KẾT TINH VÀ KHUẾCH TÁN TRONG VẬT LIỆU

CHỈÅNG : KÃÚT TINH V KHÚCH TẠN TRONG VÁÛT LIU 3.1.QUAẽ TRầNH KT TINH Tặè TRANG THAẽI LONG : Pháưn låïn cạc kim loải âỉåüc luûn bàịng phỉång phạp nỏỳu chaớy loớng sau õoù õem õuùc thaỡnh hỗnh saớn pháøm hay bạn thnh pháøm Cháút lỉåüng ca váût âục phuỷ thuọỹc phỏửn lồùn vaỡo quaù trỗnh chuyóứn tổỡ traỷng thaùi loớng sang traỷng thaùi rừn, õoù laỡ quaù trỗnh kãút tinh Âënh nghéa : kãút tinh l quạ trỗnh hỗnh thaỡnh maỷng tinh thóứ tổỡ traỷng thaùi loớng v thỉåìng gi l kãút tinh láưn thỉï nháút 3.1.1.ióửu kióỷn nng lổồỹng cuớa quaù trỗnh kóỳt tinh : Trong tổỷ nhión moỹi quaù trỗnh tổỷ phaùt õóửu xy theo chiãưu gim nàng lỉåüng, tỉïc l theo chiãưu åí trảng thại måïi cọ nàng lỉåüng dỉû trỉỵ nh hån.Vê du û: mäüt hn bi âàût tải vë trê A ln cọ xu hỉåïng xúng vi trê B äøn âënh hån Trong trỉåìng håüp naỡy nng lổồỹng dổỷ trổợ chờnh laỡ thóỳ Hỗnh 3.1- Så âäư biãøu thë vë trê äøn âënh nàng ca hn bi (1), khäng äøn âënh(2) v gi äøn âënh (3) Trong hãû thäúng váût cháút gäưm chuøn âäüng ca caùc chỏỳt õióứm (nguyón tổớ, phỏn tổớ) thỗ nng lổồỹng dỉû trỉỵ âỉåüc âàûc trỉng bàịng nàng lỉåüng tỉû F F = U - TS ∆F Trong âoï : -U l näüi nàng ca hãû thäúng -S l enträpi -T l nhiãût âäü tuût âäúi 0K Nàng lỉåüng tỉû thay âäøi theo Fr nhiãût âäü v cạc úu täú khạc Tỉì biãøu âäư vãư mäúi quan hãû giỉỵa nàng lỉåüng tỉû v nhiãût Fl âäü ta tháúy : Ts -Våïi T > Ts ta coï Fr > Fl âọ kim Nhiãût âäü loải täưn tải åí traỷng thaùi loớng Hỗnh 3.2 - Sồ õọử bióỳn õọứi nàng -Våïi T < Ts ta coï Fr < Fl , âọ lỉåüng tỉû ∆F ca trảng thại lng v ràõn theo nhiãût âäü kim loải täưn tải åí trảng thại ràõn Nhỉ váûy lm ngüi kim loải lng xúng dỉåïi nhiãût âäü Ts s cọ quạ trỗnh kóỳt tinh xaớy Taỷi nhióỷt õọỹ Ts ta cọ Fr = Fl, nàng lỉåüng tỉû ca hai traỷng thaùi bũng nhau, quaù trỗnh kóỳt tinh chổa xy ra,nghéa l giỉỵa kim loải ràõn v kim loải lng cọ cán bàịng âäüng Âiãưu âọ cọ nghi l : nãúu cọ mäüt lỉåüng kim loải lng kãút tinh thỗ cuợng coù mọỹt lổồỹng nhổ vỏỷy kim loaỷi ràõn nọng chy Chè åí nhiãût âäü T < Ts , Fr < Fl r rãût sỉû kãút tinh måïi xạy Ts âỉåüc gi l nhiãût âäü kãt tinh lyï thuyãút 37 Nhæ váûy nhiãût âäü kãút tinh thỉûc tãú ln tháúp hån Ts hiãûn tỉåüng ny gi l sỉû quạ ngüi v hiãûu säú giỉỵa hai nhiãût âäü âọ gi l âäü quạ ngüi, k hiãûu ∆T Pháưn låïn cạc kim loải kãút tinh våïi âäü quạ ngüi ∆Tnh , khong tỉì 2-5 0C Tuy nhiãn cng cọ kim lai kãút tinh våïi âäü quạ ngüi låïn (Stibi cọ ∆T = 41oC) Váûy âiãưu kiãûn nàng lỉåüng âãø xy kãút tinh l phi lm ngüi kim loải lng tåïi nhiãût âäü tháúp hån Ts hay kim loải lng chè kãút tinh våïi sỉûü quạ ngüi nháút âënh Ta cng cọ thãø l lûn tỉång tỉû nhổ vỏỷy vồùi quaù trỗnh noùng chaớy vaỡ chuyóứn bióỳn thuỡ hỗnh Do õọỹ quaù nguọỹi vaỡ õọỹ quaù nung ca pháưn låïn kim loải bẹ nãn cọ thãø dỉûa vo Ts âãø xạc âënh nhiãût âäü nọng chy hay kóỳt tinh cuớa kim loỹai 3.1.2.Hai quaù trỗnh cuớa sỉû kãút tinh : Khi nhiãût âäü kim loải loíng xuäúng tháúp hån nhiãût âäü kãút tinh lyï thuyãút Ts, quaù trỗnh kóỳt tinh seợ xaớy Sổỷ kóỳt tinh thổỷc hióỷn õổồỹc laỡ nhồỡ coù hai quaù trỗnh sau : -Trong kim loải lng xút hiãûn nhỉỵng trung tám kãút tinh cọ kêch thỉåïc ráút nh, gi l mỏửm kóỳt tinh Quaù trỗnh naỡy goỹi laỡ taỷo mỏửm -Cạc máưm ny s phạt triãøn lãn v tảo thnh haỷt tinh thóứ Quaù trỗnh naỡy goỹi laỡ phaùt trióứn mỏửm 1-Quaù tỗnh taỷo mỏửm (trung tỏm kóỳt tinh) : Taỷo mỏửm laỡ quaù trỗnh taỷo nón caùc phỏửn tổớ ràõn cọ cáúu tảo tinh thãø, cọ kêch thỉåïc ráút nh lng khäúi kim loải lng, chunïg l nhỉỵng máưm mäúng âáưu tiãn âãø phạt triãøn lãn thnh hảt tinh thãø Theo âàûc phạt sinh máưm âỉåüc chia lm hai loải : máưm tỉû sinh (âäưng pha) v máưm khäng tỉû sinh (k sinh) a-Máưm tỉû sinh (máưm âäưng pha) : L máưm sinh trỉûc tiãúp tỉì kim loảíi lng khäng cáưn sỉû giụp âåỵ ca bãư màût cạc hảt ràõn cọ sàơn âọ Tải nhiãût âäü tháúp hån Ts cạc nhọm ngun tỉí sàõp xãúp cọ tráût tỉû kim loải lng cọ kêch thỉåïc låïn hån mäüt giạ trë xạc âënh ỉïng våïi mäùi nhiãût âäü s cäú âënh lải,khäng tan âi nỉỵa v cọ âiãưu kiãûn phạt triãøn lãn thnh hảt tinh thãø Ta xẹt âiãưu kiãûn nàng lỉåüng ca sỉû tảo máưm ny.Gi sỉí ràịng tải nhiãût âäü no âọ nh hån Ts kim loải lng xút hiãûn n nhọm ngun tỉí sàõp xãúp tráût tỉû cọ thãø têch v Tải nhiãût âäü ny ta cọ Fr < Fl Gi ∆Fv = Fr - Fl,l hiãûu säú nàng lỉåüng tỉû giỉỵa kim loải lng v kim loải ràõn cho mọỹt õồn thóứ tờch kim loaỷi loớng thỗ ∆Fv < T < Ts Khi taûo n nhoùm nguyón tổớ trỏỷt tổỷ noùi trón thỗ nng lỉåüng ca hãû thäúng gim âi mäüt lỉåüng l nv ∆Fv Nhỉng tảo nãn bãư màût tiãúp xục giỉỵa ràõn v lng nãn nàng lỉåüng tỉû s tàng thãm mäüt lỉåüng l nsσ Trong âọ : s l diãûn têch tiãúp xục giỉỵa nhọm ngun tỉí våïi kim loải lng,cn σ l sỉïc bãư màût trãn mäüt âån vë diãûn têch Khi tảo n nhọm ngun tổớ sừp xóỳp coù trỏỷt tổỷ trón thỗ nng lổồỹng c hãû thäúng biãún âäøi mäüt lỉåüng l: ∆F = - nv ∆Fv + nsσ Coi cạc nhọm ngun tỉí trỏỷt tổỷ coù daỷng hỗnh cỏửu baùn kờnh r, ta coï: ∆F = - πr3n∆Fv + 4πr2nσ (1) 38 nhióỷt õọỹ nhỏỳt õởnh nhoớ hồn Ts thỗ ∆Fv v σ l hàịng säú nãn ∆F = f(r) Bàịng thỉûc nghiãûm ngỉåìi ta â v âỉåüc âäư thë vãư sỉû phủ thüc giỉỵa nàng lỉåüng tỉû v bạn kênh r ca nhọm ngun tỉí tráût tỉû Tỉì âäư thë âọ ta nháûn tháúy : -Nãúu nhọúm ngun tổớ trỏỷt tổỷ coù r1 < rth thỗ noù phạt triãøn lãn lm cho nàng lỉåüng ca hãû thäúng tàng lãn,khäng ph håüp våïi tỉû nhiãn nãn s tan âi -Nãúu nhọm ngun tỉí trátû tỉû cọ r2 > rth phạt triãøn lãn lm gim nàng lỉåüng ca hãû thäúng v tråí thnh máưm tháût sỉû Kãút luáûn : taûi mäüt nhiãût âäü nháút âënh nho hån Ts kim loải lng cọ vä säú nhọm ngun tỉí sàõp xãúp tráût tỉû cọ kêch thỉåïc khạc Chè nhỉỵng nhọm no cọ kêch thỉåïc låïn hån mäüt giạ trë tåïi hản no âọ måïi tråí thnh máưm thátû sỉû,cn nhỉỵng nhọm khạc tan âi Ta cọ thãø tờnh baùn kờnh tồùi haỷn nhổ sau : tỗm giaù trë cỉûc âải ca biãøu thỉïc (1) v 2σ û(2) , giạ trë r = khäng cọ nghéa Khi nhiãût âäü kãút tinh cng tháúp (∆Fv âỉåüc rth = Fv lồùn) thỗ rth caỡng nhoớ vaỡ caỡng cọ nhiãưu nhọm ngun tỉí tráût tỉû cọ kêch thỉåïc låïn hån rth âãø tråí thnh máưm Do âọ sỉû kãút tinh xy dãù dng hån Tải T = Ts ta coù rth = , quaù trỗnh sinh máưm khäng xy ∆F r1 rth r2 r Hỗnh 3.3 - Quan hóỷ giổợa baùn kờnh mỏửm vaỡ ∆F b-Máưm khäng tỉû sinh (k sinh) : L máưm kãút tinh âỉåüc tảo nãn trãn bãư màût ca cạc hảt ràõn cọ sàơn kim loải lng Trong kim loải lng khäng thãø ngun cháút tuût âäúi âỉåüc,nãn bao giåì cng cn tảp cháút Âọ l cạc cháút láùn läün khäng tan : bủi than,bủi tỉåìng l, cạc ọxyt, nitrit Chuùng giuùp cho quaù trỗnh sinh mỏửm trãn bãư màût ca chụng xy dãù dng hån Vai tr ca máưm khäng tỉû sinh ráút quan trng thổỷc tóỳ vaỡ vỏỷy quaù trỗnh kóỳt tinh xy ráút nhanh chọng Máưm tỉû sinh bao gäưm : -Cạc pháưn tỉí váût láùn läün khäng tan ráút nh äxyt, bủi tỉåìng l, nitrit, hydrit cọ kiãøu mảng v kêch thỉåïc khäng sai khạc nhiãưu våïi kim loải kãút tinh -Cạc hảt ráút nh cọ kh nàng háúp thủ trãn bãư màût ca chụng nhỉỵng ngun tỉí kim loải kãút tinh -Thnh khn âục, âàûc biãût l cạc vãút nỉït v chäù läưi lm trãn thnh khn 2-Quaù trỗnh phaùt trióứn mỏửm : Sau caùc mỏửm âỉåüc tảo chụng s tiãúp tủc phạt tiãøn lãn thaỡnh haỷt tinh thóứ.Quaù trỗnh naỡy laỡm cho nng lổồỹng tỉû ca hãû gim âi ph håüp våïi tỉû nhión (laỡ quaù trỗnh tổỷ 39 phaùt)ỡ.Ta coù thóứ minh hoỹa quùa trỗnh naỡy bũng cồ cỏỳu mỏửm hai chióửu (Cosen) v cå cáúu máưm kãút tinh cọ lãûch xồõn σαβ σβγ θ σγα σαβ α r γ a) β σββ θ β α β σαβ b) Hinh 3.4- Máöm k sinh dảng chm cáưu (a) v dảng tháúu kênh (b) 3.1.3.Cạc úu täú nh hỉåíng âãún kêch thỉåïc hảt, cạc phỉång phạp lm nh hảt Sau âục hảt kim loaỷi khaù lồùn, nhióửu trổồỡng hồỹp coù thóứ nhỗn tháúy bàịng màõt thỉåìng Trong k thût âục ln cọ xu hổồùng laỡm nhoớ haỷt kim loaỷi vỗ haỷt nhoớ cọ cå täút hån v êt dn hån Trong mäüt säú trỉåìng håüp u cáưu ca k thût ta måïi lm cho hảt låïn âục Sau âục hảt kim loải khạ låïn, nhiãưu trỉåìng håüp cọ thóứ nhỗn thỏỳy bũng mừt thổồỡng Trong kyợ thuỏỷt õuùc luọn coù xu hổồùng laỡm nhoớ haỷt kim loaỷi vỗ hảt nh cọ cå täút hån v êt dn hån Trong mäüt säú trỉåìng håüp u cáưu ca k thût ta måïi lm cho hảt låïn âục a-Cạc úu täú nh hỉåíng âãún âäü låïn hảt : Trong thỉûc tãú cọ nhiãưu úu täú nh hỉåíng âãún âäü låïn ca hảt kim loải nhỉng nh hỉåíng mảnh nháút l âäü quạ ngüi ∆ T Âãø âạnh giạ nh hỉåíng ca âäü quạ ngüi âãún âäü låïn hảt ta sỉí dủng hai âải lỉåüng sau : - Täúc âäü sinh máưm : l säú lỉåüng tám máưm sinh mäüt âån vë thãø têch vaì mäüt âån vë thåìi gian, kyï hiãûu n, âån vë 1/mm3.s - Täúc âäü phat triãøn máưm : l täúc âäü phạt triãøn vãư kêch thỉåïc di ca tám máưm mäüt âån vë thåìi gian, kyï hiãûu v, âån vë mm/s Tọỳc õọỹ sinh mỏửm caỡng lồùn thỗ kờch thổồùc hảt cng nh v täúc âäü phạt triãøn máưm cng tng thỗ kờch thổồùc haỷt caỡng lồùn Bũng thổỷc nghióỷm, ngỉåìi ta â âỉåüc kêch thỉåïc hảt A theo hai âải lỉåüng trãn sau : v våïi a l hãû säú thỉûc nghiãûm n Tỉì âọ ta tháúy ràịng : ngun l chung âãø tảo hảt nh l tàng täúc âäü sinh máưm v hản chãú täúc âäü phạt triãøn máưm b-Cạc phỉång phạp lm nh hảt : Trong thỉûc tãú ngỉåìi ta thỉåìng sỉí dủng cạc phỉång phạp lm nh hảt sau âáy : - Tàng âäü quạ ngüi kãút tinh : Âäü quạ ngüi phủ thuäüc vaìo täúc âäü nguäüi, täúc âäü nguäüi caìng låïn thỗ õọỹ quaù nguọỹi caỡng tng óứ tng tọỳc õọỹ ngüi ngỉåìi ta dng khn A=a 40 kim loải cọ dáùn nhiãût cao thay cho khuän caït Våïi caïc váût âục låïn ta cn dng nỉåïc lảnh lm ngüi ngoi thnh khn kim loải - Phỉång phạp biãún : * Tàng säú lỉåüng tám máưm khäng tỉû sinh : ngỉåìi ta cäú cho vo kim loải lng cạc cháút âàûc biãût âãø giụp cho sỉû tảo máưm khäng tỉû sinh Vê dủ trỉåïc rọt thẹp ngỉåìi ta cho mäüt lỉåüng