CHƯƠNG 4: KIM LOẠI MÀU VÀ HỢP KIM MÀU
1. ĐỒNG VÀ HỢP KIM CỦA ĐỒNG
1.1. Đồng nguyên chất.
1.1.1. Tính chất của đồng nguyên chất.
- Đồng là kim loại màu đỏ, có trọng lượng riêng là 8,93 g/cm3. Nhiệt độ nóng chảy 10830C. Quá trình kết tinh đồng có tổ chức lập phương diện tâm và nó không thay đổi cho đến khi làm nguội đến nhiệt độ bình thường.
- Đồng có tính dẫn nhiệt, dẫn điện cao, có độ dẻo cao (có thể dát mỏng hoặc kéo dài) độ bền và cứng của đồng không cao. ở nhiệt độ bình thường đồng rất bền với môi trường không khí và nước. Đồng dễ hòa tan trong các loại axít nhưng rất bền trong dung dịch kiềm.
- Tuy vậy đồng nguyên chất có nhược điểm là: Khối lượng riêng lớn, tính gia công cắt kém do phoi quá dẻo, kém bền và tính công nghệ kém (tính đúc kém), nên ít được dùng trong chế tạo máy.
1.1.2. Kí hiệu:
- Theo tiêu chuẩn Việt Nam: Đồng nguyên chất có ký hiệu Cu, đằng sau là % của đồng. Ví dụ: Cu99,99% có 99,99% Cu
- Theo kí hiệu của Nga (ΓOCT): Đồng được ký hiệu là: MOO, MO, M1, M2, M3, M4.
- Đối với đồng tinh khiết và cao cấp thường được dùng làm dây dẫn điện và các hợp kim phụ.
Bảng 4-1. Thành phần hoá học và công dụng của đồng Ký hiệu Thành phần
đồng % Công dụng
TCVN ΓOCT
Cu 99,99% MOO 99,99 Làm dây dẫn điện
Cu 99,95% MO 99,95 Làm dây dẫn điện và các hợp kim tinh khiết
Cu 99,9% M1 99.90 Làm dây dẫn điện và các hợp kim cao cấp Cu 99,7% M2 99,70 Làm bán thành phẩm cao cấp và các hợp
kim cơ bản là đồng
Cu 99,5% M3 99,50 Dùng làm đồng đúc và đồng gia công bằng áp lực với chất lượng thường
Cu 99,0% M4 99,0 Dùng làm các hợp kim phụ 1.2. Hợp kim đồng:
Trong kỹ thuật chế tạo máy người ta thường dùng hợp kim của đồng với đồng là kim loại cơ bản, hợp kim đồng có tính bền, chịu mài mòn, gia công cắt gọt tốt đáp ứng được các yêu cầu trong chế tạo máy.
Hợp kim của đồng thường có hai loại:
1.2.1. Đồng thau (đồng latông):
a. Cấu tạo và tính chất:
Là hợp kim của đồng và kẽm. Lượng kẽm chứa trong nó không quá 45%.
Trong đồng thau còn có các kim loại khác như nhôm, niken, sắt, mangan, các kim loại này được đưa thêm để tăng thêm cơ tính và khả năng chịu ăn mòn của đồng.
Cấu tạo và tính chất của đồng thau phụ thuộc vào lượng kẽm chứa trong nó.
Nếu đồng thau chứa ít hơn 39% kẽm thì ta có đồng thau cấu tạo một pha (α). Nếu đồng thau chứa 40 – 45% kẽm thì ta có đồng thau cấu tạo hai pha (β + α) . Đồng thau một pha có tính mềm dẻo, đồng thau hai pha có tính cứng và giòn.
Người ta còn phân biệt các loại đồng thau nhị nguyên và đa nguyên. Đồng thau nhị nguyên là loại chỉ có hai nguyên tố cơ bản là Cu và Zn, đồng thau đa nguyên ngoài hai nguyên tố trên người ta còn cho thêm vào các nguyên tố như thiếc, mangan… để cải thiện cơ tính của đồng.
Ngoài ra tuỳ theo cách sử dụng đồng thau vào việc đúc hay gia công bằng áp lực mà người ta còn phân loại là đồng thau đúc và đồng thau gia công bằng áp lực.
Để nâng cao cơ tính của đồng thau, người ta thường áp dụng phương pháp nhiệt luyện bằng cách ủ kết tinh lại để khử các ứng suất do quá trình gia công bằng áp lực, nhiệt độ ủ khoảng 600 – 7000C.
b. Kí hiệu và công dụng:
- Theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 1569 – 75: Latông được kí hiệu bằng chữ LCu và kí hiệu hoá học của các nguyên tố có trong Latông kèm theo các chữ số chỉ
% hàm lượng của nguyên tố đó, còn lại là Cu. Khi không ghi số có nghĩa hàm lượng của nguyên tố ấy =1%. Ví dụ: LCuZn41 là latông đơn giản (đồng thau nhị nguyên) có 41%Zn, còn lại 59% Cu.
