3.1.1 Sự thay đổi độ cứng hợp kim Cu-Ni-Sn khi hóa già
Khi xử lý nhiệt, sự thay đổi tổ chức và cấu trúc quyết định sự thay đổi cơ tính của hợp kim. Sự biến đổi độ cứng khi xử lý nhiệt là một trong những thông số chính thường được sử dụng để đánh giá sự thay đổi cơ tính của hợp kim đồng thời cũng phản ánh sự thay đổi của tổ chức của hợp kim trong quá trình đó.
Các hợp kim Cu-Ni-Sn sau đồng đều hóa được hóa già theo các chế độ khác nhau để quá trình phân rã spinodal và trật tự hóa có thể xảy ra. Độ cứng hợp kim sẽ có giá trị cao nhất khi tổ chức của hợp kim bao gồm các phần tử tiết ra từ dung dịch rắn có có tác dụng hóa bền lớn nhất.
3.1.1.1 Nghiên cứu sự thay đổi độ cứng hợp kim Cu-9Ni-3Sn khi xử lý nhiệt hóa già
Điều kiện ban đầu của hợp kim Cu-9Ni-3Sn nghiên cứu:
Độ cứng hợp kim Cu-9Ni-3Sn sau đúc khoảng: 100 ÷ 110HB
Độ cứng hợp kim Cu-9Ni-3Sn sau đồng đều hóa ở 7500C giữ nhiệt 2h: 90÷100HB Để khảo sát sự thay đổi độ cứng, tương ứng với biến đổi về độ bền của hợp kim, mẫu hợp kim Cu-9Ni-3Sn sau xử lý đồng đều hóa ở 7500C thời gian giữ nhiệt 2h được xử lý hóa già ở các nhiệt độ 2500
C ; 3000C ; 3500C ; 4000C ; 4500C ; 5000C, đây là khoảng nhiệt độ xảy ra quá trình phân rã spinodal và chuyển pha trật tự hóa. Các mẫu sau hóa già được đo độ cứng, xây dựng đường cong biến đổi độ cứng theo chế độ xử lý nhiệt. Kết quả đo độ cứng các mẫu sau hóa già theo bảng 3.1.
Bảng 3.1 Giá trị độ cứng đo được của hợp kim Cu-9Ni-3Sn khi hóa già ở các nhiệt độ khác nhau.
Hợp kim Cu -9Ni-3Sn Nhiệt độ hóa già,0
C Thời gian, giờ Lần đo 1 HV Lần đo 2 HV Lần đo 3 HV Trung bình HV HB 250 2 100 114 117 110.3 110 300 2 134 127 130 130.3 130 350 2 156 154 143 151 151 400 2 127 121 131 126.3 126 450 2 108 121 89.7 106.2 106 500 2 110 117 114 113.6 113
Căn cứ trên bảng 3.1 xây dựng đường cong biến đổi độ cứng theo sau hóa già ở các nhiệt độ khác nhau theo hình 3.1.
Hình 3.1 Đường cong biến đổi độ cứng hợp kim Cu-9Ni-3Sn (HV) khi hóa già ở các nhiệt độ khác nhau
Độ cứngsau hóa già của hợp kim Cu-9Ni-3Snở các nhiệt độ 2500
C và 4500C xấp xỉ với độ cứng sau đúc và sau đồng đều hoá, đạt khoảng 100HB.Độ cứng đạt cao nhất đạt được ở khoảng nhiệt độ 3500
C.
Theo chiều tăng nhiệt độ xử lý độ cứng tăng và khi qua khoảng 3500
C độ cứng giảm dần. Đường cong độ cứng phản ánh quá trình tăng độ cứng hợp kim khi tăng nhiệt độ xử lý với thời gian giữ nhiệt cố định 2 giờ (hình 3.1).
Kết quả biến đổi độ cứng cho thấy với hợp kim Cu-9Ni-3Sn với hàm lượng Sn 3%, qúa trình hóa già tạo tổ chức spinodal làm tăng độ bền và độ cứng. Ở nhiệt độ hóa già khoảng 3500
C hợp kim có độ cứng cao nhất chứng tỏ là đây là khoảng nhiệt độ xử lý nhiệt hóa bền hiệu quả cho hợp kim. Ở nhiệt độ thấp, điều kiện cho khuếch tán chưa đủ. Ở nhiệt độ cao hơn xuất hiện xu hướng các kim loại hòa tan vào nhau hoặc tạo pha không có hiệu quả hóa bền cho hợp kim. Tuy nhiên hợp kim Cu-9Ni-3Sn có hàm lượng Sn thấp, sự hóa bền do phân rã spinodal chưa đạt hiệu quả cao.
Căn cứ trên đường cong biến đổi độ cứng theo nhiệt độ xử lý hoá già, chọn cố định nhiệt độ xử lý hoá già ở 3500C để khảo sát ảnh hưởng của thời gian hóa già đến sự thay đổi độ cứng hợp kim Cu-9Ni-3Sn.
Sự thay đổi độ cứng hợp kim Cu-9Ni-3Sn theo thời gian hóa già
Hợp kim Cu-9Ni-3Sn sau đồng đều hóa ở 7500C tiến hành xử lý nhiệt hóa già tại nhiệt độ 3500
C trong các khoảng thời gian 0,5 giờ; 1 giờ; 1,5 giờ; 2 giờ, 2,5 giờ ; 3 giờ ; 3,5 giờ và 4 giờ, kết quả đo độ cứng thu được trình bày trong bảng 3.2.