VII. Giản đồ trạng thái Fe – C: 1 Khái niệm giản đồ pha:
e – Quy tắc địn bẩy: Quy tắc địn bẩy cho phép xác đ nh tỉ lệ thành phần cấu tạo
1.3. CẤU TẠO CỦA GIẢN ĐỒ 2 CẤU TỬ: 1 Giản đồ loại I:
1.3.1. Giản đồ loại I:
Là giản đồ pha của hệ hai cấu t khơng cĩ bất kỳ tương tác nào, ch ng tạo n n hỗn hợp ri ng rẽ của hai cấu t , cĩ dạng tổng quát tr nh bày ở h nh 3.9a và hệ điển h nh cĩ kiểu này là hệ ch - antimoan (Pb - Sb) ở h nh 3.9b. Giản đồ chỉ gồm c p đư ng lỏng – rắn, trong
đĩ đư ng tr n AEB là đư ng lỏng, đư ng n m ngang dưới CED (245oC) là đư ng rắn, A là
nhiệt độ chảy (kết tinh) của cấu t A (Pb với 327oC), B - nhiệt độ chảy (kết tinh) của cấu t B
(Sb - 631oC). Hợp kim sẽ nĩng chảy hay kết tinh trong khoảng giữa hai đư ng này với sự tồn
tại của hai hay ba pha (pha lỏng với một ho c cả hai pha rắn A, B).
Hãy xét sự kết tinh của một hợp kim cụ thể gồm 60%B (Sb) + 40%A (Pb). Đư ng
thẳng đứng biểu th hợp kim này cắt các đư ng lỏng, rắn tương ứng ở 1 (500o
C), 2 (245oC),
đĩ là hai mốc nhiệt độ đáng ch ý:
+ Ở cao hơn 1 (500oC) hợp kim ở trạng thái lỏng hồn tồn L. + Ở thấp hơn 2 (245oC) hợp kim ở trạng thái rắn A +B (Pb + Sb)
+ Ở trong khoảng 1 - 2 (500 - 245oC) hợp kim ở trạng thái lỏng + rắn: L + B (L + Sb) ứng với quá tr nh kết tinh hay nĩng chảy
Vậy 1 (500oC) là nhiệt độ bắt đầu kết tinh hay kết th c nĩng chảy và 2 (245o
C) là
nhiệt độ bắt đầu nĩng chảy hay kết th c kết tinh.
Sự kết tinh của hợp kim từ trạng thái lỏng xảy ra như sau.
- Làm nguội đến 1 (500oC) hợp kim lỏng bắt đầu kết tinh ra tinh thể B (Sb) cũng ở nhiệt độ này ứng với 1’.
- Làm nguội tiếp tục, tinh thể B (Sb) tạo thành càng nhiều làm t lệ B (Sb) trong hợp
kim lỏng cịn lại giảm đi nên điểmbiểu diễn(tọa độ) d ch sang trái theo đư nglỏngtừ 1 đến
E. Ví dụ ở toα (400oC) hợp kim lỏng (cịn lại) với tọa độ ở điểm a’’ (37%Sb) và tinh thể B với tọa độ ở điểm a’ tức 100%B (100%Sb). Áp dụng quy tắc cánh tay địn, t lệ của hai pha này
là La’’ / Ba’ = aa' / aa'' hay L37 / Sb100 = (100 - 60) / (60 - 37) = 40 / 23 tức pha lỏng 40 / 63
(63,5%), rắn 23 / 63 (36,5%).
- Khi làm nguội đến đư ng rắn CED (245oC) hợp kim lỏng (cịn lại) nghèo B (Sb) đi
nữa và cĩ tọa độ ở điểm E (13%Sb), cịn pha rắn B (Sb) ứng với điểm D. T lệ của hai pha
này là
LE / BD = 2D / 2E hay L13 / Sb100 = (100 - 60) / (60 - 13) = 40 / 47. Tức pha lỏng chỉ
cịn khoảng 46%, pha rắn (Sb) đã kết tinh là 54%.
chỉ kết tinh ra B (Sb) và mới chỉ cĩ một phần B (Sb) trong hợp kim (54 trong 60%) kết tinh, cấu t kia (A, Pb) chưa kết tinh.
- Tại nhiệt độ của đư ng rắn CED (245o
C), LE (L13) kết tinh ra cả hai cấu t A+B (Pb
+ Sb) c ng một l c, hỗn hợp của hai pha rắn được tạo thành c ng một l c (đồng th i) từ pha lỏng như vậy được gọi là c ng tinh (c ng kết tinh) hay eutectic LE → (A + B) hay L13 → (Pb + Sb).
Đĩ là phản ứng c ng tinh. Quy ước biểu th tổ chức c ng tinh trong ngo c đơn - ( ).
Sự kết tinh kết th c ở đây và khi làm nguội đến nhiệt độ thư ng khơng cĩ chuyển
biến g khác. Cuối c ng hợp kim này cĩ tổ chức B + (A + B) hay Sb + (Pb + Sb), trong đĩ B (Sb) được tạo thành trước ở nhiệt độ cao hơn n n cĩ kích thước hạt lớn (độ quá nguội nhỏ)
cịn c ng tinh (A + B) hay (Pb + Sb) được tạo thành sau ở nhiệt độ thấp hơn n n cĩ cấu tạo
(kích thước hạt) các pha nhỏ m n hơn (do độ quá nguội lớn).
Cĩ thể tính dễ dàng t lệ các pha và tổ chức của hợp kim 60%Sb + 40%Pb như sau:
- T lệ về pha Pb / Sb = (100 - 60) / (60 - 0) = 40 / 60 hay 40%Pb, 60%Sb.
- T lệ về tổ chức Sb / (Pb+Sb) = (60 - 13) / (100 - 60) = 47 / 40 hay 54% là Sb (độc
lập) cịn lại 46% là c ng tinh (Pb + Sb).
Tương tự b ng các nguy n tắc đã n u cĩ thể biết được diễn biến kết tinh (sự tạo thành
các tổ chức) của mọi hợp kim của hệ. Ví dụ, loại 90%Pb + 10%Sb sẽ kết tinh ra chì (Pb)
trước cho đến 245oC cũng kết tinh ra c ng tinh (Pb + Sb). Như vậy các hợp kim của giản đồ loại I kết tinh theo thứ tự sau: “thoạt ti n pha lỏng kết tinh ra một trong hai cấu t nguy n chất trước và làm cho pha lỏng nghèo cấu t này và biến đổi thành phần đến điểm c ng tinh E, đến đây pha lỏng cịn lại mới kết tinh ra cấu t thứ 2 tức ra 2 cấu t c ng một lúc".
Ngồi ra cĩ nhận xét là thoạt ti n khi đưa th m cấu t khác vào cấu t bất kỳ đều làm cho nhiệt độ kết tinh giảm đi, đạt đến giá tr thấp nhất sau đĩ mới tăng l n.
Quy ước:
•Hợp kim cĩ thành phần ở chính điểm E hay lân cận được gọi là hợp kim c ng tinh
hay eutectic (cĩ nhiệt độ chảy thấp nhất, thấp hơn cả cấu t dễ chảy nhất), nĩ kết tinh ngay ra hai cấu t c ng một l c và ở nhiệt độ khơng đổi.
•Hợp kim cĩ thành phần ở b n trái, b n phải điểm E được gọi là hợp kim trước cùng
tinh (hay hypoeutectic), sau cùng tinh (hay hypereutectic), so với loại c ng tinh ch ng cĩ