Cu-15Ni-8Sn sau xử lý nhiệt đồng hóa 8200C thời gian giữ nhiệt 3h, tổ chức đạt pha α (hình 3.14) Footer Page of 148 9 Header Page of 148 a- Ảnh hiển vi quang học tổ chức hóa già x500 b- Ảnh hiển vi quang học tổ chức hóa già x200 Hình 3.16 Tổ chức tế vi hợp kim Cu-15Ni-8Sn sau 8200C giữ nhiệt 3h, hóa già 3500C 2h Để tăng tính hợp kim, xử lý đồng đêu hoá phải tạo tổ chức pha đồng Thực Thực hóa già 3500C, giữ nhiệt 2h tổ chức thu hình 3.16, tổ chức thu đồng pha α, hạt tròn cạnh hơn, kích thước hạt giảm, xuất song tinh Đây tổ chức cho độ bền độ cứng tăng cao so với tổ chức sau đúc sau xử lý đồng hóa Để khảo sát biến đổi tổ chức hợp kim Cu-15Ni-8Sn theo nhiệt độ thời gian hoá già, hợp kim Cu-15Ni-8Sn sau xử lý nhiệt đồng hóa 8200C, hoá già nhiệt độ 3500C; 4000C; 4500C; 5000C thời gian 2h Tổ chức hợp kim Cu-15Ni-8Sn biến đổi theo hình 3.19 γ α a- 3500C b- 4000C c- 4500C d- 5000C Hình 3.19 Ảnh hiển vi quang học tổ chức hợp kim Cu-15Ni-8Sn hóa già nhiệt độ khác nhau, thời gian 2h Ảnh tổ chức hợp kim Cu-15Ni-8Sn sau hòa già theo hình 3.19 cho thấy điều kiện xử lý đồng hoá ban đầu, hoá già thời gian Footer Page of 148 10 Header Page 10 of 148 2h, nhiệt độ hoá già tăng thúc đẩy nhanh trình tạo pha γ Ảnh tổ chức phản ánh trình hình thành phát triển pha γ, ban đầu xuất rời rạc không liên tục biên hạt, sau phát triển thành liên tục theo biên hạt, cuối phát triển vào hạt Để khảo sát ảnh hưởng thời gian giữ nhiệt tới phát triển pha hợp kim Cu-15Ni-8Sn sau xử lý nhiệt đồng hóa 8200C, thời gian giữ nhiệt 3h, hợp hoá già nhiệt độ 4500C với thời gian giữ nhiệt thay đổi 0,5 ; ; 3h Tổ chức hợp kim Cu-15Ni-8Sn biến đổi theo hình 3.20 Kết xử lý hợp kim Cu-15Ni-8Sn cho thấy sau đồng hóa, hóa già 450 C thời gian 0,5h tổ chức có cấu tạo pha, hóa già thời gian 1h bắt đầu xuất pha γ không liên tục biên hạt Thời gian hóa già tăng lên 2h pha γ lớn lên biên pha bắt đầu kết nối biên pha với Khi thời gian hóa già lên tới 3h pha γ liên tục kết nối với biên pha phát triển vào hạt thành vùng pha riêng biệt α+ γ xen kẽ với pha α a- 0,5h b- 1h c- 2h d- 3h Hình 3.20 Ảnh hiển vi quang học tổ chức hợp kim Cu-15Ni-8Sn hóa già nhiệt độ 4500C, thời gian thay đổi Như ảnh hưởng việc tăng nhiệt độ thời gian hoá già làm tăng nhanh trình hình thành phát triển pha γ Tác động hai thông số thời gian nhiệt độ tới việc thúc đẩy chuyển pha hợp kim Cu-15Ni-8Sn xử lý nhiệt tương tự điều kiện ban đầu Qúa trình hoàn toàn phù hợp với trình hình thành phát triển pha hợp kim Cu-15Ni-8Sn phân tích phần tổng quan Trong trình xử lý nhiệt hóa già hợp kim Cu-Ni-Sn, pha DO22 L12 dần chuyển sang pha DO3 Qúa trình bắt đầu vị trí biên hạt, nơi tập trung nhiều tạp chất, ứng suất có lượng chuyển pha thấp Biên Footer Page 10 of 148 Header Page 11 of 148 11 hạt nơi có phân bố nguyên tố Sn Ni nhiều hạt Ban đầu, pha phát triển xuất phát điểm tới hạn biên hạt, hình thành pha DO3 có dạng không liên tục Sau pha DO3 phát triển thành dạng liên tục theo biên hạt, vào hạt cuối phân bố toàn hợp kim Sự hình thành phát triển pha DO3 theo đường tạo mầm phát triển mầm, không chuyển pha liên tục Lúc spinodal hóa học phát triển tới kích thước đủ lớn, thành phần hóa học làm thay đổi hóa học, điều kiện cho chuyển pha theo kiểu phân rã spinodal Hình thành cấu trúc theo đường tạo mầm phát triển mầm Pha DO phát triển dạng Peclit thép, có dạng hạt dạng phụ thuộc điều kiện xử lý Pha DO3 có kiểu mạng lập phương tâm khối khác thông số mạng không liền mạng với Pha DO3 có tính thấp làm giảm độ cứng độ bền hợp kim so với tổ chức spinodal trật tự hóa DO22 L12 pha kiểu mạng