C giữ nhiệt2,5h, hoá già 4500 giữ nhiệt 2h
3.1.3 Kết luận xửlý nhiệt hoá bền hợpkim Cu-Ni-Sn
Xử lý nhiệt hợp kim Cu-Ni-Sn gồm đồng đều hóa, tôi, hóa già. Nhiệt độ đồng đều phụ thuộc vào hàm lượng hợp kim hóa, chủ yếu là vào hàm lượng Ni. Thời gian đồng nhất phụ thuộc vào chiều dày phôi, hàm lượng hợp kim và phương pháp đúc. Nhiệt độ hóa già phụ thuộc vào hàm lượng nguyên tố Sn, đặc tính khuếch tán của nguyên tố Sn.
Dưới kính hiển vi quang học tổ chức của hợp kim ở trạng thái sau khi đồng đều hóa và hóa già đều chỉ quan sát thấy dạng một pha như nhau.
Tuy nhiên thí nghiệm đo độ cứng cho thấy sau hoá già độ cứng tăng lên rất nhiều tùy theo nhiệt độ và thời gian. Điều đó chứng tỏ dấu hiệu đã có chuyển biến xảy ra trong khối vật liệu ở dạng rất nhỏ mà kính hiển vi thông thường không thể phân biệt được, đó chính là phân rã spinodal.
Nghiên cứu trên hợp kim Cu-15Ni-8Sn cho thấy khi tăng nhiệt độ và thời gian hóa già, Sn có điều kiện khuếch tán, nguyên tử Sn tập trung đủ tạo pha cân bằng γ, bắt đầu từ biên giới hạt, sau đó phát triển dần, hiệu ứng tăng bền bằng phân rã spinodal và trật tự hóa bị hủy bỏ, độ cứng của hợp kim giảm.
Hợp kim Cu-Ni-Sn khi xử lý nhiệt hóa bền là sự kết hợp của phân rã spinodal và chuyển pha trật tự hóa. Tổ chức hợp kim biến đổi theo chế độ xử lý nhiệt. Tổ chức của hợp kim nghiên cứu thu được khi xử lý nhiệt là phù hợp với lý thuyết về tổ chức và tạo pha. Các nghiên cứu về tổ chức và độ cứng đã xác định được sự thay đổi về tổ chức và pha hóa bền của hợp kim khi xử lý nhiệt.
Về hiệu quả hóa già:
+ Hợp kim Cu-9Ni-3Sn đồng đều ở 7500C và hóa già ở khoảng 3500
C trong khoảng thời gian 1,5-3h đạt độ cứng khoảng 150HV, tăng 50% so với trạng thái đúc (110HV).
+ Hợp kim Cu-9Ni-6Sn đồng đều ở 7800C và hóa già ở khoảng 3500
C trong khoảng thời gian 1,5-3h đạt độ cứng khoảng 294-318HV (26-29HRC), tăng 100% so với trạng thái đúc (125HV).
+ Hợp kim Cu-15Ni-8Sn đồng đều ở 8200C và hóa già ở khoảng 3500C khoảng thời gian 1,5-3h đạt độ cứng khoảng289-339HV (32-34HRC), tăng 200% so với trạng thái đúc (110HV).
+ Khi xử lý hoá già tạo pha, pha tạo ra có độ cứng thấp hơn hẳn nền dung dịch rắn tạo cho hợp kim có giá trị ứng dụng làm vật liệu ma sát. Kết quả đó đưa đến một ý nghĩa ứng dụng thực tế là tùy theo yêu cầu làm việc mà có thể chọn vùng xử lý để hợp kim có tính chất cần thiết. Khi cần độ bền cao, chỉ nên xử lý sao cho nhận được nền α. Khi cần có pha mềm thì chọn chế độ xử lý có mặt pha cả hai pha là α và γ. Điểu chỉnh tỷ phần hai pha đó để đạt hiệu quả ứng dụng phù hợp nhất là khi sử dụng làm vật liệu ma sát (ví dụ như làm bạc lót) cần hỗn hợp hai pha trong đó có pha cứng chịu được va đập với cường độ cao và pha mềm có tác dụng bôi trơn.
3.1.4 Phân tích nhiệt vi sai
Phân tích nhiệt hợp kim với các hợp kim Cu-9Ni-6Sn và Cu-15Ni-8Sn sau đồng đều hóa để xác định đặc điểm chuyển pha ở hợp kim, tốc độ nâng nhiệt là 5 độ/phút.
Hình 3.23 Phân tích nhiệt vi sai mẫu hợp kim Cu-9Ni-6Sn sau đồng đều hóa
b) Với hợp kim Cu-15Ni-8Sn sau đồng nhất
Hình 3.24 Hợp kim Cu-15Ni-8Sn sau đồng đều hóa ở 8200C
Như đã trình bày ở phần tổng quan, quá trình chuyển pha xảy ra trong hợp kim Cu- Ni-Sn năng lượng tự do ΔG < 0, ΔG của phân rã spinodal là rất nhỏ, vấn đề của phân rã spinodal chủ yếu là ở động học khuếch tán do vậy tại nhiệt độ phân rã bắt đầu xẩy ra rất khó phát hiện bằng phân tích nhiệt.
Chuyển pha trật tự hóa được phân ra thành chuyển pha trật tự hóa bậc 1 và chuyển pha trật tự hóa bậc cao. Chuyển pha bậc 1 có bước nhảy về năng lượng nhưng so với chuyển pha thông thường thì năng lượng vẫn nhỏ hơn. Với chuyển pha trật tự hóa bậc cao, quá trình trật tự hóa xảy ra liên tục. Qúa trình giảm năng lượng là một đường cong trơn không có nhiệt độ xẩy ra chuyển biến rõ rệt, không có bước nhảy về năng lượng tại một nhiệt độ cụ thể do vậy khi phân tích nhiệt là khó phát hiện quá trình.
Yếu tố hàm lượng nguyên tố hợp kim ảnh hưởng tới giá trị năng lượng và quá trình chuyển pha, nhất là với quá trình hình thành và phát triển của cấu trúc spinodal, quá trình hình thành spinodal hoá học và phát triển thành pha cân bằng.
Kết quả phân tích nhiệt vi sai ở hợp kim Cu-9Ni-6Sn sau đồng đều ở 7800
C (hình 3.22) cho thấy, tại 300-4000C (3700C) có dao động nhiệt nhỏ, đây có thể là kết quả kết hợp của phân rã spinodal và tạo pha trật tự hóa, năng lượng của hệ giảm đều. Với sự dao động