nh nhäm vo thng thẹp lng (20g/táún thẹp lng) Nhäm s kãút håüp våïi ä xy, ni tå tan thẹp tảo cạc pháưn tỉí Al2O3, AlN ráút nh mën, lå lỉíng phán tạn âãưu thẹp lng Âáy l nhỉỵng máưm khäng tỉû sinh lm cho hảt thẹp nh hån * Hản chãú täúc âäü phạt triãøn máưm : ngỉåìi ta cho vo kim lai lng mäüt cháút âàûc biãût, tan v háúp phủ vo bãư màût máưm hản chãú sỉû phạt triãøn di ca máưm Vê dủ : âục håüp kim nhäm -si lic ngỉåìi ta cho vo mäüt häùn håüp múi natri (NaCl, NaF), chụng tan vo v hản chãú sỉû phạt triãøn ca tinh thãø si lic Do váûy lm cho hảt nh * Ngoi cn cháút biãún cọ tạc dủng lm thay âäøi hỗnh daùng haỷt (taỷo graphờt cỏửu gang) caới thióỷn ráút mảnh cå ca váût liãûu Cáưn chụ l phi tiãún hnh biãún âụng lục, cháút biãún chè cho vo kim loải lng vi trỉåïc roùt khuọn Nóỳu quaù sồùm thỗ kim loaỷi chổa këp kãút tinh s näøi lãn v âi vo xè Nóỳu quaù muọỹn thỗ khọng kởp phaớn ổùng 3.2.KHUCH TAẽN TRONG VÁÛT LIÃÛU 3.2.1.Cạc âënh lût khúch tạn cå bn : Khúch tạn l sỉû chuøn chäù ngáùu nhiãn ca cạc ngun tỉí (ion, phán tỉí) dao âäüng nhiãût Khúch tạn ca ngun tỉí A nãưn ca chênh loải ngun tỉí âọ (A) gi l tỉû khúch tạn Khúch tạn ca ngun tỉí khạc loải B våïi näưng âäü nh nãưn A gi l khúch tạn khạc loải Âiãưu kiãûn âãø cọ khúch tạn khạc loải l B phi ho tan A Khúch tạn ca c A v B nãưn A hồûc B gi l khúch tạn tỉång häù Trong khúch tạn khạc loải v khúch tạn tỉång häù ln cọ dng ngun tỉí theo chiãưu gim näưng âäü Khúch tạn cọ vai tr quan troỹng nhióửu quaù trỗnh cọng nghóỷ chóỳ taỷo vỏỷt liãûu kãút tinh, thiãu kãút, tảo låïp bạn dáùn p-n, xổớ lyù nhióỷt, quaù trỗnh ọ xy hoaù, 1-Âënh lût Fick I v hãû säú khúch taïn : Âënh luáût Fick biãøu diãùn mäúi quan hãû giỉỵa dng ngun tỉí khúch tạn J qua mäüt âån vë bãư màût vng gọc våïi phỉång khúch tạn v gradien näưng âäü dc/dx : dc J= -D = - D grad c (3.1) dx Trong âọ dáúu trỉì chè dng khúch tạn theo chiãưu gim näưng âäü D - l hãû säú khúch tạn, thỉåìng âo bàịng cm2/s Trong nhiãưu trỉåìng håüp D phủ thüc nhiãût âä theo quy luáût : (3.2) D = Do exp (- Q/RT) Våïi Do - l hàịng säú, cm /s Q - hoảt nàng khúch tạn kcal/mol T - nhiãût âäü khúch tạn, oK 41 R - hàịng säú khê, R = 1,98 cal/mol Tỉì nhỉỵng trë säú Do v Q cọ thãø xạc âënh hãû säú khúch tạn D åí nhióỷt õọỹ bỏỳt kyỡ vaỡ õỷc õióứm cuớa quaù trỗnh khuãúch taïn (cå chãú khuãúch taïn) 2-Âënh luáût Fick : Nãúu näưng âäü C khäng nhỉỵng l hm ca x maỡ coỡn phuỷ thuọỹc vaỡo thồỡi gian t thỗ âãø thûn tiãûn ngỉåìi ta sỉí dủng âënh lût Fick Trong trỉåìng håüp hãû säú khúch tạn khäng phủ thüc näưng âäü, biãøu thỉïc ca âënh lût Fick nhæ sau : ∂ 2C ∂C =D = D.∇c (3.3) x t Nghióỷm cuớa phổồng trỗnh (3.3) trổồỡng håüp khúch tạn mäüt cháút cọ näưng âäü Cs trãn bãư màût vo bãn máùu våïi näưng âäü ban âáưu Co (Cs > Co) cọ dảng : C(x,t) = Cs - (Cs - Co)erf (x/2 Dt ) (3.4) Trong âọ erf (L) - l hm sai ca âải lỉåüng L âỉåüc sàơn cạc säø tay toạn hc Tỉì biãøu thỉïc (3.4) ta tháúy ràịng C(x,t) t lãû våïi (x/2 Dt ) nãúu Cs v Co l hàịng säú, cọ nghéa l chiãưu sáu x ca låïp khúch tạn våïi näưng âäü C no âọ t lãû thûn våïi Dt 3.2.2.Cå chãú khuãúch taïn : Cå chãú khuóỳch taùn giaới thờch trở sọỳ Do vaỡ Q, tỗm hióứu baớn chỏỳt cuớa nhổợng quaù trỗnh dởch chuyóứn nguyón tỉí (ion, phán tỉí) nhỉỵng váût liãûu khạc 1-Trong dung dëch ràõn thay thãú : Trong váût liãûu ny, cạc ngun tỉí khúch tạn theo cå chãú nụt träúng, tỉïc l ngun tỉí dëch chuøn âãún nụt träúng bãn cảnh Âãø thỉûc hiãûn âỉåüc bỉåïc dëch chuøn váûy, cáưn phi cọ hai âiãưu kiãûn : -Ngun tỉí cọ hoảt nàng Gvm â âãø phạ våỵ liãn kãút våïi nhỉỵng ngun tỉí bãn cảnh, nåïi räüng khong cạch hai ngun tỉí åí giỉỵa nụt träúng v ngun tỉí dởch chuyóứn (nguyón tổớ vaỡ hỗnh 3.2a.) Sọỳ lỉåüng nhỉỵng ngun tỉí cọ hoảt nàng váûy t lãû våïi exp(- ∆ Gvm /kT) -Cọ nụt träúng nàịm cảnh ngun tỉí : näưng âäü nụt träúng t lãû våïi exp(- ∆ Gvf /kT), âọ ∆ Gvf l nàng lỉåüng tảo nụt träúng, cọ nghéa l nàng lỉåüng cáưn âãø tạch ngun tỉí nụt mảng mảng hon chènh, nàng lỉåüng ny t lãû våïi nhiãût hoạ håi Nhỉ váûy kh nàng khúch tạn phủ thüc vo xaùc suỏỳt cuớa hai quaù trỗnh trón vaỡ hóỷ sọỳ khúch tạn cọ thãø viãút dỉåïi dảng : (3.5) D = const.exp (- ∆ Gvf /kT) exp (- ∆ Gvm /kT) Nãúu kãø âãún mäúi quan hãû G = H - TS ( våïi H laì entanpi, S laì entropi) v biãøu thỉïc (3.2) ca D, ta xạc âënh âỉåüc Q v Do sau : Q = ∆ Hvm + ∆ Hvf (3.6) v v Do = const exp [( ∆ S f + ∆ S m)/k] (3.7) v v v Bàịng cạch so sạnh Q v täøng ∆ H m + [( ∆ S f + ∆ S m)/k cọ thãø dỉû âoạn sỉû cọ màût ca cå chãú nụt träúng váût liãûu củ thãø Trong nhiãưu kim loải ∆ Hvm + ∆ Hvf = 13eV/ngun tỉí v ( ∆ Svf + ∆ Svm)/k = 2, âọ Do = 0,1-10cm2/s Hoảt nàng khúch tạn Q liãn quan âãún nàng lỉåüng tạch v dëch chuøn ngun tỉí nụt mảng, âọ ta cọ : (3.8) Q ∼ Lnc ∼ Tnc 42 Nhỉ váûy tải nhiãût âäü â cho, váût liãûu cọ Tnc cng låïn thỗ Q caỡng