LcuZn19Al12Ni2,5Si0,5Mn0,5 là latông phức tạp (đa nguyên) có Zn = 19%, Al = 12%, Ni = 2,5%, Si = 0,5%, Mn = 0,5% còn lại là Cu.
- Công dụng: Loại latông có Cu > 61% thì tổ chức chỉ gồm 1 pha (Loại này dẻo, thường dùng để cán cụ thể:
+ Loại chứa từ Cu = 61 ( < 80% thì cơ tính tổng hợp tốt thường để chế tạo các chi tiết máy).
+ Loại chứa Cu = 90% thường làm dây dẫn điện.
Loại latông có Cu < 61% thì tổ chức gồm hai pha là α và β: α là dung dịch rắn thay thế của Zn trong Cu, còn β là pha điện tử trên cơ sở hợp chất điện tử CuZn. Loại này bền hơn nhưng kém dẻo, dùng nhiều làm chi tiết máy.
- Ký hiệu theo ký hiệu của Nga (ΓOCT): Đồng thau được ký hiệu bằng chữ Л sau đó là hai chữ số chỉ % của đồng. Ví dụ ký hiệu là Л68 có 68% là đồng còn lại là
kẽm và các tạp chất khác là 32%. Nếu có các nguyên tố khác được pha vào thì người ta ký hiệu như sau: Ví dụ KC80-3-3 nghĩa là đồng thau đa nguyên có 80% là đồng, 3% là Si, 3% là Pb còn lại 14% là Z.
Bảng 4-2. Bảng tính cơ lý và công dụng của một số đồng thau theo ΓOCT Ký hiệu Giới hạn
bền MN/m2
Độ dãn dài δ%
Độ cứng HB kG/mm2
Công dụng
Đồng thau gia công bằng áp lực
Л90 260 45 53 Dùng chế tạo các tấm đồng
mỏng
Л68 320 55 52 Dùng chế tạo các thanh
đồng, ống đồng, dây đồng
Л62 320 49 56 Dùng chế tạo các tấm đồng,
ống đồng, dây đồng Đồng thau đúc (trong khuôn kim loại)
ЛA65-2,5 400 15 90 Dùng chế tạo các chi tiết chống ăn mòn
ЛK80-3 300 15 100 Dùng làm các chi tiết trang
bị cho tàu thủy
ЛAҖ60-1-1 480 18 90 Dùng làm các ổ đỡ trục
ЛOC58-2-2 300 4 80 Dùng làm bánh răng
- Kí hiệu của Hoa kì (CDA): Có các mác đồng như sau: 110, 172, 260, 510…
với ý nghĩa 1xx chỉ đồng đỏ và các hợp kim Cu – Be, 2xx chỉ đồng latông Cu – Zn, 4xx chỉ đồng latông phức tạp. dùng các chi tiết chống ăn mòn, ổ đỡ trục…vv
1.2.2. Đồng thanh (Brông).
Là hợp kim của đồng với các nguyên tố không phải là Zn như như thiếc, nhôm,...vv. Đồng thanh được chia thành các loại:
a. Đồng thanh thiếc.
Lượng thiếc chứa trong đó là từ 5 - 6%, loại này có tính dẻo và có thể dập nguội được. Loại đồng thanh có chứa nhiều thiếc thường dùng để đúc. Trong chế tạo máy người ta dùng đồng thanh thiếc với lượng thiếc không quá 10%, nếu lượng thiếc lớn thì hợp kim sẽ giòn. Để nâng cao tính cắt gọt của đồng thanh thiếc, người ta pha thêm một lượng kẽm vào đồng thanh. Để giảm giá thành và nâng cao độ bền, người ta thay một lượng thiếc bằng một lượng chì (vì chì rẻ hơn thiếc).
+ Ký hiệu đồng thanh thiếc theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 1659 – 75:
Được bắt đầu bằng chữ Bcu, tiếp theo đến nguyên tố hợp kim chủ yếu ghi theo ký hiệu bảng hệ thống tuần hoàn Menđêleep rồi đến hàm lượng % hoặc số thập phân
của hàm lượng nguyên tố đó. Ví dụ: BcuSn6,5P0,8: brông thiếc có 6,5%Sn, 0,8%P, còn lại là Cu.
