VẬT LIỆU cơ KHÍ CHƯƠNG 3 KHÁI NIỆM về hợp KIM và GIẢN đồ TRẠNG THÁI

CHƯƠNG 3: KHÁI NIỆM VỀ HỢP KIM VÀ GIẢN ĐỒ TRẠNG THÁI 3.1 KHÁI VỀ HỢP KIM 3.1.1 Định nghĩa hợp kim - Hợp kim vật thể gồm nhiều nguyên tố mang tính chất kim loại Nguyên tố chủ yếu hợp kim mang tính chất kim loại Thành phần nguyên tố hoá học hợp kim thường biểu thị % trọng lượng, có biểu thị % nguyên tử VD: Thép 40 có 0,4%C; Thép 40X có 0,4%C 1%Cr Thép 80W18Cr4V có 0,8%C, 18%W, 4%Cr 1%V BỘ MÔN VẬT LIỆU KỸ THUẬT 3.1 KHÁI VỀ HỢP KIM 3.1.2 Đặc tính hợp kim + Cơ tính cao: - Độ bền, độ cứng, giới hạn chảy, đàn hồi hợp kim cao hẳn so với kim loại nguyên chất, độ dẻo, độ dai đủ cao + Tính cơng nghệ phù hợp với chế tạo khí như: tính đúc, tính gia cơng cắt gọt, hố bền nhiệt luyện v.v… + Chế tạo (luyện) hợp kim: dễ kinh tế nhiều so với kim loại nguyên chất - Do luyện hợp kim không cần phải khử triệt để tạp chất, mà cần khống chế chúng mức độ BỘ MƠN VẬT LIỆU KỸ THUẬT 3.1 KHÁI VỀ HỢP KIM 3.1.3 Các khái niệm hệ hợp kim a, Pha - Pha dạng vật chất có thành phần đồng nhất, trạng thái kiểu mạng tinh thể Các pha ngăn cách bề mặt phân chia b, Hệ - Hệ dạng tập hợp pha trạng thái cân + Điều kiện: - Mỗi pha phải đạt giá trị lượng tự bé BỘ MÔN VẬT LIỆU KỸ THUẬT 3.1 KHÁI VỀ HỢP KIM c, Nguyên (cấu tử) - Là chất độc lập có thành phần hố học khơng đổi (có thể ngun tố hố học hợp chất hoá học), chúng tạo nên tất pha hệ Có thể đưa vài ví dụ để làm rõ khái niệm này: + Một hệ gồm pha nước lỏng nước đá (ở 00C), có nguyên tử H2O + Hợp kim Cu- Ni hệ gồm nguyên (Cu, Ni) trạng thái rắn lỏng có pha chúng tạo dung dịch rắn lỏng đồng BỘ MÔN VẬT LIỆU KỸ THUẬT 3.2 CÁC PHA VÀ TÍNH CHẤT CÁC PHA TRONG HỢP KIM Cấu trúc mạng tinh thể hợp kim phức tạp kim loại nguyên chất - Nếu mạng tinh thể hợp kim giữ nguyên kiểu mạng kim loại nguyên chất, làm biến đổi thông số mạng gây xơ lệch dạng cấu tạo gọi dung dịch rắn - Nếu mạng tinh thể hợp kim khác hẳn với mạng nguyên tố thành phần dạng cấu tạo gọi hợp chất hố học hay pha trung gian BỘ MƠN VẬT LIỆU KỸ THUẬT 3.2 CÁC PHA VÀ TÍNH CHẤT CÁC PHA TRONG HỢP KIM 3.2.1 Dung dịch rắn a, Khái niệm: - Dung dịch rắn có nhiều điểm giống với dung dịch lỏng, song điểm khác chúng dung dịch rắn có cấu tạo tinh thể - Khi nguyên tố hoà tan vào trạng thái rắn, nguyên tố giữ nguyên kiểu mạng gọi dung mơi, ngun tố phân bố vào mạng nguyên tố dung môi gọi nguyên tố hoa tan - Ký hiệu dung dịch rắn chữ , ,  A (B) đó: A – dung mơi, B – ngun tố hồ tan BỘ MƠN VẬT LIỆU KỸ THUẬT 3.2.1 Dung dịch rắn b, Các đặc tính chung dung dich rắn - Có liên kết kim loại; - Có kiểu mạng tinh thể kim loại dung mơi; - Thành