hợp kim màu và bột

84 Chơng 6 hợp kim màu và bột 6.1. Hợp kim Al (Al) Al và hợp kim Al chiếm vị trí thứ hai sau thép vì tính chất phù hợp với nhiều công dụng: bền, nhẹ (bền riêng cao), chịu ăn mòn tốt (khí quyển), 6.1.1. Al nguyên chất và phân loại hợp kim Al a. Các đặc tính của Al nguyên chất Ưu điểm: : khối lợng riêng nhỏ (2,7g/cm 3 ) = 1/3 của thép: hàng không, vận tải do tiết kiệm năng lợng, tăng tải trọng có ích. Tính bền ăn mòn khí quyển: xây dựng, trang trí nội thất, dẫn điện tốt, tuy = 62% của Cu nhng nhẹ = 1/3 , tính dẻo rất cao , mạng A1, dễ kéo sợi, dây và cán mỏng thành tấm, lá, băng, màng (foil), ép chảy thành các thanh dài với các biên dạng (profile) phức tạp rất khác nhau. Nhợc điểm: chịu nhiệt kém: chảy (660 o C), không sử dụng ở trên 300 ữ 400 o C, độ bền, độ cứng thấp, ở trạng thái ủ b = 60MPa, 0,2 = 20MPa, HB 25. Để ký hiệu mức độ biến cứng đơn thuần (tăng bền nhờ biến dạng nguội) ở Hoa Kỳ, Nhật và các nớc Tây âu thờng dùng các ký hiệu H1x, x là tỷ phần tăng bền biến dạng (x/8): x=8 - tăng toàn phần (8/8 hay 100%), ứng với mức độ biến dạng rất lớn ( = 75%), 1 - mức tăng ít nhất (1/8 hay 12,5% so với mức toàn phần, ứng với mức độ biến dạng nhỏ, 2, 4, 6 - mức tăng trung gian (2/8, 4/8, 6/8 hay 25%, 50%, 75% so với mức toàn phần), 9 - mức tăng tối đa (bền, cứng nhất) ứng với mức độ biến dạng > 75%. b. Hợp kim Al và phân loại Hình 6.1. Góc giản đồ pha Al - nguyên tố hợp kim c. Hệ thống ký hiệu cho hợp kim Al Hoa kỳ ký hiệu các hợp kim Al: theo AA (Aluminum Association) bằng xxxx cho loại hợp kim Al biến dạng và xxx.x cho loại hợp kim Al đúc: - Số đầu tiên có các ý nghĩa sau. + biến dạng hợp kim Al đúc hợp kim Al L+ L E hoá bền đợc =nhiệt luyện không hoá bền đợc bằng nhi ệt luyện C F L+ T, o C % nthk FC là giới hạn hoà tan của nthk trong Hợp kim Al biến dạng- trái điểm C Hợp kim Al đúc- bên phải điểm C Hợp kim Al biến dạng hoá bền đợc bằng nhiệt luyện nằm trong khoảng CF Hợp kim Al biến dạng không hoá bền đợc bằng nhiệt luyện - trái điểm F Si,Mn,Ti,Zn,Fe ít hoà tan, Zn, M g, Cu hoà tan nhiều 85 Loại biến dạng Loại đúc 1xxx - Al sạch ( 99,0%), 1xx.x - Al thỏi hợp kim thơng phẩm, 2xxx - Al - Cu, Al - Cu - Mg, 2xx.x - Al - Cu, 3xxx - Al - Mn, 3xx.x - Al - Si - Mg, Al - Si - Cu, 4xxx - Al - Si, 5xxx - Al - Mg, 4xx.x - Al - Si, 5xx.x - Al - Mg, 6xxx - Al - Mg - Si, 6xx.x - không có, 7xxx - Al - Zn - Mg, Al - Zn - Mg - Cu, 7xx.x - Al - Zn, 8xxx - Al - các nguyên tố khác 8xx.x - Al - Sn. - 3 số tiếp theo đợc tra theo bảng để có các số liệu cụ thể. Trạng thái gia công và hóa bền, các nớc phơng Tây thờng dùng các ký hiệu sau: F: trạng thái phôi thô, O: ủ và kết tinh lại, H: hóa bền bằng biến dạng nguội, trong đó: H1x (x từ 1 đến 9): chỉ biến dạng nguội thuần túy với mức độ khác H2x (x từ 2 đến 9): biến dạng nguội rồi ủ hồi phục, H3x (x từ 2 đến 9): biến dạng