+ Ký hiệu đồng thanh thiếc theo (ΓOCT) của Nga: Thì người ta ký hiệu БpO sau đó là tên ký hiệu các kim loại pha vào đồng thanh, tiếp đó là con số chỉ % lượng kim loại pha vào. Ví dụ: БpOЦC5-5-5 là ký hiệu đồng thanh thiếc có 5% là thiếc, 5%
là phốt pho, 5%là chì, còn lại là 85% là đồng.
Bảng 4-3. Bảng tính cơ lý và công dụng của đồng thanh thiếc Ký hiệu
Giới hạn bền kéo
MN/m2
Độ dãn dài δ%
Độ cứng HB kG/mm2
Công dụng
Không nhỏ hơn
БpOЦCH 3-7-5-1 180 8 60
Dùng cho các trang bị trong nước biển và trong hơi nước (áp suất tới 25at)
БpOЦC 3-12-5 180 8 60
Dùng cho các trang bị trong nước ngọt và trong hơi nước (áp suất tới 25at)
БpOЦC 5-5-5 150 6 60 Dùng chế tạo các chi tiết chịu ma sát, chịu mài mòn và làm hợp kim đỡ sát
БpOЦC 6-6-3 150 6 60
БpOЦC 4-4-17 150 5 60
БpOЦC 3,5-6-5 150 6 60 Dùng làm các chi tiết của máy kéo
b. Đồng thanh nhôm.
Vì giá thành đồng thanh thiếc cao nên người ta chỉ sử dụng nó gia công chi tiết quan trọng, các chi tiết khác người ta dùng đồng thanh nhôm. Loại này ngoài thành phần của nhôm còn có Fe, Mn, Ni các nguyên tố này sẽ là cho nó có độ bền cao hơn.
Đồng thanh nhôm nếu chứa nhiều nhôm sẽ làm cho đồng thanh rất giòn, nếu cho vào đồng thanh nhôm các kim loại Mn, Fe, Ni sẽ làm cho đồng thanh nhôm bớt giòn và tăng độ bền.
Về cơ tính, đồng thanh nhôm có giá trị cao hơn đồng thanh thiếc cả về độ cứng lẫn sức bền. Khả năng chịu ăn mòn nó cũng tốt hơn, đặc biệt trong môi trường nước biển hoặc môi trường có nhiệt độ cao (độ chịu ăn mòn gấp 5 đến 12 lần so với đồng thanh thiếc và gấp 2 đến 3 lần so với thép chống gỉ). Tuy vậy nó cũng có nhược điểm là độ co, độ ngót rất lớn, rễ gây nứt và rất khó hàn.
Ký hiệu: Theo tiêu chuẩn của Nga (ΓOCT) người ta kí hiệu đồng thanh nhôm như sau: БpA sau đó là tên ký hiệu các kim loại pha vào đồng thanh, tiếp đó là con số chỉ % lượng kim loại pha vào. Ví dụ БpAҖH 11- 6 – 6 cách đọc mác kim loại này giống như đồng thanh thiếc.
Bảng 4-4. Bảng ký hiệu và công dụng của đồng thanh nhôm
Ký hiệu Công dụng
Những đồng thanh nhôm có thể gia công áp lực được
БpA-5 Dùng để làm các tấm đồng, các băng đồng, các huy hiệu БpA-7 Dùng để làm các tấm đồng, lò so và các chi tiết khác БpAҖH 10-4-4 Dùng làm các bạc đỡ, các bánh răng, xup pap xả…
Những đồng thanh nhôm đúc được
БpA-10 Dùng để đúc định hình, đúc áp lực БpAҖH 11-6-6 Dùng để đúc định hình
БpAҖ 9-4 Dùng làm ổ trượt, vỏ bơm, vòng chắn nước БpAҖMц 10-3-1,5 Dùng làm ổ trượt, bạc, bánh răng
1.2.3. Đồng đặc biệt.
- Để thay thế cho đồng thanh thiếc đắt tiền người ta dùng đồng thanh Si rẻ hơn.
Một số kí hiệu của nhóm này là: БpKC 3 - 4, БpKц 3 – 9.
- Người ta còn dùng đồng thanh Bêrili (БpБ2; БpБ2,5) có cơ tính rất cao và có độ bền cao. Ngoài ra nó còn có độ dẫn điện tốt, độ đàn hồi tốt.
- Ngoài các loại trên trong kỹ thuật người ta còn dùng đồng thanh Titan, hợp kim đồng, chì… Các loại hợp kim này có tính chịu mài mòn rất cao và thường được sử dụng làm ổ trượt trong chế tạo máy.