trong nước
Hợp kim Cu-15Ni-8Sn sau xử lý nhiệt đồng đều hóa ở 8200C thời gian giữ nhiệt 3h, tổ chức đạt được là một pha α tương tự như với hợp kim Cu-9Ni-6Sn. Tổ chức này có độ cứng thấp khoảng 100HB (như đã đo ở phần đo độ cứng 3.1.1.3).
Có xuất hiện tổ chức dạng song tinh. Với tổ chức đồng đều như vậy, hợp kim đã được chuẩn bị để quá trình phân rã spinodal và chuyển pha trật tự hóa có thể xẩy ra khi hóa già tiếp theo.
Hợp kim Cu-15Ni-8Sn là hợp kim thể hiện rõ ràng các quá trình chuyển pha như đã phân tích ở phần tổng quan. Để khảo sát sự thay đổi tổ chức hợp kim khi tăng thời gian đồng đều hoá và để nguội chậm theo lò, thực hiện ủ hợp kim ở 8200
C thời gian giữ nhiệt 4h, nguội cùng lò, tổ chức thu được theo hình 3.15.
a- Ảnh hiển vi quang học tổ chức sau đồng đều x200
b- Ảnh hiển vi quang học tổ chức sau đồng đều x500 đồng đều x500
Hình 3.15 Tổ chức tế vi hợp kim Cu-15Ni-8Sn sau đồng đều hóa ở 8200C giữ nhiệt 4h nguội cùng lò
Sau khi giữ nhiệt đồng đều 4h ở 8200C, nguội chậm cùng lò tổ chức hợp kim Cu-15Ni-8Sn ở dạng hai pha α + γ trên toàn bộ nền kim loại, là tổ chức cân bằng được tạo ra phù hợp với giản đồ trạng thái của hợp kim, hạt phát triển thô to. Đây là tổ chức bao gồm các pha cân bằng α+γ.
Để tăng cơ tính hợp kim, xử lý đồng đếu hoá phải tạo tổ chức một pha đồng đều. Thực hiện hóa già ở 3500C, giữ nhiệt 2h với hợp kim Cu-15Ni-8Sn sau tôi 8200C giữ nhiệt 3h, tổ chức thu được như hình 3.16:
Hợp kim Cu-15Ni-8Sn sau hòa già ở 3500C trong thời gian 2h, tổ chức thu được hoàn toàn đồng đều một pha α, hạt tròn cạnh hơn, kích thước hạt giảm, xuất hiện hình thái tổ chức song tinh. Đây là tổ chức cho độ bền độ cứng tăng cao so với tổ chức sau đúc và sau xử lý đồng đều hóa như đã thực hiện ở phần đo độ cứng.
a- Ảnh hiển vi quang học tổ chức hóa già x500
b- Ảnh hiển vi quang học tổ chức hóa già x200 già x200
Hình 3.16 Tổ chức tế vi hợp kim Cu-15Ni-8Sn sau tôi 8200C giữ nhiệt 3h, hóa già 3500C trong 2h
Tăng nhiệt độ hóa già lên 4500C, giữ nhiệt 2h với hợp kim Cu-15Ni-8Sn sau tôi 8200C giữ nhiệt 3h, tổ chức thu được như hình 3.17.
Hình 3.17 Ảnh hiển vi quang học tổ chức tế vi hợp kim sau đồng đều hóa 8200C giữ nhiệt 3h; hoá già 4500C giữ nhiệt 2h;
Hợp kim Cu-15Ni-8Sn sau hòa già ở 4500C thời gian giữ nhiệt 2h, xuất hiện tổ chức dạng hai pha. Pha thứ hai (màu xẫm trên nền sáng) hỗn hợp α+γ xuất hiện và phát triển theo biên hạt của tổ chức nền một pha α ban đầu (hình 3.17).
Thực hiện hoá già hợp kim Cu-15Ni-8Sn ở 5000C, tổ chức thu được theo hình 3.18.
