Chương 6. Hợp kim màu và bột

20-June-12

Chương 6. Hợp kim và giản đồ pha

6.1 Hợp kim nhôm 6.2 Hợp kim đồng 6.3 Hợp kim ổ trượt 6.4 Hợp kim bột

20-June-12

6.1 Hợp kim nhôm

6.1.1 Nhôm nguyên chất & phân loại Đặc điểm - Nhẹ, bền ăn mòn khí quyển, tính dẻo cao

(A1), dẫn điện và nhiệt tốt

- Chịu nhiệt kém (6600C), độ bền và độ cứng

thấp (b = 60MPa, HB = 25) Hợp kim nhôm và phân loại - Nguyên tố HK: Cu,Zn, Mg, Si, Mn, Ti, Fe… - Phân loại dựa vào giới hạn hòa tan CF

20-June-12

1

6.1 Hợp kim nhôm 6.1.1 Nhôm nguyên chất & phân loại Hệ thống kí hiệu HK nhôm - TCVN 1659-75: Bắt đầu bằng chữ Al, tiếp theo là kí hiệu của nguyên

tố HK cùng chỉ số %: AlCu5Mg, Al99, Al99,5

- Tiêu chuẩn Hoa kỳ (AA) (Aluminum Association) xxxx và xxx.x

HK Al biến dạng HK Al đúc 1xx.x - Al sạch thương phẩm 1xxx - Al sạch ( 99,0%) 2xxx - Al - Cu, Al - Cu - Mg 2xx.x - Al – Cu 3xxx - Al - Mn 3xx.x - Al - Si - Mg, Al - Si - Cu 4xxx - Al - Si 4xx.x - Al - Si 5xxx - Al - Mg 5xx.x - Al - Mg 6xxx - Al - Mg - Si 6xx.x - không có 7xxx - Al - Zn - Mg, Al - Zn - Mg – Cu 7xx.x - Al – Zn 8xx.x - Al - Sn 8xxx - Al - các nguyên tố khác 20-June-12

6.1 Hợp kim nhôm 6.1.2 Hợp kim nhôm biến dạng không hóa bền bằng

nhiệt luyện

Nhôm sạch - Al thương phẩm  99,0%Al, có tính chống ăn mòn, độ bền thấp, mềm, dẻo, dễ biến dạng nguội: tăng độ bền, độ cứng

- VN: A0, A5, A6…; A85, A95, A995… - Hoa kỳ: AA1060 (làm thùng chứa) và AA1350 (cáp điện) Hợp kim Al-Mn - Giới hạn hòa tan Mn (1,8% ở 6590C), tạp chất Fe, Si làm giảm mạnh giới hạn hòa tan Mn: chỉ hóa bền bằng biến dạng

- Chống ăn mòn tốt, dễ hàn: thay cho Al sạch khi cần cơ

20-June-12

tính cao hơn

6.1 Hợp kim nhôm

6.1.2 Hợp kim nhôm biến dạng không hóa bền bằng

nhiệt luyện Hợp kim Al-Mg - Thường dùng < 4% Mg (giới hạn hòa tan 15% ở 4150C) - Nhẹ nhất, độ bền khá, hóa bền biến dạng tốt, biến dạng

nóng, biến dạng nguội và hàn tốt, bền ăn mòn tốt nhất sau anod hóa

- AA5050, AA5052, AA5454

20-June-12

2

6.1 Hợp kim nhôm 6.1.2 Hợp kim nhôm biến dạng hóa bền bằng nhiệt luyện - HK Al quan trọng nhất, cơ tính cao nhất, không thua kém thép C

Hợp kim Al-Cu và Al-Cu-Mg - Hòa tan cực đại (5,65% ở 5480C) - Hòa tan cực tiểu (0,5% ở nhiệt độ phòng) - Đặc điểm tổ chức tế vi: + Sau ủ: 0,5% +(CuAl2) - b = 200MPa + Sau tôi:  (quá bão hòa 4%Cu) - b = 250- 300MPa

20-June-12

- Cơ chế hóa bền tôi + hóa già: + (Al(Cu)4%)  GP  ’’  ’   (CuAl2) + Hóa già tự nhiên: 5-7 ngày + Hóa già nhân tạo: 100-2000C - Họ AA 2xxx (đura): 4%Cu, 0,5-1,5%Mg, pha hóa bền CuAl2, CuMg5Al5, CuMgAl2: AA 2014 và AA 2024: kết cấu máy bay, dầm khung chịu lực xe tải

6.1 Hợp kim nhôm 6.1.2 Hợp kim nhôm biến dạng hóa bền bằng nhiệt luyện Hợp kim Al-Mg-Si và Al-Zn-Mg - Al-Mg-Si: họ AAx6xxx, AA 6061 và AA 6070: độ bền kém đura, dẻo và tính

hàn tốt, sau ép chảy, anod hóa; pha hóa bền Mg2Si

20-June-12

- Al-Zn-Mg: họ AA 7xxx: Zn = 4-8%, Mg = 1 – 3%, Cu = 2%có độ bền cao nhất (b > 550MPa); nhiệt độ tôi 350-5000C, pha hóa bền MgZn2 và Al2Mg3Zn3, nguội trong KK hoặc nước nóng