có thông số mạng gần với liền mạng với Kết thúc với trình xử lý nhiệt toàn hợp kim dạng hỗn hợp α+γ, không chịu ảnh hưởng spinodal Nguyên tử Sn chuyển phần lớn vào pha γ, cấu trúc pha bị biến dạng mạng gây cấu trúc modul spinodal mất, pha α pha giàu Cu biến dạng mạng gây nguyên tử Sn Hợp kim tổ chức từ hỗn hợp học hai pha có tính thấp α γ phân bố đặn không liền mạng với Ở giảm bền có nguyên nhân không liền mạng hai pha α γ Khảo sát độ cứng tế vi pha Để khẳng định suy giảm độ cứng xuất pha DO3 (γ) trình xử lý nhiệt hoá già hợp kim Cu-Ni-Sn, luận án thực đo độ cứng pha Mẫu hợp kim Cu-15Ni-8Sn xử lý nhiệt tạo dung dich rắn pha 8500C Sau hòa già 4500C thời gian giữ nhiệt 2h tạo tổ chức hai pha hình 3.21 Nền màu sáng tương ứng với tổ chức pha α dung dịch rắn Cu với nguyên tố hợp kim Ni Sn hoà tan Nền màu xẫm tổ chức hỗn hợp hai pha α+γ, γ tương ứng với cấu trúc DO3 cấu trúc có tính thấp Hình 3.21 Ảnh hiển vi quang học tổ chức hợp kim Cu15Ni-8Sn 8500C giữ nhiệt 2,5h, hoá già 4500C giữ nhiệt 2h Kết đo độ cứng pha theo bảng 3.7 Footer Page 11 of 148 Header Page 12 of 148 12 Bảng 3.7 Độ cứng pha α α+γ Vùng pha Độ cứng, HV α 387 α+ γ 235 Các giá trị độ cứng đo (bảng 3.7) cho thấy tổ chức hai pha hợp kim Cu-15Ni-8Sn sau xử lý nhiệt hoá già, dung dịch rắn pha α có độ cứng cao hẳn so với pha tiết Kết gián tiếp khẳng định kết hóa già hợp kim trải qua phân rã spinodal pha chuyển tiếp Sự phân rã có hiệu tăng bền tổ chức pha α kính hiển vi không quan sát thấy thay đổi so với trạng thái sau đồng hoá Pha α ban đầu sau xử lý đồng hóa có độ bền thấp khoảng 90-110HV sau xử lý hóa già pha α lại có độ cứng cao gấp 3-4 lần lên tới 390HV Trong hỗn hợp (α+ γ) có độ cứng thấp hẳn, chứng tỏ pha γ tạo pha có độ cứng thấp, làm giảm độ cứng hỗn hợp hai pha (α+ γ) 3.1.3 Kết luận xử lý nhiệt hoá bền hợp kim Cu-Ni-Sn  Hợp kim Cu-Ni-Sn xử lý nhiệt hóa bền kết hợp phân rã spinodal chuyển pha trật tự hóa Tổ chức hợp kim biến đổi theo chế độ xử lý nhiệt Tổ chức hợp kim nghiên cứu thu xử lý nhiệt phù hợp với lý thuyết tổ chức tạo pha Các nghiên cứu tổ chức độ cứng xác định thay đổi tổ chức pha hóa bền hợp kim xử lý nhiệt  Về hiệu hóa già: + Hợp kim Cu-9Ni-3Sn đồng 7500C hóa già khoảng 3500C khoảng thời gian 1,5-3h đạt độ cứng khoảng 150HV, tăng 50% so với trạng thái đúc (110HV) + Hợp kim Cu-9Ni-6Sn đồng 7800C hóa già khoảng 3500C khoảng thời gian 1,5-3h đạt độ cứng khoảng 294-318HV (26-29HRC), tăng 100% so với trạng thái đúc (125HV) + Hợp kim Cu-15Ni-8Sn đồng 8200C hóa già khoảng 3500C khoảng thời gian 1,5-3h đạt độ cứng khoảng289-339HV (32-34HRC), tăng 200% so với trạng thái đúc (110HV) Khi xử lý hoá già tạo pha, pha tạo có độ cứng thấp hẳn dung dịch rắn tạo cho hợp kim có giá trị ứng dụng làm vật liệu ma sát 3.1.4 Phân tích nhiệt vi sai b) Với hợp kim Cu-15Ni-8Sn sau đồng Kết phân tích nhiệt vi sai hợp kim Cu-15Ni-8Sn sau đồng hóa 820 C (hình 3.24) phản ảnh rõ nét trình tạo pha hợp kim từ dung dịch rắn sau đồng hóa Biến đổi nhỏ lượng khoảng nhiệt độ 1000C Khi tăng nhiệt độ, nhiệt độ 417-4520C xuất số đỉnh có lượng nhỏ, khoảng nhiệt độ xảy số chuyển pha, chuyển pha tạo cấu trúc trật tự hóa L12 + DO22, hai pha trật tự hoá liền mạng với Tại 613- 6360C xuất đỉnh phù hợp với trình chuyển pha Footer Page 12 of 148 13 Header Page 13 of 148 tạo pha γ (DO3), pha trật tự hoá không liền mạng với Tới nhiệt độ cao 750-7800C xuất đỉnh có lượng lớn gắn với trình chuyển đổi dạng pha α dung dịch rắn Cu Đây khoảng nhiệt độ hòa tan pha tạo thành dung dịch rắn thể giản đồ trạng thái pha TG /% DTA /(uV/mg)  exo [1] 417.6 °C 100.20 -0.02 448.2 °C 452.7 °C -0.04 100.15 755.0 °C 440.2 °C 613.3 °C 639.3 °C 100.10 -0.06 783.5 °C 631.8 °C 636.3 °C 626.7 °C 100.05 -0.08 780.5 °C -0.10 [1] -0.12 100.00 100 PTNKL 200 300 400 500 600 Temperature /°C 700 800 900 1000 11-05-2011 14:54 Instrument: File: Project: Identity: Date/Time: Laboratory: Operator: NETZSCH STA 409 PC/PG Cu15Ni8Sn.ssv None CuNiSn 5/11/2011 10:36:03 AM CNVL KL Quyen Sample: Reference: Material: Correction File: Temp.Cal./Sens Files: Range: Sample Car./TC: Cu15Ni8Sn, 1447.000 mg Al2O3,0.000 mg Metallic Tcalzero.tcx / Senszero.exx 30/5.00(K/min)/1000 DTA(/TG) HIGH RG / S Mode/Type of Meas.: Segments: Crucible: Atmosphere: TG Corr./M.Range: DSC Corr./M.Range: Remark: DTA-TG / Sample 1/1 DTA/TG crucible Al2O3 Ar/50 / Ar/40 000/30000 mg 000/5000 µV Hình 3.24 Hợp kim Cu-15Ni-8Sn sau đồng hóa 8200C Kết luận phân tích nhiệt vi sai: - Quá trình chuyển pha hợp kim Cu-Ni-Sn phụ thuộc vào hàm lượng hợp kim mức độ biến dạng sau đồng hóa Hợp kim Cu-9Ni-6Sn có chuyển pha trật tự hóa xảy khoảng nhiệt độ 300-4000C không phát có chuyển pha nhiệt độ cao - Hợp kim Cu-15Ni-8Sn chuyển pha phức tạp thể rõ trình phân tách pha gồm phân rã spinodal chuyển pha trật tự hóa Kết minh chứng phù hợp với lý thuyết nhiệt động học chuyển pha phân tích phần tổng quan - Chuyển pha trật tự hoá hợp kim Cu-Ni-Sn trật tự hoá bậc - Kết cho ta thông tin khoảng nhiệt độ xử lý phân rã spinodal, Khoảng nhiệt độ tạo pha trật tự hoá L12 + DO22, DO3 khoảng cách nhiệt độ vùng chuyển pha trật tự hoá liền mạng (L12 + DO22) pha trật tự hoá không liền mạng (DO3) 3.1.5 Nghiên cứu rơn ghen pha thông số mạng Hợp kim Cu có kiểu mạng lptm, thông số mạng khoảng 3,61A 0, vạch xuất ứng với nhiễu xạ rơnghen mặt tinh thể (111); (200); (220); (311) ; Pha trật tự hóa  kiểu mạng lptk có công thức (CuxNi1-x)3Sn có cấu trúc DO3 (lptk) có thông số mạng khoảng 5,926Å Pha  có công thức (CuxNi1-x)3Sn có có thông số mạng a = 4,51Å; b=5,39Å; c= 4,29Å Hợp kim Cu-15Ni-8Sn,đồng hóa 8200C, hóa già 3500C, giữ nhiệt 2h Biều đồ đo rơnghen hợp kim Cu-15Ni-8Sn (hình 3.25) cho thấy vị trí xuất vạch có tượng phân tách tách thành hai vạch rõ rệt Điều chứng tỏ hợp kim tồn hai vùng khác có kiểu mạng thông số mạng xấp xỉ tương ứng với vùng giàu ngèo nguyên tố hợp Footer Page 13 of 148 14 Header Page 14 of 148 kim phù hợp với cấu trúc đặc trưng mudul phân rã spinodal Vạch nằm bên trái có 2 nhỏ ứng với vùng giàu nguyên tử Sn có thông số mạng lớn vùng giàu Sn Hình 3.25 Hợp kim Cu-15Ni-8Sn, đồng hóa 8200C, hóa già 3500C, giữ nhiệt 2h Hợp kim Cu-15Ni-8Sn, hóa 820 C, hóa già 5000C, giữ nhiệt 1,5h 400 79.124 [°]; 1.20943 [Å]; Cu Ni2 Sn 70.666 [°]; 1.33305 [Å]; Cu Ni2 Sn 66.400 [°]; 1.40794 [Å] 47.373 [°]; 1.91903 [Å] 31.120 [°]; 2.87399 [Å] 26.277 [°]; 3.39163 [Å]; Cu Ni2 Sn 23.373 [°]; 3.80601 [Å] 5.425 [°]; 16.29049 [Å] 9.928 [°]; 8.90957 [Å] 1600 7.875 [°]; 11.22753 [Å] 3600 74.277 [°]; 1.27693 [Å]; Cu 158R500 6400 50.601 [°]; 1.80392 [Å]; Cu 43.543 [°]; 2.07853 [Å]; Cu Counts 10 20 30 40 50 60 70 80 Position [°2Theta] (Copper (Cu)) Hình 3.27 Hợp kim Cu-15Ni-8Sn, hóa già 5000C, giữ nhiệt 1,5h Vị trí xuất vạch Trên máy đồng phát pha thứ hai tương ứng với hợp chất có công thức CuNi2Sn tương đương với pha trật tự hoá với hàm lượng nhỏ Khi hóa già nhiệt độ cao (500oC), vạch α phát có mặt pha   với hàm lượng nhỏ Tuy cường độ vạch yếu lên đủ vạch để máy phát phân biệt pha với nhau, pha  công thức (CuxNi1-x)3Sn kiểu mạng DO3 (lptk) có thông số mạng khoảng 5,9Å Pha chuyển tiếp  có công thức (CuxNi1-x)3Sn có có thông số mạng a= 4,5Å ; b=5,3 