Chương 3 Hợp kim và Giản đồ pha

Chương Hợp kim & Giản đồ pha Nội dung 3.1 Cấu trúc tinh thể hợp kim 3.1.1 Khái niệm hợp kim 3.1.2 Dung dịch rắn 3.1.3 Pha trung gian 3.2 Giản đồ pha hai cấu tử 3.3 Giản đồ pha Fe - C 3.1 Cấu trúc tinh thể hợp kim 3.1.1 Khái niệm hợp kim  Hợp kim hợp chất nhiều nguyên tố, nguyên tố (nền) phải kim loại Các nguyên tố khác (kim loại/phi kim) Hàm lượng nhỏ, không ảnh hưởng đến tính chất : tạp chất Hàm lượng đủ lớn, ảnh hưởng đến tính chất : NTHK Hợp kim Cu-Zn Thép: HK Fe-C  Ưu điểm hợp kim gì? • Độ bền cao hơn, cho phép chế tạo chi tiết chịu tải nặng Vật liệu σb, MPa σch MPa δ% HB Al 99,95% 50 10 45 15 AA7075 228 103 17 60 AA7075 (tơi+hóa già) 600 560 11 150 AA7075: 6%Zn, 2,4%Mg, 1,6%Cu, 0,3%Mn • Tính cơng nghệ đa dạng: cắt gọt, GCAL, đúc, nhiệt luyện… •Trong nhiều trường hợp, nấu HK dễ nấu KL nguyên chất Trong HK, nguyên tố tương tác → pha  Pha: Phần đồng hệ có cấu trúc, trạng thái, kiểu mạng, có tính chất cơ-lý-hố tính xác định, phân cách bề mặt phân chia pha Pha B Pha A  Tính chất HK phụ thuộc: • HK có pha • Sự phân bố pha • Kích thước, hình dạng pha • Tỷ lệ pha HK Ví dụ: Thép cácbon C40, với %C = 0,4% C40 trạng thái tôi: (a) Độ cứng cao, độ dẻo thấp; tổ chức: Mactenxit (phần lớn) + Austenit dư C40 trạng thái ủ: (b) Độ cứng thấp, độ dẻo cao; tổ chức: Ferit + Xementit  Phân loại tương tác hợp kim Nấu hợp kim từ thành phần A B Không có tương tác Hỗn hợp học pha A B L (A+B) Có tương tác Dung dịch rắn (Pha dung dịch rắn) A(B); B(A) Hợp chất hóa học (Pha trung gian) AmBn A(B) A B 3.1.2 Dung dịch rắn Khái niệm: pha đồng nhất, kiểu mạng dung môi (kim loại nền), nguyên tử chất tan xếp lại mạng dung môi cách đặn ngẫu nhiên Ký hiệu: A(B) = Dung dịch rắn B hịa tan A Ví dụ: Zn(Cu); Cu(Zn); Feα(C); Feγ(C) Giới hạn hòa tan: Nồng độ lớn chất tan hịa tan mạng dung môi để tạo dung dịch rắn Dụng dịch rắn thay Dung dịch rắn xen kẽ Dung dịch rắn xen kẽ Dung dịch rắn thay nguyên tử chất tan thay vị trí nguyên tử dung môi mạng tinh thể nguyên tử hòa tan nằm xen kẽ vào lỗ hổng mạng tinh thể dung môi d ht  0,59 d dm → rnt hòa tan nhỏ, giới hạn hịa tan thấp, ln hịa tan có hạn d  d dm  d ht d dm  15% Lý hóa tính tương tự → Có thể hịa tan vơ hạn r8Am1  0,414rFe ; rFe  1,241Ao ; rC  0,77 Ao Điều kiện thay (hồ tan) vơ hạn - kiểu mạng tinh thể - kích thước nguyên tử khác ( kim loại chuyển tiếp có dnt lớn: Fe, Cr, W, Mo… Các đặc tính dung dịch rắn:  Dung dịch rắn có kiểu mạng kim