6.1 Hợp kim nhôm 6.1.3 Hợp kim nhôm đúc - Thành phần gần tổ chức cùng tinh - Dễ chảy, dễ đúc có thể biến tính, nguội nhanh để tăng cơ tính - Hợp kim chủ yếu Si (Mg, Cu)

Hợp kim Al-Si (silumin đơn giản) - Si = 10-13% - Biến tính: 0,05-0,08% (2/3NaF+1/3NaCl): tăng cơ tính (từ b = 130MPa,  = 3% lên b = 180MPa,  = 8%)

20-June-12

Hợp kim Al-Si-Mg (silumin phức tạp) - Ngoài Al, Si còn có < 1%Mg, 3-5%Cu cải thiện tính đúc và cơ tính; phải qua nhiệt luyện hóa bền, pha hóa bền Mg2Si có tính đúc tốt: đúc piston (AA 390.0)

3

6.2 Hợp kim đồng 6.2.1 Đồng nguyên chất và phân loại HK đồng Các đặc tính của đồng đỏ - Dẫn nhiệt, dẫn điện tốt, rất dẻo, dễ kéo sợi, tính hàn, chống ăn mòn - Khối lượng riêng lớn ( = 8,94g/cm3) , tính gia công cắt và tính đúc kém Phân loại HK đồng - Phân loại theo nguyên tắc giống HK nhôm - Phân loại theo truyền thống: Latông (Cu-Zn) và Brông (Cu-các nguyên tố HK

khác), Cu-Sn

6xx - brông Al, Si 7xx - brông Ni, Ag

2xx - latông đơn giản 5xx - brông thiếc 8xx và 9xx - HK đồng đúc

20-June-12

Hệ thống kí hiệu HK Cu - Tiêu chuẩn Hoa Kỳ - CDA (Copper Development Association): CDAxxx 1xx - đồng đỏ và HK Cu-Be 4xx - latông phức tạp

6.2 Hợp kim đồng 6.2.2 Latông Latông đơn giản - Thường dùng < 45%Zn, tổ chức một pha  (< 35%Zn) hoặc

hai pha  +

- Tăng Zn, độ dẻo tăng, max với 30%Zn Latông một pha () - < 35%Zn, dẻo cao - Latông - 20%Zn (LCuZn20, CDA 240): màu như Au - Latông - 30%Zn (LCuZn30, CDA 260): dẻo và độ bền lớn

nhất, làm vỏ đạn Latông hai pha ( + ) - Với 40%Zn (LCuZn40, CDA 280) dễ căt, bền và cứng hơn,

có thể biến dạng nóng

Latông phức tạp - Có thêm Pb (< 4%) dễ đúc, cắt gọt, Sn (1%), Al (2-3%)

chống ăn mòn trong nước biển; Si – tăng bền, cải thiện tính hàn và đúc, Ni (10-20%) – tăng bền, tạo tính không gỉ - LCuZn40Pb: dễ cắt, LCuZn29Sn: đồng thau Hải quân

20-June-12

6.2 Hợp kim đồng 6.2.3 Brông - Là HK của Cu với các nguyên tố khác Zn: Sn, Al, Be…(brông thiếc, brông Al,

- Loại đúc: > 10%Sn tổng lượng HK > 12%, BCuSn5Zn5Pb5, BCuSn10Sn2, chống ăn mòn tốt, tính đúc cao: đúc tác phẩm nghệ thuật, trang trí, chuông, phu điêu…

20-June-12

brông berili…(riêng Cu-Ni gọi là cuni) Brông thiếc Cu-Sn - Loại biến dạng: < (8-10)%Sn, cơ tính cao, chống ăn mòn trong nước biển tốt hơn latông, thêm Pb để cải thiện tính gia công cắt gọt, dùng Zn thay cho thiếc: BCuSn4Zn4Pb4

4

6.2 Hợp kim đồng 6.2.3 Brông Brông Al: Cu-Al, thêm Ni (5%), Fe (4%): tăng bền, chịu ăn mòn và mài mòn; Si

- Brông Al một pha: (5-9)%Al, chịu ăn mòn tốt trong môi trường khí công nghiệp và nước biển: chế tạo bộ ngưng tụ hơi, chi tiết bơm…: CDA 614 (đồ dùng lính thủy), CDA 608 (đúc tiền xu)

- Brông Al hai pha: > 9,4%Al, tổ chức gồm  +  (Cu3Al mạng A2), sau tôi và

(2%): tăng độ bền và khả năng biến dạng nóng

- Brông đúc: > 10%, thành phần có thể giống loại 2pha

20-June-12

ram cao (5000C) có cơ tính cao

6.2 Hợp kim đồng 6.2.3 Brông Brông berili -

(0,25-2%)Be, sau tôi (750-790)0C trong nước, hóa già ở 3200C, có tính đàn hồi cao, không phát ra tia lửa điện, chịu ăn mòn ở nhiệt độ cao: chế tạo chi tiết đàn hồi và thiết bị 6.2.4 Hợp kim Cu-Ni và Cu-Zn-Ni - Cu và Ni hòa tan vô hạn, tăng mạnh độ bền, độ cứng, tính chống ăn

