Bài giảng Vật liệu học: Chương 3 – Hợp kim và giản đồ pha

Chia sẻ: Trinh _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:36

Thêm vào BST

Báo xấu

63
lượt xem 10
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng Vật liệu học: Chương 3 – Hợp kim và giản đồ pha cung cấp kiến thức về cấu trúc tinh thể của hợp kim, dung dịch rắn, pha trung gian, giản đồ hai pha cấu tử, giản đồ pha Fe – C. Mời các bạn tham khảo.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Vật liệu học: Chương 3 – Hợp kim và giản đồ pha

om .c ng Chương 3 co an Hợp kim & Giản đồ pha th o ng du u cu CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
om .c ng co an th o ng du u cu CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
Nội dung 3.1. Cấu trúc tinh thể của hợp kim om .c 3.1.1 Khái niệm về hợp kim ng co 3.1.2 Dung dịch rắn an th 3.1.3 Pha trung gian ng 3.2. Giản đồ pha hai cấu tử o du 3.3. Giản đồ pha Fe - C u cu 3 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
3.1. Cấu trúc tinh thể của hợp kim 3.1.1. Khái niệm về hợp kim  Hợp kim là hợp chất của nhiều nguyên tố, nguyên tố chính om (nền) phải là kim loại .c Các nguyên tố khác (kim loại/phi kim) ng Hàm lượng nhỏ, không ảnh hưởng đến tính chất : tạp chất co Hàm lượng đủ lớn, ảnh hưởng đến tính chất : NTHK an th o ng du u cu Hợp kim Cu-Zn Thép: HK của Fe-C 4 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
 Ưu điểm của hợp kim là gì? • Độ bền cao hơn, cho phép chế tạo các chi tiết chịu tải nặng om Vật liệu σb, MPa σch MPa δ% HB .c Al 99,95% 50 10 45 15 ng AA7075 co 228 103 17 60 AA7075 600 560 11 150 an (tôi+hóa già) AA7075: 6%Zn, 2,4%Mg, 1,6%Cu, 0,3%Mn th o ng du • Tính công nghệ đa dạng: cắt gọt, GCAL, đúc, nhiệt luyện… u cu •Trong nhiều trường hợp, nấu HK dễ hơn nấu KL nguyên chất 5 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
Trong HK, các nguyên tố tương tác → pha  Pha: Phần đồng nhất của hệ có cùng cấu trúc, trạng thái, kiểu mạng, có tính chất cơ-lý-hoá tính xác định, phân cách nhau om bởi bề mặt phân chia pha. .c Pha B Pha A ng  Tính chất của HK phụ thuộc: co • HK có pha gì an • Sự phân bố của các pha th • Kích thước, hình dạng của pha ng • Tỷ lệ của pha trong HK o du Ví dụ: Thép cácbon C40, với %C = 0,4% u cu C40 ở trạng thái tôi: (a) Độ cứng cao, độ dẻo thấp; tổ chức: Mactenxit (phần lớn) + Austenit dư C40 ở trạng thái ủ: (b) Độ cứng thấp, độ dẻo cao; tổ chức: Ferit + Xementit 6 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
 Phân loại tương tác trong hợp kim Nấu hợp kim từ 2 thành phần là A và B om Không có tương tác Có tương tác .c Hòa tan Phản ứng ng Hỗn hợp cơ học co 2 pha A và B Dung dịch rắn Hợp chất hóa học (Pha dung dịch rắn) an (Pha trung gian) A(B); B(A) AmBn th o ng L (A+B) du A(B) A u cu B 7 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
3.1.2. Dung dịch rắn Khái niệm: pha đồng nhất, kiểu mạng của dung môi (kim loại om nền), các nguyên tử chất tan sắp xếp lại trong mạng dung môi một cách đều đặn và ngẫu nhiên. .c ng Ký hiệu: A(B) = Dung dịch rắn của B hòa tan trong A. co an Ví dụ: Zn(Cu); Cu(Zn); Feα(C); Feγ(C) th ng Giới hạn hòa tan: Nồng độ lớn nhất của chất tan có thể hòa o du tan trong mạng của dung môi để tạo ra dung dịch rắn u cu Dung dịch rắn thay thế Dung dịch rắn xen kẽ 8 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
Dung dịch rắn xen kẽ Dung dịch rắn thay thế các nguyên tử hòa các nguyên tử tan nằm xen kẽ chất tan thay thế vào các lỗ hổng vị trí các nguyên om trong mạng tinh tử dung môi trong thể dung môi. mạng tinh thể .c d ht ng  0,59 d  d dm  d ht  15% Lý hóa tính d dm tương tự co d dm an → dnt hòa tan rất nhỏ, giới hạn hòa → Có thể hòa tan vô hạn th tan thấp, luôn hòa tan có hạn Điều kiện thay thế (hoà tan) vô hạn ng VD: nguyên tố dnt nhỏ: N, C, B, H - cùng kiểu mạng tinh thể o du -> kim loại chuyển tiếp có dnt lớn: - kích thước nguyên tử khác ít (
Các đặc tính của dung dịch rắn:  Dung dịch rắn có kiểu mạng của kim loại nền: Giữ nguyên kiểu mạng, hằng số mạng thay đổi: addr = adm±Δa ; om Cơ tính gần giống với cơ tính của kim loại dung môi: dẻo cao, bền .c thấp ng  So với kim loại dung môi, thì dung dịch rắn có độ bền cao hơn và độ co dẻo kém hơn. Nồng độ chất tan tăng → tăng bền, giảm dẻo an  Thay đổi tính chống ăn mòn, dẫn điện, nhiệt kém KL nguyên chất th  Là pha cơ bản chiếm hơn 90% trong vật liệu kết cấu. o ng du u cu 10 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