loại nền: Giữ nguyên kiểu mạng, số mạng thay đổi: addr = adm±Δa ; Cơ tính gần giống với tính kim loại dung mơi: dẻo cao, bền thấp  So với kim loại dung mơi, dung dịch rắn có độ bền cao độ dẻo Nồng độ chất tan tăng → tăng bền, giảm dẻo  Thay đổi tính chống ăn mòn, dẫn điện, nhiệt KL nguyên chất  Là pha chiếm 90% vật liệu kết cấu 10 Nội dung 3.1 Cấu trúc tinh thể hợp kim 3.2 Giản đồ pha Fe – C 3.3.1 Tương tác Fe C 3.3.2 Giản đồ pha Fe-C (Fe-Fe3C) 3.3.3 Phân loại thép-gang theo GĐP 3.3.4 Các đường tới hạn 20 3.3.1 Tương tác Fe C  Fe nguyên chất: Có dạng thù hình: Mềm dẻo, σb = 250MPa, HV = 80, δ = 50% A2  Sự tương tác Fe C: rFe = 0,124 nm, rC= 0,077 nm, rC/rFe ~ 0,6 Fe nguyên chất, đưa thêm C: → dung dịch rắn xen kẽ: C → Feα tạo Feα(C): %C hịa tan C → Feγ tạo Feγ(C): %C hòa tan nhiều A1, a ≈ 3,86Ao A2, a ≈ 2,86Ao C → Feδ tạo Feδ(C): %C hòa tan nhiều Feα → Quá giới hạn hòa tan: tạo pha trung gian Fe3C, %C = 6,67% rlt (max) = r8m= 0,414rFe = 0,051 nm rlt (max) = r4m= 0,291rFe = 0,036 nm 21 3.3.2 Giản đồ pha Fe-C (Fe-Fe3C) oC 1539 A H δ B J 1392 N 14990C L γ+L γ +γ 11470C 2,14 4,3 7270C F K 0,02 0,8 P L+ Fe3C D +Fe3C 911 G S  E C  +Fe3C Q 6,67 0,006 Fe %C Fe3C 22 Các tổ chức pha GĐP Fe-Fe3C Pha  (Ferit, F): γ Fe (C), A2, Mềm, dẻo 11470C E 2,14 %Cmax = 0,02% @7270C = điểm P GPQ = giới hạn hòa tan C vào Fe Pha  (Austenit, Aust ): G +Fe3C +γ Fe (C), A1, Mềm, dẻo %Cmax = 2,14% @11470C = điểm E  P S 0,02 0,8 GSE = giới hạn hòa tan C vào Feγ 7270C  +Fe3C Pha Fe3C (Xementit, Xe, Fe3C) Pha trung gian, %C = 6,67%, trực thoi Q Rất cứng giòn 0,006 23 Các tổ chức hai pha GĐP Fe-Fe3C Tổ chức Peclit (P ) Tnc Xét thép có %C = 0,8 = điểm S Cb tích: 7270C, điểm S: 7270C 0,8 → T1 γ+L [0,02 + Fe3C6,67] Tổ chức Peclit γ Fe3C  G P  +γ S T2 0,02 P Fe3C  P hạt Q E 11470C 2,14 +Fe3C 7270C 0,8 P[+Fe3C]  L  +Fe3C 24 ...Nội dung 3. 1 Cấu trúc tinh thể hợp kim 3. 1.1 Khái niệm hợp kim 3. 1.2 Dung dịch rắn 3. 1 .3 Pha trung gian 3. 2 Giản đồ pha hai cấu tử 3. 3 Giản đồ pha Fe - C 3. 1 Cấu trúc tinh thể hợp kim 3. 1.1 Khái... lệ pha trung gian ~ 10%, tăng độ cứng, độ bền 11 Nội dung 3. 1 Cấu trúc tinh thể hợp kim 3. 2 Giản đồ pha hai cấu tử 3. 2.1 Một số khái niệm 3. 2.2 Giản đồ pha cấu tử 3. 3 Giản đồ pha Fe - C 12 3. 2.1... Mg4Ca3 Lỏng (L) a c L+A E1 L+AmBn E2 L+AmBn AmBn+B A+AmBn A b B+AmBn AmBn B Tách thành hai giản đồ pha cấu tử đơn giản 30 Nội dung 3. 1 Cấu trúc tinh thể hợp kim 3. 2 Giản đồ pha Fe – C 3. 3.1 Tương