VAT LIEU HOC (Autosaved)

LỜI NĨI ĐẦU Trong Trường Trung cấp nghề, mơn Vật liệu học môn lý thuyết sở nhằm trang bị cho học sinh số kiến thức cần thiết ngành khí Để giúp em học tập môn chuyên ngành nhờ vận dụng vào trình sản xuất Trên sở chương trình khung, đồng thời cho phù hợp với mục tiêu đào tạo nghề khí Giáo trình kỹ thuật đựợc biên soạn gồm phần : Phần I : Nhơm hợp kim nhôm Phần II : Gang thép Phần III : Vật liệu phi kim loại Giáo trình đựợc dùng làm tài liệu giảng dạy, học tập Trường Trung cấp nghề thuộc ngành khí Hoặc làm tài liệu tham khảo cho ngành nghề khác Trong q trình biên soạn có nhiều hạn chế kinh nghiệm nên khơng tránh khỏi thiết sót Chúng tơi mong bạn đọc góp ý kiến bổ sung cho nội dung giáo trình hồn thiện Xin chân thành cảm ơn ! BÀI 1: NHÔM VÀ HỢP KIM NHÔM Mục tiêu: - Vẽ giải thích giản đồ nhôm - silic - nh bà đặc điểm, phân loại ký hiệu loại hợp kim nhôm - Nhận dạng hợp kim nhôm - uân thủ qu định, qu phạm vật liệu học GIẢN ĐỒ NHÔM – SILIC: 1.1 CÁC KHÁI IỆM CƠ BẢN: a – Pha: tổ phần đồng hợp kim (hệ) Chúng có thành phần đồng điều kiện cân bằng, t ạng thái (lỏng, ắn khí), t ạng thái ắn phải kiểu thông số mạng ngăn cách với phần lại (với pha khác) bề mặt phân chia b – Hệ: tập hợp pha t ạng thái cân Hệ coi cân t nh chu ển biến xả a t ong có tính chất thuận nghịch Rất khó đạt cân tu ệt đối nung nóng, làm nguội đạt cân tu ệt đối nung nóng, làm nguội đạt nung nóng làm nguội vơ chậm c – Cấu tử (ngu ên): chất độc lập, có thành phần khơng đổi, chúng tạo nên pha hệ Ví dụ: Nước (H2O) 0oC gồm có nước (lỏng) nước đá ( ắn) hệ cấu tử, có hai pha khác t ạng thái tồn (lỏng ắn) d – Qui tắc pha: qui tắc cho phép xác định quan hệ số bậc tự T với số cấu tử N số pha F Số bậc tự số ếu tố bên t ong (thành phần) ếu tố bên ngồi (nhiệt độ, áp suất) tha đổi t ong phạm vi mà không làm tha đổi t ạng thái pha hợp kim T=N–F+2 t ong đó: – Số bậc tự do; N – số cấu tử; F – số pha tồn t ong hệ; – ếu tố bên ngoài, nhiệt độ áp suất Thơng thường khảo sát hợp kim th tiến hành áp suất không đổi, nên số ếu tố bên ngồi cịn (nhiệt độ), v thế: T = N – F + 1; – nhiệt độ Khi = tức hợp kim tha đổi nhiệt độ thành phần Ví dụ: Nếu kim loại lỏng kết tinh có hai pha ắn lỏng = – + = 0, lúc nhiệt độ khơng tha đổi ên đường nguội có đoạn nằm ngang Khi = 1, hợp kim không tha đổi số pha tha đổi nhiệt độ thành phần Khi = tức hợp kim không tha đổi số pha nga tha đổi đồng thời thành phần e – Qu tắc đòn bẩ : Qu tắc đòn bẩ cho phép xác định tỉ lệ thành phần cấu tạo hợp kim, thành phần hóa