Hình 3.18 Ảnh hiển vi quang học tổ chức tế vi hợp kim sau đồng đều hóa 8200C giữ nhiệt 2,5h; hoá già 5000C giữ nhiệt 2h
Tăng nhiệt độ hòa già lên 5000
C, giữ nhiệt 2h, ảnh tổ chức cho thấy hỗn hợp hai pha α+γ phát triển và phân bố trên toàn bộ nền kim loại. Như vậy việc tăng nhiệt độ hoá già đã đẩy nhanh quá trình tạo pha sau phân rã spinodal. Theo trình tự chuyển biến khi tăng nhiệt độ, theo chiều tăng của hàm lượng Sn như đã phân tích ở phần tổng quan, pha γ được tạo ra là pha có cấu trúc DO3 có kiểu mạng lập phương tâm khối. Pha này làm giảm cơ tính hợp kim.
già, hợp kim Cu-15Ni-8Sn sau xử lý nhiệt đồng đều hóa ở 8200
C, thời gian giữ nhiệt 3h, được hoá già ở các nhiệt độ 3500
C; 4000C; 4500C; 5000C trong thời gian trong 2h. Tổ chức hợp kim Cu-15Ni-8Sn biến đổi theo hình 3.19.
a- 3500C b- 4000C
c- 4500C d- 5000C
Hình 3.19 Ảnh hiển vi quang học tổ chức hợp kim Cu-15Ni-8Sn hóa già ở các nhiệt độ khác nhau, thời gian 2h
.
a- 0,5h b- 1h
c- 2h d- 3h (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Hình 3.20 Ảnh hiển vi quang học tổ chức hợp kim Cu-15Ni-8Sn hóa già ở nhiệt độ 4500C, thời gian thay đổi
α γ+α γ+α
Ảnh tổ chức hợp kim Cu-15Ni-8Sn sau hòa già theo hình 3.19 cho thấy ở cùng điều kiện xử lý đồng đều hoá ban đầu, khi hoá già ở cùng một thời gian 2h, nhiệt độ hoá già tăng đã thúc đẩy nhanh quá trình tạo pha γ. Ảnh tổ chức đã phản ánh quá trình hình thành và phát triển của pha γ. Ban đầu pha γ xuất hiện rời rạc không liên tục ở các biên hạt, sau đó phát triển liên tục theo biên hạt, cuối cùng là phát triển vào trong hạt đan xen với pha α. Để khảo sát ảnh hưởng của thời gian giữ nhiệt tới sự phát triển pha trong hợp kim Cu-15Ni-8Sn sau xử lý nhiệt đồng đều hóa ở 8200C, thời gian giữ nhiệt 3h, hợp kim được hoá già ở nhiệt độ 4500C với thời gian giữ nhiệt thay đổi 0,5 ; 1 ; 2 và 3h. Tổ chức hợp kim Cu-15Ni-8Sn biến đổi theo hình 3.20.
Kết quả xử lý hợp kim Cu-15Ni-8Sn cho thấy sau đồng đều hóa, hóa già ở 4500 C trong thời gian 0,5h thì tổ chức có cấu tạo một pha, hóa già thời gian 1h bắt đầu xuất hiện pha γ không liên tục ở biên hạt. Thời gian hóa già tăng lên 2h pha γ lớn lên ở biên pha và bắt đầu kết nối ở biên pha với nhau. Khi thời gian hóa già lên tới 3h pha γ liên tục kết nối với nhau ở biên pha và phát triển vào trong hạt thành các vùng pha riêng biệt α+ γ xen kẽ với pha α.
Như vậy ảnh hưởng của việc tăng nhiệt độ và thời gian hoá già đều làm tăng nhanh quá trình hình thành và phát triển pha γ. Tác động của hai thông số thời gian và nhiệt độ tới việc thúc đẩy chuyển pha trong hợp kim Cu-15Ni-8Sn khi xử lý nhiệt tương tự nhau khi ở cùng điều kiện ban đầu.Qúa trình này hoàn toàn phù hợp với quá trình hình thành và phát triển pha ở hợp kim Cu-15Ni-8Sn như đã phân tích ở phần tổng quan.