nguội rồi ổn định hóa, T: hóa bền bằng tôi + hóa già, trong đó: T1: biến dạng nóng, tôi, hóa già tự nhiên T3: tôi, biến dạng nguội, hóa già tự nhiên T4: tôi, hóa già tự nhiên T5: biến dạng nóng, tôi, hóa già nhân tạo T6: tôi, hóa già nhân tạo T7: tôi, quá hóa già T8: tôi, biến dạng nguội, hóa già nhân tạo T9: tôi, hóa già nhân tạo, biến dạng nguội TCVN 1659-75: hợp kim Al: AlCu4Mg là hợp kim Al chứa ~4%Cu, ~1%Mg. Với Al sạch bằng Al và số chỉ phần trăm của nó, ví dụ Al99, Al99,5. 6.1.2. Al và hợp kim Al biến dạng không hóa bền đợc bằng nhiệt luyện a. Al sạch: Kỹ thuật Độ sạch cao Việt nam: A0, A5, A6, A7, A8, A85, A9, A95, A97, A995 A999 %Al 99 99,5 99,6 99,7 99,8 99,85 99,9 99,95 99,97, 99,995 99,999 Hoa kỳ: AA1060 và AA1100: 1060 dùng làm tấm ốp trong xây dựng. Để làm dây (trần, bọc) hay cáp điện dùng AA1350: đây điện b. Hợp kim Al biến dạng không hóa bền đợc bằng nhiệt luyện Hợp kim Al - Mn: 3xx:dễ biến dạng dẻo, hoá bền biến dạng cao, cung cấp dới dạng: lá mỏng, thanh, dây, hình, ống ., chống ăn mòn tốt trong khí quyển và dễ hàn. Hợp kim Al-Mg: điển hình AA 5050, AA 5052, AA 5454: nhẹ nhất, độ bền khá, hoá bền biến dạng tốt, biến dạng nóng, nguội và hàn đều tốt, bền ăn mòn tốt nhất là sau anod hóa. 6.1.3. Hợp kim Al biến dạng hóa bền đợc bằng nhiệt luyện Đây là phân nhóm hợp kim Al quan trọng nhất, có cơ tính cao nhất không thua kém gì thép C. a. Hệ Al - Cu và Al - Cu - Mg Hợp kim AlCu4 và nhiệt luyện hóa bền 86 Giản đồ pha Al - Cu (hình 6.4) Hoà tan cực đại:5,65% ở 548 o C Hoà tan cực tiểu: 0,5% ở 20 o C Quá giới hạn hòa tan: tiết ra ở dạng CuAl 2II . Tổ chức của hợp kim AlCu4: cân bằng (ủ): - Al (Cu) 0,5 + CuAl 2II , (khoảng 7%) pha, độ độ bền min( b =200MPa), Hình 6.4. Góc giàu Al của giản đồ pha Al-Cu sau tôi: dd rắn quá bão hoàAl(Cu) 4% , b = 250 ữ 300MPa và vẫn còn khá dẻo (sửa, nắn đợc). độ bền, độ cứng tăng lên dần và đạt đến giá trị cực đại sau 5 ữ 7 ngày, b = 400MPa tức đã tăng gấp đôi so với trạng thái ủ (hình 6.5) gọi là tôi + hóa già tự nhiên (để lâu ở nhiệt độ thờng). Cơ chế hóa bền khi tôi + hóa già: Guinier và Preston, TK 20: (Al(Cu) 4% )GP1GP2 (CuAl 2 ) hoá già max quá già có mạng chính phơng bán liền mạng với có max Hình 6.5. Hóa già hợp kim AlCu4 sau khi tôi hóa già tự nhiên: 5 ữ 7 ngày, max hóa già nhân tạo: 100 ữ 200 o C, thời gian tuỳ theo nhiệt độ có thể từ vài giờ vài chục h Các hợp kim thông dụng: Họ AA 2xxx (đura): hợp kim Al-Cu-Mg: ~ 4%Cu (2,6- 6,3%), 0,5 ữ 1,5%Mg tên là đura (duraluminium). Pha hóa bền, ngoài CuAl 2 còn có CuMg 5 Al 5 , CuMgAl 2 có tác dụng mạnh hơn. Tạp chất: Fe, Si và Mn: Fe và Si là hai tạp chất thờng có, Mn đợc đa vào với lợng nhỏ để làm tăng tính chống ăn mòn. AA 2014 và AA 2024: kết cấu máy bay, dầm khung chịu lực xe tải, sờn tàu biển, thể thao . Đặc điểm nổi bật của đura là: Độ bền cao ( b =450ữ480MPa), nhẹ 