Å ; c= 4,2Å Kết luận phân tích rơn ghen - Kết Phân tích rơnghen Cu-15Ni-8Sn minh chứng hợp kim Cu-15Ni-8Sn sau hóa già có trình phân rã spinodal, tạo nên vùng có nồng độ khác nhau, dẫn tới có sai khác thông số mạng vùng Biểu đồ phân tích rơnghen cho thấy có tượng vạch có cường độ gần vị trí vạch Cu - Kết Phân tích rơn ghen cho thấy xử lý nhiệt hóa già hợp kim Cu-Ni-Sn phân rã spinodal xảy trước tảng để phát triển Footer Page 14 of 148 15 Header Page 15 of 148 thành pha trật tự hóa - Thông qua tính toán thông số mạng, đối chiếu kết phân tích phát pha chuyển tiếp trật tự hóa γ (DO3), pha δ pha phát triển từ spinodal hóa học - Sự tách vạch rơnghen dung dich rắn hợp kim Cu với chiều cao vạch xấp xỉ đặc trưng phân rã spinodal - Với máy phân tích Xray có Việt Nam hoàn toàn phân tích tượng phân rã spinodal 3.1.6 Phƣơng pháp phân tích EDX Phương pháp phân tích EDX điểm: hợp kim Cu-15Ni-8Sn sau đồng 8200C giữ nhiệt 3h Kết EDX thành phần bên hạt 1000 002 4.00 CuKb NiKa 3.00 NiKb SnLa SnLl 200 SnLb2 300 SnLsum SnM3-m 400 SnLr SnMz NiLl 500 CuLsum Counts 600 SnLr2, 700 SnLb CuLa CuLl NiLa 800 002 CuKa 900 100 0.00 1.00 2.00 5.00 6.00 7.00 8.00 9.00 10.00 keV 3.0 3.0 µm µm Hình 3.28 Điểm phân tích EDX hạt Hình 3.29 Phổ lượng hạt Thành phần nguyên tố điểm phân tích hạt: Kết phân tích hạt cho thấy xuất vạch nguyên tố hợp kim Cu, Ni, Sn Thành phần nguyên tố hạt: Cu 75,49%; Ni 16,42%; Sn 8,09% Thành phần hoá học gần với thành phần mác vật liệu phân tích, phổ không xuất vạch tạp chất Kết EDX biên hạt Kết phân tích thành phần nguyên tố biên hạt cho thấy: Cu 74,37%; Ni 16,48%; Sn 9,15% cho thấy mức độ tập trung Sn biên hạt lớn so với hạt Sự tập trung Sn biên hạt giải thích cho tượng tiết pha hợp kim Cu-15Ni-8Sn tạo pha γ (DO3) bắt đầu biên hạt, xử lý hoá già giai đoạn phân rã spinodal chuyển sang tạo pha γ trật tự hoá NiKa CuKb 200 NiKb SnLr SnLb SnLa SnLsum 300 SnLb2 400 SnMz 500 SnM3-m Counts 600 003 SnLl 700 CuLsum 800 NiLl CuLa CuLl NiLa 900 CuKa 001 SnLr2, 1000 100 3.0 3.0 µm µm 0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00 8.00 9.00 10.00 keV Hình 3.30 Điểm phân tích EDX Hình 3.31 Phổ lượng biên hạt biên hạt Khi xử lý hóa già, vùng biên giới hạt có điều kiện cho phân rã spinodal xảy nhanh sớm đạt tới thành phần spinodal hóa học Spinodal hóa học Footer Page 15 of 148 16 Header Page 16 of 148 chuyển tiếp sang tạo pha theo đường tạo mầm phát triển mầm mà cụ thể pha DO3 Từ pha DO3 phát triển vào hạt Qúa trình thể rõ phần phân tích tổ chức tế vi hóa già hợp kim 3.1.7 Khảo sát tổ chức hợp kim Cu-Ni-Sn máy hiển vi điện tử quét Hợp kim Cu-15Ni-8Sn sau đồng hóa 8200C-3h, hóa già 4500C, giữ nhiệt 2h c d Cấu trúc modul e f g h Hình 3.43 Hợp kim Cu-15Ni-8Sn sau đồng hóa, hóa già 4500C giữ nhiệt 3h Ảnh SEM hợp kim Cu-15Ni-8Sn sau đồng hóa, hóa già 4500C giữ nhiệt 2h hình 3.43 c, d, e, f, g, h với độ phóng đại 150000; 200000; 250000 300000 lần cho thấy tổ chức bề mặt hợp kim hạt Trên ảnh thể tổ chức cấu trúc modul spinodal vùng giàu ngèo nguyến tố Sn có có dạng phên đan vào thể cho tính chất dao động thành phần có dạng hàm sin Các cấu trúc nhỏ phân bố Quan sát ảnh cho thấy định hướng phát triển cấu trúc có hướng ưu tiên Kích thước chu kỳ cấu trúc modul khoảng 20nm Tuy nhiên không phân biệt cấu trúc trật tự hóa DO22 L12 tạo thành nằm vùng spinodal Kết luận phân tích ảnh SEM Kết Phân tích SEM hợp kim Cu-9Ni-6Sn; Cu-15Ni-8Sn cho thấy Footer Page 16 of 148 Header Page 17 of 148 17 hóa già khoảng nhiệt độ 350-4500C phát cấu trúc spinodal giai đoạn phát triển khác nhau, kết phản ánh phù hợp