học, tỉ lệ pha, tỉ lệ tổ chức Xác định t ạng thái pha hợp kim: Muốn biết hợp kim cho với thành phần %x nhiệt độ toC có tổ chức pha nào, người ta xác định tọa độ t ạng thái hợp kim ứng với thành phần % nhiệt độ toC t ong hệ tọa độ thành phần – nhiệt độ Nếu giao điểm vào pha, th hợp kim có tổ chức pha thành phần hóa học pha tỉ lệ ngu ên hợp kim cho (tức điểm %x) Nếu điểm giao vào vùng hai pha th hợp kim có tổ chức hai pha khác Ví dụ t ên H 2.1, hai pha M N có thành phần hóa học tương ứng x1 x2 Để xác định tỉ lệ hai pha nà , ta dùng qu tắc đòn bẩ Qu tắc đòn bẩ : Điểm điểm giao đường gióng thành phần x%B nhiệt độ toC Điểm vào vùng có hai pha Gọi hai pha M N Gọi x1 % ngu ên tố B t ong pha M H nh 2.1 Xác định tỉ lệ hai pha theo qu tắc đòn bẩ Gọi x2 % ngu ên tố B t ong pha N Bài toán cần giải t m lượng tương đối hai pha m n Ta có: mx1 lượng ngu ên tố B t ong pha M; nx2 lượng ngu ên tố B pha N; mx1 + nx2 = x m + n = 100% = a có hệ: Giải hệ phương t nh với hai ẩn m n, ta có: hay: Quan hệ nà giống qu tắc tổng hợp lực song song, giống qu tắc đòn bẩ Qu tắc nà giúp tỉ lệ pha hợp kim có cấu tạo hai pha 1.2 CƠNG DỤNG CỦA GIẢN ĐỒ TRẠNG THÁI: Giản đồ pha (còn gọi giản đồ t ạng thái giản đồ cân bằng) hệ công cụ để biểu thị mối quan hệ nhiệt độ, thành phần số lượng (tỷ lệ) pha (hoặc tổ chức) hệ t ạng thái cân Các hệ có giản đồ pha khác chúng xâ dựng thực nghiệm ong thực tế khơng có hai giản đồ pha giống hoàn toàn v tương tác cấu tử xả a ất phức tạp từ kiểu pha, phản ứng nhiệt độ tạo thành Hiện na người ta xâ dựng hầu hết hệ hai cấu tử kim loại, kim loại với kim hệ ba cấu tử thường gặp ất thuận tiện cho việc ta cứu Hệ cấu tử khơng có biến đổi thành phần nên giản đồ pha có t ục, t ên đánh dấu nhiệt độ chả (kết tinh) nhiệt độ chu ển biến thù h nh (nếu có) h nh 3.6 cho t ường hợp sắt Giản đồ pha hệ hai cấu tử có hai t ục: t ục tung biểu thị nhiệt độ, t ục hoành biểu thị thành phần (thường theo % khối lượng) với đường phân chia khu vực pha theo ngu ên tắc sau: - Xen hai khu vực pha khu vực hai pha tương ứng - Mỗi điểm t ên t ục hoành biểu thị thành phần xác định hệ heo chiều từ t sang phải tỷ lệ cấu tử B tăng lên, từ phải sang t tỷ lệ cấu tử A tăng lên, hai đầu mút tương ứng với hai cấu tử ngu ên chất: A (t ái), B (phải) Ví dụ t ên h nh 3.7 điểm C ứng với thành phần có 30%B (tỷ lệ cấu tử thứ hai phần lại, tức 70%A), điểm D: 80%B + 20%A Hình 3.6 Giản đồ pha sắt Hình 3.7 Các t ục giản đồ pha hệ hai cấu tử - Đường thẳng đứng biểu thị thành phần xác định nhiệt độ khác