2,7g/cm 3 b / ~ 15 ữ 16km, trong khi đó CT51 là 6,0 ữ 6,5, gang: 1,5 ữ 6,0. Kém bền ăn mòn kém do có nhiều pha với điện thế điện cực khác nhau b. Hệ Al - Mg - Si và Al - Zn - Mg: Al-Mg-Si: Họ AA6xxx : điển hình là AA 6061 và AA 6070: độ bền kém đura ( b =400MPa), nhng dẻo hơn, tính hàn tốt. Sau ép chảy, anod hóa thanh (15m) Xây dựng. Al-Zn-Mg: Họ AA 7xxx: có độ bền cao nhất ( b > 550MPa), Zn= 4-8%, Mg=1ữ3%. Cu= 2% Tôi350 ữ 500 o C trong không khí hoặc nớc nóng, ứng dụng: máy bay, vũ khí, dụng cụ thể thao +CuAl 2 ( ) +CuAl 2II () L L+ 548 T, o C 600 400 300 %Cu Al 5,65 2 4 6 300 350 400 , MPa 20 o C 100 o C 200 o C 2 6 4 , ngày 87 6.1.4. Hợp kim Al đúc a. Các đặc điểm: dễ chảy, dễ đúc, có thế biến tính, nguội nhanh để tăng cơ tính b. Silumin đơn giản: Al-(10ữ13)%Si (AA 423.0 hay A 2 (Nga)) Biến tính : bằng hỗn hợp muối (2/3NaF+1/3NaCl) với lợng 0,05 ữ 0,08% tăng cơ tính từ b = 130MPa, = 3%) lên b = 180MPa, = 8% nhng vẫn còn thấp so với yêu cầu sử dụng. Hình 6.7. Tổ chức tế vi của hợp kim Al - (10 ữ 13)%Si: a. không biến tính, b. có biến tính Các hợp kim Al - Si - Mg(Cu) Là các hợp kim với khoảng Si rộng b. Silumin phức tạp: Ngoài Al,Si còn có <1%Mg, 3 ữ 5%Cu phải qua nhiệt luyện hóa bền, cơ tính và có tính đúc tốt: đúc piston (AA 390.0, A26), nắp máy (A4) của động cơ đốt trong. 6.2. Hợp kim đồng 6.2.1. Đồng nguyên chất và phân loại hợp kim đồng a. Các đặc tính của đồng đỏ: Cu nguyên chất có màu đỏ = đồng đỏ - dẫn nhiệt, dẫn điện cao, dùng làm dây dẫn. - chống ăn mòn khá tốt. - dẻo dễ cán mỏng, kéo sợi tiện cho sử dụng. - tính hàn khá tốt Nhợc điểm: nặng ( = 8,94g/cm 3 ), + tính gia công cắt kém do phoi quá dẻo, + tính đúc kém, chảy ở 1083 o C, độ chảy loãng thấp (P khi đúc tợng). b. Các loại đồng nguyên chất: Đồng điện phân ETP (Electrolytic Tough Pitch) có 0,04%O 2 . Do có O 2 nên chỉ gia công, chế biến ở < 400 o C để tránh bệnh hydro. Đồng sạch oxy OFHC (Oxygen Free High Conductivity) là loại đợc nấu chảy trong chân không hoặc môi trờng bảo vệ, O 2 < 0,003% nên không nhạy cảm với hyđrô. Đồng đợc khử oxy khử ôxy triệt để khi nấu bằng Cu-P, dẫn điện= 85% của OFHC, do sạch oxy nên có thể biến dạng nóng. c. Phân loại hợp kim Cu: latông = Cu-Zn, brông = Cu-Sn từ lâu đời d. Hệ thống ký hiệu cho hợp kim đồng Hoa kỳ: CDA (Copper Development Association): CDAxxx, số đầu tiên: 1xx - đồng đỏ và các hợp kim Cu - Be, 2xx - latông đơn giản, 4xx - latông phức tạp, 5xx - brông thiếc, 6xx - brông Al, 7xx - brông Al, 88 8xx và 9xx - hợp kim đồng đúc Phơng Tây dùng các ký hiệu O, H, T nh của Al (O: ủ và kết tinh lại, H: hóa bền bằng biến dạng nguội, T- tôi + hoá già), riêng trạng thái phôi thô: Al là F thì Cu là M, song các chữ và số tiếp theo khác đi (tra bảng). 6.2.2. Latông ( đồng thau , Pháp - laiton, Anh - brass, Nga - ) Latông đơn giản: đợc dùng nhiều hơn cả, phổ biến < 45%Zn nên tổ chức hoặc + . Điều rất đặc biệt: khi tăng %Zn độ bền và độ dẻo tăng lên, độ dẻo max ứng với ~ 30%Zn. Ngoài ra khi pha thêm Zn, màu đỏ của đồng nhạt dần và chuyển dần thành vàng. Latông một pha ( ), <35%Zn, dẻo cao làm các chi tiết máy qua dập. Latông ~ 20%Zn (LCuZn20,CDA 240, 80): màu nh Au, đồ trang sức, giả vàng Latông ~ 30%Zn (LCuZn30,CDA 260, 70), dẻo và độ bền max làm vỏ đạn (catridge brass). Latông hai pha ( + ): với ~ 40%Zn (LCuZn40, CDA 280, OCT 60), La tông phức tạp: ngoài Cu, Zn còn có Pb dễ đúc, cắt gọt, Sn chống ăn mòn, Ni tăn bền LCuZn40Pb, CDA 370, C59-1, dễ cắt, LCuZn29Sn, đồng thau Hải quân. 6.2.3. Brông: là hợp kim của Cu với các nguyên tố không phải là Zn nh Sn, Al, Be . và đợc gọi là brông thiếc, brông Al, brông berili . (riêng Cu-Ni không gọi là brông mà là cuni). a. Brông thiếc: hợp kim Cu-Sn: cổ xa nhất, thời kỳ đồ đồng - Bronze Age). Brông thiếc biến dạng: < 8%Sn (có thể tới 10%) có cơ tính cao và chống ăn mòn trong nớc biển tốt hơn latông. Để cải thiện tính gia công cắt thờng có thêm Pb (CDA 521, CDA 524, OCT OC5-1) hay có thêm Zn để vừa thay cho Sn rẻ hơn vừa có tác dụng hóa bền khi dùng 4% cho mỗi nguyên tố (4%Sn - 4%Zn- 4%Pb) với mác CDA 544 hay OCT OC4-4-4. Brông thiếc đúc: là loại chứa nhiều hơn 10%Sn hay với tổng lợng các nguyên tố đa vào cao hơn 12% nh loại 5%Sn - 5%Zn - 5%Pb với các mác CDA 835, OCT O C5-5-5, hay 10%Sn - 2%Zn với mác CDA 905. Brông thiếc chứa Zn, Pb đợc dùng để đúc các tác phẩm nghệ thuật: tợng đài, chuông, phù điêu, họa tiết trang trí. b. Brông Al: Brông Al một pha (với 5 ữ 9%Al) đợc sử dụng khá rộng rãi để chế tạo bộ ngng tụ hơi, hệ thống trao đổi nhiệt, lòxo tải dòng, chi tiết bơm, đồ dùng cho lính thủy (CDA 614, OCT A9-4), tiền xu (CDA 608, OCT A5). Brông hai pha (> 9,4%Al) với sự xuất hiện của pha (Cu 3 Al, pha điện tử mạng A2) chỉ ổn định ở trên 565 o C và chịu biến dạng tốt. ở 565 o C có chuyển biến cùng tích [ + 2 ]. Nếu làm nguội nhanh ' (mạng sáu phơng) cũng có tên là mactenxit, không cứng, khi ram ở 500 o C 2 tiết ra ở dạng nhỏ mịn, làm tăng mạnh độ bền, lại rất ít gây ra giòn nên các brông Al chứa 10 ữ 13%Al đợc tôi ram cao và có cơ tính cao. Các brông Al đúc có lợng Al 9% nên cũng có thể có thành phần nh loại biến dạng nh CDA 952 (giống với CDA 614), OCT A9-4 (giống với A9-4). 89 c. Brông berili: Hợp kim Cu với 2%Be (CDA 172, OCT 2) sau khi tôi 750 ữ 790 o C trong nớc, hóa già ở 320 ữ 320 o C có tính đàn hồi rất cao, không phát ra tia lửa điện khi va đập nên đợc làm các chi tiết đàn hồi trong mỏ và thiết bị điện. 6.2.4. Hợp kim Cu - Ni và Cu - Zn - Ni Cu và Ni hòa tan vô hạn, kiểu mạng A1. Ni hòa tan vào Cu làm tăng mạnh độ bền, độ cứng, tính chống ăn mòn trong nớc biển. Hợp kim Cu - Ni với 10 ữ 30%Ni (ví dụ CDA 715 có 30%Ni) đợc dùng làm bộ ngng tụ của tàu biển, ống dẫn nớc biển, trong công nghiệp hóa học. Hợp kim Cu với 17 ữ 27%Zn và 8 ữ 18%Ni đợc dùng làm dây biến trở, với tổ chức là dung dịch rắn nên có điện trở suất rất cao và có màu bạc nh của niken. 