a) Tổ chức phân chia thành các vùng sáng α vùng tối (α+γ), b tổ chức vùng (α+γ)
1.5 Cơ chế hoá bền khi xửlý nhiệt cho hệ hợpkim Cu-Ni-Sn
Như đã xác định hợp kim được hóa bền ở cấu trúc của phân rã spinodal và trật tự hóa L12 và DO22. Cấu trúc trật tự hóa L12 và DO22 có cùng kiểu mạng với nền và liền mạng với nền có kiểu mạng lptm. Các cấu trúc này tăng bền cho hợp kim theo cơ chế làm biến dạng mạng và tạo các lệch xếp của cấu trúc trật tự hoá. Cấu trúc trật tự hoá DO3 làm giảm cơ tính hợp kim do có kiểu mạng khác với nền đó là kiểu lptk. Khi xử lý nhiệt, sự tăng lên của tỷ phần pha DO3 sẽ làm giảm mạnh cơ tính hợp kim.
Hình 1.27 Tạo vùng spinodal làm biến dạng mạng gây ứng suất trên mạng
Khi hoá già dung dịch rắn của hợp kim Cu-Ni-Sn đã được xử lý nhiệt đồng đều hóa, trong hệ hợp kim xảy ra quá trình phân rã nền dung dịch rắn thành các đám nguyên tử giàu và ngèo nguyên tố Sn. Cu và Ni có bán kính nguyên tử xấp xỉ nhau và hòa tan vô hạn vào nhau, Sn có bán kính nguyên tử lớn hơn Cu và Ni. Sự phân rã spinodal gây ra biến dạng mạng tinh thể (mô hình như hình 1.27) là nguyên nhân tăng bền cho hợp kim. Phân rã xảy ra đồng thời, đồng đều và phân bố trên toàn bộ khối nền, từ kích thước nhỏ ban đầu từ vài nanômét phát triển lên tới kích thước vài chục nanômét.
Hình 1.27 mô tả cách thức tăng bền bằng spinodal, khi chuyển sang trật tự hoá tạo các pha L12 và DO22 có cùng kiểu mạng lptm với nền, liền mạng với nền và có sự sai khác nhỏ về thông số mạng có tác dụng tăng bền cho hợp kim. Ngoài ra sự phân bố của các cấu trúc tạo ra là yếu tố quan trong tăng cơ tính cho hợp kim.
Biên giới đối pha trong tạo pha trật tự hóa
Khi các nguyên tử khuếch tán tạo pha trật tự hoá, do sự sắp xếp không khớp nhau về nguyên tử trong ô mạng, hình thành biên giới đối pha trong vùng trật tự hóa (đường gạch hình 1.28) nơi các chuỗi nguyên tử lệch ra ngoài bước sắp xếp.
Hình 1.28 Sơ đồ đại diện cho một dung dịch rắn không trật tự (a) cấu trúc trật tự ; (b) một biên giới đối pha [12]
Biên giới đối pha trong vùng trật tự hóa là một lệch xếp trong mạng tinh thể Mật độ biến giới đối pha trong một miền trật tự hóa là khá lớn
Biên giới đối pha có tác dụng tăng bền cho vật liệu
Hình thành miền trật tự- không trật tự
Các biên giới đối pha tách vùng trật tự hóa thành các miền khác nhau, hình 1.29 trình bày mô hình 2 chiều cho việc sắp xếp nguyên tử của vùng trật tự hoá nằm trong cấu trúc spinodal.
Cu(Ni) Sn Cu(Ni) Sn Cu(Ni) Sn Sn Cu(Ni) Sn Cu(Ni) Sn Cu(Ni) Sn Cu(Ni) Sn Cu(Ni) Cu(Ni) Cu(Ni) Cu(Ni) Cu(Ni) Cu(Ni) Cu(Ni) Cu(Ni) Cu(Ni) Cu(Ni) Cu(Ni) Cu(Ni) Cu(Ni) Cu(Ni) Cu(Ni) Cu(Ni) Sn Cu(Ni) Sn Cu(Ni) Sn Sn Cu(Ni) Sn Cu(Ni) Sn Cu(Ni) Sn Cu(Ni) Sn Cu(Ni) Sn Cu(Ni) Sn Cu(Ni) Sn Sn Cu(Ni) Sn Cu(Ni) Sn Cu(Ni) Sn Cu(Ni) Sn Cu(Ni) Cu(Ni) Cu(Ni) Cu(Ni) Cu(Ni) Cu(Ni) Cu(Ni) Cu(Ni) Cu(Ni) Cu(Ni) Cu(Ni) Cu(Ni) Cu(Ni) Cu(Ni) Cu(Ni) Cu(Ni) Sn Cu(Ni) Sn Cu(Ni) Sn Sn Cu(Ni) Sn Cu(Ni) Sn Cu(Ni) Sn Cu(Ni) Sn Cu(Ni) Sn Cu(Ni) Sn Cu(Ni) Cu(Ni) Cu(Ni) Cu(Ni) Cu(Ni) Sn Cu(Ni) Cu(Ni) Cu(Ni) Cu(Ni) Cu(Ni) Cu(Ni) Cu(Ni) Cu(Ni) Cu(Ni) Sn Cu(Ni) Sn Cu(Ni) Cu(Ni) Cu(Ni) Cu(Ni) Sn Cu(Ni) Sn Cu(Ni) Cu(Ni) Sn Cu(Ni) Sn Cu(Ni) Cu(Ni) Cu(Ni) Cu(Ni) Cu(Ni) Sn Cu(Ni) Cu(Ni) Cu(Ni) Cu(Ni) Cu(Ni) Cu(Ni) Cu(Ni) Cu(Ni) Cu(Ni) Sn Cu(Ni) Sn Cu(Ni) Cu(Ni) Cu(Ni) Cu(Ni) Sn Cu(Ni) Sn Cu(Ni) Cu(Ni) Sn Cu(Ni) Sn Cu(Ni) Sn Cu(Ni) Sn Cu(Ni) Sn Cu(Ni) Cu(Ni) Cu(Ni) Cu(Ni) Cu(Ni) Cu(Ni) Cu(Ni) Cu(Ni) Cu(Ni) Cu(Ni) Cu(Ni) Cu(Ni) Cu(Ni) Cu(Ni) Cu(Ni) Cu(Ni) Sn Cu(Ni) Sn Cu(Ni) Cu(Ni) Sn Cu(Ni) Sn Cu(Ni) Sn Cu(Ni) Cu(Ni) Cu(Ni) Cu(Ni) Cu(Ni) Cu(Ni) Cu(Ni) Cu(Ni) Cu(Ni) Cu(Ni) Sn Cu(Ni) Sn Cu(Ni) Cu(Ni) Cu(Ni) Sn Cu(Ni) Sn Cu(Ni) Sn Cu(Ni) Sn Cu(Ni) Cu(Ni) Cu(Ni) Cu(Ni) Cu(Ni) Cu(Ni) Sn Cu(Ni) Cu(Ni) Cu(Ni) Cu(Ni) Cu(Ni) Cu(Ni) Cu(Ni) Cu(Ni) Cu(Ni)
Hình 1.29 Mô hình hình thành các miền trật tự hóa ở hợp kim Cu-Ni-Sn
Các miền trật tự hóa được hình thành ngăn cách với nhau bởi biên giới đối pha. Do tính đối xứng, khi các miền chịu biến dạng, sự dịch chuyển của đối xứng làm biến dạng miền.
Hình 1.30 Biến dạng tạo chuyển miền pha trật tự hóa
Khi biến dạng các dạng miền này có thể chuyển đổi sang các dạng miền khác do sự
Ban đầu Miền 1
di chuyển của các biên đối pha. Sự thay đổi này làm cản trở dịch chuyển của lệch có tác dụng hoá bền.
Khi số lượng biên giới đối pha lớn, sự chênh lệch năng lượng ở biên giới đối pha gây lên ứng suất. Trong quá trình xử lý nhiệt, sự hình thành và di chuyển của biên giới đối pha có thể làm thay đổi biên giới hạt và có thể phân tách thành hạt mới nhất là khi chịu ứng suất lớn trên mạng gây ra do biến dạng lớn trước đó, do vậy khi xử lý nhiệt có hiện tượng phân tách làm nhỏ hạt và biên giới hạt có dạng đường cong trơn.
Trật tự hóa tăng bền cho hợp kim theo cơ chế sau:
Pha trật tự hóa phân bố nhỏ trong vùng spinodal, đều trên toàn bộ nền kim loại làm biến dạng ô mạng tăng bền cho hợp kim.
Các nguyên tử bị cố định tại ví trí trật tự cản trở chuyển động của lệch. Các biên giới đối pha cố định như là các lệch cố định.
Các pha trật tự hóa có kích thước rất nhỏ, các miền trật tự hóa với định hướng khác nhau cản trở chuyển động của lệch và có hiện tượng chuyển đổi miền khi bị biến dạng.