phần nguyên tố thay đổi phạm vi mà khơng làm thay đổi kiểu mạng; - Độ bền, độ cứng cao kim loại dung mơi độ dẻo cao giữ nguyên kiểu mạng kim loại dung môi, (Do mạng tinh thể bị xô lệch) - Tuỳ theo vị trí phân bố ngun tố hồ tan mạng tinh thể dung mơi, có hai loại dung dịch rắn thay xen kẽ BỘ MÔN VẬT LIỆU KỸ THUẬT 3.2.1 Dung dịch rắn c, Dung dịch rắn thay - Khi nguyên tử ngun tố hồ tan vào vị trí nút mạng ngun tố dung mơi tạo nên dung dịch rắn thay Điều kiện: Dntht  Dntdm - Tuy nhiên làm xô lệch mạng tăng độ bền, độ cứng giảm chút độ dẻo dai so với dung mơi -ngun tử dung mơi -ngun tử hồ tan BỘ MÔN VẬT LIỆU KỸ THUẬT 3.2.1 Dung dịch rắn Theo độ hoà tan lại chia dung dich rắn (thay thế) hồ tan vơ hạn hồ tan có hạn * Dung dịch rắn hồ tan vơ hạn - Khi ngun tử hồ tan B thay vị trí nguyên tử dung môi A cách liên tục, ta dung dịch rắn hồ tan vơ hạn A(B) BỘ MƠN VẬT LIỆU KỸ THUẬT A(B) B(A) 3.2.1 Dung dịch rắn * Dung dịch rắn hồ tan vơ hạn :Điều kiện cần để hai kim loại hòa tan vơ hạn vào là: - Có kiểu mạng; - Đường kính ngun tử sai khác (dưới 8% hồ tan vào Fe); - Các tính chất lý, hố gần giống nhiệt độ chảy; - Có hố trị BỘ MƠN VẬT LIỆU KỸ THUẬT 10 3.4.3 Dạng dản đồ * Ferit ( - F - Fe ): - Là dung dịch rắn xen kẽ Cacbon Fe , có mạng lập phương thể tâm giản đồ trạng thái Ferit có vùng GPQ Độ hoà tan Cacbon Fe nhỏ: 7270C 0,02%, 00C 0,006% Bởi coi Ferit sắt nguyên chất - Ferit pha dẻo dai 58 3.4.3 Dạng dản đồ * Austenit ( - Fe ): - Là dung dịch rắn xen kẽ Cacbon Fe, có dạng lập phương diện tâm Độ hoà tan Cacbon Fe 11470C 2,14% 7270C 0,8% - Austenit pha dẻo dai song tồn nhiệt độ lớn 7270C - Tổ chức Austenit hạt sáng đa cạnh có song tinh (thỉnh thoảng có hai đường song song cắt ngang hạt) Rất quan sát tổ chức nhiệt độ cao Chỉ lượng Mn Ni lớn làm Austenit tồn nhiệt độ thường 59 3.4.3 Dạng dản đồ d, Tổ chức hai pha * Peclit (P- [Fe + Fe3C]): - Là hỗn hợp học tích Ferit Xêmentit (F +Xe) Khi thành phần hoá học Austenit 0,8%C xảy chuyển biến tích 7270C: Fe(C)0,8 Austenit [F +Xe] Peclit - Gồm Peclit Peclit hạt - Peclit tổ chức có Xêmentit dạng Khi quan sát tổ chức tế vi thấy vạch Xêmentit tối Peclit sáng - Peclit hạt tổ chức có Xêmentit dạng hạt 60 3.4.3 Dạng dản đồ * Lêđêburít [Le – ( + Xe) – (P + Xe) ]: - Là hỗn hợp học tinh Ơstenít Xêmentít + Khi thành phần Cacbon hợp kim lỏng 4,3%C 11470C xẩy chuyển biến tinh: L4,3  ( + Xe) + Tiếp tục làm nguội hợp kim xuống 7270C có phản ứng tích  chuyển thành Péclít Bởi t0 < 7270C: Le  (P + Xe) + Phân tích đến Lêđêburít hỗn hợp Ferit Xêmentít Trong Xêmentít nhiều nên Lêđêburít cứng dòn Le  (F + XeI) + XeII 61 3.4.3 Dạng