với kết đo độ cứng tăng thực hoá già, quan sát kính hiển vi quang học không thấy có thay đổi tổ chức pha - Ảnh SEM phản ánh phát triển phân rã spinodal, tính nhạy cảm phân rã spinodal với điều kiện xử lý hợp kim, phát triển không cấu trúc spinodal hoá già - Hiển vi điện tử quét với độ phân giải tới 100nm quan sát tổ chức spinodal 3.1.8 Khảo sát quét EDX dạng đƣờng tổ chức hợp kim Cu-Ni-Sn máy hiển vi điện tử quét (SEM) Cấu trúc modul spinodal Hình 3.44 Hợp kim Cu-9Ni-6Sn, Hình 3.45 Hợp kim Cu-9Ni-6Sn, hóa già 350 C giữ nhiệt 2h hóa già 3500C giữ nhiệt 2h Kết chụp SEM quét EDX dạng đường phân bố nguyên tố Cu,Ni, Sn hai hợp kim Cu-9Ni-6Sn, kết thu hình 3.44; 3.45 Chụp ảnh SEM hợp kim Cu-9Ni-6Sn sau đồng đều, hoá già 3500C với thời gian 2h quan sát thấy rõ ràng tổ chức có cấu trúc modul đặc trưng phân rã spinodal Kích thước cấu trúc modul khoảng 10nm Tổ chức modul spinodal phân bố toàn khối Tiến hành quét EDX phân tích thành phần Cu, Ni, Sn theo đường hình 3.45, đường quét dài khoảng 600nm Kết dao động thành phần Cu, Ni, Sn hình 3.47 Cu Ni Sn Hình 3.47 Dao động thành phần Cu-Ni-Sn theo đường quét Kết đo dao động thành phần cho thấy khoảng dao đông thành phần có bước dao động khoảng 10nm tương đương với kích thước cấu trúc modul Footer Page 17 of 148 Header Page 18 of 148 18 spinodal Dao động đặn phản ánh thay đổi phân bố nguyên tố hợp kim Kết phân tích cho thấy đường quét dung dịch rắn, pha khác Kết luận phân tích EDX theo đƣờng: Kết phân tích chụp SEM quét EDX đường hai mẫu hợp kim Cu-9Ni-6Sn Cu-15Ni-8Sn sau hóa già minh chứng rõ ràng cho cấu trúc modul đặc trưng phân rã spinodal Bước dao động thành phần nguyên tố Cu, Ni, Sn dung dịch rắn theo đường quét phù hợp với chu kỳ modul thành phần ảnh Dao động thành phần phù hợp với mô hình lý thuyết Calh Hiller 3.2 Ảnh hƣởng biến dạng 3.2.1 Ảnh hƣởng đến độ cứng sau nhiệt luyện Khi xử lý nhiệt hợp kim Cu-Ni-Sn qua biến dạng xẩy hai trình có hiệu ứng ngược độ cứng, độ bền: - Quá trình hồi phục kết tinh lại làm giảm độ bền sau biến dạng - Quá trình phân rã spinodal trật tự hóa làm tăng bền cho hợp kim Hiệu ứng trình mạnh hơn, tính hợp kim biến thiên theo chiều hướng trình Nhiệt độ nóng chảy Cu-Ni-Sn khoảng 11000C khoảng nhiệt độ hóa già 3500C có khả nằm khoảng kết tinh lại, nhiên thời gian nhiệt độ bắt đầu xảy kết tinh lại phụ thuộc nhiều vào tổ chức cụ thể hợp kim Nếu lấy nhiệt độ kết tinh lại khoảng 0,5Tnc ta có Tktl=0,5(1100+273)273=413,50C Một yếu tố ảnh hưởng tới vấn đề cần có nghiên cứu làm rõ Đó phân rã spinodal dạng chuyển pha theo đường sinh mầm phát triển mầm Phân rã xảy làm biến dạng mạng gây ứng suất lớn mạng gây hóa bền hợp kim ứng suất làm giảm nhiệt độ kết tinh lại hợp kim Luận án tiến hành khảo sát độ cứng nhiệt luyện cho hợp kim có tổng lượng Ni+Sn trung bình Cu-7Ni-7Sn Kết thực nhiệt luyện mẫu hợp kim Cu-7Ni-7Sn cho thấy với mẫu hoá bền biến dạng với mức độ biến dạng nguội 40%, độ cứng đạt trung bình khoảng 310HV (31HRC) Mẫu số sau biến dạng nguội 40%, tiến hành hoá già tăng bền 3500C với thời gian giữ nhiệt độ cứng trung bình đạt 370HV (38HRC) Mẫu số sau biến dạng nguội 40%, tiến hành hoá già tăng bền 3500C với thời gian giữ nhiệt độ cứng trung bình đạt 370HV (38HRC) Có thể thấy kết hợp biến dạng xử lý nhiệt hoá bền làm độ cứng tăng lên so với chế độ xử lý nhiệt hợp kim không qua biến dạng, độ cứng lên tới 389HV (39HRC) Thời gian nhiệt độ hóa già nằm khoảng tạo phân rã spinodal mà chưa sinh pha làm giảm bền hợp kim 3.2.2 Ảnh hƣởng biến dạng đến giới hạn bền kéo hợp kim Cu-Ni-Sn Footer Page 18 of 148 Header Page 19 