6.3. Hợp kim ổ trợt Mặc dầu ngày nay ổ lăn (bi và đũa) đợc sử dụng rất phổ biến, các ổ trợt vẫn có vị trí trong máy móc vì các u điểm của nó: dễ chế tạo, dễ thay, rẻ, bôi trơn dễ và trong nhiều trờng hợp không thể thay thế khác đợc (nh ở trục khuỷu), tốc độ cao không gây ồn. 6.3.1. Yêu cầu đối với hợp kim làm ổ trợt - Ma sát nhỏ với bề mặt trục thép: hệ số ma sát nhỏ và diện tích tiếp súc nhỏ: pha cứng trên nền mềm, hoặc hạt mềm trên nền cứng để khi làm việc phần mềm bị mòn đi thành các ổ chứa dầu. Tổ chức hạt cứng - nền mềm có khả năng cho độ ma sát bé hơn loại nền cứng - hạt mềm. - ít làm mòn cổ trục thép và chịu đợc áp lực cao: bằng các hợp kim mềm: Sn, Pb, Al, Cu . Để nâng cao khả năng chịu áp lực: đúc tráng hay gắn ép lên trên máng thép C8s. - Tính công nghệ tốt : dễ đúc, khả năng dính bám vào máng thép cao . - Rẻ tiền. Hợp kim ổ trục ra làm hai nhóm lớn: tuỳ theo nhiệt độ chảy: 6.3.2. Hợp kim ổ trợt có nhiệt độ chảy thấp: là hợp kim các kim loại dễ chảy: Sn, Pb . gọi là babit (babbitt). a. Babit thiếc (do Babbitt (ngời Anh) tìm ra) Dùng làm các ổ trợt quan trọng với tốc độ lớn và trung bình nh trong tuabin, động cơ điêzen. 2 mác: 83%Sn-11%Sb-6%Cu ( OCT 83, UNS L13820) 88%Sn-8%Sb-3%Cu-1%(Ni+Cd) (OCT 88, UNS L13890). Tổ chức: nền mềm: dung dịch rắn - Sn(Sb) (màu xẫm), hạt cứng: pha ' là SnSb (mảng sáng đa cạnh) (hình 6.14) và kim Cu 3 Sn (hay Cu 6 Sn 5 ), tác dụng chính của nó là tránh thiên tích (SnSb do nặng nên có xu hớng chìm xuống dới, nhờ Cu 3 Sn kết tinh sớm tạo khung ngăn cản). Loại sau với nhiều Sn, ít Sb hơn nên Hình 6.12. Hình thái tổ chức của hợp kim ổ trợt nền mềm - hạt cứng 90 trong tổ chức hầu nh không có SnSb, vai trò hạt cứng chỉ do Cu 3 Sn dạng kim, dạng sao đảm nhiệm. Hình 6.14. Tổ chức tế vi của hợp kim babit OCT 83, UNS L13820 b. Babit chì Là hợp kim trên cơ sở Pb với 6 ữ16%Sn, 6 ữ 16%Sb và ~1%Cu Tổ chức: nền mềm là cùng tinh (Pb + Sb), hạt cứng: SnSb, Cu 3 Sn 2 mác 6 (với 6%Sn, 6%Sb) và 16 (với 16%Sn, 16%Sb), trong đó 16 có nhiều hạt cứng hơn, giòn hơn chỉ dùng trong điều kiện không chịu va đập. 6 đợc dùng nhiều hơn để thay 83, 88 trong các động cơ xăng, chịu va đập hơn và rẻ hơn. Sau đây là các hợp kim ổ trợt có nhiệt độ chảy cao hơn. 6.3.3. Hợp kim Al Hợp kim Al: ma sát nhỏ, nhẹ, tính dẫn nhiệt cao, bền ăn mòn tốt trong dầu, đặc biệt là cơ tính cao hơn, tuy tính công nghệ hơi kém. Các mác thờng gặp: OCT AO 9-2 (9%Sn, 2%Cu), AA 851.0 (6%Sn, 1%Cu) đợc dùng ở trạng thái đúc làm bạc hay ống lót dày > 10mm hoặc bimêtal ổ trợt bằng hợp kim Al chịu đợc áp lực cao (200 ữ 300kG/mm 2 ), tốc độ vòng lớn (15 ữ 20m/s), dùng nhiều trong động cơ điêzen. 