- Các nhóm nguyên tử sắp sếp có trật tự được hình thành trong một thời gian rất ngắn, xau đó lại tản đi để rồi lại xuất hiện ở chỗ khác, có nghĩa là sự hình thành rồi lại tản đi của c[r]
(1)BỘ MÔN VẬT LIỆU KỸ THUẬT 1 CHƯƠNG 2: SỰ KẾT TINH
2.1 CẤU TẠO CỦA KIM LOẠI LỎNG VÀ ĐIỀU KIỆN KẾT TINH
2.1.1 Cấu tạo kim loại lỏng
- Phần lớn kim loại chế tạo từ trạng thái lỏng làm nguội khuôn thành trạng thái rắn
(2)BỘ MÔN VẬT LIỆU KỸ THUẬT 2 CHƯƠNG 2: SỰ KẾT TINH
2.1.2 Điều kiện lượng trình kết tinh. + Đặc điểm cấu trúc kim loại lỏng:
- Các nguyên tử có xu hướng tạo thành nhóm nguyên tử xắp xếp có trật tự (tức có trật tự gần mà khơng có trật tự xa trạng thái rắn);
- Các nhóm nguyên tử sếp có trật tự hình thành thời gian ngắn, xau lại tản để lại xuất chỗ khác, có nghĩa hình thành lại tản chúng trình xẩy liên tiếp;
(3)BỘ MÔN VẬT LIỆU KỸ THUẬT 3 2.1.2 Điều kiện lượng trình kết tinh
+ Sự biến đổi lượng kết tinh.
Năng lượng dự trữ đặc trưng đại lượng khác gọi lượng tự F
- Ở nhiệt dộ T < Ts kim loại tồn trạng thái rắn Fr< Fl
- Ở nhiệt dộ t độ T0, Fr= Fl Kim loại lỏng trạng thái cân động
T0 gọi nhiệt độ kết tinh lý thuyết
kết tinh thực tế
xảy T<Ts hay Fr < Fl.
(4)BỘ MÔN VẬT LIỆU KỸ THUẬT 4 2.1.2 Điều kiện lượng trình kết tinh
+ Độ nguội
- Độ nguội ∆T hiệu nhiệt độ kết tinh lý thuyết Ts và nhiệt độ kết tinh thực tế TKT.
∆T = Ts - TKT
- Đối với kim loại nguyên chất kỹ thuật, chúng kết tinh độ nguội khác nhau, tốc độ làm nguội lớn kim loại kết tinh với độ nguội lớn
- Như chuyển biến pha cần độ nguội ∆T động lực chuyển pha hiệu lượng hai pha nhiệt độ cho:
(5)BỘ MÔN VẬT LIỆU KỸ THUẬT 5
2.2 HAI QUÁ TRÌNH CỦA SỰ KẾT TINH
2.2.1 Sự sinh mầm kết tinh
- Mầm tinh thể hiểu phần chất rắn nhỏ ban đầu hình thành kim loại lỏng
- Có hai loại mầm:
+ Mầm tự sinh - mầm đồng thể; + Mầm ký sinh - mầm dị thể.
(6)BỘ MÔN VẬT LIỆU KỸ THUẬT 6 2.2.1 Sự sinh mầm kết tinh
+ Mầm tự sinh
- Mầm tự sinh nhóm nguyên tử có kiểu mạng thành phần hố học gần pha (pha sản phẩm) hình thành trong pha cũ (pha mẹ) phát triển trình chuyển pha
- Khi T < TS nhóm nguyên tử xếp có trật tự, có kích thước lớn kích thước tới hạn
(7)BỘ MÔN VẬT LIỆU KỸ THUẬT 7 2.2.1 Sự sinh mầm kết tinh
- Bán kính tới hạn tính theo cơng thức:
V th
Δf 2δ
r
Trong đó:
- Sức căng bề mặt rắn lỏng;
(8)BỘ MÔN VẬT LIỆU KỸ THUẬT 8 2.2.1 Sự sinh mầm kết tinh
+ Mầm ký sinh
- Là mầm khơng tự sinh lịng pha mà dựa vào vị trí có “khuyết tật” Đó phần tử rắn có sẵn lịng kim loại lỏng Các nhân nguyên tử xếp có trật tự gắn vào đó mà phát triển lên thành hạt.
(9)BỘ MÔN VẬT LIỆU KỸ THUẬT 9 2.2.2 Sự lớn lên mầm
- Khi kích thước mầm r rth phát triển mầm
là tự phát, giảm lượng tự do.