of 148 19 Độ độ bền kéo hợp kim Cu-9Ni-6Sn Bảng 3.22 Chế độ xử lý mẫu kéo hợp kim Cu-9Ni-6Sn Ký hiệu mẫu Hợp kim chế độ xử lý 3-C Cu-9Ni-6Sn, đồng 8000C, cán nguội 40% tới độ dày 0.35mm Cu-9Ni-6Sn, đồng 8000C, cán nguội 40% tới độ dày 0.35mm, 3-R1 hóa già 3500C, 1,5 Cu-9Ni-6Sn, đồng 8000C, cán nguội 40% tới độ dày 0.35mm, 3-R2 hóa già 3500C, 1,5 Mẫu kéo 3-C Mẫu kéo 3-R1 Mẫu kéo 3-R2 Hình 3.54 Giản đồ kéo mẫu hợp kim Cu-9Ni-6Sn đo máy WP 300 Hợp kim Cu-9Ni-6Sn sau cán biến dạng mỏng, xử lý nhiệt tăng bền theo chế độ biến dạng nguội 40%, sau hoá già nhiệt độ 350 0C với thời gian 1,5 cho giới hạn bền tới 1282MPa, độ giãn dài thấp Độ bền tương ứng với chế độ xử lý tạo độ bền, độ cứng cao hợp kim Kết luận đo giới hạn bền giới hạn đàn hồi:  Hợp kim Cu-Ni-Sn kết hợp biến dạng xử lý nhiệt độ bền hợp kim lên tới 1200MPa, giới hạn đàn hồi đạt tới 1100MPa  Độ cứng, giới hạn bền, giới hạn đàn hồi đạt giá trị cao hợp kim kết phân rã spinodal chuyển pha trật tự hóa hóa bền hợp kim  Hợp kim Cu-Ni-Sn điều chỉnh độ bền giới hạn đàn hồi thông qua điều chỉnh xử lý nhiệt để tạo tính với mục đích sử dụng  Cơ tính đạt sau xử lý nhiệt hợp kim Cu-Ni-Sn tương đương với hệ hợp kim Cu-Be, mang lại cho hợp kim nhiều ứng dụng thực tiễn làm vật liệu tiếp điểm điện, vật liệu đàn hồi dẫn điện, vật liệu ma sát, vật liệu phòng nổ Mở triển vọng sản xuất hợp kim với giá thành công nghệ hợp lý điều kiện Việt Nam 3.2.3 Ảnh hƣởng biến dạng đến tổ chức quan sát kính hiển vi quang học Với hợp kim Cu-7Ni-7Sn Hơp kim Cu-7Ni-7Sn sau cán nóng 7000C, cán nguội với mức biến dạng 40% Sau biến dạng tiến hành xử lý nhiệt hoá già 350 0C, thời gian giữ nhiệt 0,35mm Sự biến đổi tổ chức thay đổi theo hình 3.58 Hơp kim Cu-7Ni-7Sn sau đúc (hình 3.58a) Sau đồng hoá 780 0C với thời gian giữ nhiệt 2h có tổ chức pha α (hình 3.58b) Sau trình cán nóng Footer Page 19 of 148 20 Header Page 20 of 148 cán nguội cuối 40% tổ chức pha α (hình 3.58c), hạt bị dẹt theo phương cán, xuất thớ chạy cắt qua hạt theo hướng cán Tổ chức hợp kim Cu-7Ni-7Sn sau xử lý nhiệt hoá già 3500C thời gian giữ nhiệt 1,5 tổ chức pha giống tổ chức sau cán, vết sọc theo hướng cán còn, nhiên biên giới xuất hạt kết tinh lại trục (hình 3.58 d) a b d c Hình 3.58 Tổ chức hợp kim Cu-7Ni-7Sn a- Tổ chức sau đúc, x500 ; b- Tổ chức sau đồng hóa 7500C-2h x500, c-Tổ chức sau biến dạng 40%, x200 hóa già 3500C giữ nhiệt 1,5h; d-Tổ chức sau biến dạng 40%, x500 hóa già 3500C giữ nhiệt 1,5h 3.2.4 Phân tích nhiệt vi sai DTA *10-2 /(uV/mg)  exo 952.5 °C [2] 885.0 °C 560.5 °C -1.0 641.3 °C -2.0 818.3 °C 436.4 °C [2] -3.0 541.7 °C 637.0 °C -4.0 590.9 °C 865.6 °C 764.3 °C 100 PTNKL 200 300 400 500 600 Temperature /°C 700 800 935.7 °C 900 1000 14-06-2011 14:55 Instrument: File: Project: Identity: Date/Time: Laboratory: Operator: NETZSCH STA 409 PC/PG mau 9-6 BD.ssv None CuNiSn 6/7/2011 9:05:43 AM CNVL KL Quyen Sample: Reference: Material: Correction File: Temp.Cal./Sens Files: Range: Sample Car./TC: Mau 9-6 BD, 1445.000 mg Al2O3,0.000 mg Metallic Tcalzero.tcx / Senszero.exx 32/5.00(K/min)/1000 DTA(/TG) HIGH RG / S Mode/Type of Meas.: Segments: Crucible: Atmosphere: TG Corr./M.Range: DSC Corr./M.Range: Remark: DTA-TG / Sample 1/1 DTA/TG crucible Al2O3 Ar/50 / Ar/40 000/30000 mg 000/5000 µV Hình 3.60 Phân tích nhiệt vi sai mẫu hợp kim Cu-9Ni-6Sn đồng hóa 7800C, cán nguội 40% Kết phân tích nhiệt vi sai hợp kim Cu-9Ni-6Sn sau đồng hóa, cán biến dạng nguội 40% (hình 3.60) cho thấy, có biến đổi nhỏ lượng khoảng nhiệt độ 1000C Năng lượng biến đổi liên tục khoảng nhiệt độ lớn 3000C, kết trình giải