-

-

mòn trong nước biển (10-30)%Ni dùng làm bộ ngưng tụ của tàu biển, ống dẫn nước biển, trong công nghiệp hóa học (17-27)%Zn và (8-18)%Ni được dùng làm dây biến trở, có điện trở rất cao

20-June-12

6.4 Hợp kim ổ trượt 6.4.1 HK ổ trượt có nhiệt độ chảy thấp: Pb, Sn - Rất mền, ít làm mòn cổ trục - Hệ số ma sát nhỏ, giữ dầu tốt - Không chịu được áp suất và nhiệt độ Babit thiếc - 83%Sn + 11%Sb + 6%Cu: PbSnSb11Cu6 (OCTƂ83); 88%Sn + 8%Sb + 3%Cu + 1%(Ni+Cd): SnSb8CuNi

- Tổ chức: -Sn(Sb) + ’-SnSb + Cu3Sn Babit chì

-

- Tổ chức: (Pb+Sb) + SbSn + Cu3Sn: nhiều hạt cứng và

20-June-12

(6-16)%Sn + (6-16)%Sb + 1%Cu: PbSn6Sb6Cu1 (Ƃ6), PbSn16Sb16Cu2 (Ƃ16) giòn

5

6.4 Hợp kim ổ trượt 6.4.2 Hợp kim nhôm - Ma sát nhỏ, nhẹ, tính dẫn nhiệt cao, chống ăn mòn cao trong dầu, cơ

tính cao hơn, tính công nghệ hơi kém

- Hệ Al-Sn (3-20)%Sn, có thêm Cu, Ni, Si: AlSn3Cu1, AlSn9Cu2 – đúc, AlSn20Cu1 – trạng thái biến dạng (bimental), chịu được áp lực cao (200-300kG/mm2), tốc độ vòng lớn (15-20)m/s

20-June-12

6.4 Hợp kim ổ trượt 6.4.3 Hợp kim khác Hợp kim đồng - Brông Sn: BCuSnZn4Pb4 (biến dạng), BCuSn5Zn5Pb5 (đúc) - Brông Pb: BCuPb30, BCuSn8Pb12, BCuSn10Pb10; Gang xám, gang cầu, gang dẻo

20-June-12

6.5 Hợp kim bột 6.5.1 Khái niệm chung VL ban đầu  bột  phối liệu  ép  thiêu kết  sản

phẩm Công nghệ bột: nghiền, hoàn nguyên từ oxyt, điện phân

Ít tổn hao vl

20-June-12

CVD, PVD… Ép: 100-1000MPa Thiêu kết: - T = (2/3-3/4)Tc - Thiêu kết dưới áp lực: VL kết cấu - Thiêu kết dưới áp lực và phóng điện: dụng cụ cắt Ưu điểm: - Hiệu quả kinh tế cao - - Đồng đều tổ chức và tính chất - Chế tạo VL cứng, siêu cứng Nhược điểm: - Cấu trúc không sít chặt - Cơ tính không cao - Đầu tư ban đầu lớn - Hao phí khi tạo bột  Đắt, chi tiết phức tạp khó đều áp lực

6

6.5 Hợp kim bột 6.5.2 Vật liệu cắt và mài Hợp kim cứng - Tính cứng nóng cao (800-1000)0C - Tốc độ cắt cao hàng trăm m/min - Thành phần hóa học và chế tạo: + WC chiếm tỷ lệ cao nhất, TiC, TaC rất cứng, nhiệt độ nóng chảy cao; Co làm chất kết dính (không qua nhiệt luyện

+ Tạo bột cacbit bằng hoàn nguyên WO3 bằng H2

(700-800)0C

+ Trộn bột cacbit với Co và ép + Nung sơ bộ: 9000C + Nung thiêu kết (1450-1500)0C

20-June-12

6.5 Hợp kim bột 6.5.2 Vật liệu cắt và mài Hợp kim cứng

20-June-12

6.5 Hợp kim bột 6.5.2 Vật liệu cắt và mài Vật liệu đĩa cắt - Vật liệu bột siêu cứng (HV 8000-10000) - Bột kim cương nhân tạo + (1-2)% BN + B, Be, Si (chất kết dính) Vật liệu mài - Bột mài: SiO2, Al2O3, SiC, BN, kim cương Thép gió bột

20-June-12

7

6.5 Hợp kim bột 6.5.3 Vật liệu kết cấu Hợp kim Al bột - Al-Al2O3: (5-20)%Al2O3 - b = (300-450)Mpa (300-350)0C Hợp kim Fe-bột

20-June-12

6.5 Hợp kim bột 6.5.4 Hợp kim xốp và thấm Bạc tự bôi trơn - Cu-10%Sn, hợp kim Al, xốp 25% - Tẩm dầu trong chân không – 750C Màng lọc - Bột đồng đều đẳng trục - Độ xốp cao phân bố đều (30-50)%

20-June-12

The end

20-June-12

8