dản đồ e, Các điểm tới hạn Các điểm tới hạn nhiệt độ chuyển biến trạng thái rắn hợp kim Cácbon ký hiệu chữ A Ở ta xét điểm tới hạn có liên quan đến nhiệt luyện A1, A3 Acm + A1(7270C) PSK – chuyển biến tích: - Khi làm nguội: Austenit  P(F + Xe); - Khi nung nóng: P(F + Xe)  Austenit 62 3.4.3 Dạng dản đồ + A3 (911  7270C) - GS - Khi làm nguội: Austenit  Ferít - Khi nung nóng: Ferít hồ tan vào Austenit + Acm (1147  7270C) - ES - Khi làm nguội: Austenit  Xe - Khi nung nóng: Xe hoà tan vào Austenit 63 3.4.3 Dạng dản đồ - Bởi đối vói nhiệt độ chuyển biến nung nóng có thêm “C” làm nguội có thêm chữ “r” điền vào sau chữ A - Ta ln có : Ac1 > A1 > Ar1 Ac3 > A3 > Ar3 Accm > Acm > Arcm 0,8 64 3.4 GIẢM ĐỒ TRẠNG THÁI SẮT - CACBON 3.4.4 Tổ chức tế vi thép gang theo giản đồ trạng thái Fe - C a, Khái niệm thép gang - Thép gang hợp chất Fe – C - Tất loại thép có tổ chức tính khác Khi nung nóng đường GSE có chung pha là:  - Thép coi vật liệu dẻo; - Tính đúc thấp 0,8 65 3.4 GIẢM ĐỒ TRẠNG THÁI SẮT - CACBON - Gang hợp kim Fe - C với thành phần C > 2,14% - Gang dòn khơng thể biến dạng được; - Gang có tính đúc tốt; - Gang theo giản đồ trạng thái Fe – C gang trắng 66 3.4 GIẢM ĐỒ TRẠNG THÁI SẮT - CACBON b, Các loại thép, gang theo giản đồ pha Fe – C * Tổ chức tê vi thép Cacbon + Thép trước tích – có thành phần C từ 0,1  0,7% - Với tổ chức tế vi là: Ferít + Peclit  0,8 67 3.4 GIẢM ĐỒ TRẠNG THÁI SẮT - CACBON + Thép tích – Có thành phần C = 0.8 % - Với tổ chức tế vi Peclít (P) 0,8 68 3.4 GIẢM ĐỒ TRẠNG THÁI SẮT - CACBON + Thép sau tích – Có thành phần %C > 0,8% - Với tổ chức tế vi P + XeII 0,8 69 3.4 GIẢM ĐỒ TRẠNG THÁI SẮT - CACBON * Tổ chức tế vi gang trắng - Theo tổ chức tế vi thành phần cácbon chia giang trắng làm loại: + Gang trắng trước tinh có %C < 4,3% với tổ chức: P + XeII + Le 70 3.4 GIẢM ĐỒ TRẠNG THÁI SẮT - CACBON + Gang trắng tinh có thành phần C = 4,3% với tổ chức: Le(P + Xe) 71 3.4 GIẢM ĐỒ TRẠNG THÁI SẮT - CACBON + Gang trắng sau tinh có C > 4,3% với tổ chức: Le + XeI 72 ... hợp học tinh tích BỘ MÔN VẬT LIỆU KỸ THUẬT 20 3. 3 GIẢN ĐỒ TRẠNG THÁI CỦA HỆ HỢP KIM HAI NGUYÊN 3. 3.1 Khái niệm giản đồ trạng thái a, Định nghĩa - Giản đồ trạng thái giản đồ biểu thị biến đổi tổ... BỘ MƠN VẬT LIỆU KỸ THUẬT 25 3. 3 GIẢN ĐỒ TRẠNG THÁI CỦA HỆ HỢP KIM HAI NGUYÊN 3. 3.2 Giản đồ trạng thái hai nguyên loại - Giản đồ trạng thái hai nguyên A B, hoàn toàn hoà tan vào trạng thái lỏng,... BỘ MƠN VẬT LIỆU KỸ THUẬT 22 3. 3.1 Khái niệm giản đồ trạng thái c, Cấu tạo giản đồ trạng thái hai nguyên - Đối với kim loại nguyên chất Giản đồ pha Fe (Giản đồ nguyên) - Đối với hệ hợp kim nguyên