lồùn vaỡ D caỡng nhoớ 2-Trong dung dëch ràõn xen k : Trong dung dëch ràõn xen l, cạc ngun tỉí ho tan thỉåìng cọ âỉåìng kênh nh (H, O,N, C ) cọ thãø chuøn tỉì vë trê läù häøng ny (giỉỵa cạc nụt mảng) sang cạc läù häøng khạc Âáy l hiãûn tỉåüng khúch tạn theo cå chãú giỉỵa cạc nụt mảng Âãø chuøn âãún läù häøng bãn cảnh, ngun tỉí xen k phi vỉåüt âỉåüc thóỳ nng Gim (hỗnh 3.2b) Bón caỷnh caùc nguyón tỉí xen k ln ln cọ läù häøng v lỉåüng cạc läù häøng mảng l xạc âënh v nhiãưu hån ngun tỉí xen k nãn "näưng âäü" läù häøng khäng nh hỉåíng âãún hãû säú khúch tạn Trong trỉåìng håüp ny ta cọ : D = const.exp( ∆ Sim /k) exp (- ∆ Him /kT) (3.9) (3.10) Do âoï Q = ∆ Him i Do = const.exp ( ∆ S m /k) (3.11) Q v Do nọi chung cọ giạ trë nh hån so våïi cå chãú nụt träúng Q phủ thüc ch úu vo kêch thỉåïc ngun tỉí xen keợ ( nguyón tổớ caỡng nhoớ thỗ D caỡng låïn) v máût âäü xãúp chàût ca kim loải nãưn 3-Trong cạc tinh thãø liãn kãút ion v liãn kãút âäưng hoạ trë : tinh thãø ca håüp cháút ion (vê dủ NaCl) nãúu khuút táût Schottky (nụt träúng) laỡ õaùng kóứ thỗ khuóỳch taùn theo cồ chóỳ nuùt träúng Trong âọ cation Na+ khúch tạn nhanh hån anion (Cl-) vỗ cation coù kờch thổồùc nhoớ hồn Nóỳu nọửng õọỹ nuùt trọỳng õuớ lồùn thỗ caùc nuùt trọỳng seợ tảo càûp (nụt träúng kẹp) âãø gim nàng lỉåüng ca hãû, âọ entanpi dëch chuøn cọ giạ trë nh dáùn âãún D låïn v khäng cọ sỉû khạc âạng kãø giỉỵa D ca cation v anion Tỉång tỉû biãøu thỉïc (3.8) ta cọ mäúi quan hãû hoảt nàng khúch tạn tinh thãø ion sau : (Qcation + Qanion) ∼ Lnc ∼ Tnc Trong tinh thãø ion näưng âäü khuút táût Frenkel (nụt träúng v cation xen k) l âạng kãø (vê dủ AgBr) cation xen k (Ag+) khúch tạn theo cå chãú giỉỵa nụt mảng khäng trỉûc tiãúp (cå chãú âøi) : ngun tỉí xen k âøi ngun tỉí cảnh tỉì vë trê nụt träúng nụt mảng âãún läù häøng Entanpi chuøn chäù váûy nh hån entanpi chuøn chäù ca nụt träúng Trong cạc tinh thãø cọ liãn kãút âäưng hoạ trë (vờ duỷ SiO2, Si, Ge) quaù trỗnh khuóỳch taùn cuớa cạc ngun tỉí thnh pháưn (vê dủ ca Si v O SiO2) v nhỉỵng ngun tỉí thay thãú (Ag mảng SiO2) l ráút cháûm (khong 10-11 cm2/såí gáưn nhióỷt õọỹ noùng chaớy) vỗ noù phaới phaù vồợ phaù våỵ liãn kãút ráút bãưn mảng v khúch tạn theo cå chãú nụt träúng 4-Trong váût liãûu kim loải vọ õởnh hỗnh : Trong vỏỷt lióỷu vọ õởnh hỗnh khäng cọ sỉû khạc âạng kãø giỉỵa nụt träúng v läù häøng cng khäng cọ chu k ca vë trê ngun tỉí Näưng âäü khuút táût ráút låïn v kẹm äøn âënh, âọ chụng dãù kãút håüp våïi hồûc våïi ngun tỉí ho tan Trong váût liãûu ny cọ thãø täưn tải cạc cå chãú khúch tạn sau : -Cạc loải ngun tỉí kêch thỉåïc nh (H,O ) khúch tạn theo cå chãú giỉỵa cạc nụt mảng, Q cọ giạ trë nh (0,25 - 0,5eV/ngun tỉí) Khi âỉåìng kênh ngun tỉí v khäúi lỉåüng ngun caỡng nhoớ thỗ hóỷ sọỳ khuóỳch taùn D caỡng lồùn -Mäüt säú ngun tỉí Au, Pt, Pb v cạc håüp phỉïc ca chụng khúch tạn theo cå chãú giỉỵa nụt mảng nhỉỵng läù häøng låïn (khong 0,7 âỉåìng kênh ngun tỉí), Q phủ thüc vo nàng lỉåüng liãn kãút ca nhỉỵng håüp phỉïc âọ v cọ trë säú 1-3 eV/ngun tỉí 43 5-Trong váût liãûu polyme : Trong polyme åí trảng thại ràõn háưìu khäng cọ khúch tạn vỗ phaới giổợ cọỳ õởnh goùc õởnh ờt våïi hai polyme bãn caûnh Tuy nhiãn mäüt maûch polyme cọ thãø chuøn âäüng cng våïi nhỉỵng mảch cáúu trục bãn cảnh Hiãûn tỉåüng ny gi l khúch tạn liãn kãút, chè xy åí gáưn nhiãût âäü chy Nhỉỵng phán tỉí nh H2, O2, H2O cọ thãø chuøn dëch polyme åí trảng thại ràõn Nhỉỵng phán tỉí nh ny chiãúm vë trê giỉỵa cạc phán tỉí Nãúu mảch phán tỉí cọ vi chuøn âäüng ngáùu nhiãn (thay õọứi hỗnh daùng phỏn tổớ) thỗ nhổợng phỏn tổớ nh phêa ngoi cọ thãø âäøi chäù våïi nhỉỵng nhạnh polyme âọ 3.2.3.Cạc ỉïng dủng ca khúch tạn : 1-Trong kyợ thuỏỷt õuùc : Trong quaù trỗnh õuùc ngổồỡi ta thay õọứi tọỳc õọỹ nguọỹi õóứ õióửu chốnh quaù trỗnh kãút tinh ca váût liãûu Tu tỉìng trỉåìng håüp củ thãø ta cọ thãø gim täúc âäü ngüi âãø tàng quaù trỗnh khuóỳch taùn hay tng tọỳc õọỹ nguọỹi õóứ giaớm quaù trỗnh khuóỳch taùn õóứ taỷo tọứ chỉïc v cháút theo u cáưu Vê dủ : -Khi náúu chy kim loải : âãø cọ thnh pháưn âäưng âãưu, khỉí âỉåüc tảp cháút cọ hải nàịm lå lổớng kim loaỷi loớng, cỏửn thuùc õỏứy quaù trỗnh khúch tạn bàịng cạch khúy träün, tàng nhiãût âäü Âãø chäúng bay håi v ho tan khê vo kim loải lng ta dng låïp xè che ph bãư màût -Khi âục gang cáưn lm ngüi cháûm âãø cọ thåìi gian cho quaù trỗnh graphờt hoaù xaớy ra, tranh taỷo thaỡnh xãmentêt 2- âäưng âãưu hoạ thnh pháưn : Trong váût âục thỉåìng gàûp thiãn têch nhạnh cáy nháút l cạc håüp kim cọ khong nhiãût âäü kãút tinh låïn näưng âäü cạc ngun täú håüp kim v tảp cháút phỏn bọỳ khọng õóửu Vỗ vỏỷy sau õuùc xong phi tiãún hnh âäưng âãưu thnh pháưn váût âục Nóỳu ta coi phỏn bọỳ nọửng õọỹ coù daỷng hỗnh sin våïi chu k bàịng khong cạch giỉỵa cạc nhạnh cỏy thỗ õóứ õaỷt õổồỹc hióỷu quaớ uớ f (õổồỹc bàịng âäü gim biãn âäü näưng âäü) sau : (3.12) f = [cm(t) - co] / [cm(0) - co] Thåìi gian t cọ thãø xạc âënh theo bióứu thổùc nhỏỷn õổồỹc tổỡ nghióỷm cuớa phổồng trỗnh õởnh luáth Fick : l2 lnf (3.13) t= 4π D Våïi l - l khong cạch giỉỵa hai cổỷc õaỷi (hỗnh 3.3) óứ õaỷt õổồỹc cuỡng mọỹt kióỷu qu , thåìi gian cng gim, nãúu D cng låïn (nghéa l nhiãût âäü cng cao) v khong cạch giỉỵa cạc nhạnh cáy cng nh 3-Tảo låïp tháúm bãư màût : Âãø tảo låïp tháúm cho bãư màût chi tiãút ta tiãún hnh giỉỵ nhiãût láu mäi trỉåìng chỉïa cạc ngun tỉí ca ngun täú cáưn âỉa vo (C, N, Si, Al, Cr ), âọ lm thay âäøi thnh pháưn hoạ hc ca låïp bãư màût Trong ba quaù trỗnh nọỳi tióỳp xaớy tháúm (tảo ngun tỉí hoảt, háúp phủ trãn bãư màût chi tióỳt vaỡ khuóỳch taùn vaỡo bón trong) thỗ quaù trỗnh khuóỳch taùn laỡ chỏỷm nhỏỳt Do vỏỷy khuóỳch taùn khäúng chãú âäüng hc tảo låïp tháúm bãư màût Täø chỉïc ca låïp tháúm phủ thüc vo gin âäư pha ca ngun täú nãưn (A) v ngun täú cáưn tháúm (B) Vê dủ tháúm cạcc bon vo thẹp theo gin âäư pha Fe - C ta nháûn 44 âỉåüc täø chỉïc austenit våïi mỉïc âäü bo ho cạc bon khạc tu theo nhiãût âäü tháúm Sau lm ngüi ta nháû âỉåüc cạc täø chỉïc cọ lỉåüng xãmentit khaùc 4-Trong quaù trỗnh thióu kóỳt : Trong cọng nghãû luûn kim bäüt, sn pháøm sau tảo hnh xong âỉåüc nung âãún nhiãût âäü cao âãø tảo liãn kóỳt giổợa caùc phỏửn tổớ vỏỷt lióỷu Quaù trỗnh khuóỳch tạn xy bãn hảt, trãn bãư màût hảt hay giỉỵa cạc hảt Khäúng chãú âỉåüc läù xäúp (sọỳ lổồỹng, hỗnh daùng thóứ tờch ) ta seợ nhỏỷn âỉåüc cạc cháút theo mún Âäü co tỉång âäúi ca chi tiãút ( ∆l /lo) l mäüt cạc chè tiãu quan trng, cọ thãø ỉåïc theo biãøu thæïc sau : ∆l ⎛ Dσ t ⎞ = const ⎜ ⎟ l0 ⎝rT ⎠ 2/5 (3.14) Trong âọ : -r : bạn kênh hảt - σ : nàng lỉåüng bãư màût -T v t : nhiãût âäü v thåìi gian thiãu kãút 5-Pha tảp bạn dáùn v thu tinh : Trong bạn dáùn, táút c cạc quaù trỗnh chóỳ taỷo vaỡ õóửu lión quan õóỳn quaù trỗnh khuóỳch taùn Vờ duỷ pha taỷp P, Sb, B vo Si v Ge âãø tảo låïp bạn dáùn p-n Âãø tàng nhỉỵng chè tiãu ca bạn dáùn (ch úu l âäü dáùn âiãûn), ngỉåìi ta tháúm bo thãø khê vo silic Pha tảp thu tinh bàịng cạch khúch tạn nhỉỵng ion cọ kêch thỉïoc låïn K, Rb, Cs vo bãư màût âãø ci thiãûn tụnh cháút ca thu tinh : hãû säú gin nåí nhiãût, kh nàng chëu va âáûp nhiãût 3.3.CHUYÃØN BIÃÚN PHA ÅÍ TRẢNG THẠI RÀÕN TRONG HÅÜP KIM Fe - C Khi tiãún hnh nhiãût luûn ta phi nung nọng v lm ngüi thẹp cọ thnh pháưn họa hc xạc âënh Trong pháưn ny ta s kho sạt xem sau nung nọng lãn cạc nhiãût âäü khạc s xy cạc chuøn biãún pha no v lm ngüi tiãúp theo våïi täúc âäü khạc täø chỉïc måïi nháûn âỉåüc seợ bióỳn thaỡnh tọứ chổùc gỗ tổỡ õoù seợ bióỳt âỉåüc sỉû thay âäøi cå tỉång ỉïng Ta s xem xeùt tổỡng quaù trỗnh mọỹt vaỡ khaớo saùt cho loải thẹp âån gin nháút l thẹp cạc bon cng têch, chỉïa 0,80%C 3.3.1.Cạc chuøn biãún xy nung nọng thẹp : 1-Cå såí xạc âënh chuøn biãún nung nọng : Cå såí âãø xạc âënh chuøn biãún xy nung nọng l gin âäư pha Fe - C Ty theo thnh pháưn cạc bon v nhiãût âäü nung nọng, thẹp s xy cạc chuøn biãún khạc Trong táút c cạc loải thẹp åí nhiãût âäü thỉåìng âãưu cọ täø chỉïc pẹc lêt Thẹp trổồù vaỡ sau cuỡng tờch thỗ ngoaỡi peùc lit cn cọ phe rit v xãmentit thỉï hai a-Thẹp cng têch : -Khi nung noïng tháúp hån Ac1 (< 727oC) theùp chổa coù chyóứn bióửn gỗ -Khi nhióỷt õọỹ nung nọng âảt âãún Ac1 (> 727oC) s cọ chuøn biãún ca täø chỉïc pẹc lit thnh austenit theo phn æïng sau : [Feα + Fe3C]0,80%C → Feγ(C)0,80%C Khi nung nọng cao hån Ac1 mäüt it ta âỉåüc täø chỉïc austenit âäưng nháút b-Thẹp trỉåïc cng têch : -Khi nung nọng âãún Ac1 s cọ chuøn biãún pẹc lit thnh austenit giäúng trãn -Khi nung tỉì nhiãût âäü Ac1 õóỳn Ac3 seợ coù quaù trỗnh hoỡa tan cuớa phe rêt vaìo austenit 45 -Khi nung cao hån Ac3 ta âỉåüc täø chỉïc austenit âäưng nháút c-Thẹp sau cng têch : -Khi nung noïng âãún Ac coï chuyãøn biãún pẹc lêt thnh austenit -Khi nung tỉì nhiãût âäü Ac1 õóỳn Accm seợ coù quùa trỗnh hoỡa tan cuớa xómentit hai vaìo austenit -Nhiãût âäü nung cao hån Accm ta âỉåüc täø chỉïc austenit âäưng nháút Tỉì âọ ta tháúy ràịng nung nọng cao hån âỉåìng GSE ca gin âäư pha Fe -C cạc thẹp âãưu nháûn âỉåüc dung dëch ràõn austenit, nhiãn thnh pháưn cạc bon ca phủ thüc vo thnh pháưn cạc bon ca thẹp 2.