phóng lượng tích tụ ứng suất gây trình cán Quá trình cán tích lượng ứng suất mạng Footer Page 20 of 148 Header Page 21 of 148 21 xác định điểm chuyển pha đo nhiệt vi sai nung với mẫu qua biến dạng chưa khử hết ứng suất 3.2.5 Nghiên cứu biến đổi tổ chức tế vi sau biến dạng rơnghen Hình 3.63 Phân tích rơnghen mẫu hợp kim Cu-9Ni-6Sn, đồng hóa 7800C, biến dạng, hóa già 3500C, giữ nhiệt 2h Các thông số máy đo: Điện cực Cu , xạ Kα1 , bước sóng  = 1,05406A0 Biểu đồ rơnghen hợp kim Cu-9Ni-6Sn sau biến dạng cán nguội, hóa già tăng bền 3500C thời gian 2h (hình 3.63) Các vạch đồ thị tương ứng với mặt (111); (200) (220) cho kiểu mạng lptm Các vạch bị lệch bên trái so với vạch chuẩn Cu cho thấy hỗn hợp dung dịch rắn đồng với Ni Sn Khoảng cách thông số mạng theo số mặt khoảng 3,63A0 lớn so với trường hợp hóa già 300 0C Phân tích không phát hiện tượng tách vạch đặc trưng phân rã spinodal 3.2.6 Nghiên cứu biến đổi tổ chức tế vi sau biến dạng hóa già kính hiển vi điện tử quét( SEM) Hợp kim Cu-15Ni-8Sn Để thấy rõ vai trò biến dạng trình biến đổi tổ chức mẫu, so sánh ảnh SEM mẫu qua biến dạng với vùng giai đoạn phát triển spinodal (hình 3.69a, b) vùng hình thành pha từ spinodal (hình 3.69c,d) xử lý hóa già mẫu Ảnh SEM hình 3.69a 3.69b vùng spinodal hợp kim Cu-15Ni8Sn sau đồng hóa, qua biến dạng cán tấm, hóa già 350 0C giữ nhiệt 2h với độ phóng đại 200000 lần cho thấy rõ tổ chức spinodal với đặc trưng cấu trúc modul phân bố toàn khối vật liệu, kích thước cấu trúc mẫu chụp khoảng 20nm Trong ảnh SEM hình 3.69c 3.69d vùng phát triển thành pha hợp kim Cu-15Ni-8Sn sau đồng hóa, cán tấm, hóa già 3500C giữ nhiệt 2h Trên hình 3.69c 3.69d với độ phóng đại 50000; 100000 chụp vị trí thớ cán thấy rõ pha hình thành theo tổ chức modul spinodal Footer Page 21 of 148 22 Header Page 22 of 148 Cấu trúc modul a b Sát nhập hạt spinodal hoá học c d Hình 3.69 Hợp kim Cu-15Ni-8Sn qua biến dạng, hóa già 3500C giữ nhiệt 2h Trong trình xử lý nhiệt hóa già hợp kim Cu-Ni-Sn, theo thời gian nhiệt độ, nguyên tử Sn tập trung, cụm cấu trúc modul spinodal phát triển tới hạn thành cấu trúc spinodal hoá học, sát nhập với hình thành pha mới, tách khỏi phân tách với với biên pha rõ nét Các pha DO22 L12 dần chuyển sang pha DO3 Qúa trình bắt đầu vị trí thớ cán, biên hạt nơi tập trung nhiều tạp chất, ứng suất có lượng chuyển pha thấp Biên hạt nới có phân bố nguyên tố Sn Ni nhiều hạt Vùng thớ cán nơi rào cản lượng tạo mầm thấp Các khuyết tật nơi có lượng ứng suất cao, rào cản lượng cho việc tạo mầm thấp nên vượt qua rào cản lượng để hình thành mầm Các pha quan sát ảnh 3.69c, 3.69d có kích thước khoảng 100m Theo trình tự chuyển biến pha trình hóa già, pha pha DO hình thành từ spinodal không liền mạng với So sánh với hợp kim Cu-15Ni-8Sn sau đồng hóa, hóa già không qua nguyên công biến dạng cho thấy biển dạng tạo điều kiện thuận lợi cho trình tạo pha phát triển sớm Ảnh SEM hợp kim Cu-15Ni-8Sn sau đồng đều, hóa già 5000C thời gian 2h hình 3.70a 3.70b với độ phóng đại 50000; 25000 thấy dải hạt nhỏ nằm kim loại doc theo thớ cán Hình 3.70c 3.70d với độ phóng đại 100000 150000 cho thấy xu hướng lớn lên phát triển hạt Nhiều hạt sát nhập với để hình thành cấu trúc pha Các pha có kích thước khoảng 100nm Các pha pha  (DO3) hình thành tổ chức hợp kim Footer Page 22 of 148 23 Header Page 23 of 148 a b Hình thành pha từ cấu trúc spinodal c d Hình 3.70 Hợp kim Cu-15Ni-8Sn cán, hóa già 5000C, giữ nhiệt 2h Hình 3.70c cho thấy pha hình thành từ sát nhập số hạt có dạng hình cầu Cấu trúc spinodal phát triển chuyển sang giai đoạn hình thành pha theo