m ạnh. Vì vậy, việc nấu luyện magií rấ t khó đo bị chây hao nhiều. Magií kĩm dẻo do có kiểu mạng lục giâc, biến dạng chỉ được thực hiện ở nhiệt
độ trí n 2 0 0° c . M agií lă kim loại nhẹ, cùng với câc kim loại khâc, nó tạo
nín kim loại siíu nhẹ. Hợp kim magií chủ yếu lăm vật liệu tihẹ kết cấu chất lượng cao. Cốc nguyín tố hợp kim chủ yếu lă AỊ, Zn, Zr, Mn. Nó bền như hợp kim trí n cơ sở nhôm, gang, thĩp nhưng lại nhẹ hơn 25% sb với hợp kim nhơm. Hợp kim magií dùng chủ yếu trong chế tạo mây bay, câc th iế t bị quđn sự như rađa, vận tải.
Thori vă câc nguyín, tố đ ất hiếm như La, Nd, Ce tạo ra câc pha trung gian ổn định nín nđng cao độ bền ĩióng của hợp kim magií, nó có thể lăm việc ở 350°c Tính chịu ăn mịn của hợp kim magií khơng cao, do điện th ế điện cực rấ t đm nín khi tiếp xúc với câc kim loại khâc, câc hợp kim magií ln đóìng vai trị anod vă bị ăn mịn. Vì vậy, câc hợp kim magiỉ được dùng lăm anođ hy sinh r ấ t : có hiệu quả. Magií lă ngun tố khử ơxy được sử dụng rộng rêí n h ất lă trong luyện kim. Magií cữog lă nguyín tố hợp kim phổ biến tròng câc hợp kim mău, n h ấ t lă hợp kim
nhôm. .R ất nhiều chi tiết trín m ây bay được ch ế tạo từ hợp kim magií
như bânh răng, căng, thanh truyền, thđn mây, hộp giảm tốc, đỉn, cửa
b u ồ n g lâ i, ...
Do khả năng hấp thụ nơtron n h iệt rấ t nhỏ, lại hầu như không tâc dụng với uran nín hợp kim magií dùng để chế tạo câc chi tiết tản nhiệt trong lị phản ứng ngun tử.
Hợp kim magií cịn được sử dụng trong chế tạo ô tô, n h ất lă câc chi tiít chịu va đập như bânh răng, vổ, nắp, hộp số, ... trong câc dụng cụ vă
mây chính xâc như mây ảnh, ống nhốm, dụng cụ đo lường. Trong ngănh
mó vă dệt, hợp lcim magií được coi lă hợp kim có nhiều triền, vọng. Bảng 7.7 níu th ăn h phần vă ứng dụng của một sơ hợp kim naagií.
B ả n g 7.7. Bậc lính cứa mật số hợp kim magíĩ Ký hiệu Thănh phẩn Trạng thâi Cú tinh ứng dụng Ơ<M. MPa «b, MPa V, % MgÂl3Zn1Mnũ,2 3AI-1Zn- 0,2 Mn
F 200 265 15 Rỉn vă kĩo sợi
MgA!8Zn0,2Mn0,2 8AI-0,2Zn-
0,2Mn
T5 250 345 6 Kĩo sợi, rập, tơi vă hóa
giă
MgTh3Mn1,2 3Th-1,2Mn T5 197 255 4 Tỗn lửa, mây bay
<425°C)
MgZn6ZrO,5 6Zn-0,5Zr T5 285 350 11 Rỉn câc chi tiết độ bển
cao trong mây bay
MgAi6Zn3MnO,2 6Ai-3Zn-
0.2Mr»
T6 120 230 6 Đúc khuôn cât, chổng
thấm khí. bển, dal
MgZn3Ce3 3Zn-3Ce T5 110 160 3 Đúc chi tiết lăm vỉệc ở
175 - 250°c
MgAI9ZnO,7MnO,2 9AI-0.7Zn-
0,2Mn
F 165 230 3 Chi tiết ỏ tô, vặn tải
MgAg2Ce2 2Ag-2Ce T8 200 260 4 Đúc chi tiết cơ tỉnh cao
7.4. TITAN VĂ HỢP KIM TITAN
1. M ột v ă i n ĩ t về tita n (Ti) •