Âàûc âiãøm ca chuøn biãún pẹc lit thnh austenit : a-Nhiãût âäü chuøn biãún : Trãn gin âäư pha Fe - C nhiãût âäü chuøn biãún pẹc lit thnh austenit l 727oC, âiãưu ny chè âụng nung nọng vä cng cháûm Trong thỉûc tãú nhiãût luûn täúc âäü nung nọng tỉång âäúi låïn, âọ nhiãût âäü chuøn biãún s ln cao hån 727oC Täúc âäü nung caỡng cao thỗ nhióỷt õọỹ chuyóứn bióỳn seợ caỡng cao Kho sạt gin âäư chuøn biãún âàóng nhiãût pẹc lit thnh austenit ca thẹp cng têch ta tháúy nhiãût âäü nung cng cao thåìi gian ca chuøn biãún cng ngàõn Trong thỉûc tãú nhiãût luûn thẹp ta thỉåìng dng cạch nung nọng liãn tủc, nung våïi täúc âäü V1 nhiãût âäü bàõt âáưu chuøn biãún l a1 v kãút thục chuøn biãún l b1 Nãúu nung nọng våïi tọỳc õọỹ V2 > V1 thỗ nhióỷt õọỹc bừt õỏửu v kãút thục chøn biãún s l a2 v b2, cạc nhiãût âäü ny cao hån a1, b1, thåìi gian chuøn biãún cng ngàõn âi Trong thỉûc tãú âãø hon thnh chuøn biãún theo quy âënh ta phi nung nọng cao hån nhiãût âäü tåïi hản tỉång ỉïng tỉì 20-30oC, cọ hng tràm âäü C Kãút lûn : Täúc âäü nung nọng cng cao chuøn biãún pẹc lit thnh austenit xy åí nhiãût âäü cng cao v thồỡi gian caỡng ngừn Hỗnh 3.5 - Aớnh hổồớng cuía täúc âäü nung âãún nhiãût âäü chuyãøn biãún b-Kêch thỉåïc hảt austenit : 46 Trong thỉûc tãú khäng sỉí dủng thẹp åí trảng thại täø chỉïc austenit, nhỉng kêch thỉåïc ca quút âënh ráút låïn kêch thỉåïc hảt thẹp åí nhiãût âäü thỉåìng Chuøn biãún peclit thnh austenit laỡ mọỹt quaù trỗnh kóỳt tinh vaỡ khuóỳch taùn Mỏửm austenit âỉåüc tảo giỉỵa biãn giåïi hảt phe rit v xãmentit ca täø chỉïc peclit Biãn giåïi hảt ca hai pha ny ráút låïn nãn säú máưm kãút tinh sinh rỏỳt nhióửu Vỗ vỏỷy haỷt austenit mồùi sinh bao gåìi cng ráút nh mën Do âọ chuøn biãún peclit thnh austenit bao giåì cng lm nh hảt thẹp Hảt austenit s cng nh mën nãúu kêch thỉọc ca pha xãmentit cng cng nh v täúc âäü nung cng lồùn Sau taỷo thaỡnh xong seợ coù quaù trỗnh khúch tạn ca ngun tỉí cạc bon tỉì nåi giu (vë trê xãmentit0 sang nåi ngheìo (vë trê phe rit) âãø lm âäưng âãưu thnh pháưn austenit Nhỉ váûy ta tháúy ràịng hảt austenit måïi sinh ráút nh mën nhỉng nãúu tiãúp tủc nung nọng hay giỉỵ nhiãût chụng s låïn lãn Ty theo âàûc phạt triãøn ca hảt austenit nung nọng, thẹp âỉåüc chia lm hai loải : thẹp bn cháút (cn gi l di truưn) hảt nh v bn cháút hảt låïn Thẹp bn cháút hảt låïn l loải thẹp cọ hảt austenit phạt triãøn nhanh v âãưu âàûn åí mi nhiãût âäü, tổùc laỡ sau hỗnh thaỡnh xong nóỳu tióỳp tuỷc nung nọng hảt s phạt triãøn lãn Do váûy lm cho lm ngüi hảt thẹp to v cọ gin cao Thẹp bn cháút hảt nh cọ hảt austenit lục ban âáưu phạt triãøn cháûm, chè vỉåüt quạ 930 - 950oC s phạt triãøn nhanh chọng v cọ thãø låïn hån c thẹp bn cháút hảt låïn Do váûy cạc dảng nhiãût luûn thäng dủng ( nhiãût âäü < 930-950oC) våïi thẹp bn cháút hảt nh khäng såü hảt låïn nung nọng Thẹp bn cháút haỷt nhoớ õổồỹc khổớ ọ xy trióỷt õóứ bũng Hỗnh 3.6 -Quaù trỗnh taỷo mỏửm vaỡ phaùt trióứn mỏửm austenit tỉì pẹclit táúm nhäm v håüp kim họa bàịng cạc ngun täú tảo cạc bêt mảnh : Ti, V, Zr, Nb, W s tảo Al2O3, AlN, cạc cạcbêt håüp kim khọ tan, nh mën, chung s nàịm åí biãn giåïi hảt cn tråí sỉû sạt nháûp ca hảt austenit våïi thnh hảt låïn hån 3.3.2.Chuøn biãún xy giỉỵ nhiãût : Khi giỉỵ nhiãût khäng cọ chuøn biãún no khạc våïi nung nọng Tiãún hnh giỉỵ nhiãût nhàịm cạc mủc âêch sau : -Lm âäưng âãưu nhiãût âäü trãn ton tiãút diãûn, âãø cho li cng coù chuyóứn bióỳn nhổ ồớ bóử mỷt 47 Hỗnh 3.7-Giaớn âäư pha Fe-C (a) v så âäư phạt triãøn hảt ca thẹp cng têch (b) 1)Thẹp bn cháút hảt nh; 2)Thẹp bn cháút hảt låïn; 3)Hảt bn cháút 4)Hảt nung nọng; 5)Hảt pecïli ban âáưu; 6)Hảt austenit ban âáưu -Cọ thåìi gian âãø hon thnh cạc chuøn biãún nung nọng -Lm âäưng âãưu thnh pháưn họa hc (cạc bon v håüp kim) ca austenit Thåìi gian giỉỵ nhiãût chè nãn vỉìa â khäng nãn kẹo di quạ mỉïc lm cho hảt låïn 3.3.3.Chuøn biãúnca austenit lm ngüi cháûm : Sau â nháûn âỉåüc austenit cọ hảt nh mën theo u cáưu, ta s xem xẹt chuøn bióỳn cuớa chuùng laỡm nguọỹi Quaù trỗnh naỡy õổồỹcphỏn hai nhọm låïn : lm ngüi âàóng nhiãût v lm ngüi liãn tủc Âãø âån gin ta nghiãn cỉïu chuøn biãún âàóng nhiãût thẹp cạc bon cng têch sau âọ suy räüng cho cạc thẹp khạc 1-Gin âäư chuøn biãún âàóng nhiãût ca austenit quạ ngüi ca thẹp cng têch : Tỉì gin âäư pha Fe - C ta biãút ràịng lm ngüi austenit s chuøn biãún thnh peclit tải nhiãût âäü 727oC, våïi âiãưu kiãûn lm ngüi ráút cháûm khäng cọ thỉûc tãú Do váûy ta dng phỉång phạp lm ngüi âàóng nhiãût sau : lm ngüi nhanh austenit xúng dỉåïi nhiãût âäü Ar1 mäüt khong nh, sau âọ giỉỵ âàóng nhiãût tải nhiãût âäü ny v âo thåìi gian bàõt âáưu v kãút thục chuøn biãún ca austenit a-Gin âäư chuøn biãún âàóng nhiãût ca thẹp cng têch : Gin âäư chuøn biãún âàõng nhiãût ca austenit quạ ngüi cn gi l gin âäư T-T-T (transformation - temperature - time) Ta tiãún hnh âo trãn cho thẹp cng têch tải cạc nhiãût âäü chuøn biãún khạc nhau, ghi lải thåìi gian bàõt âáưu v kãút thục chuøn biãún åí tỉìng nhiãût âä ümäüt Cúi cng âem biãøu diãùn lãn hãû trủc nhiãût âäü v thåìi gian ta s cọ gin âäư 48 chuøn biãún âàóng nhiãût austenit quạ ngüi ca thẹp cng têch Gin âäư ny cọ dảng hai âỉåìng chỉỵ "C", âỉåìng thỉï nháút biãøu thë sỉû bàõt âáưu, âỉåìng thỉï hai biãøu thë sỉû kãút thục ca chuøn biãún austenit thnh peclit (cn gi l gin âäư chỉỵ C) Gin âäư ny hai nh váût liãûu hc ngỉåìi Myợ laỡ E.C.Bain vaỡ A.I.Davenpo