Quá trình hóa già hợp kim al cu

Tiểu luận Q TRÌNH HĨA GIÀ HỢP KIM Al - Cu *** Từ giản đồ pha Al - Cu (hình 2) thấy Cu hòa tan đáng kể Al nhiệt độ cao (cực đại 5,65% 548oC), song lại giảm mạnh hạ nhiệt độ (còn 0,5% nhiệt độ thường) Khi vượt giới hạn hòa tan lượng Cu thừa tiết dạng CuAl2II (trong II để pha tiết từ trạng thái rắn Fe3CII thép sau tích) Như hợp kim AlCu4: - Lúc đầu nhiệt độ thường trạng thái cân (ủ) có tổ chức gồm dung dịch rắn α - Al (0,5%Cu) lượng (khoảng 7%) pha CuAl2II, có độ cứng độ bền thấp (σb = 200MPa) - Khi nung nóng lên đường giới hạn hòa tan (520oC), phần tử CuAl2II hòa tan hết vào α có tổ chức pha α Al(4%Cu) làm nguội nhanh (tôi) CuAl2II không kịp tiết ra, tổ chức α giàu Cu cố định lại nhiệt độ thường Hình Góc Al giản đồ pha Al - Cu (CuAl2 ký hiệu θ) Như sau tơi, nhiệt độ thường hợp kim có tổ chức khác hẳn lúc đầu, dung dịch rắn bão hòa (với giới hạn hòa tan 0,5%Cu 4%Cu bão hòa) với độ bền tăng lên đôi chút (do mạng bị xô lệch định), σb = 250 - 300MPa dẻo (có thể sửa, nắn được) Song lại thấy tượng đặc biệt khác thép: sau tôi, theo thời gian độ bền, độ cứng tăng lên dần đạt đến giá trị cực đại sau - ngày, σb = 400MPa tức tăng gấp đôi so với trạng thái ủ (hình 6.5) Q trình nhiệt luyện hóa bền gọi tơi + hóa già tự nhiên (để lâu nhiệt độ thường) Cơ chế hóa bền tơi + hóa già: Cơ chế giải thích hóa bền hợp kim nhơm tơi + hóa già Gunier Preston đưa cách độc lập từ đầu kỷ 20 sau chứng minh phân tích tia X Có thể giải thích hóa bền sau Dung dịch rắn bão hòa tạo thành sau tơi khơng ổn định, ln có khuynh hướng trở trạng thái cân bằng, cách tiết Cu tập trung lại dạng CuAl2 Sự trở trạng thái cân xảy chậm nhiệt độ thường nhanh nhiệt độ cao với giai đoạn sau - Giai đoạn I Khi lượng Cu tập trung 4% số vùng gọi vùng G.P có kích thước bé (hình đĩa bán kính khoảng 5nm) với xơ lệch mạng cao nên có độ cứng cao, nhờ nâng cao độ bền, độ cứng - Giai đoạn II Các nguyên tử Cu vùng G.P tiếp tục tập trung đạt đến mức 1Cu - 2Al vùng G.P to lên tạo nên pha V" (kích thước 10nm, khoảng cách pha 20nm) V' (với kích thước lớn hơn) Độ bền đạt giá trị cao ứng với tạo nên pha V", tạo nên pha V' độ bền bắt đầu giảm nhiệt độ thường trình kết thúc tạo thành pha V" đạt độ bền cực đại sau - ngày trì trạng thái mãi (xem đường hóa già tự nhiên - 20oC - hình 6.5) - Giai đoạn III nhiệt độ cao hơn, 50 - 100oC hay hơn, pha V' chuyển biến thành V với cấu trúc với CuAl2 giản đồ pha Do trạng thái cân pha V có kích thước lớn nên độ bền giảm nhanh đến mức thấp (xem đường hóa già nhân tạo - 100, 200oC hình 6.5) Có thể coi V’’ V’ tiền pha V CuAl2 Qua ta thấy: + Pha CuAl2 có vai trò lớn hóa bền hợp kim nhơm: hòa tan vào dung dịch rắn nung nóng, tạo nên dung dịch rắn bão hòa làm nguội chuẩn bị tiết lại dạng phân tán hóa già Khơng có hợp kim khơng thể hóa bền được, nên người ta gọi pha hóa bền Hình 2: Sự thay đổi giới hạn bền theo thời gian (hóa già) sau hợp kim AlCu4 + Nhiệt luyện hóa bền cách tơi sau là: • Hóa già tự nhiên: bảo quản nhiệt độ thường - ngày, muốn nhanh • Hóa già nhân tạo: nung nóng 100 - 200oC thời gian thích hợp (chừng vài chục h tùy theo nhiệt độ cụ thể) để đạt đến độ bền cao tạo nên tiền pha θ (nhưng kéo dài quy định độ bền giảm không đạt giá trị cực đại tạo nên pha θ) Họ AA 2xxx (đura) Họ thuộc hệ Al - Cu - Mg Về chúng hợp kim với 4%Cu (2,6 đến 6,3%) 0,5 - 1,5%Mg có tên đura (từ tiếng Pháp duraluminium - nhôm bền, cứng) Cu đặc biệt Mg (cùng với Cu) nguyên tố có tác dụng nâng cao hiệu nhiệt luyện tơi + hóa già chúng tạo nên pha hóa bền, ngồi CuAl2 có CuMg5Al5, CuMgAl2 có tác dụng mạnh Tuy nhiên thành phần đura phải kể sáu nguyên tố (them Fe, Si Mn), đó: Fe Si hai tạp chất thường có (các hợp chất chứa Fe đồng thời Fe, Si khơng hòa tan vào Al nung nóng nên khơng có tác dụng hóa bền, lại làm giảm lượng pha hóa bền, nên có hại), Mn đưa vào với lượng nhỏ để làm tăng tính chống ăn mòn Các mác AA 2014 AA 2024 dùng nhiều kết cấu máy bay, dầm khung chịu lực xe tải, sườn tàu biển, dụng cụ thể thao ... pha hóa bền Hình 2: Sự thay đổi giới hạn bền theo thời gian (hóa già) sau hợp kim AlCu4 + Nhiệt luyện hóa bền cách tơi sau là: • Hóa già tự nhiên: bảo quản nhiệt độ thường - ngày, muốn nhanh • Hóa. .. Pha CuAl2 có vai trò lớn hóa bền hợp kim nhơm: hòa tan vào dung dịch rắn nung nóng, tạo nên dung dịch rắn bão hòa làm nguội chuẩn bị tiết lại dạng phân tán hóa già Khơng có hợp kim khơng thể hóa. .. + hóa già chúng tạo nên pha hóa bền, ngồi CuAl2 có CuMg 5Al5 , CuMgAl2 có tác dụng mạnh Tuy nhiên thành phần đura phải kể sáu nguyên tố (them Fe, Si Mn), đó: Fe Si hai tạp chất thường có (các hợp