Titan dược tìm ra từ năm 1789 nhưng tròng một thời gian r ấ t dăi,
. nó khơng tìm được lĩnh vực ứng dụng do qụâ giòn vă độ bền thấp. Sau năy người ta mới biết rằng mặc đù titan có mạng lục giâc xếp chặt, nhưng nó có độ dẻo cao vă nhiệt độ hóa giịn thấp. Độ giịn của titan lă do tạ p chất, n h ấ t lă câc khí ơxy, hydro vă nitơ hịa tan, gđy ra. Năm 1925 Van Arkel vă De Boer phât minh ra phương phâp tin h luyện titan tinh kh iết có độ dẻo cao vă có nhiều tính cơng nghệ quý giâ, gđy sự chú ý cao đối với câc nhă chế tạo mây. Năm 1940, w . J. Krỡll đê đề xuất phương phâp sả n xuất tita n từ quặng của chúng bằng n h iệt kim magií vă cho đến nay đó vẫii lă phương phấp chính để sản xuất titan. Nhưrig phải đến năm 1948, lần đầu tiín ở Mỹ người ta sản xuất được lô 2 tấn titan cơng nghiệp đầu tiín vă năm đó được coi lă năm khai sinh ra công nghiệp sản xuất titan. Tốc độ sản xuất titan ngăy căng tăng vă phạm vi ứng dụng của tita n khôrig ngừng được nghiín cứu vă ứng dụng. T itan có câc ưu điểm chủ yếụ sau:
Khối lượng riông nhố trong khi độ bền riíng lại r ấ t cao. Trong nhiều lĩnh vực cơng nghiệp, titạn đóng vai trị chủ đạo, đậc biệt trong
ngănh hăng khơng vă tín lửa. Hợp kim titan vẫn giữ được độ bền cao trong khoảng 250 -ỉ- 500°c, trong khi tại nhiệt độ đó câc hợp kim nhơm hoặc magií khơng thể lăm việc dược, còn dùng thĩp chịu nh iệt thì lại q nặng.
Titan có tín h chơng ăn mịn tuyệt vời do tạo măng sít chặt vă bền T1O2, chịu được tâc động của nhiều môi trường hoạt tính khâc nhau, vì vậy, nó lă v ật liệu không thể thiếu được của ngănh cơng nghiệp hóa học, chế biến thực phẩm vă luyện kim, trong câc vật liệu y sinh vă xử lý mơi trường.
Trong tự nhiín, tita n phđn bô" nhiều trong vỏ trâ i đ ất (khoảng 0,60%) vă chiếm vị trí thứ tư sau nhơm, sắt vă magií. Việt Nam lă một trong những nước có trữ lượng quặng tita n lớn, lă nguồn tă i ngun có ý nghĩa quan trọng cho công nghiệp,
Nhược điểm của titan lă:
- Giâ th ă n h sản xuất titan cao đâng kể so vối sắt, nhôm, đồng vă magií, Ở n h iệt độ cao, n h ất lă khi nóng chảy, tita n có hoạt tính hóa học cao, hấp thụ nhiều khí trong môi trường nấu luyện (hydro, ôxy, nitd), lăm giảm chất lượng hợp kim vă tăn g giâ th ăn h tinh luyện. Thực tế, phải luyện titan trong chđn khơng hoặc khí trơ.
- R ất khó tâch xỉ của tita n trong khi sản xuất, n h ất lă khi dùng iò hồ quang chđn không.
- Hợp kim tita n chịu ma sât kĩm vì dễ dính bâm câc vật liệu khâc. Câc cặp ma sât chứa tita n không thể lăm việc với nhau được. Nó rấ t dễ bị mịn do hydro vă ăn mòn trong muối.