Ví dụ đường thẳng đứng qua D biểu thị tha đổi nhiệt độ thành phần nà (80%B +20%A) - Hai t ục tung giản đồ pha cấu tử tương ứng (t cho A, phải cho B) Do biểu thị t ên mặt phẳng cách xác nên từ giản đồ pha hệ hai cấu tử dễ dàng xác định thông số sau đâ cho thành phần xác định nhiệt độ • Các pha tồn Căn vào điểm nhiệt độ - thành phần cho (tạm gọi tọa độ) nằm t ong vùng giản đồ pha có tổ chức pha tương ứng với vùng đó: nằm vùng pha, hợp kim có tổ chức pha; nằm vùng hai pha - có tổ chức hai pha • hành phần pha Nếu tọa độ nằm t ong vùng pha th thành phần pha cấu tạo nên hợp kim thành phần hợp kim chọn Khi tọa độ nằm t ong vùng hai pha việc xác định có phức tạp hơn: kẻ đường nằm ngang (đẳng nhiệt) qua tọa độ nà , hai giao điểm với hai đường biên giới với hai vùng pha gần õ thành phần pha tương ứng • ỷ lệ (về số lượng) pha tổ chức iếp theo xác định tỷ lệ chúng nhờ qu tắc đòn bẩ cánh ta đòn theo ngu ên tắc sau: ba điểm t ên (tọa độ hai pha) tạo nên hai đoạn thẳng mà độ dài đoạn biểu thị tỷ lệ tương đối pha đối diện t ong hợp kim, cách đơn giản: lượng pha t độ dài đoạn thẳng phải (đòn bên phải) = -lượng pha phải độ dài đoạn thẳng t (đòn bên t ái) giống cân đòn bẩ lượng pha t x đòn t = lượng pha phải x địn phải (hình 3.8) Hình 3.8 Sự cân địn bẩ • Su đốn tính chất hợp kim heo qu tắc kết hợp th tính chất hợp kim Phk tổng hợp tính chất pha Ppha theo tỷ lệ bậc Ngoài a từ giản đồ pha hệ hai cấu tử biết được: • Nhiệt độ chả (kết tinh): thường hợp kim nóng chả (kết tinh) t ong khoảng nhiệt độ (bắt đầu kết thúc) tương ứng với hai đường chạ ngang suốt giản đồ, đường chạ ngang t ên gọi đường lỏngliquidus (ở cao đường nà hợp kim hoàn toàn t ạng thái lỏng), đường ngang sát gọi đường ắn (ha đường đặc) - solidus (ở thấp đường nà hợp kim hoàn toàn t ạng thái ắn) • Các chu ển biến pha Sự xuất biến pha (khi nung nguội chậm) nhiệt độ xả a, tương ứng với đường đường đặc • Dự đoán tổ chức tạo thành t ạng thái không cân (khi nguội nhanh) V vậ giản đồ pha thiếu nghiên cứu hệ hợp kim Giản đồ pha hai cấu tử hệ thực tế có loại ất phức tạp, song dù phức tạp đến coi gồm nhiều giản đồ gộp lại Dưới đâ khảo sát số dạng thường gặp t ong giản đồ mà cấu tử hịa tan vơ hạn vào t ạng thái lỏng, song khác tương tác t ạng thái ắn với vận dụng xác định thông tin t ên cho t ường hợp cụ thể 1.3 CẤU TẠO GIẢN ĐỒ TRẠNG THÁI HAI PHÂN TỬ: a GIẢN ĐỒ LOẠI 1: H nh 3.9 Dạng tổng quát giản đồ pha loại I (a) giản đồ pha Pb Sb (b) Là giản đồ pha hệ hai cấu tử khơng có tương tác nào, chúng tạo nên hỗn hợp iêng