Khi xử lý nhiệt hóa già hợp kim Cu-Ni-Sn, các pha DO22 và L12 dần chuyển sang pha DO3. Qúa trình này bắt đầu tại các vị trí biên hạt, nơi tập trung nhiều tạp chất, ứng suất và có năng lượng chuyển pha thấp hơn. Biên hạt cũng là nơi có phân bố các nguyên tố Sn và Ni nhiều hơn trong hạt. Ban đầu, các pha phát triển xuất phát tại các điểm tới hạn ở biên hạt, hình thành pha DO3 do vậy nó có dạng không liên tục. Sau đó pha DO3 phát triển thành dạng liên tục theo biên hạt, vào trong hạt và cuối cùng phân bố đều trên toàn bộ nền hợp kim.
Sự hình thành và phát triển của pha DO3 theo con đường tạo mầm và phát triển mầm, không còn là chuyển pha liên tục. Lúc này spinodal hóa học đã phát triển tới kích thước đủ lớn, thành phần hóa học làm thay đổi thế năng hóa học, điều kiện cho chuyển pha theo kiểu phân rã spinodal đã mất. Hình thành cấu trúc mới đi theo con đường tạo mầm và phát triển mầm. Pha DO3 được phát triển như dạng Peclit trong thép, có thể có dạng hạt hoặc dạng tấm phụ thuộc điều kiện xử lý. Pha DO3 có kiểu mạng lập phương tâm khối khác về thông số mạng do vậy không liền mạng với nền. Pha DO3 có cơ tính thấp làm giảm cả độ cứng và độ bền của hợp kim so với tổ chức spinodal và trật tự hóa DO22 và L12 là các pha cùng kiểu mạng và có thông số mạng gần với nền do vậy nó liền mạng với nền. Kết thúc với quá trình xử lý nhiệt là toàn bộ nền hợp kim ở dạng hỗn hợp của α + γ, không còn chịu ảnh hưởng của spinodal. Nguyên tử Sn chuyển phần lớn vào pha γ, cấu trúc pha nền bị biến dạng mạng gây ra do cấu trúc modul spinodal đã mất, pha α là pha giàu Cu mất đi sự biến dạng mạng gây ra bởi các nguyên tử Sn. Hợp kim được tổ chức từ là hỗn hợp cơ học hai thành phần có cơ tính thấp là α và γ phân bố đều đặn và không liền mạng với nhau. Ở đây sự giảm bền còn có nguyên nhân do sự không liền mạng giữa hai pha α và γ.
3.1.2.4 Khảo sát độ cứng tế vi của các pha
Để khẳng định sự suy giảm độ cứng là do xuất hiện pha DO3 (γ) trong quá trình xử lý nhiệt hoá già hợp kim Cu-Ni-Sn, luận án tiến hành đo độ cứng các pha. Mẫu hợp kim Cu-15Ni-8Sn được xử lý nhiệt tạo dung dich rắn một pha ở 8500C. Sau đó được hòa già ở 4500C thời gian giữ nhiệt 2h tạo tổ chức hai pha như trên hình 3.21. Nền màu sáng tương ứng với tổ chức của pha α là dung dịch rắn nền Cu với các nguyên tố hợp kim Ni và Sn hoà tan, trong đó hình thành tổ chức spinodal và các pha trật tự hóa DO22 và L12. Nền màu xẫm là tổ chức hỗn hợp hai pha α+γ, γ tương ứng với cấu trúc DO3 là cấu trúc cơ cơ tính thấp hơn.
Hình 3.21 Ảnh hiển vi quang học tổ chức hợp kim Cu-15Ni-8Sn tôi 8500