Bài giảng Công nghệ đúc - Chương 2: Cơ sở lý thuyết quá trình hình thành vật đúc (Phần 2)

Chia sẻ: Thiên Lăng Sở | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:73

Thêm vào BST

Báo xấu

33
lượt xem 3
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng Công nghệ đúc - Chương 2: Cơ sở lý thuyết quá trình hình thành vật đúc (Phần 2) cung cấp cho học viên những kiến thức về kết tinh của kim loại và hợp kim trong khuôn đúc, động học quá trình đông đặc,... Mời các bạn cùng tham khảo chi tiết nội dung bài giảng!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Công nghệ đúc - Chương 2: Cơ sở lý thuyết quá trình hình thành vật đúc (Phần 2)

CHƢƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT QUÁ TRÌNH HÌNH THÀNH VẬT ĐÚC PHẦN 2 PGS. TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 1
4. KẾT TINH CỦA KIM LOẠI VÀ HỢP KIM TRONG KHUÔN ĐÚC • Từ khoá: Crystallization; Solidification PGS. TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 2
4.1. CÁC PHƢƠNG THỨC ĐÔNG ĐẶC CỦA KIM LOẠI VÀ HỢP KIM 4.1.1. Mở đầu Kim loại nguyên chất: - Kết tinh ở T không đổi: đường lỏng (TL) và đường đặc (TS) trùng nhau - KL đông đặc có hướng: pha rắn từ bề mặt tiến dần vào tâm nhiệt của vật đúc
4.1.1. Mở đầu Hợp kim: nói chung, kết tinh xảy ra trong một khoảng nhiệt độ: “khoảng đông đặc” (gọi tắt: “khoảng đông”) Trong khoảng đông, hai pha rắn và lỏng cùng tồn tại: “vùng 2 pha” Bề mặt phân cách rắn – lỏng: “bề mặt kết tinh” hay “sóng kết tinh” PGS. TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 4
PGS. TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 5
4.1.2. Đông đặc có hƣớng Đông đặc có hƣớng: vật đúc có 3 vùng rõ rệt: 1. Vùng rắn: T
4.1.3. Đông đặc thể tích Đông đặc thể tích: vùng 2 pha choán hầu như toàn bộ chiều dày thành vật đúc: VĐ đông đặc gần như đồng thời trên toàn thể tích PGS. TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 7
4.2. MỘT SỐ KHÁI NIỆM 4.2.1. Kết tinh (Crystallization) Kết tinh là quá trình hình thành VĐ ở trạng thái vi mô, bao gồm: - Quá trình hình thành tâm mầm - Sự phát triển của các tâm mầm - Sự hình thành và phát triển của nhánh cây Nghiên cứu quá trình kết tinh là NC sự hình thành tổ chức của VĐ PGS. TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 8
4.2.2. Đông đặc (Solidification) Đông đặc là quá trình KL chuyển từ trạng thái lỏng  rắn mà không xét đến cấu trúc tinh thể NC quá trình đông đặc bao gồm: - Quá trình hình thành và phát triển lớp KL rắn - Sự hình thành và dịch chuyển vùng 2 pha NC quá trình đông đặc nhằm xác định nguyên nhân các khuyết tật có liên quan PGS. TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 9
4.2.3. Hệ số phân bố cân bằng  Trong quá trình đông đặc, thành phần pha rắn và pha lỏng thay đổi theo đường đặc và đường lỏng trên giản đồ trạng thái  Hệ số phân bố k của hợp kim có thành phần C0: k= hàm lượng chất tan trong pha rắn / hàm lượng chất tan trong pha lỏng  Trong quá trình kết tinh, k thay đổi liên tục PGS. TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 10
4.2.3. Hệ số phân bố cân bằng Quá trình kết tinh HK có thành phần C0 - Khi T giảm đến T1: pha rắn xuất hiện có thành phần CS; pha lỏng-vẫn C0 - Khi T giảm đến T2: pha rắn kết tinh có thành phần C1 ; pha lỏng-C2 - Khi T đến T3: giọt KLL cuối cùng có thành phần CL  trong quá trình kết tinh, pha rắn ngày càng giàu B  Thiên tích trong VĐ PGS. TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 11
4.2.4. Độ quá nguội  KL nguyên chất ở trạng thái lỏng được làm nguội dù với tốc độ rất chậm thì T kết tinh thực tế vẫn thấp hơn T kết tinh lý thuyết   KLL có thể tồn tại ở T thấp hơn T kết tinh lý thuyết T0. KLL lúc này được gọi là KLL quá nguội  T= T0-T: độ quá nguội PGS. TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 12
4.3.HÌNH THÀNH & PHÁT TRIỂN MẦM 4.3.1.Sự hình thành mầm nội sinh  Làm nguội KLL với độ quá nguội T  năng lượng tự do của hệ giảm: đây là động lực thúc đẩy quá trình kết tinh PGS. TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 13
4.3.1.Sự hình thành mầm nội sinh Giả sử có 1 cụm nguyên tử với bán kính r, thể tích V, diện tích bề mặt F đang hình thành trong KLL quá nguội. Năng lượng tự do của hệ sẽ thay đổi một lượng G do 2 nguyên nhân: PGS. TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 14
4.3.1.Sự hình thành mầm nội sinh 1. Giảm năng lƣợng tự do thể tích GV - Pha rắn có năng lượng tự do nhỏ hơn pha lỏng  năng lượng tự do giảm: GV= - nGm n-số mol của mầm; n= V/Vmol = 4r3/3Vmol Gm- ứng với 1 mol KL Gm= Hm - TSm = Hm - T.H/To  Lnc - T.Lnc/T0= Lnc(1-T/T0)= Lnc T/T0  GV= -4r3Lnc T/(3T0Vm) PGS. TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 15
4.3.1.Sự hình thành mầm nội sinh 2. Tăng năng lƣợng tự do bề mặt GF Xuất hiện pha mới (rắn) có diện tích bề mặt F làm năng lượng tự do tăng: GF= F  - scbm của mầm PGS. TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 16
4.3.1.Sự hình thành mầm nội sinh  G= GV+GF = -4r3Lnc T/(3T0Vm) + 4r2  G= f(r, T) T càng lớn  G càng âm  càng dễ tạo mầm PGS. TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 17
Khi T= const Đường biểu diễn G=f(r) có cực đại Gmax tại rth - Những mầm có r< rth không thể phát triển lên được do khi r tăng thì G cũng tăng - Chỉ những mầm có r> rth mới có thể phát triển lên được PGS. TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 18
4.3.2.Sự hình thành mầm ký sinh (Ngoại sinh, ngoại nhập) Thực tế, quá trình kết tinh của KLL xảy ra với T nhỏ hơn rất nhiều so với độ quá nguội cần cho mầm tự sinh Nguyên nhân: do các phần tử rắn có mặt trong KLL, mầm được tạo nên trên chúng Bằng các tính toán tương tự, năng lượng cần thiết để tạo mầm ký sinh có rth: G’max=(2-3cos+cos3) Gmax/4= c.Gmax -góc thấm ướt của mầm lên phần tử rắn PGS. TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 19
4.3.2. Sự hình thành mầm ký sinh  thay đổi từ 0  1800  cos  thay đổi từ 1  -1  c thay đổi từ 0  1: - Khi = 1800; cos= -1; c=1 - Khi = 00; cos= 1; c= 0  trong mọi trường hợp, sự tạo mầm ký sinh đều có lợi hơn sự tạo mầm tự sinh do: G’max  Gmax PGS. TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 20