Khi nhiệt độ kết tinh thực tế thấp rth nhỏ, kết tinh dễ dàng
(10)BỘ MÔN VẬT LIỆU KỸ THUẬT 10 CHƯƠNG 2: SỰ KẾT TINH
2.3.1- Tiến trình kết tinh
2.3 Sự hình thành hạt tinh thể phương pháp tạo hạt nhỏ thỏi đúc
Khi mầm tạo nên trước lớn lên mầm khác kim loại lỏng tiếp tục hình thành
Sự hết tinh tiếp tục phát triển khơng cịn kim loại lỏng
Quá trình kết tinh mầm định hướng ngẫu nhiên nên phương mạng hạt không đồng hướng lệch góc đó
Xuất xô lệch mạng
(11)BỘ MÔN VẬT LIỆU KỸ THUẬT 11 CHƯƠNG 2: SỰ KẾT TINH
2.3.1- Hình dạng hạt
- Hình dạng hạt phụ thuộc vào tốc độ phát triển mầm theo phương khác nhau:
+ Theo phương hạt có dạng cạnh cầu;
+ Theo phương (rất mạnh) hạt có dạng dài hình trụ;
+ Theo mặt (rất mạnh) hạt có dạng tấm, phiến
(12)BỘ MÔN VẬT LIỆU KỸ THUẬT 12 CHƯƠNG 2: SỰ KẾT TINH
2.3.3- Kích thước hạt
- Kích thước hạt tiêu để đánh giá chất lượng kim loại – quan hệ chặt chẽ tới tính
- Các cách xác định độ lớn hạt:
+ Đo diện tích trung bình hạt (Phức tạp-ít dùng); + Đo đường kính lớn hạt;
(13)BỘ MÔN VẬT LIỆU KỸ THUẬT 13 2.3.4- Các phương pháp tạo hạt nhỏ đúc
a, Nguyên lý tạo hạt nhỏ đúc
Hai yếu tố định kích thước hạt kết tinh là: - Tốc độ tạo mầm;
- Tốc độ phát triển mầm
+ Tốc độ tạo mầm lớn số mầm tạo nhiều hạt
càng nhỏ
(14)BỘ MÔN VẬT LIỆU KỸ THUẬT 14 2.3.4- Các phương pháp tạo hạt nhỏ đúc
Bằng thực nghiệm cho thấy:
n v a.
A
Trong :
A – Kích thước hạt; a – Hệ số;
v – Tốc độ phát triển mầm; n – Tốc độ tạo mầm
(15)BỘ MÔN VẬT LIỆU KỸ THUẬT 15 2.3.4- Các phương pháp tạo hạt nhỏ đúc
b, Các phương pháp làm hạt nhỏ đúc
Khi tăng độ nguội, tốc độ tạo mầm n, tốc độ phát triển mầm v tăng, n tăng nhanh v, nên làm hạt nhỏ
- Gồm phương pháp là: tăng độ nguội, biến tính
(16)BỘ MÔN VẬT LIỆU KỸ THUẬT 17 2.3.4- Các phương pháp tạo hạt nhỏ đúc
- Kết hợp với tạp chất kim loại lỏng tạo thành hợp chất khó chảy, khơng tan lơ lửng lịng khối kim loại lỏng, tạo mầm có sẵn – Tạo mầm ký sinh – Tăng tốc độ tạo mầm;
(VD cho khoảng 20g đến 50g Al cho thép lỏng) với lượng nhôm đủ kết hợp với ôxy, nitơ hoà tan thép lỏng toạ thành AL2O3 AlN phân tán đều).
- Hoà tan tạp chất vào kim loại lỏng để hạn chế tốc độ phát triển mầm v
(VD đúc hợp kim Al - Si, người ta cho vào lượng Natri làm giảm phát triển tinh thể Silic).
Đây phương pháp hiệu để nhận hạt nhỏ, làm biến đổi tính chất (cơ tính), nên gọi phương pháp biến tính
(17)BỘ MÔN VẬT LIỆU KỸ THUẬT 18
2.4 CẤU TẠO TINH THỂ VẬT ĐÚC
2.4.1- Cấu tạo tinh thể thỏi đúc
- Hình dạng độ lớn hạt phụ thuộc vào độ nguội, tốc độ, phương tản nhiệt
+ Lớp vỏ gồm hạt nhỏ đẳng trục (vùng 1) Do: - Tốc độ nguội thành khuôn lớn, nên độ nguội ∆T lớn; - Thành khn có độ nhấp nhơ nên tạo điều kiện để mầm có sẵn.