xỏy dổỷng nm 1930 Hỗnh 8- Gin âäư T-T-T ca thẹp cng têch b-Cạc sn pháøm ca sỉû phán họa âàóng nhiãût ca austenit qụa ngüi : Tỉì gin âäư chỉỵ "C" ta tháúy ràịng austenit bë lm ngüi xúng dỉåïi 727oC chỉa chuøn biãún m cn täưn tải mäüt thåìi gian nháút âënh trỉåïc chuøn biãún, phán họa v âỉåüc gi l austenit quạ ngüi Austenit quạ ngüi khäng äøn âënh, ráú d dng bë phán họa Trãn gin âäư chỉỵ "C" phán chia cạc khu vỉûc sau : -ÅÍ trãn 727oC l khu vỉûc täưn tải ca austenit äøn âënh -Bãn trại âỉåìng cong chỉỵ "C" thỉï nháút l austenit quạ ngüi -Khong giỉỵa hai âỉåìng chỉỵ "C" l austenit chuøn biãún -Bãn phi âỉåìng cong chỉỵ "C" thỉï hai l cạc sn pháøm phán họa âàóng nhiãût ca austenit quạ ngüi (häùn håüp phe rit v xãmentit våïi âäü nh mën khạc nhau) -Dỉåïi âỉåìng Mâ l mạctenxêt v austenit dỉ Cạc sn pháøm phán họa âàóng nhiãût : *Khi cho phán họa åí sạt A1 (trãn dỉọi 700oC), våïi âäü quạ ngüi nh ∆ Tkhong 25oC Häùn håüp phe rit - xãmentit táúm tảo thnh våïi kêch thỉåïc thä to, khong cạch giỉỵa cạc táúm khong 10-3mm, âäü cỉïng 10-15HRC gi l pẹc lit táúm *Khi cho austenit phán họa åí nhiãût âäü tháúp hån (khong 650oC, våïi âäü qụa ngüi ∆ T xáúp xè 75oC), hänù håüp phe rit - xãmentit táúm tảo thnh nh mën hån, khong cạch giỉỵa cạc táúm cåỵ 0,25 ÷ 0.30 µ m, khäng phán biãût âỉåüc chụng trãn kênh hiãøn vi quang hc Täø chỉïc ny cọ âäü cỉïng 25 - 35HRC, gi l xoocbit täi 49 Hình 3.9- Täø chỉïc tãú vi ca xoocbit täi *Khi cho austenit phán họa åí nhiãût âäü tháúp hån nỉỵa (khong 500 - 600oC, ỉïng våïi mi ca âỉåìng cong chỉỵ "C"ỵ, häùn håüp phe rit - xãmentit táúm tảo thnh s nh mën hån nỉỵa, khäng phán biãût âỉåüc trãn kênh hiãøn vi quang hc, khong cạch giỉỵa cạc táúm khong 0,10 0,15 µ m, cọ âäü cỉïng cao hån cồợ 40HRC goỹi laỡ trọ xtit tọi Hỡỗnh 3.10- Tọứ chỉïc tãú vi ca trästit täi *Khi cho austenit phán họa åí nhiãût âäü tháúp hån nỉỵa, tỉïc l thüc vãư nỉía dỉåïi ca âỉåìng cong chỉỵ "C" (khong 450 - 250oC), häùn håüp phe rit - xãmentit táúm nháûn âỉåüc rát nh mën, cọ âäü cỉïng cao cåỵ 50 - 55HRC gi l bainit Tuy nhiãn täø chỉïc bainit cọ khạc våïi ba täø chỉïc trãn : -Lỉåüng cạc bon låïn hån giåïi hản bo mäüt êt khong 0,10%C -Cạc bit sàõt åí âáy khäng cọ cäng thỉïc chênh xạc l Fe3C m l Fe2,4 - 3C -Ngoi hai pha trãn cn mäüt êt austenit dỉ v cọ ỉïng sút bãn 50 Sau lm ngüi âàóng nhiãût täø chỉïc nháûn âỉåüc âäưng nháút trãn ton bäü tiãút diãûn Nhỉ váûy cạc täø chỉïc pcec lit táúm, xoọcbit, träxtit (c bai nit nỉỵa) l häùn håüp cå hc ca phe rit v xãmentêt táúm våïi kêch thỉåïc táúm cng ngy cng nh mën hån v âäücỉïng cng cao hån a) b) Hình 3.11- Täø chỉïc tãú vi bainit trãn (a) v bai nit dỉåïi (b) 2-Sỉû phán họa ca austenit lm ngüi liãn tủc : Trong thỉûc tãú nhiãût luûn thẹp thỉåìng dng phỉång phạp lm ngüi liãn tủc, cạc sn pháøm nháûn âỉåüc cng tỉång tỉû trỉåìng håüp âàóng nhiãût nhỉng cọ nhỉỵng âàûc âiãøm khaïc hån a-Våïi caïc täúc âäü nguäüi khaïc nhau, austenit s bë quạ ngüi âãún cạc nhiãût âä khạc v phán họa thnh cạc sn pháøm tỉång ỉïng våïi cạc nhiãût âäü âọ -Lm ngüi cháûm cng l (V1), vec tå ngüi càõt âỉåìng cong chỉỵ "C" åí sạt A1 sn pháøm phán họa l peclit táúm våïi âäü cỉïng tháúp nháút -Lm ngüi khäng khê ténh (V2) austenit phán họa thnh xoocbit -Lm ngüi khäng khê nẹn (V3), vẹc tå ngüi càõt chỉỵ "C" tải pháưn läưi, austenit phán họa thnh träxtit -Lm ngüi dáưu (V4) vẹc tå ngüi chè càõt âỉåìng cong chỉỵ "C" thỉï nháút tải pháưn läưi, austenit chè cọ mäüt pháưn chuøn biãún thnh träxtit pháưn cn lải thnh mạctenxit nãn sn pháøm l träxtit - mạctenxit -Lm ngüi nhanh hån nỉỵa (trong nỉåïc lảnh, ỉïng våïi V5), vẹc tå ngüi khäng càõt âỉåìng cong chỉỵ "C" no c, pháưn låïn austenit quạ ngüi chuøn biãún thnh mactenxit Khäng cọ häcn håüp phe rit - xãmentit b-Täø chæïc nháûn âæåüc thỉåìng khäng âäưng nháút trãn ton tiãút diãûn, nháút l trổồỡng hồỹp tióỳt dióỷn lồùn vỗ bóử mỷt nguọỹi nhanh hån li c-Khäng nháûn âỉåüc hon ton täø chỉïc bainit Trong mọỹt sọỳ trổồỡng hồỹp thỏỳy tọứ chổùc bainit hỗnh thaỡnh cuỡng trọxtit vaỡ mactenxit 51 Hỗnh 3.12-Giaớn õọử T-T-T ca thẹp cng têch v cạc vẹc tå ngüi lm ngüi liãn tủc 3-Gin âäư chỉỵ "C" ca cạc thẹp khạc cng têch : Våïi cạc thẹp trỉåïc cng têch v sau cng têch cng cọ dảng âỉåìng cong chỉỵ "C" tỉång tỉû thẹp cngtêch chè khạc l cọ thãm cạc nhạnh phủ a-Thẹp trỉåïc cng têch : Cọ thãm nhạnh phủ tiãút phe rit trỉåïc khong nhiãût âäü Ar3 âãún Ar1 sau âoï måïi phán hoïa thnh häùn håüp phe rit - xãmentit b-Thẹp sau cng têch : Cọ thãm nhạnh phủ tiãút xãmentit hai trỉåïc khong tỉì Arcm âãún Ar1, sau âọ måïi phán họa thnh häùn håüp phe rit - xãmentit Tuy nhiãn våïi cạc thẹp ny nãúu lm ngüi âàóng nhiãût våïi âäü quaï nguäüi låïn hay täúc âäü nguäüi nhanh thỗ austenit quaù nguọỹicuớa chuùng seợ phỏn hoùa thaỡnh peclit, xoocbit träxtit v bainit nhỉng lỉåüng cạc