ẽ hai cấu tử, có dạng tổng quát t nh bà h nh 3.9a hệ điển h nh có kiểu nà hệ ch - antimoan (Pb - Sb) h nh 3.9b Giản đồ gồm cặp đường lỏng – ắn, t ong đường t ên AEB đường lỏng, đường nằm ngang CED (245oC) đường ắn, A nhiệt độ chả (kết tinh) cấu tử A (Pb với 327oC), B nhiệt độ chả (kết tinh) cấu tử B (Sb - 631oC) Hợp kim nóng chả kết tinh t ong khoảng hai đường nà với tồn hai ba pha (pha lỏng với hai pha ắn A, B) Hã xét kết tinh hợp kim cụ thể gồm 60%B (Sb) + 40%A (Pb) Đường thẳng đứng biểu thị hợp kim nà cắt đường lỏng, ắn tương ứng (500oC), (245oC), hai mốc nhiệt độ đáng ý: + Ở cao (500oC) hợp kim t ạng thái lỏng hoàn toàn L + Ở thấp (245oC) hợp kim t ạng thái ắn A +B (Pb + Sb) + Ở t ong khoảng - (500 - 245oC) hợp kim t ạng thái lỏng + ắn: L + B (L + Sb) ứng với t nh kết tinh nóng chả Vậ (500oC) nhiệt độ bắt đầu kết tinh kết thúc nóng chả (245oC) nhiệt độ bắt đầu nóng chả kết thúc kết tinh Sự kết tinh hợp kim từ t ạng thái lỏng xả a sau - Làm nguội đến (500oC) hợp kim lỏng bắt đầu kết tinh a tinh thể B (Sb) nhiệt độ nà ứng với 1’ - Làm nguội tiếp tục, tinh thể B (Sb) tạo thành nhiều làm tỷ lệ B (Sb) t ong hợp kim lỏng lại giảm nên điểm biểu diễn (tọa độ) dịch sang t theo đường lỏng từ đến E Ví dụ toα (400oC) hợp kim lỏng (còn lại) với tọa độ điểm a’’ (37%Sb) tinh thể B với tọa độ điểm a’ tức 100%B (100%Sb) Áp dụng qu tắc cánh ta đòn, tỷ lệ hai pha nà La’’ / Ba’ = aa' / aa'' hay L40 / Sb100 = (100 - 60) / (60 - 37) = 40 / 23 tức pha lỏng 40 / 63 (63,5%), ắn 23 / 63 (36,5%) - Khi làm nguội đến đường ắn CED (245oC) hợp kim lỏng (còn lại) nghèo B (Sb) có tọa độ điểm E (13%Sb), pha ắn B (Sb) ứng với điểm D ỷ lệ hai pha nà LE / BD = 2D / 2E hay L13 / Sb100 = (100 - 60) / (60 - 13) = 40 / 47 ức pha lỏng khoảng 46%, pha ắn (Sb) kết tinh 54% Có nhận xét tu có hai cấu tử A B (Pb Sb) đâ hợp kim kết tinh a B (Sb) có phần B (Sb) t ong hợp kim (54 t ong 60%) kết tinh, cấu tử (A, Pb) chưa kết tinh - ại nhiệt độ đường ắn CED (245oC), LE (L13) kết tinh a hai cấu tử A+B (Pb + Sb) lúc, hỗn hợp hai pha ắn tạo thành lúc (đồng thời) từ pha lỏng vậ gọi tinh (cùng kết tinh) eutectic LE → (A + B) L13 → (Pb + Sb) Đó phản ứng tinh Qu ước biểu thị tổ chức tinh t ong ngoặc đơn - ( ) Sự kết tinh kết thúc đâ làm nguội đến nhiệt độ thường khơng có chu ển biến g khác Cuối hợp kim nà có tổ chức B + (A + B) Sb + (Pb + Sb), t ong B (Sb) tạo thành t ước nhiệt độ cao nên có kích thước hạt lớn (độ nguội nhỏ) tinh (A + B) (Pb + Sb) tạo thành sau nhiệt độ thấp nên có cấu tạo (kích thước hạt) pha nhỏ mịn (do độ nguội lớn) Có thể tính dễ dàng tỷ lệ pha tổ chức hợp kim 60%Sb + 40%Pb sau: - ỷ lệ pha Pb / Sb = (100 - 60) / (60 - 0) = 40 / 60 hay 40%Pb, 60%Sb - ỷ lệ tổ chức Sb / (Pb+Sb) = (60 - 13) / (100 - 60) = 47 / 40 hay 54% Sb (độc lập) lại 46% tinh (Pb + Sb) ương tự ngu ên tắc nêu mục 3.2.2 biết diễn biến kết tinh (sự tạo thành tổ chức) hợp kim hệ Ví dụ, loại 90%Pb + 10%Sb kết tinh a ch (Pb) t ước 245oC kết tinh a tinh (Pb + Sb) Như vậ hợp kim giản đồ loại I kết tinh theo thứ tự sau: “thoạt tiên pha lỏng kết tinh a t ong hai cấu tử ngu ên chất t ước làm cho pha lỏng nghèo cấu tử nà biến đổi thành phần đến điểm tinh E, đến đâ pha lỏng lại kết tinh a cấu tử thứ hai tức a hai cấu tử lúc" Ngồi a có nhận xét tiên đưa thêm cấu tử khác vào cấu tử làm cho nhiệt độ kết tinh giảm đi, đạt đến giá t ị thấp sau tăng lên Qu ước: • Hợp kim có thành phần điểm E lân cận gọi hợp kim tinh eutectic (có nhiệt độ chả thấp nhất, thấp cấu tử dễ chả nhất), kết tinh nga a hai cấu tử lúc nhiệt độ khơng đổi • Hợp kim có thành phần bên t ái, bên phải điểm E gọi hợp kim t ước tinh (ha h poeutectic), sau tinh (ha h pe eutectic), so với loại tinh chúng có nhiệt độ chả cao hơn, kết tinh a cấu tử t ước xả a t ong khoảng nhiệt độ b GIẢN ĐỒ LOẠI 2: H nh 3.10 Dạng tổng quát giản đồ pha loại II (a) giản đồ pha hệ Cu - Ni (b), hệ Al2O3 - Cr2O3 (c) Là giản đồ pha hệ hai cấu tử với tương tác hịa tan vơ hạn vào nhau, có dạng tổng quát t nh bà h nh 3.10a hệ điển h nh có kiểu nà hệ đồng - niken (Cu - Ni) h nh 3.10.b hệ Al2O3 C 2O3 h nh 3.10c, có dạng hai đường cong khép kín, t ong đường t ên đường lỏng, đường đường ắn, đường ắn vùng tồn dung dịch ắn α có thành phần tha đổi liên tục Các hợp kim hệ nà có qu luật kết tinh ất giống nhau: “nếu lấ đơn vị đo lượng cấu tử thành phần khó chả th tiên hợp kim lỏng kết tinh a dung dịch ắn giàu hơn, v pha lỏng lại bị nghèo đi, song làm nguội chậm tiếp tục dung dịch ắn tạo thành biến đổi thành phần theo hướng nghèo cuối đạt thành phần hợp kim” Hã xét kết tinh hợp kim cụ thể 35%Ni + 65%Cu hình 3.11 - Ở 1300oC ứng với điểm (nằm t ong vùng L), hợp kim t ạng thái lỏng (chưa kết tinh), t ạng thái nà tồn điểm Ở 1270oC ứng với điểm (chạm vào đường lỏng), hợp kim bắt đầu kết tinh a dung dịch ắn α2’’ (49%Ni) iếp tục làm nguội chậm, lượng α 10 ... HỢP KIM NHƠM: PHÂN ÍCH CẤU RÚC VẬ LIỆU BẰNG KÍNH HIỂN VI QUANG HỌC: - Phương pháp hiển vi quang hoc : Là phương pháp dùng kính hiển vi quang học để xem h nh ảnh, tổ chức bề mặt mẫu vật liệu t