(18)BỘ MÔN VẬT LIỆU KỸ THUẬT 19
2.4 CẤU TẠO TINH THỂ VẬT ĐÚC
+ Vùng trung gian gian có dạng hình trụ (vùng 2) theo phương vng góc với thành khn
Do:
- Nhiệt độ thành khuôn lớn lên, nên độ nguội ∆T thấp; - Hạt phát triển ngược chiều với phương tản nhiệt, mà phương tản nhiệt theo chiều vng góc với thành khn ngắn nhất.
Do:
(19)BỘ MÔN VẬT LIỆU KỸ THUẬT 20
2.4 CẤU TẠO TINH THỂ VẬT ĐÚC
+ Vùng trung tâm (vùng 3) gồm hạt lớn đẳng trục Do:
- Nhiệt độ thành khuôn lớn, nên độ nguội ∆T nhỏ;
- Mặt khác tốc độ tản nhiệt chậm ởãung quanh có nhiệt độ gần giống nên gần kết tinh đồng thời, phương tản nhiệt không rõ ràng, coi theo phía.
Do:
- Nhiệt độ thành khuôn lớn, nên độ nguội ∆T nhỏ;
(20)BỘ MÔN VẬT LIỆU KỸ THUẬT 21
2.4 CẤU TẠO TINH THỂ VẬT ĐÚC
Kết luận:
- Kích thước hạt tăng theo chiều từ ngồi vào trong; - Vùng mỏng, hạt nhỏ;
- Ti lệ độ lớn hạt vùng phụ thuộc vào tốc độ làm nguội vật liệu làm khn (Làm nguội nhanh vùng 23, chí cịn vùng - xun tinh, làm nguội chậm vùng
32)
Kết luận:
- Kích thước hạt tăng theo chiều từ ngồi vào trong; - Vùng mỏng, hạt nhỏ;
(21)BỘ MÔN VẬT LIỆU KỸ THUẬT 22
2.4 CẤU TẠO TINH THỂ VẬT ĐÚC
2.4.2 Các khuyết tật thỏi đúc
a, Lõm co rỗ co
+ Khái niệm:
- Lõm co: là tượng kết tinh, thể tích kim loại co lại (phần kim loại lỏng sau kết tinh bị co lại khơng kim loại lỏng bổ xung nữa)
(22)BỘ MÔN VẬT LIỆU KỸ THUẬT 23 2.4.2 Các khuyết tật thỏi đúc
+ Đặc điểm:
- Lượng co kết tinh giá trị cố định Khi thể tích lõm co tăng tổng thể tích rỗ co giảm ngược lại;
- Dạng khuyết tật đương nhiên khơng thể làm chất kim loại;
- Ảnh hưởng không tốt đến tính thỏi đúc gia cơng
(23)BỘ MÔN VẬT LIỆU KỸ THUẬT 24 2.4.2 Các khuyết tật thỏi đúc
b, Rỗ khí
+ Khái niệm:
- Rỗ khí: là tượng túi khí nhỏ tạo nên trong q trình kết tinh độ hồ tan khí kim loại giảm đột ngột khí khơng kịp bị mắc kẹt lại.
+ Đặc điểm:
- Làm giảm mật độ hạt, làm xấu tính;
- Tạo vết nứt tế vi gia công áp lực;
(24)BỘ MÔN VẬT LIỆU KỸ THUẬT 25 2.4.2 Các khuyết tật thỏi đúc
c, Thiên tích
+ Khái niệm:
- Thiên tích: là tượng phân bố tạp chất nguyên tố cho thêm không đồng thể tích vật đúc.
- Nguyên nhân: Là khác khả hoà tan, hạn chế khuếch tán pha lỏng pha rắn
- Bao gồm:
(25)BỘ MÔN VẬT LIỆU KỸ THUẬT 26 2.4.2 Các khuyết tật thỏi đúc
+ Đặc điểm:
- Làm xấu tính: giảm độ bền, gảm khả gia công áp lực,…;
- Do chất vật lý q trình kết tinh nên khơng thể loại bỏ được;
(26)BỘ MÔN VẬT LIỆU KỸ THUẬT 27 2.4.2 Các khuyết tật thỏi đúc
d, Ứng suất đúc
+ Khái niệm:
- Ứng suất đúc: là tượng vật đúc không làm nguội đồng vùng khác
- Nguyên nhân:
* Quá trình kết tinh co xảy không lúc phần khác nhau;
* Các chuyên pha xảy không đồng thời trong toàn vật đúc (kèm theo thay đổi thể tích);
* Do hình dạng phức tạp vật đúc. + Đặc điểm:
- Gây cong vênh, nứt phá huỷ chi tiết; - Tồn thời tồn lâu dài;