 Phân loại tương tác trong hợp kim Nấu hợp kim từ 2 thành phần là A và B om Không có tương tác Có tương tác .c Hòa tan Phản ứng ng Hỗn hợp cơ học co 2 pha A và B Dung dịch rắn Hợp chất hóa học (Pha dung dịch rắn) an (Pha trung gian) A(B); B(A) AmBn th o ng L (A+B) du A(B) A u cu B 11 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
3.1.3. Pha Trung gian Đặc điểm: - Có kiểu mạng tinh thể phức tạp, khác om hẳn với các nguyên tố thành phần; .c - Có tỉ lệ giữa các nguyên tố công thức ng xác định AmBn; co - Tính chất khác hẳn so với các nguyên an tố thành phần (giòn); th ng Xementit Fe3C - Có nhiệt độ nóng chảy xác định -Kiểu mạng trực thoi o -Fe3C, w%C = 6,67% du -Cơ tính: cứng + giòn Các pha trung gian thường gặp: Pha xen kẽ, u pha điện tử, Pha Laves cu Ferit = Feα(C) Kiểu mạng A2 Cơ tính: mềm, dẻo Trong HK, Tỷ lệ pha trung gian ~ 10%, tăng độ cứng, độ bền 12 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
Nội dung 3.1. Cấu trúc tinh thể của hợp kim om .c 3.2. Giản đồ pha hai cấu tử ng co 3.2.1 Một số khái niệm an th 3.2.2 Giản đồ pha 2 cấu tử ng 3.3. Giản đồ pha Fe - C o du u cu 13 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
3.2.1 Một số khái niệm về giản đồ pha Giản đồ pha : Giản đồ biểu diễn sự biến đổi tổ chức pha theo nhiệt độ và thành phần của hệ ở trạng thái cân bằng. om Xây dựng bằng thực nghiệm theo quy tắc pha Gibbs: F = C – P + 1 .c F - số bậc tự do, C - số cấu tử, P - số pha. ng co Lỏng an Tnc th Nhiệt độ u Nhiệt độ g Nhiệt độ β on 100%C C du T1 cu α 100%A Thành phần 100%B 100%A Thành phần 100%B GĐP hệ 1 cấu tử GĐP hệ 2 cấu tử GĐP hệ 3 cấu tử 14 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
3.2.2 Giản đồ pha của hệ hai cấu tử om Hệ 2 cấu tử hòa tan vô hạn vào nhau ở trạng thái lỏng, khác nhau ở tương tác ở trạng thái rắn. .c ng Tùy thuộc vào tương tác của 2 cấu tử ở trạng thái rắn trong hệ: co 4 loại giản đồ cơ bản chính: an  GĐP loại 1: Hai cấu tử không tương tác với nhau th ng  GĐP loại 2: Hai cấu tử tương tác hòa tan vô hạn vào nhau o du  GĐP loại 3: Hai cấu tử tương tác hòa tan có hạn u  GĐP loại 4: Hai cấu tử tương tác tạo ra pha trung gian cu 15 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
Giản đồ pha loại 1: hai cấu tử không có bất kỳ tương tác nào a, b nhiệt độ chảy của A và B; Nhiệt độ X om aEb  đường lỏng; b Lỏng (L) .c cEd  đường đặc; a T ng Vùng 1 pha: L co L+B Vùng 2 pha: L+ A, L+B, A+B A+L E an c d (A+B) th A+(A+B) (A+B)+B E điểm cùng tinh: L→A+B ng A F C B o %B du L (A+B) Ví dụ: Hệ Pb-Sb u A cu Nếu biết thành phần và nhiệt độ của hợp kim: ??? B 16 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
Giản đồ pha loại 2: hai cấu tử tương tác và hoà tan vô hạn vào nhau ở trạng thái rắn X Lỏng (L) Nhiệt độ b amb  đường lỏng m om anb  đường đặc L+ n .c T Vùng 1 pha: L, α a ng Vùng 2 pha: L +α co  = A(B) , B(A)  an th o ng A CL C C B du %B u VD: Hệ Cu-Ni, Au-Ag, Al2O3-Cr2O3 cu Nếu biết thành phần và nhiệt độ: • Biết được thành phần của hợp kim • Tính được tỷ phần pha trong hợp kim 17 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
Quy tắc đòn bẩy: Mα Mβ om Mα . Xα = Mβ . Xβ .c ng M X Xα Xβ %   co M  M  X  X  an th L Nhiệt độ, C0 M X ng %   β+L M  M  X  X  α+L o α β du u α+β cu 100% A Thành phần, % B 100%B CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
Giản đồ pha loại 3 hai cấu tử tương tác và hoà tan có hạn vào nhau ở trạng thái rắn aEb  đường lỏng L (A+B) om acdb  đường đặc α .c ng Vùng 1 pha: L, α,  a β b co Vùng 2 pha: L+ α, L+ , α+  Lỏng (L) an g độ L+ th α = A(B);  = B(A) nNhiệt E L+  c d L  (+) + o du u cu A g %B f B E- điểm cùng tinh: Ví dụ: Pb-Sn, Cu-Ag L  (+) Đường giới hạn hòa tan của B vào  CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 19
Giản đồ pha loại 4: Giản đồ pha hai cấu tử có tương tác hoá học tạo ra pha trung gian AmBn. Ví dụ: Hệ Mg-Ca → Mg4Ca3 om pha trung gian .c Nhiệt độ Lỏng (L) ng a c co b an L+AmBn th L+A E1 ng E2 L+AmBn AmBn+B o du A+AmBn B+AmBn u cu A AmBn B Tách thành hai giản đồ pha 2 cấu tử đơn giản hơn 20 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt