intTypePromotion=1
ADSENSE

Giáo trình hóa học vô cơ - Chương 3

Chia sẻ: Nguyen Nhi | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:11

266
lượt xem
71
download
 
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tài liệu tham khảo Giáo trình hóa học vô cơ - Chương 3 : Hợp kim và giản đồ pha

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Giáo trình hóa học vô cơ - Chương 3

  1. 36 PhÇn II Hîp kim vµ biÕn ®æi tæ chøc Ch−¬ng 3 Hîp kim vµ gi¶n ®å pha 3.1. CÊ 3.1. CÊ u tróc tinh thÓ cña hîp kim Kh¸i 3.1.1. Kh¸i niÖ m vÒ hîp kim §Þ a. §Þ nh nghÜ a Hî p kim lµ hçn hîp cña kim lo¹i víi mét hoÆc nhiÒ u kim lo¹i hoÆc ¸ kim kh¸c. La t« ng= hîp kim Cu + Zn → hî p kim ®¬n gi¶ n chØ gåm 2 nguyª n tè Gang: Fe+Mn+Si vµ C+P+S, nguyª n tè chÝ nh lµ Fe (kim lo¹ i) → hîp kim phøc t¹ p. Nguyª n tè kim lo¹ i chÝ nh (> 50%) ® − îc gäi lµ nÒ n hay nguyª n tè c¬ së . b. −u viÖ t cña hî p kim so víi kim lo¹i b. hîp Hî p kim: ® é bÒ n, ® é cøng, tÝ nh chèng mµ i mßn cao h¬n, tÝ nh c«ng nghÖ tèt h¬n: ®óc, c¾ t gä t, nhiÖ t luyÖ n ® Ó ho¸ bÒ n tè t h¬ n, rÎ h¬n. Kim lo¹ i nguyª n chÊ t: dÉ n nhiÖ t, dÉ n ®iÖ n tèt (d© y dÉ n, trang søc, ®iÖ n cùc Pt, Au) c. Mé c. Mé t sè kh¸i niÖ m • Pha: cï ng cÊ u tró c, cï ng tr¹ ng th¸ i, cïng kiÓ u vµ th«ng sè m¹ ng, c¸ c tÝ nh chÊ t c¬ - lý - hã a x¸ c ® Þ nh, ph© n c¸ ch nhau bëi mÆ t ph© n chia pha. • CÊ u tö lµ c¸ c phÇ n ®éc lË p cã khèi l− îng kh«ng ®æi, chóng t¹ o nª n c¸ c pha trong hîp kim. • HÖ lµ tË p hî p c¸ c pha, cã thÓ ë c© n b» ng hoÆ c kh«ng c© n b» ng. 3 • Tr¹ ng th¸ i kh«ng c© n b» ng (3) = kh«ng æn ®Þ nh: th− êng gÆ p: khi t«i→c¬ tÝ nh (bÒ n, cøng) cao h¬n, xu ∆G h− í ng→(1&2) 2 • Tr¹ ng th¸ i gi¶ æ n ® Þ nh (2) muè n sang (1) ph¶ i th¾ ng ∆G • æn ® Þ nh (1). 1 d. Ph© d. Ph© n lo¹ i c¸c t− ¬ ng t¸ c ChÕ t¹ o hî p kim = nÊ u ch¶ y % x¸ c ®Þ nh råi lµ m nguéi. H× nh 3.1. S¬ ®å c¸ c vÞ trÝ Tõ pha láng ®ång nhÊ t khi lµ m nguéi sÏ cã t− ¬ng t¸ c t¹ o æn ®Þ nh (1), gi¶ æn ®Þ nh (2) nª n c¸ c pha kh¸ c nhau. vµ kh«ng æ n ® Þ nh (3) T¹ o thµ nh hç n hîp c¬ häc A + B t¸ c: Khi cã t− ¬ng t¸c: 2 tr− êng hîp x¶ y ra: - hßa tan thµ nh dung dÞ ch r¾ n, tæ chøc mét pha nh− kim lo¹ i nguyª n chÊ t (h× nh 3.2b) dung m«i - ph¶ n ø ng víi nhau thµ nh hîp chÊ t hãa häc, t¹ o thµ nh kiÓ u m¹ ng míi kh¸ c h¼ n. 3.1.2. Dung 3.1.2. Dung dÞ ch r¾n a. Kh¸i niÖ m - ph© n lo¹ i ph©n lo¹i §/n: §/n: lµ hî p kim trong ®ã 1 hay nhiÒ u nguyª n tè hoµ tan vµ o m¹ ng tinh thÓ cña kim lo¹ i chiÕ m ® a sè ® − îc gäi lµ nÒ n. Dung m«i chiÕ m ®a sè, nguyª n tè chiÕ m tû lÖ Ý t h¬n lµ chÊ t tan. §/®iÓ m: kiÓ u m¹ ng cña dung m«i, nång ®é chÊ t tan cã thÓ thay ®æi trong mét ph¹ m vi mµ §/®iÓ kh« ng lµ m mÊ t ® i sù ®å ng nhÊ t ® ã . Dung dÞ ch r¾ n lµ cña B trong A: A(B), m¹ ng cñ a A.
  2. xen kÏ 37 C¸c C¸c kiÓ u: thay thÕ vµ xen kÏ (h× nh 3.3) thay thÕ H× nh 3.3. S¬ ®å s¾p xÕp nguyªn tö hßa tan thay thÕ vµ xen kÏ vµo dung m«i cã m¹ng lËp ph−¬ng t©m mÆt, mÆt (100) b. Dung b. Dung dÞ ch r¾ n thay thÕ §/n: §/n: nguyª n tö chÊ t tan thay thÕ vÞ trÝ nguyª n tö dung m«i. §/kiÖ §/kiÖ n: sai kh¸ c dnguyª n tö kh« ng qu¸ 15%. TÝ nh chÊ t ho¸ lý t− ¬ng tù nhau. Ph© Ph© n lo¹ i: theo giíi h¹ n h/tan gå m 2 lo¹ i: dd r¾ n hoµ tan cã h¹ n vµ dd r¾ n hoµ tan v« h¹ n theo sù ph© n bè ng/tö chÊ t tan, cã 2 lo¹ i: dd r¾ n cã tr/tù vµ dd r¾ n o cã tr/tù Gií i h¹ n hß a tan lµ nång ®é chÊ t tan lín nhÊ t mµ vÉ n b¶ o tån ® − îc m¹ ng tinh thÓ . §iÒ u kiÖ n hoµ tan v« h¹n: chØ cã thÓ (cã khi o) x¶ y ra khi tháa m· n c¶ 4 yÕ u tè sau: §iÒ tan H× nh 3.4. S¬ ®å thay thÕ ®Ó t¹o dung dÞch r¾n hßa tan v« h¹n gi÷a hai kim lo¹i A vµ B 1- cïng kiÓ u m¹ ng, 2-® − êng kÝ nh nguyª n tö kh¸ c nhau Ý t (< 8%) 3-tho¶ m· n giíi h¹ n nång ®é ®iÖ n tö: vÝ dô: m¹ ng lftm → Ce ≤ 1,36, lftk → Ce ≤ 1,48, 4-cã cï ng ho¸ trÞ , tÝ nh © m ®iÖ n sai kh¸ c nhau Ý t. Ngoµ i ra, tÝ nh lý - hãa (®Æ c biÖ t lµ nhiÖ t ®é ch¶ y) gièng nhau → dÔ t¹ o thµ nh dung dÞ ch r¾ n hß a tan v« h¹ n. VÝ dô : Ag - Au (m¹ ng A1, ∆r = 0,20%, cïng nhãm IB), Cu - Ni (m¹ ng A1, ∆r = 2,70%, IB vµ VIII), Feα - Cr (m¹ ng A2, ∆r = 0,70%, VIB vµ VIII). trË t tù: Dung dÞ ch r¾n cã trËt tù : c¸ c nguyª n tö chÊ t tan s¾ p xÕ p cã trË t tù trong m¹ ng tinh thÓ dung m« i, (® − î c ngué i rÊ t chË m trong kho¶ ng nO nhÊ t ®Þ nh). §a sè tr− êng hîp lµ kh«ng trË t tù. c. Dung c. Dung dÞ ch r¾n xen kÏ §/n: §/n: c¸ c nguyª n tö hßa tan n» m xen kÏ vµ o c¸ c lç hæng trong m¹ ng tinh thÓ dung m«i. §iÒ u kiÖ n: b¸ n kÝ nh nguyª n tö chÊ t tan ph¶ i rÊ t nhá: N (0,071nm), C (0,077nm) vµ ®«i khi §iÒ c¶ B (0,091nm) míi cã kh¶ n¨ ng xen kÏ vµ o c¸ c lç hæng gi÷a c¸ c nguyª n tö lín nh− Fe (0,1241nm), Cr (0,1249nm), W (0,1371nm), Mo (0,136nm),... Lç hæng lín nhÊ t trong m¹ ng A1 lµ lo¹ i 8 mÆ t chØ b» ng 0,414dng/tö , ngoµ i H, o cã ¸ kim nµ o bá lät → ® È y c¸ c nguyª n tö chñ bao quanh gi· n ra, g© y ra x« lÖ ch m¹ nh m¹ ng (h× nh 3.5). . chØ cã dung dÞ ch r¾ n xen hß a tan cã h¹ n. b-xen kÏ a-thay thÕ ban ®Ç u H× nh 3.5. Sù x« lÖch m¹ng trong dd r¾n: a. hßa tan thay thÕ khi rht > rchñ, b. hßa tan xen kÏ rht> rlç hæng d. C¸ d. C¸ c ®Æ c tÝ nh cña dung dÞ ch r¾ n Cã kiÓ u m¹ ng tinh thÓ cña kim lo¹ i dung m«i → cã ®Æ c tr− ng c¬, lý, hãa tÝ nh cña kim lo¹ i nÒ n: 1) M¹ ng tinh thÓ , ®¬n gi¶ n vµ xÝ t chÆ t (A1, A2...) cña kim lo¹ i víi liª n kÕ t kim lo¹ i 2) C¬ tÝ nh gièng kim lo¹ i c¬ së:
  3. 38 . dÎ o, cã gi¶ m ® i 1 chót song vÉ n ® ñ cao, dÔ biÕ n d¹ ng dÎ o, c¸ biÖ t t¨ ng ®é dÎ o: Cu(Zn) ví i 30%Zn cßn dÎ o h¬n c¶ Cu → chi tiÕ t dË p s© u, ®å d¸ t = lat«ng . t¨ ng ®é bÒ n, ®é cøng, kh¶ n¨ ng chÞ u t¶ i h¬n h¼ n kim lo¹ i nguyª n chÊ t . nå ng ® é chÊ t tan cµ ng lín → dÎ o cµ ng gi¶ m, bÒ n cµ ng t¨ ng. Qu¸ lín → g© y ra giß n, dÔ bÞ g· y, vì → chän nång ®é thÝ ch hîp. 3) DÉ n nhiÖ t, dÉ n ®iÖ n tèt nh− ng kÐ m h¬n kim lo¹ i nguyª n chÊ t, thay ®æi tÝ nh chèng ¨ n mßn. Dung dÞ ch r¾ n lµ pha c¬ b¶ n chiÕ m tíi 90% thË m chÝ 100% trong vË t liÖ u kÕ t cÊ u. 3.1.3. Pha trung gian 3.1.3. Pha Trª n gi¶ n ®å pha 2 phÝ a lµ dung dÞ ch r¾ n, ë gi÷a lµ c¸ c pha trung gian. a. B¶ a. B¶ n chÊ t vµ ph©n lo¹i §Æ c ® iÓ m: 1) Cã m¹ ng tinh thÓ phøc t¹ p vµ kh¸ c h¼ n víi nguyª n tè thµ nh phÇ n 2) Cã tû lÖ chÝ nh x¸ c gi÷a c¸ c nguyª n tè theo c«ng thøc hãa häc AmBn 3) TÝ nh chÊ t : kh¸ c h¼ n c¸ c nguyª n tè thµ nh phÇ n → gißn 4) Cã nhiÖ t ®é ch¶ y x¸ c ®Þ nh, khi t¹ o thµ nh táa nhiÖ t. 5) kh¸ c ví i c¸ c hîp chÊ t hãa häc th«ng th− êng, c¸ c pha trung gian kh«ng hoµ n toµ n tu© n theo quy luË t hã a trÞ → kh« ng cã thµ nh phÇ n hãa häc chÝ nh x¸ c theo c«ng thøc, cã liª n kÕ t kim lo¹ i. C¸ c pha trung gian trong hîp kim th− êng gÆ p: pha xen kÏ , pha ®iÖ n tö vµ pha Laves. b. Pha b. Pha xen kÏ §/n: Lµ pha t¹ o nª n gi÷ a c¸ c kim lo¹ i chuyÓ n tiÕ p (cã b¸ n kÝ nh nguyª n tö lín) víi c¸ c ¸ kim cã b¸ n kÝ nh nguyª n tö bÐ nh− C, N, H (vµ B): cacbit, nitrit, hy®rit (vµ borit). §/®iÓ m: M¹ ng tinh thÓ cñ a pha xen kÏ ∈ t− ¬ng quan kÝ ch th− íc nguyª n tö gi÷a ¸ kim (X) §/®iÓ vµ kim lo¹ i (M):. khi rX / rM < 0,59 → mét trong ba kiÓ u m¹ ng lµ A1, A2, A3 (tuy kh« ng gi÷ l¹ i kiÓ u m¹ ng vèn cã nh− ng vÉ n mang ®Æ c ®iÓ m kim lo¹ i), c¸ c nguyª n tö ¸ kim xen kÏ vµ o c¸ c lç hæng trong m¹ ng, t¹ o nª n hîp chÊ t víi c¸ c c«ng thøc ®¬n gi¶ n nh− M4X, M2X. . khi rX / rM > 0,59 → m¹ ng tinh thÓ phøc t¹ p (® − îc gäi lµ pha xen kÏ ví i m¹ ng phø c t¹ p) t− ¬ng øng víi c«ng thøc M3X, M7X3, M23X6. T/chÊ t: NhiÖ t ® é ch¶ y rÊ t cao (th− êng > 2000 ÷ 3000oC), rÊ t cøng (HV > 2000 ÷ 5000) vµ gißn → hã a bÒ n, n© ng cao tÝ nh chè ng mµ i mßn vµ chÞ u nhiÖ t cña hîp kim. H vµ N cã kÝ ch th− íc nguyª n tö nhá nª n rX / rM < 0,59, → Fe4N, Fe2N, Mo2N, Cr2N... cã m¹ ng ®¬n gi¶ n. C cã rX / rM>0,57 nª n t¹ o Fe3C, Mn3C, Cr7C3, Cr23C6,WC, TiC, Mo2C, VC → m¹ ng phø c t¹ p → t¨ ng ® é cø ng vµ tÝ nh chèng mµ i mßn cña hîp kim. c. Pha c. Pha ®iÖ n tö (Hum - Rothery) §/n: §/n: Lµ pha cã kiÓ u m¹ ng x¸ c ®Þ nh, t¹ o thµ nh víi nång ®é ®iÖ n tö N x¸ c ®Þ nh (sè ®iÖ n tö hã a trÞ /sè nguyª n tö ): 3/2 (21/14), 21/13 vµ 7/4 (21/12), mçi tû lÖ øng víi mét cÊ u tró c m¹ ng phø c t¹ p nhÊ t ®Þ nh. Th− êng lµ hîp kim cña Cu, Ag, Au víi Zn, Sn, Cd. Víi Cu1+, Zn2+ ta cã : Ce = 21/14 → pha β m¹ ng A1: CuZn, AgZn, AuZn (Ce=(1.1+1.2)/2=3/2) Ce = 21/13 → pha γ m¹ ng lf phøc t¹ p: Cu5Zn8, Ag5Sn8 (Ce=(5.1+8.2)13=21/13) Ce = 21/12 → pha ε, m¹ ng lgxc: CuZn3, AgZn3 (Ce=(1.1+3.2)/4=7/4=21/12) d. Pha d. Pha Laves §/n: Pha t¹ o bë i hai nguyª n tè A, B cã tû lÖ b¸ n kÝ nh nguyª n tö rA / rB = 1,2 (1,1 ÷ 1,6) §/n: ví i c« ng thø c AB2 cã kiÓ u m¹ ng A3: MgZn2, MgNi2 hay A1 (MgCu2). Do gißn nª n chØ ® − îc dï ng trong HKTG hoÆ c c¸ c pha ho¸ bÒ n.
  4. 39 3.2. Gi¶n 3.2. Gi¶n ®å pha cña hÖ hai cÊu tö §/n: §/n: G§P lµ gi¶ n ® å biÓ u thÞ sù biÕ n ®æi thµ nh phÇ n vµ tr¹ ng th¸ i pha ë c© n b» ng theo nhiÖ t ® é vµ thµ nh phÇ n cña hÖ d− íi ¸ p suÊ t kh«ng ®æi (1 at). C¸ C¸ ch biÓ u diÔ n: §Æ c ® iÓ m: G§P chØ ® ó ng vµ phï hîp víi hîp kim ë tr¹ ng th¸ i c© n b» ng (nguéi rÊ t chË m hay ñ ), C« ng dông: x¸ c ® Þ nh cÊ u tróc cña hîp kim, x¸ c ®Þ nh no ch¶ y, chuyÓ n biÕ n pha → C« nÊ u luyÖ n vµ xö lý nhiÖ t, gia c«ng (biÕ n d¹ ng, ®óc, rÌ n, c¸ n, kÐ o,..), rÊ t quan träng. 3.2.1. Quy 3.2.1. Quy t¾ c pha vµ øng dông Quy t¾ c pha cña Gibbs: T= N-F+2 khi P=1at th× T=N-F+1 T=0 → hÖ bÊ t biÕ n, c¶ % vµ n , lóc ®ã F = N + 1 (sè pha=sè cÊ u tö +1). VÝ dô kim lo¹ i o nguyª n chÊ t (N = 1) khi nãng ch¶ y: T=1-2+1=0 → nhiÖ t ®é kh«ng ®æi. T=1: → T=1: VÝ dô, khi kÕ t tinh HK 2 nguyª n: (T = 2 - 2 + 1=1) kÕ t tinh hoÆ c nãng ch¶ y trong kho¶ ng nhiÖ t ® é hoÆ c %. 2: T = 2: hÖ cï ng mét lóc cã thÓ thay ®æi c¶ hai yÕ u tè nhiÖ t ®é vµ thµ nh phÇ n §Æ c ®iÓ m: T ≥ 0 → sè pha nhiÒ u nhÊ t cña hÖ (ë tr¹ ng th¸ i c© n b» ng!) Fmax = N + 1 → hÖ §Æ mét cÊ u tö Fmax = 2, hai cÊ u tö Fmax = 3, ba cÊ u tö Fmax = 4. 3.2.2. t¾ c 3.2.2. Quy t¾c ®ßn bÈy §/n: §/n: lµ quy t¾ c cho phÐ p x¸ c ®Þ nh tû lÖ cña c¸ c pha, c¸ c tæ chøc trª n G§P. BiÓ BiÓ u thøc: T QA.XA=QB.XA FA XB FB Trong vï ng 2 pha: ® iÓ m XA kh¶ o s¸ t cµ ng gÇ n pha nµ o α β M th× tû lÖ pha Ê y cµ ng lín Xβ %α = Xβ Xα X α + Xβ FA.XA=FB.XB Xα %β = %B → FA=FB(XB/XA) Xα + Xβ Mα.Xα=Mβ .Xβ 3.2.3. Gi¶n ®å lo¹i I 3.2.3. Gi¶n lo¹i §/n: §/n: Lµ G§P cñ a hÖ 2 cÊ u tö kh«ng cã bÊ t kú t− ¬ng t¸ c nµ o víi nhau. M« t¶ : AEB lµ ® − ê ng lá ng, CED (245oC) lµ ® − êng r¾ n, lµ nhiÖ t ®é ch¶ y (kÕ t tinh): B, A M« (h× nh 3.9a), ®iÓ n h× nh lµ hÖ Pb - Sb ë h× nh 3.9b. (Pb ch¶ y 327oC), (Sb ch¶ y- 631oC). kho¶ ng gi÷ a hai ® − ê ng lá ng vµ ® − ê ng ®Æ c: kho¶ ng kÕ t tinh. 631 nhiÖ t 1’ 1 L nhiÖ t a L B a’ a’’ 327 A L+Sb E L+B E 245 Pb+L A+L b’ b’’ b [Pb+Sb] A+ Sb+[Pb+Sb] A+B B+(A+B) (A+B) a) b) 37 60 13 Pb %Sb → Sb %B → 100%A 100%B H× nh 3.9. D¹ng tæng qu¸t cña gi¶n ®å pha lo¹i I (a) vµ gi¶n ®å pha Pb - Sb (b). Hîp kim 1: 60%Sb + 40%Pb. B¾ t ®Ç u ®«ng ®Æ c ë 1 (500oC), kÕ t thóc ®«ng ®Æ c ë 2 (245oC)
  5. 40 + > 500 C → lá ng hoµ n toµ n L, < 245 C r¾ n hoµ n toµ n, trong kho¶ ng (500 ÷ 245 C) 2 pha o o o (láng + r¾ n) = (L + Sb). Khi lµ m nguéi th× tinh thÓ B (Sb) t¹ o thµ nh cµ ng nhiÒ u. ¸p dông quy t¾c c¸ nh tay ®ß n: n: - t¹ i ® iÓ m a tû lÖ pha r¾ n %Sb= a’’a/a’’a’=(60-37)/(100-37)= 36,5%, pha láng %L=63,5% - t¹ i ® iÓ m b tû lÖ pha r¾ n %Sb= b’’b/b’’b’= (60-13)/(100-13)=54%, pha láng %L=46% ¸p dông quy t¾c pha: t¹ i ®iÓ m 1& a T=2-2+1= 1 ® «ng ®Æ c trong kho¶ ng no→cã thÓ thay ®æi trª n ® iÓ m 1 T=2-1+1=2 → thay ®æi c¶ % vµ no mµ pha láng (hÖ ) vÉ n b¶ o tån t¹ i ® iÓ m cï ng tinh E T=2-3+1=0 → ® «ng ®Æ c cïng tinh th× no kh«ng ®æi gièng KL ng/chÊ t LE → (A + B) L13%Sb → (Pb + Sb). Ph¶ n ø ng cï ng tinh: hay Hî p kim cã thµ nh phÇ n ë chÝ nh ® iÓ m E → hîp kim cïng tinh, cã nhiÖ t ®é ch¶ y thÊ p nhÊ t, Hî p kim < 13%Sb = HK tr− íc cï ng tinh, HK>13%Sb →sau cïng tinh (tù kh¶ o s¸ t HKTCT) 3.2.4. Gi¶n 3.2.4. Gi¶n ®å lo¹i II §/n: lµ G§P cña hÖ 2 cÊ u tö hoµ tan v« h¹ n ë tr¹ ng th¸ i r¾ n vµ láng (h× nh 3.10) HÖ ® iÓ n h× nh Cu - Ni ë h× nh 3.10.a vµ hÖ Al2O3 - Cr2O3 ë h× nh 3.10b. S¬ ®å biÓu diÔn sù h×nh thµnh tæ chøc khi kÕt tinh ë c¸c nhiÖt ®é kh¸c nhau. 0 L 2266 ® − êng 1 1455 nhiÖ t ® é , 1400 L nhiÖ t 1’ 2200 2’’ L+α L+α 2 1200 ® − êng 2100 1083 α α 2045 1000 2000 Cu Ni 20 60 40 80 Al2O3 Cr2O3 20 60 40 80 %Ni %Cr2O3 a) b) H× nh 3.10. Gi¶n ®å pha lo¹i II, hÖ Cu-Ni (a) vµ hÖ Al2O3 - Cr2O3 (b). 3.2.5. Gi¶n 3.2.5. Gi¶n ®å lo¹i III §/n: §/n: Lµ gi¶ n ® å pha cña hÖ hai cÊ u tö, hßa tan cã h¹ n ë tr¹ ng th¸ i r¾ n vµ cã t¹ o thµ nh cï ng tinh, h× nh 3.12. HÖ ®iÓ n h× nh lµ Pb-Sn. D¹ ng kh¸ gièng víi gi¶ n ®å lo¹ i I, kh¸ c nhau ë ® © y lµ c¸ c dung dÞ ch r¾ n cã h¹ n α vµ β thay thÕ cho c¸ c cÊ u tö A vµ 1 A 1 L+40%S L 300 B. 2 2’ B 245 AEB - ® − êng lá ng, ACEDB- nhiÖ t ®é, oC α 2 L a’ a 3 40%Sn 1 3,3%Sn ® − êng r¾ n. 200 E C 183 D α 4 19,2 61,9 97,5 H× nh 3.12. Gi¶n ®å lo¹i III, hÖ G 3 100 α+Sn 4 Pb - Sn vµ s¬ ®å h×nh thµnh F 13,3 18,5 tæ chøc khi kÕt tinh ë tr¹ng 57 Pb 40 20 60 80 Sn th¸i c©n b»ng cña hîp kim %Sn + T− ¬ ng tù nh− gi¶ n ® å lo¹ i I, nhiÖ t ®é ch¶ y cña HK gi¶ m khi t¨ ng cÊ u tö thø hai.
  6. 41 + §iÓ m cïng tinh E víi ph¶ n øng cïng tinh : LE → [α+β] hay L61,9 → [α19,2+ β97,5] + HK < 61,9%Sn → tr− íc cïng tinh (tr¸ i E) vµ HK> 61,9%Sn → HK sau cïng tinh (ph¶ i E) + CF vµ DG lµ giíi h¹ n hßa tan. §é hßa tan max ë nhiÖ t ®é cïng tinh 183oC + Cã thÓ chia c¸ c hî p kim cñ a hÖ thµ nh ba nhãm sau. • Nhã m chø a rÊ t Ý t cÊ u tö thø hai (bª n tr¸ i F, bª n ph¶ i G), sau khi kÕ t tinh xong chØ cã mét dung dÞ ch r¾ n α hoÆ c β, cã ® Æ c tÝ nh nh− gi¶ n ®å lo¹ i II. • Nhãm cã thµ nh phÇ n n» m trong kho¶ ng (tõ F®Õ n C vµ D ®Õ n G), no< CF vµ DG →βII&αII. • Nhã m giµ u nguyª n tè HK (tõ C ®Õ n D), sau khi tiÕ t ra dung dÞ ch r¾ n → (αC hay βD), pha lá ng cß n l¹ i → ® iÓ m cïng tinh E. Kh¶ o s¸ t HK 40%Sn cñ a hÖ Pb - Sn (h× nh 3.12). - Trª n 245oC HK ch¶ y lá ng hoµ n toµ n, ë 245oC hîp kim b¾ t ®Ç u kÕ t tinh ra α2’ víi 13,3%Sn, nguéi tiÕ p tô c dung dÞ ch r¾ n A→C, pha láng cßn l¹ i A→E chiÒ u t¨ ng lª n cña hµ m l− î ng Sn. ¸p dô ng quy t¾ c ®ßn bÈ y: ë 200oC pha α chøa 18,5%Sn (a’) vµ L chøa 57%Sn (a’’), %r¾ n= (57-40)/(57-18,5) = 44,2%, %L = 55,8% ë nhiÖ t ® é cïng tinh (LE → [αC + βD]), %L=(61,9-40)/(61,9-19,2)=51,3%, vµ %α=48,7% trong cï ng tinh %α=(97,5-61,9)/(97,5-19,2)= 45,5% vµ %β=54,5% H× nh 3.13. Tæ chøc tÕ vi cña hîp kim Pb - Sb: a. cïng tinh [α+β], mµu tèi lµ α giµu Pb, b. tr−íc cïng tinh víi 40%Sn [α ®éc lËp lµ c¸c h¹t lín mµu ®en bÞ bao bäc bëi cïng tinh [α+β] §/®iÓ m: hai lo¹ i dung dÞ ch r¾ n α: lo¹ i kÕ t tinh ®Ç u tiª n ë trª n 183oC vµ lo¹ i cïng kÕ t tinh §/®iÓ ví i β ë nhiÖ t ®é kh«ng ®æi (183oC) vµ ® − îc gäi lµ α cïng tinh (bá qua αII). H× nh 3.13 lµ tæ chøc tÕ vi cña hai hîp kim hÖ nµ y. L nhiÖ t ® é , 3.2.6. Gi¶n 3.2.6. Gi¶n ®å lo¹i IV Mg4Ca3+L 800 §/n: Lµ G§P hai cÊ u tö cã t¹ o thµ nh hîp chÊ t hãa häc Mg+L L+Ca AmBn, L+Mg4Ca3 600 D¹ ng ® iÓ n h× nh lµ hÖ HK Mg-Ca (h× nh 3.14) víi 516 445 hîp chÊ t ho¸ häc æn ®Þ nh Mg4Ca3, = tæng cña hai 400 gi¶ n ® å lo¹ i I: Mg - Mg4Ca3 vµ Mg4Ca3-Ca. §− îc Mg+Mg4Ca3 Mg4Ca3+Ca kh¶ o s¸ t nh− 2 gi¶ n ®å ®éc lË p. 55,3 Mg Ca 20 60 40 80 H× nh 3.14. Gi¶n ®å lo¹i IV, hÖ Mg-Ca %Ca Trª n ® © y lµ bèn gi¶ n ®å pha hai cÊ u tö c¬ b¶ n nhÊ t, thùc tÕ cßn cã nhiÒ u kiÓ u gi¶ n ® å pha phø c t¹ p víi c¸ c ph¶ n øng kh¸ c. 3.2.7. C¸ c gi¶n ®å pha víi c¸ c ph¶n øng kh¸c 3.2.7. C¸ c¸c G§P ví i c¸ c ph¶n øng bao tinh (peritectic):L+R1→R2.VÝ dô G§P Fe-C→L0,5+ δ0,1 → γ0,16 (peritectic): (peritectic)
  7. 42 §/®iÓ §/®iÓ m: r¾ n míi R2 n» m gi÷a Lbt& R1 trª n G§P, p/ø bao tinh kh«ng x¶ y ra hoµ n toµ n, v× R2 t¹ o thµ nh bao bäc lÊ y R1 t¹ o nª n líp mµ ng ng¨ n c¸ ch kh«ng cho ph¶ n øng tiÕ p tôc. G§P cã ph¶ n øng cïng tÝ ch (eutectoid): R → [R1+R2] (eutectoid): (eutectoid) §/®iÓ m: kh¸ c víi ph¶ n øng cïng tinh, cïng tÝ ch lµ pha r¾ n → 2 pha r¾ n. §/®iÓ Feγ(C)0,8 → [Feα + Fe3C] (sÏ kh¶ o s¸ t sau). VÝ dô : G§P Fe - C: Sù tiÕ t pha khái dung dÞ ch r¾ n TiÕ t pha βII & αII (h× nh 3.12) lµ c¸ c phÇ n tö nhá mÞ n, ph© n t¸ n, ph© n bè ®Ò u trong nÒ n pha mÑ → ho¸ bÒ n → hã a bÒ n tiÕ t pha. 3.2.8. Quan 3.2.8. Quan hÖ gi÷a d¹ ng gi¶ n ®å pha vµ tÝ nh chÊt cña hîp kim a. TÝ nh chÊt c¸c pha thµnh phÇn Hî p kim cã tæ chøc mét pha → tÝ nh chÊ t cña hîp kim lµ tÝ nh chÊ t cña pha ®ã HK cã tæ chø c bao gå m hç n hî p cñ a nhiÒ u pha th× tÝ nh chÊ t cña hîp kim lµ sù tæ ng hî p hay kÕ t hî p tÝ nh chÊ t cñ a c¸ c pha thµ nh phÇ n (kh«ng ph¶ i lµ céng ®¬n thuÇ n), gåm c¸ c tr− êng hî p: HK lµ DDR (dung dÞ ch r¾ n) + c¸ c pha trung gian: Quan hÖ tÝ nh chÊ t - nång ®é th« ng th− êng ® − î c x¸ c ®Þ nh b» ng thùc nghiÖ m. §/®iÓ m tÝ nh chÊ t vµ sù h× nh thµ nh: §/®iÓ Dung dÞ ch r¾ n (tÝ nh chÊ t gÇ n gièng víi KL dung m«i), th− êng rÊ t dÎ o, dai vµ mÒ m, Pha Pha trung gian : tÝ nh chÊ t kh¸ c h¼ n víi c¸ c cÊ u tö nguyª n chÊ t: cøng hoÆ c rÊ t cøng, gißn. Pha trung gian chØ xuÊt hiÖ n khi ® − a cÊ u tö thø hai vµ o víi l− îng v− ît qu¸ giíi h¹ n hßa tan. b. TÝ pha: b. TÝ nh chÊt cña hç n hî p c¸ c pha: Quan hÖ tuyÕ n tÝ nh: h× nh 3.16, ®¬n gi¶ n nhÊ t 1 TÝ nh chÊ t cña hçn hîp : TΣ = ∑ Ti X i , trong ®ã Ti vµ Xi lµ tÝ nh chÊ t vµ tû lÖ cña pha i, ®èi n ví i hîp kim 2 pha: PHK = T1X1 + T2.X2 hay PHK = T1 + X2.(T2 - T1). Víi Xi ∈ G§P (h× nh 3.16) L α+L L L+B β L+β A+L nhiÖ t ®é, PΣ nhiÖ t ®é, PΣ Pβ α PΣ PB Pα PA A+B PΣ α+β %B → A B %B → A B α+L L L L+AmBn L+α nhiÖ t ®é, PΣ nhiÖ t ®é, PΣ α PAmBn PB Pα PA PΣ α PΣ α+AmBn %B → %B → A A B AmBn H× nh 3.16. TÝ nh chÊt cña hîp kim vµ gi¶n ®å pha - quan hÖ tuyÕn tÝ nh q/hÖ tuyÕ n tÝ nh chØ ® óng khi cï ng cì h¹ t vµ c¸ c pha ph© n bè ®Ò u ®Æ n.
  8. 43 Quan Quan hÖ phi tuyÕ n:. Trong tr− ê ng hîp h¹ t nhá ®i hoÆ c to lª n, tÝ nh chÊ t ®¹ t ® − îc sÏ thay ®æi tuú theo tr− ê ng hî p: h¹ t nhá di → ® é dai t¨ ng = bÒ n α+L L + dÎ o t¨ ng L+β β ChÝ nh v× thÕ mµ tÝ nh chÊ t cña hîp kim cã thÓ kh«ng nhiÖ t ®é, PΣ cßn tu© n theo quan hÖ tuyÕ n tÝ nh nhÊ t lµ t¹ i ®iÓ m α cïng tinh, cï ng tÝ ch vµ l© n cË n (h× nh 3.17). Pα PΣ Pβ α+β %B → H× nh 3.17. Quan hÖ phi tuyÕ n gi÷ a tÝ nh chÊ t vµ G§P A B 3.3. Gi¶n 3.3. Gi¶n ®å pha Fe - C (Fe - Fe3C) Gi¶ n ® å pha Fe - C (chØ xÐ t hÖ Fe - Fe3C) kh¸ phøc t¹ p, rÊ t ®iÓ n h× nh ®Ó minh häa c¸ c t− ¬ ng t¸ c th− êng gÆ p vµ ® − îc sö dông rÊ t nhiÒ u trong thùc tÕ . Ngoµ i ra cß n cã gi¶ n ® å Fe - grafit lµ hÖ c© n b» ng æn chñ yÕ u lµ dïng trong gang. 3.3.1. T− ¬ ng t¸c gi÷a Fe vµ C 3.3.1. Fe, kh¸ dÎ o (dÔ biÕ n d¹ ng nguéi), dai, tuy bÒ n, cøng h¬n Al, Cu nhiÒ u song vÉ n cßn rÊ t thÊ p so víi yª u cÇ u sö dô ng. Khi ® − a C vµ o Fe gi÷ a → hã a bÒ n, rÎ h¬n → HK Fe-C trë nª n th«ng dông a. Sù hß a tan cña C vµ o Fe a. Sù T¹ o dung dÞ ch r¾n xen kÏ : b¸ n kÝ nh nguyª n tö rC = 0,077nm, rFe = 0,1241nm) → C chØ cã T¹ thÓ hßa tan cã h¹ n vµ o Fe ë d¹ ng dung dÞ ch r¾ n xen kÏ . Fe cã 2 kiÓ u m¹ ng tinh thÓ : lftk A2 (no < 911oC - Feα vµ 1392 ÷ 1539oC - Feδ) vµ lftm A1 (911 ÷ 1392oC - Feγ), kh¶ n¨ ng hßa tan cacbon vµ o c¸ c pha Fe kh¸ c nhau: Feα vµ Feδ víi m¹ng A2 tuy mË t ®é xÕ p thÊ p, cã nhiÒ u lç hæng, song mçi lç hæng l¹ i cã Fe vµ víi m¹ng kÝ ch th− íc qu¸ nhá (lç t¸ m mÆ t cã r = 0,02, lç bèn mÆ t lín h¬n cã r = 0,036), lín nhÊ t còng chØ b» ng 50% kÝ ch th− íc cña nguyª n tö s¾ t → Feα chØ hoµ tan ® − îc ≤0,02%C vµ Feδ ≤0,1%C. Fe víi A1: Feα vµ Feδ, Feγ víi m¹ ng A1: tuy cã mË t ®é xÕ p cao h¬n, nh− ng lç hæng l¹ i cã kÝ ch th− íc lín h¬ n (lç bè n mÆ t r = 0,028nm, lç t¸ m mÆ t r = 0,051nm), vÉ n cßn h¬i nhá nh− ng nhê c¸ c nguyª n tö s¾ t cã thÓ gi· n ra → Feγ hßa tan ® − îc cacbon ≤2,14%C. b. T− ¬ ng t¸ c hã a hä c gi÷a Fe vµ C b. Austenit (γ) lµ DDR cña C trong Feγ, m¹ ng A1, g/h¹ n hoµ tan: 727oC -0,8%C, 1147oC- 2,14%C Ferit (α) lµ DDR cña C trong Feα, m¹ ng A2, giíi h¹ n hoµ tan: 20oC-0,006%C, 727oC-0,8%C Fe3C lµ pha xen kÏ , cã kiÓ u m¹ ng phø c t¹ p, cã thµ nh phÇ n 6,67%C + 93,33%Fe. 3.3.2. Gi¶n 3.3.2. Gi¶n ®å pha Fe - Fe3C vµ c¸c tæ chøc Gi¶n a. Gi¶n ®å pha Fe - Fe3C H× nh 3.18 víi c¸ c ký hiÖ u c¸ c täa ®é (no, oC - %C) nh− sau: Mé t sè ® − ê ng cã ý nghÜ a thùc tÕ rÊt quan träng: Mé - ABCD lµ ® − êng láng ®Ó x¸ c ® Þ nh nhiÖ t ®é ch¶ y → ® óc - AHJECF lµ ® − êng r¾ n → kÕ t tinh hoµ n toµ n → ® óc. - PSK (727oC) lµ ® − êng cïng tÝ ch → nhiÖ t luyÖ n - ES - giíi h¹ n hß a tan cacbon trong Feγ → ho¸ nhiÖ t luyÖ n, nhiÖ t luyÖ n.
  9. 44 - PQ - gií i h¹ n hß a tan cacbon trong Feα → nhiÖ t luyÖ n kÐ m quan trong h¬n δA B L H A (1539 - 0) B (1499 - 0,5) J C (1147 - 4,3) H (1499 - 0,10) D P (727 - 0,02) Q (0 - 0,006) γ+L 1200 S (727 - 0,80) D (~1250 - 6,67) L+Xª C E γ 1147 F nhiÖ t ®é, E (1147 - 2,14) K (727 - 6,67) G (911 - 0) F (1147 - 6,67) Acm J (1499 - 0,16) N (1392 - 0) C lª ®ª buri o 910 G A3 Lª + Xª I γ+Xª II+Lª γ+Xª II S α 727 K P peclit H× nh 3.18. Gi¶n ®å pha Fe - C500 Lª + Xª I F+P P+Xª II+Lª P+Xª I (Fe - Fe3C) 1 2 3 4 6 5 Q Fe 0, 8 %C → 2,14 4,3 Fe3C b. b. C¸c chuyÓ n biÕ n khi lµ m ngué i chËm - ChuyÓ n biÕ n bao tinh x¶ y ra ë 1499oC: δH + LB → γJ hay δ0,10+ L0,50 → γ0,16 (3.1) - ChuyÓ n biÕ n cïng tinh x¶ y ra ë 1147 C: LC→ (γE + Xª ) hay L4,3 → (γ2,14+ Xª ) o (3.2) - ChuyÓ n biÕ n cï ng tÝ ch x¶ y ra ë 727 C: γS → [αP + Xª ] hay γ0,8 → [α0,02+ Xª ] o (3.3) - Sù tiÕ t pha Fe3C d− ra khá i dung dÞ ch r¾ n cña cacbon: γ, n < ES →Xª II vµ α, no< PQ o →Xª III. c. C¸ c tæ chøc mét pha c. C¸ Ferit (α, F), ®· nª u ë trª n, Ferit lµ pha tån t¹ i ë nhiÖ t ®é th− êng, tû lÖ cao nhÊ t (tíi 90%), Ferit quan trä ng ® ã i ví i c¬ tÝ nh cñ a hî p kim Fe - C. Tæ chøc tÕ vi cña ferit (xem h× nh 3.22) cã d¹ ng c¸ c h¹ t s¸ ng, ®a c¹ nh. Austenit [γ, A, Feγ(C)], ®· nª u trª n, kh¸ c víi F, γ kh«ng cã tÝ nh s¾ t tõ, chØ tån t¹ i ë nhiÖ t Austenit Fe ® é cao (> 727 C), chØ tå n t¹ i ë nhiÖ t ®é cao hoÆ c TKG austenit, Γ13,…nh− ng l¹ i cã vai trß o quyÕ t ® Þ nh trong biÕ n d¹ ng nãng vµ nhiÖ t luyÖ n. TÝ nh chÊ t cña γ: cã tÝ nh dÎ o rÊ t cao (m¹ ng A1). Nhê γ cã tÝ nh dÎ o cao → thÓ tiÕ n hµ nh biÕ n d¹ ng nãng mäi hîp kim Fe - C víi C < 2,14% cã Lµ m ngué i austenit víi tèc ®é ≠ → tæ chøc ≠ → c¬ tÝ nh ≠: nguéi chË m → P+F mÒ m, nguéi nhanh → mactenxit cøng. Tæ chøc tÕ vi cña γ gåm c¸ c h¹ t s¸ ng, cã thÓ víi mµ u ®Ë m nh¹ t kh¸ c nhau ®«i chót, cã c¸ c ® − êng song tinh. Xª mentit Fe Xª mentit (Xª , Fe3C): lµ pha xen kÏ víi kiÓ u m¹ ng phøc t¹ p cã c«ng thøc Fe3C vµ thµ nh phÇ n 6,67%C, cøng vµ gißn, cïng víi ferit nã t¹ o nª n c¸ c tæ chøc kh¸ c nhau cña hî p kim Fe - C. Ng− êi ta ph© n biÖ t 4 lo¹ i Xª : - XeI tiÕ t ra tõ pha láng khi lµ m nguéi HK > 4,3%C. Xª I cã d¹ ng th¼ ng, th« to (h× nh 3.24b) ®« i khi cã thÓ thÊ y ® − îc b» ng m¾ t th− êng.
  10. 45 - XeII ® − î c t¹ o thµ nh lµ m nguéi γ theo ® − êng ES HK cã 0,80
  11. 46 H× nh 3.22. Tæ chøc tÕ vi cña thÐp tr−íc cïng tÝ ch (x500): a. 0,10%C, b. 0,40%C, c.0,60%C. Gang: Gang: t− ¬ ng øng víi G§P Fe-C (Fe-Fe3C) lµ gang tr¾ ng, Ý t dïng v× qu¸ cøng, gißn, kh«ng Gang thÓ gia c« ng c¾ t ® − îc gåm 3 lo¹ i: - Gang tr¾ng tr− í c cïng tinh víi %C< 4,3%, cã tæ chøc P+ Xª II + Lª (h× nh 3.24a). - Gang tr¾ ng cïng tinh cã 4,3%C, ®óng ®iÓ m C hay l© n cË n, víi tæ chøc chØ lµ Lª (h× nh 3.21). - Gang tr¾ng sau cï ng tinh víi > 4,3%C ë bª n ph¶ i ®iÓ m C, cã tæ chøc Lª + Xª I (h× nh 3.24b). H× nh 3.23. Tæ chøc tÕ vi cña thÐp sau cïng tÝ ch H× nh 3.24. Tæ chøc tÕ vi cña gang tr¾ng (x500): (1,20%C) (x500). tr−íc cïng tinh (a) vµ sau cïng tinh (b) c. C¸ c. C¸ c ®iÓ m tíi h¹ n cña thÐ p A (tõ tiÕ ng Ph¸ p arrª t=dõng, c- chauffer=nung nãng, r- refroidir=lµ m nguéi) A ví i 1, 2, 3, 4, vµ cm, chó ng ® − îc gä i lµ c¸ c ®iÓ m (hay nhiÖ t ®é) tíi h¹ n, gåm: A1 - ® − êng PSK (727oC) ø ng ví i chuyÓ n biÕ n austenit ↔ peclit, cã trong mäi lo¹ i thÐ p. A3 - ® − ê ng GS (911 ÷ 727oC) ø ng víi b¾ t ®Ç u tiÕ t ra F khái γ khi lµ m nguéi hay kÕ t thóc hß a tan ferit vµ o austenit khi nung nã ng, chØ cã trong thÐ p tr− íc cïng tÝ ch. Acm - ® − êng ES (1147 ÷ 727oC) øng víi b¾ t ®Ç u tiÕ t ra Xª II khái γ khi lµ m nguéi hay kÕ t thó c hßa tan Xª II vµ o γ khi nung nãng, chØ cã trong thÐ p sau cïng tÝ ch. A0- (210oC) - ® iÓ m Curi cñ a Xª , A2- (768oC) - ®iÓ m Curi cña ferit, Cïng mét thÐ p bao giê còng cã: Ac1 > A1 > Ar1; Ac3 > A3 > Ar3...,
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD


intNumView=266

 

Đồng bộ tài khoản
2=>2