6.3.4. Các hợp kim khác Brông thiếc với các mác CDA 836, OCT OC5-5-5 (đúc) và CDA 544,OCT O C4-4-4 (biến dạng), trong đó Pb không tan là các hạt mềm, nền cứng là Cu hòa tan Sn, Zn. Brông chì thờng dùng với mác OCT C30 (30%Pb), với các phần tử Pb không tan là hạt mềm, Cu là nền cứng. 6.4. Hợp kim bột 6.4.1. Khái niệm chung a. Công nghệ bột So sánh công nghệ truyền thống và công nghệ bột: VL ban đầu phối liệu nấu chảy đúc biến dạng gia công cắt sản phẩm VL ban đầu bột phối liệu ép thiêu kết sản phẩm Tạo bột kim loại hay hợp kim: nghiền (cho vật liệu giòn), phun loại lỏng vào môi trờng nguội nhanh (trên tang đồng hay trong nớc, khí áp suất cao), hoàn nguyên từ ôxyt, điện phân, CVD, PVD, . - Tạo hình: ép, nén dới áp suất 100 ữ 1000MPa, tùy theo yêu cầu về khối lợng riêng. Muốn đợc khối lợng riêng lớn và đồng đều phải ép với áp suất lớn và rung cơ học, ép nung nhiều lần - Thiêu kết: để bột liên kết với nhau, nền mềm hạt cứng kim Cu 3 Sn hạt cứng SnSb 91 Nhiệt độ thiêu kết: T tk = (2/3 ữ 3/4)T C (T C là T chảy của cấu tử chính, K). Trong quá trình thiêu kết, sản phẩm sẽ co lại, mật độ tăng lên. Có thể kết hợp hai khâu ép và thiêu kết bằng cách ép nóng, có thể đạt đợc mật độ cao nhất Thời gian thiêu kết: 15-120 min, dài quá làm hạt thô, cơ tính xấu Môi trờng thiêu kết: chân không hoặc khí bảo vệ : H 2 , N 2 , Ar, He, Trong trờng hợp thiêu kết nhiều loại bột ta có 2 trờng hợp: có xuất hiện pha lỏng và không ĩ không xuất hiện pha lỏng: 2 loại bột không tạo dung dịch rắn với nhau bột có T c thấp sẽ kết khối bao quanh bột có nhiệt độ chảy cao (Cu-W). Nếu giữa chúng có tạo thành dung dịch rắn, tuỳ theo mức độ thiêu kết (T tk & ) có thể nhận đợc ddrắn+xốp (Cu-Ni) ĩ có xuất hiện pha lỏng: T tk <T C của cấu tử chính, T tk >T C của cấu tử nào đó hoặc cùng tinh Điều kiện: tỷ lệ pha lỏng < 30% thể tích Đặc điểm: xít chặt cao, thiêu ngắn, sai lệch kích thớc lớn (5-25%), ví dụ: WC- Co, Co lỏng Các loại: ĩ Thiêu kết dới áp lực: xít chặt cao, xốp thấp, bao gồm: o ép ở nhiệt độ cao (1500 ữ 2500 o C), khuôn gr, lực ép P=30MPa, độ xít chặt 95ữ98%, dùng cho hợp kim cứng cacbit, nitrit, borit không cần chất dính. o ép ở nhiệt độ trung bình (800 ữ 1100 o C), khuôn kim loại, P=200MPa, dùng cho VL kết cấu ĩ Thiêu kết dới áp lực và phóng điện: (Spark Pressing), Nhật, Mỹ, P=100MPa, dới điện trờng mạnh phóng điện trong vài giây: phủ hợp kim cứng lên bề mặt chi tiết, dao cắt, tiếp điểm ĩ ép nóng đẳng tĩnh: (HIP - Hot Isostatic Pressing) T=1000ữ1500 o C, P=100ữ200Mpa, trong Ar, dùng cho các chi tiết máy, dụng cụ, b. Ưu, nhợc điểm của phơng pháp - Hiệu quả kinh tế - kỹ thuật cao nếu sản lợng lớn vì đầu t ban đầu cao - nguyên liệu bột đợc sử dụng gần nh triệt để, không hay ít phải gia công cắt, sửa - Về chất lợng: dễ bảo đảm độ đồng nhất, chính xác thành phần đều tổ chức và tính chất. - Một số sản phẩm chỉ có thể chế tạo bằng công nghệ bột: vật liệu cứng, siêu cứng, bạc xốp . - Nhợc: cấu trúc không xít chặt (độ xốp thay đổi rộng từ 2 đến 50%), có cơ tính không cao. Đầu t ban đầu lớn, cũng hao phí khi tạo bột đắt, chi tiết phức tạp khó đều lực ép 6.4.2. Vật liệu cắt và mài ứng dụng quan trọng nhất trong Cơ khí là làm dao cắt bằng hợp kim cứng và đá mài. a. Hợp kim cứng Hợp kim cứng có tính cứng nóng cao nhất 800 ữ 1000 o C, tốc độ cắt có thể tới hàng trăm m/min. 92 Thành phần hóa học và cách chế tạo WC (chiếm tỷ lệ cao nhất), TiC, TaC rất cứng và nhiệt độ chảy rất cao, rất ổn định, Co làm chất dính kết, nhờ vậy bảo đảm độ bền, độ cứng, , cứng nóng rất cao, không phải qua nhiệt luyện. - Tạo bột cacbit bằng cách hoàn nguyên WO 3 bằng hyđrô ở 700 ữ 900 o C đợc bột W rồi đem nghiền, sàng lấy cỡ hạt nhỏ 0,10 ữ 0,15 đến 3 ữ 5 à m , sau đó trộn bột W với bồ hóng và nung lên 1400 o C trong 1h để đợc bột WC. - Trộn bột cacbit với bột Co trong nhiều h cho thật đều rồi đem ép thành lỡi cắt nhỏ, hình dạng đơn giản, P=100-400 MPa - Nung phôi ép sơ bộ ở 900 o C - 1h, ép tạo hình chính xác và độ bóng yêu cầu, P > 400MPa - Thiêu kết: nung ở nhiệt độ cao (1450-1500 o C) để Co biến mềm, bắt đầu chảy, dính chặt các hạt cacbit với nhau thành khối chắc. Phân loại và các mác Có ba nhóm: một, hai và ba cacbit (bảng 6.6). Bảng 6.6. Thành phần hóa học (%) và cơ tính của một số hợp kim cứng % Cơ tính Công dụng Mác hợp kim WC TiC TaC Co U ,MPa HRA Ký hiệu theo TCVN Một cacbit BK2 98 - - 2 1000 90,0 WCCo2 BK3 97 - - 3 1100 89,5 WCCo3 BK4 96 - - 4 1400 89,5 WCCo4 BK6 94 - - 6 1500 88,5 WCCo6 BK8 92 - - 8 1600 87,5 WCCo8 Dụng cụ cắt: gang, hợp kim màu, sứ, gốm BK10 90 - - 10 1650 87,0 WCCo10 BK15 85 - - 15 1800 86,0 WCCo15 khuôn kéosợi, mũi khoan đá BK20 80 - - 20 1950 84,0 WCCo20 BK25 75 - - 25 2000 82,0 WCCo25 khuôn dập C/tiết mmòn Hai cacbit T30K4 66 30 - 4 950 92,0 WCTiC30Co4 T15K6 79 15 - 6 1150 90,0 WCTiC15Co6 T14K8 78 14 - 8 1250 89,0 WCTiC14Co8 T5K10 85 5 - 10 1400 88,5 WCTiC5Co10 T5K12 83 5 - 12 1650 87,0 WCTiC5Co12 Dụng cụ cắt tốc độ cao, cắt thép không gỉ Ba cacbit TT7K12 81 4 3 12 1650 87,0 WCTiC4TaC3Co12 TT10K8 82 3 7 8 1450 89,0 WCTiC3TaC7Co8 TT20K9 71 8 12 9 1300 89,0 WCTiC8TaC12Co9 cắt phôi đúc, rèn,cần chống mẻ tốt %Co tăng bền tăng, cứng giảm Tổ chức và cơ tính Tổ chức tế vi: gồm các hạt cacbit sắc cạnh (màu sáng) liên kết với nhau bằng Co (màu tối) Độ xốp (~ 2%). Không có C d (bồ hóng) trong tổ chức vì nó gây ra điểm mềm. 93 Khi làm dao, miếng hợp kim cứng nhỏ đợc hàn (hàn đồng) hay kẹp vào thân dao bằng thép C45 có độ bền uốn và độ dẻo tốt, sẽ tránh các nhợc điểm trên của hợp kim cứng. b. Vật liệu làm đĩa cắt Dao (đĩa) cắt bằng kim cơng nhân tạo hay nitrit bo (BN) đợc dùng rộng rãi trong cắt kim loại, đá. Chúng là các vật liệu siêu cứng (HV 8000 ữ 10000). Có thể có các dạng sau: - Bột kim cơng trộn với 1 ữ 