chế tạo mầm phát triển mầm mầm phát triển từ spinodal Hình 3.70d cho thấy phát triển cấu trúc spinodal tiến tới spinodal hóa học với sát nhập cấu trúc modul để hình thành pha hình thành cấu trúc hỗn hợp học pha α + γ hợp kim Kết luận ảnh hưởng biến dạng Biến dạng yếu tố quan trọng thúc đẩy trình hoá già làm tính tăng so với trạng thái không biến dạng Qua trình biến dạng hợp kim đạt kich thước hạt nhỏ, có khả tăng bền rút ngắn thời gian hóa già cho hợp kim Tuy nhiên tăng nhiệt độ thời gian hóa già, biến dạng tạo tổ chức nhiều khuyết tật mạng, đẩy nhanh phát triển trình spinodal, sớm tiến tới giai đoạn tạo pha cân làm giảm nhanh tính so với trường hợp không biến dạng Vì hợp kim qua biến dạng, nhiệt độ thời gian hóa già cần khống chế chặt chẽ Footer Page 23 of 148 Header Page 24 of 148 24 KẾT LUẬN Luận án nghiên cứu ứng dụng phân rã spinodal để hóa bền hợp kim spinodal Cu-Ni-Sn vùng thành phần từ 7-15%Ni, 3-8%Sn Các kết thực nghiệm minh chứng chế hóa bền cho hợp kim Cu-Ni-Sn dựa phân rã spinodal chuyển pha trật tự hóa Sn nguyên tố hợp kim đóng vai trò hình thành cấu trúc spinodal chuyển pha trật tự hóa hàm lượng Sn hòa tan dung dịch rắn xử lý nhiệt định tới độ bền độ cứng tối đa mà hợp kim đạt Xử lý hóa già hợp kim Cu-Ni-Sn có hiệu tăng bền vượt trội so với hợp kim trạng thái đúc Hợp kim Cu-Ni-Sn sau biến dạng xử lý nhiệt độ bền lên tới 1200MPa, giới hạn đàn hồi đạt tới 1100MPa Các tiêu tính hệ hợp kim Cu-Ni-Sn điều chỉnh thông qua điều chỉnh xử lý nhiệt để tạo tính phù hợp với mục đích sử dụng 3.Thực nghiệm xử lý nhiệt hóa già hợp kim Cu-9Ni-3Sn, Cu-9Ni-6Sn, Cu15Ni-8Sn đạt độ cứng sau:  Hợp kim Cu-9Ni-3Sn đồng 7500C hóa già khoảng 3500C khoảng thời gian 1,5- 3h đạt độ cứng khoảng 150HV, so với trạng thái đúc (110HV)  Hợp kim Cu-9Ni-6Sn đồng 7800C hóa già khoảng 3500C khoảng thời gian 1,5-3h đạt độ cứng khoảng 294-318HV, so với trạng thái đúc (125HV)  Hợp kim Cu-15Ni-8Sn đồng 8200C hóa già khoảng 3500C khoảng thời gian 1,5-3h đạt độ cứng khoảng 289-339HV, so với trạng thái đúc (110HV) Tuy nhiên tăng nhiệt độ thời gian hóa già giới hạn nêu làm giảm tính hợp kim trình biến đổi pha chuyển qua trạng thái tạo pha cân bằng, hiệu ứng tăng tính biến dạng mạng phân rã spinodal không tác dụng Từ kết xây dựng quy trình công nghệ xử lý nhiệt tăng bền cho hợp kim tham khảo cho hợp kim khác Biến dạng không làm thay đổi tới chiều hướng trình phân rã spinodal chuyển pha trật tự hoá mà thúc đẩy trình xảy nhanh hơn, góp phân nâng cao tính cho hợp kim kết hợp phù hợp Tuy nhiên hiệu biến dạng dễ dàng bị khử bỏ nhiệt độ hóa già cao nhiệt độ kết tinh lại hợp kim Thậm chí biến dạng thúc đẩy trình tạo pha cân thớ cán làm giảm nhanh chóng tính hợp kim Luận án chế tạo bốn mẫu hợp kim Cu-9Ni-3Sn, Cu-9Ni-6Sn, Cu15Ni-8Sn, Cu-7Ni-7Sn nằm vùng thành phần có phân rã spinodal Tính chất lý tính đạt tuơng đương với công bố giới thay hợp kim đồng Cu-Ni-Sn cho hệ hợp kim Cu-Be ứng dụng thực tế Footer Page 24 of 148  ... đồng hệ Cu-Ni-Sn dùng để tham khảo nghiên cứu hệ hợp kim khác phân rã spinodal có nhiều hợp kim màu hợp kim sở sắt Ý nghĩa thực tiễn - Quá trình phân rã spinodal tăng bền mạnh mẽ cho hợp kim Cu-Ni-Sn, ... án nghiên cứu ứng dụng phân rã spinodal để hóa bền hợp kim spinodal Cu-Ni-Sn vùng thành phần từ 7-15%Ni, 3-8%Sn Các kết thực nghiệm minh chứng chế hóa bền cho hợp kim Cu-Ni-Sn dựa phân rã spinodal. .. tự hoá - Nghiên cứu tổng quan trình chuyển pha tăng bền hợp kim spinodal Cu-Ni-Sn - Nghiên cứu xử lý nhiệt hóa bền hợp kim Cu-Ni-Sn - Nghiên cứu biến dạng hóa bền hợp kim Cu-Ni-Sn - Ứng dụng phương