bon khäng âụng l 0,80%C Cạc sn pháøm âọ gi l cng têch gi 3.3.4.Chuøn biãún austenit lm ngüi nhanh (chuøn biãún mactenxit) : Khi laìm nguäüi nhanh austenit cho vẹc tå biãøu diãùn täüc âäü ngüi ca khäng càõt âỉåìng cong chỉỵ "C" chè cọ chuøn biãún âa hỗnh tổỡ Fe sang Fe maỡ khọng coù sổỷ khuóỳch tạn ca cạc bon Âọ l chuøn biãún austenit thnh mạctenxit Chuøn biãún ny xy åí nhiãût âäü tháúp, khong tỉì 250oC tråí xúng Täúc âäü ngüi nh nháút õóứ chuyóứn bióỳn naỡy 52 Hỗnh 3.13-Daỷng tọứng quaùt cuớa giaớn õọử T-T-T cuớa theùp khaùc cuỡng tờch Hỗnh 3.14 -Sỉû tiãút pherit hay xãmentit II lm ngüi âàóng nhiãût våïi âäü quạ ngüi nh(1) v cháûm liãn tủc (2) xy l täúc âäü ỉïng våïi vẹc tå tiãúp xục våïi âỉåìng cong chỉỵ "C" thỉï nháút tải mi ca Täúc âäü ngüi ny âỉåüc gi l täúc âäü täi tåïi hản Vth (cn gi l täúc âäü ngüi tåïi hản) Nhỉ váûy lm ngüi austenit våïi täúc âäü nguäüi låïn hån täúc âäü tåïi hản s nhánû âỉåüc mactenxit chỉï khäng phi häùn håüp phe rit - xãmen tit 53 1-Bn cháút v cáúu trục ca mactenxit : a-Âënh nghéa : Mạctenxit l dung dëch ràõn xen k quạ bo ca cạc bon Feα cọ cọ näưng âäü cạc bon bàịng näưng âäü ca austenit ban âáưu Khi lm ngüi ráút nhanh cạc bon austenit khäng këp khúch tạn âãø tảo thnh xãmentit Lục âảt nhiãût âäü tỉång âäúi tháúp chè cọ sỉû chuøn mảng tỉì Feγ sang Feα Lỉåüng cạc bon hai täø chỉïc ny bàịng Feγ(C) → Fe(C) Hỗnh 3.15-Giaớn õọử T-T-T vaỡ tọỳc õọỹ tọi tồùi hản(Vth ) b-Cáúu trục ca mactenxit : -Mạctenxit cọ kiãøu mảng chênh phỉång tám khäúi våïi hai thäng säú mảng l a v c T säú c/a gi l âäü chênh phỉång Thäng thỉåìng t säú c/a = 1,001 - 1,06 -Maùctenxit coù daỷng hỗnh kim, mọỹt õỏửu nhoỹn, caùc kim ny tảo våïi gọc 120o hay 60o -Cạc ngun tỉí cạc bon chui vo cạc läù häøng mảng ca Feα c-Tênh cháút mạctenxit : -Do hm lỉåüng cạc bon quạ bo nãn gáy xä lãûch mảng låïn, váûy cọ âäü cỉïng cao v chäúng mi mn låïn Hm lỉåüng cạc bon cng låïn âäü cỉïng cng cao -Mactenxit cọ gin cao phủ thüc vo kêch thỉåïc hảt ca v ỉïng sút bãn Hảt cng nh, ỉïng sút cng tháúp gioỡn caỡng thỏỳp 54 Hỗnh 3.16- Cỏỳu truùc mactenxit a) Mọ hỗnh khọỳi cồ sồớ ( - C) b) Aớnh täø chỉïc tãú vi 2-Âàûc âiãøm ca chuøn biãún mactenxit : a-Chè xy lm ngüi nhanh v liãn tủc austenit våïi täúc âäü låïn hån hay bàịng täúc âäü ngüi tåïi hản Chuøn biãún mạctenxit khäng xy lm ngüi âàóng nhiãût b-L chuøn biãún khäng khúch tạn : Ngun tỉí cạc bon váùn giỉỵ ngun vë trê, chè cọ nguøn tỉí sàõt chuøn dëch âãø tảo kiãøu mảng chênh phỉång tám khäúi, khong cạch dëch chuøn khäng quạ mäüt thäng säú mảng Giỉỵa hai kiãøu mảng ca austenit v mạctenxit cọ mäúi quan hãû âënh hỉåïng xạc âënh cho cạc màût v phỉång dy õỷc cuớa chuùng song song vồùi c-Laỡ quaù trỗnh tảo khäng ngỉìng cạc tinh thãø måïi våïi täúc âäü ráút låïn (1000 - 7000m/s) d-Chuyãøn biãún chè xaíy mäüt khong nhiãût âäü nháút âënh tỉì nhiãût âäü bàõt âáöu chuyãøn biãún (Mâ) âãön nhiãût âäü kãút thục (Mk) Vë trê hai nhiãût âäü ny khäng phủ thüc vo täúc âäü ln ngüi, chè phủ thüc vo thnh pháưn cạc bon v ngun täú håüp kim thẹp e-Chuøn biãún xy khäng hon ton : Khi lm ngüi cng gáưn âãún âiãøm Mk lỉåüng mạctenxit sinh cng nhiãưu, nhỉng khäng bao giåì âảt âỉåüc 100% m váùn cn mäüt lỉåüng nháút âënh austenit chỉa chuøn biãún, gi l austenit dỉ Ngun nhán ca hiãûn tỉåüng ny l sỉû khạc vãư thãø têch riãng cuớa chuùng Thóứ tờch rióng VM > V vỗ vỏỷy chuøn biãún austenit thnh mạctenxit thãø têch tàng lãn v pháưn austenit chỉa chuøn biãún bë ạp lỉûc nẹn ngy cng tàng lãn âãún mỉïc âäü khäng thãø chuøn biãún âỉåüc nỉỵa Lỉåüng austenit dỉ sau täi phủ thuọỹc vaỡo caùc yóỳu tọỳ sau : 55 Hỗnh 3.17 -Âỉåìng cong âäüng hc ca chuøn biãún mactenxit -Vë trê ca âiãøm Mâ v Mk : âiãøm Mk cng tháúp hồn 20oC thỗ lổồỹng austenit dổ caỡng tng ỏy laỡ úu täú quan trng nháút -Lỉåüng cạc bon mạctanxit cng nhiãưu thãø têch riãng ca cng låïn, váûy lỉåüng austenit dỉ cng tàng Hình 3.18 -Täø chỉïc tãú vi ca mactenxit v austenit dỉ 3.3.5.Chuøn biãún nung nọng thẹp â täi (khi ram) : 1-Tênh khäng äøn âënh ca mạctenxit v austenit : Sau täi ta nháûn âỉåüc mạctenxit v mäüt lỉåüng austenit dỉ nháút âënh, thẹp cọ âäü cỉïng cao nhỉng dn låïn v täưn tải ỉïng sút dỉ bãn trong, nàng lỉåüng tỉû låïn Trảng 56 ... hay kãút tinh ca kim loỹai 3.1.2.Hai quaù trỗnh cuớa sổỷ kóỳt tinh : Khi nhiãût âäü kim loải lng xúng tháúp hån nhiãût õọỹ kóỳt tinh lyù thuyóỳt Ts, quaù trỗnh kóỳt tinh s xy Sỉû kãút tinh thỉûc... : -Trong kim loaỷi lng xút hiãûn nhỉỵng trung tám kãút tinh cọ kêch thổồùc rỏỳt nhoớ, goỹi laỡ mỏửm kóỳt tinh Quaù trỗnh ny gi l tảo máưm -Cạc máưm ny s phạt trióứn lón vaỡ taỷo thaỡnh haỷt tinh. .. lai kãút tinh våïi âäü quạ ngüi låïn (Stibi cọ ∆T = 41oC) Váûy âiãưu kiãûn nàng lỉåüng âãø xy kãút tinh l phi lm ngüi kim loải lng tåïi nhiãût âäü tháúp hån Ts hay kim loải lng chè kãút tinh våïi