2% bột B, Be hoặc Si (chất dính kết) đợc ép nóng dới áp suất cao tới 12GPa ở nhiệt độ khoảng 3000 o C, đạt đợc HV 8000. - Bột kim cơng hoặc bột BN rải lên bề mặt hợp kim cứng rồi ép nóng dới áp suất 5 ữ 8GPa ở khoảng 1800 o C, lúc đó một phần nhỏ Co, thậm chí cả W, Ti của hợp kim cứng tiết ra thành chất dính kết với lớp siêu cứng, đạt HV 5000 ữ 8000. - Bột kim cơng hoặc bột BN trộn với khoảng 20 ữ 30% bột kim loại (chất dính kết), ép nóng dới áp suất 3 ữ 6GPa ở 1200 ữ 1600 o C, đạt HV 4000 ữ 5000, thích hợp với dụng cụ cắt đá. Kim cơng tuy có độ cứng cao nhất (HV 10000) nhng lại bị hạn chế nhiệt độ sử dụng (khi cắt với tốc độ cao, cacbon khuếch tán vào sắt, thép) nên dao cắt với BN có u việt hơn. Ví dụ có thể cắt gang xám với tốc độ 1800 ữ 2000 m/min . c. Vật liệu mài Bột mài: (SiO 2 ), êmêri (hỗn hợp tự nhiên của Al 2 O 3 ), Al 2 O 3 , SiC, BN lập phơng, kim cơng. -bột tự do, trong máy phun cát, bột mài rà, bột đánh bóng (nh đánh bóng mẫu kim loại để quan sát tổ chức tế vi là bột Cr 2 O 3 - màu rêu và Al 2 O 3 - màu trắng), - gắn trên giấy, vải (gọi là giấy, vải ráp hay nhám) để làm nhẵn gỗ, kim loại, - khối (đá mài các loại): thờng làm bằng SiC, các hạt mài đợc liên kết với nhau bằng chất dính kết gốm thủy tinh hay nhựa hữu cơ. d. Thép gió bột Loại thép gió có (> 2%C, > 6%V, > 10%Co) rất khó luyện, bị thiên tích mạnh và khó rèn. Khi chế tạo bằng phơng pháp luyện kim bột nhờ có bột mịn mà thành phần trở nên đồng nhất hơn. Từ nguyên liệu bột (Fe, C, W, Cr, Mo, V, Co) qua HIP (100MPa ở 1100 o C) trong (Ar), tạo nên các bán thành phẩm thỏi lớn. Chế độ rèn và nhiệt luyện nh thép gió nấu chảy nhng với nhiệt độ thấp hơn. 6.4.3. Vật liệu kết cấu a. Trên cơ sở Al và hợp kim Al Bột Al: ép (P= 100 ữ 350MPa) và thiêu kết sẽ đợc các bán thành phẩm hệ Al - Al 2 O 3 , trong đó Al 2 O 3 (5 ữ 20%) là pha cứng làm tăng độ bền của vật liệu (sau khi nhiệt luyện b có thể đạt tới 300 ữ 450MPa). u việt chủ yếu: tính chịu nóng cao đến 300 ữ 350 o C Hoa kỳ: SAP (Sintered Aluminum Powder), Nga là CA - Bột hợp kim Al thiêu kết: Hoa kỳ: SAAP (Sintered Aluminum Alloy Powder), Nga là CAC, b. Trên cơ sở sắt và thép [...]...94 6.4.4 Hợp kim xốp và thấm Đây là u việt nổi trội của hợp kim bột không gì thay thế đ ợc, có thể điều chỉnh, khống chế đ ợc a Bạc xốp tự bôi trơn Cu-10%Sn, xốp 25% tẩm dầu trong chân không ở 75oC, khi làm việc dầu tiết ra, khi ngừng dầu hút vào Dùng làm các loại bạc cho quạt điện, máy hút bụi, máy giặt, mà không cần bôi trơn b Màng lọc: Màng lọc đ ợc sản xuất từ bột vật liệu dạng cầu . 84 Chơng 6 hợp kim màu và bột 6.1. Hợp kim Al (Al) Al và hợp kim Al chiếm vị trí thứ hai sau thép vì tính chất phù hợp với nhiều công dụng:. > 75%. b. Hợp kim Al và phân loại Hình 6.1. Góc giản đồ pha Al - nguyên tố hợp kim c. Hệ thống ký hiệu cho hợp kim Al Hoa kỳ ký hiệu các hợp kim Al: theo