- Tính giă cơng cắt gọt của tỉtan kĩm, do độ dẫn nh iệt của titan thấp, dễ bị chảy cục bộ vă lăm ĂQÒn dụng cụ cắt khi cắt nhanh. Titan cũng r ấ t khó h ă n vì nó có Hoạt tín h tăng cao khi n h iệt độ tăng, dễ lăm h ạ t lớn gđy giòn mối hăn. Khi hăn, phải dùng khí bảo vệ (thường lă argon) khồng những tạ i mối hăn mă cả vùng lđn cận.
N hìn chung, tita n vă hợp chất cùa nó có vị trí Tất quan trọng trong
sự p hât triể n của tương lai. '
2. Cở lý tín h c ủ a tỉta n
T itan thuộc phđn nhóm IV vă lă kim loại chuyển tiếp. N hiệt độ nóng chảy titan tương đối cao, khọảng 1.668 ± 4°c, n h iệt nóng chảy vă
hóa hơi cao gấp hai lần sắt. Titan có hai dạng thù hình, dạng T ia kiểu mạng lục giâc xếp chặt tồn tại ở nhiệt độ thấp hơn 882,5°c, tỷ sô' xếp chặt c/a = 1,587. Trín nhiệt độ 882,5°c, Tia -» Tip có kiểu mạng lập phương thể tđm . Câc tạp chất hòa tan xen kẽ như hydro, ôxy, nitơ ảnh hưởng xấu đến cơ tính, n hất lă lăm giảm độ dẻo. Trong khi đó, kiểu mạng Tia lại hòa' tan nhiều tạp chất hơn, vì vậy, khơng thể hóa bền chúng bằng câch tơi. Khối lượng riíng của titan nằm trung gian giữa nhôm vă sắt, lă 4,505g/cm3, khi chuyển từ Tia th ăn h Tip vă khi nóng chảy, thể tích của chúng giảm di một chút. Titan tin h k h iết có độ dẻo cao hơn câc kim loại có cùng kiểu mạng lục giâc xếp chặt như Mg, Zn vă Cd, trong khi độ bền lại thấp, ở 20°c thì ơb = 200 -ỉ- 250MPa, ơ0>2 = 100 -ỉ- 150MPa, 5 = 50 + 60% còn y = 70 + 80%.
Hệ số dẫn nhiệt của tí tan rấ t thấp, nhỏ hơn nhôm 14 lần vă sắt 4 lần. Môđun đăn hồi của titan thấp, vă đây cũng lă nhược điểm của chúng. Títan lă chất thuận từ, tuy nhiín trâ i ngược lạ i với câc chất thuận từ khâc, độ nhạy cảm của nó tăng lín theo nh iệt độ. Bảng 7.8 níu đặc tính của m ột số hợp kim titan theo tiíu chuẩn Việt Nam vă Nga.
Bảng 7.8. Một số mâc hợp kim titan, ưă ứng dụng của chúng
Kỷ hiệu Cớ tính
ứng dụng
TCVN GOST Thănh phần Trạng ơb, Ob, 'V
% Thâi
MPa MPa %
TÍ99.1 BT1-0 99.1 Tì ủ 517 448 25 Câc chi tiổt ngồnh h ia chất, biển, hồng không
TiAH 5Sn2,5 BT5-1 5Ạ1-2,5Sn ủ 862 807 16 Cânh quạt nĩn động cơ mây bay
TÍAI6V4
BT6C 6AỈ-4V ủ 993 924 14 Cânh quạt dộng cớ
TÌAI3CM1V13 B120VCA 3AI-11 Cr-13V B120VCA 3AI-11 Cr-13V Tơi Tơi 1200 1250 1120 1200 10 8 phẫn lực
Câc chi tíĩt aộ bĩn cao
3. Hợp kim tỉta n
Câc ngun tơ' để hợp kim hóa titan r ấ t đa dạng, theo đặc điểm tâc dụng đến sự ển định của câc dạng thù hình a vă p, người ta chia chúng ra th ă n h ba nhóm (H.7.24).
p ãĐ' IS. 882 I Ọ a