Giáo trình vật liệu 2 part 2

Chia sẻ: Asdhdk Dalkjsdhak | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:12

Thêm vào BST

Báo xấu

102
lượt xem 17
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Vật liệu kim loại đen bao gồm gang và thép. Đây là những hợp kim trên cơ sở sắt và cacbon. Thành phần cacbon được đánh giá bằng phần trăm khối lượng. Nếu trong 100 kg thép có 1 kg cacbon thì thành phần cacbon là 1%. Khi hàm lượng cacbon nhiều hơn 2,14% ta có gang, nếu nhỏ hơn 2,14% ta có thép.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình vật liệu 2 part 2

16 th«ng sè m¹ ng song ph− ¬ng l¹ i ®Þ nh h− íng kh¸ c nhau (mang tÝ nh ngÉ u nhiª n) vµ liª n kÕ t ví i nhau qua vï ng ranh giíi ® − îc gäi lµ biª n h¹ t (hay biª n giíi h¹ t) nh− tr× nh bµ y ë h× nh 1.20b. Tõ m« h× nh ®ã thÊ y râ: - Mçi h¹ t lµ mét khèi tinh thÓ hoµ n toµ n ®ång nhÊ t, thÓ hiÖ n tÝ nh dÞ h− íng. - C¸ c h¹ t ® Þ nh h− í ng ngÉ u nhiª n víi sè l− îng rÊ t lín nª n thÓ hiÖ n tÝ nh ®¼ ng h− íng - Biª n h¹ t chÞ u ¶ nh h− ëng cña c¸ c h¹ t xung quanh nª n cã cÊ u tróc “trung gian” vµ v× vË y s¾ p xÕ p kh« ng trË t tù (x« lÖ ch) nh− lµ v« ®Þ nh h× nh , kÐ m xÝ t chÆ t víi tÝ nh chÊ t kh¸ c víi b¶ n th© n h¹ t. - Cã thÓ quan s¸ t cÊ u tróc h¹ t ®a tinh thÓ hay c¸ c h¹ t nhê kÝ nh hiÓ n vi quang häc (h× nh 1.20c). H× nh 1.20. M« h× nh ®¬n tinh thÓ (a), ®a tinh thÓ (b), tæ chøc tÕ vi kim lo¹i ®a tinh thÓ (c), cÊu tróc cña siªu h¹t (d). b. §é b. §é h¹ t §é h¹ t cã thÓ quan s¸ t ® Þ nh tÝ nh qua mÆ t g· y, ®Ó chÝ nh x¸ c ph¶ i x¸ c ®Þ nh trª n tæ chø c tÕ vi. CÊ p h¹ t theo tiª u chuÈ n ASTM: ph© n thµ nh 16 cÊ p chÝ nh ®¸ nh sè tõ 00, 0, 1, 2...., 14 theo trË t tù h¹ t nhá dÇ n, trong ®ã tõ 1 ® Õ n 8 lµ th«ng dông. CÊ p h¹ t N=3,322lgZ+1, víi Z lµ sè h¹ t cã trong 1inch2 (2,542≈ 6,45cm2) d− íi ®é phã ng ® ¹ i 100 lÇ n. Ng− êi ta th− ê ng x¸ c ® Þ nh cÊ p h¹ t b» ng c¸ ch so s¸ nh víi b¶ ng chuÈ n ë ®é phã ng ® ¹ i (th− êng lµ x100) hoÆ c x¸ c ®Þ nh trª n tæ chøc tÕ vi. C¸ c sè liÖ u ph© n cÊ p h¹ t xem trong b¶ ng 1.2. B¶ ng 1.2. C¸c cÊp h¹t chuÈn chÝ nh theo ASTM 00 0 1 2 3 4 5 6 7 8 CÊ p h¹ t 2 Z(x100)/inch 0,25 0,5 1 2 4 8 16 32 64 128 2 4 8 16 32 64 128 256 512 1024 2048 Z thù c/mm 2 0,258 0,129 0,0645 0,032 0,016 0,008 0,004 0,002 0,001 0,0005 S h¹ t, mm 9 10 11 12 13 14 CÊ p h¹ t Z(x100)/inch2 256 512 1024 2048 4096 8200 Z thù c/mm2 4096 8200 16400 32800 65600 131200 S h¹ t, mm2 2.10-4 1.10-4 6.10-5 3.10-5 1,6.10-5 7,88.10-6
17 H× nh 1.21. Thang ¶nh cÊp h¹t chuÈn øng víi ®é phãng ®¹i x100 c. Siª c. Siª u h¹ t NÕ u nh− khèi ®a tinh thÓ gåm c¸ c h¹ t (kÝ ch th− íc hµ ng chôc - hµ ng tr¨ m µm) ví i ph− ¬ ng m¹ ng lÖ ch nhau mét gãc ®¸ ng kÓ (hµ ng chôc ®é), ®Õ n l− ît mç i h¹ t nã cò ng gå m nhiÒ u thÓ tÝ ch nhá h¬n (kÝ ch th− íc cì 0,1 ÷ 10µm) víi ph− ¬ng m¹ ng lÖ ch nhau mé t gãc rÊ t nhá (≤ 1-2o) gäi lµ siª u h¹ t hay block (h× nh 1.20d). Biª n gií i siª u h¹ t còng bÞ x« lÖ ch nh− ng víi møc ®é rÊ t thÊ p. 1.6.3. Textua 1.6.3. Textua H× nh 1.22. M« h× nh textua trong d©y nh«m sau khi kÐo sîi (vect¬ V biÓu thÞ h− íng kÐo, trôc textua lµ [111]). Do biÕ n d¹ ng dÎ o lµ m ph− ¬ng m¹ ng ®Þ nh h− íng t¹ o nª n textua. VÝ dô, khi kÐ o sîi nh«m (h× nh 1.22), tinh thÓ h× nh trô khi ®óc, khi phñ. CÊ u tró c ® a tinh thÓ cã textua → vË t liÖ u cã tÝ nh dÞ h− íng. øng dông cho thÐ p biÕ n thÕ , t/c tõ cùc ®¹ i theo chiÒ u textua, cùc tiÓ u theo ph− ¬ng vu«ng gãc → gi¶ m tæ n thÊ t.
18 1.7. Sù 1.7. Sù kÕ t tinh vµ h× nh thµ nh tæ chøc cña kim lo¹i PhÇ n lín kim lo¹ i hîp kim ® − îc chÕ t¹ o (luyÖ n) ra → ® óc, tøc qua kÕ t tinh, sau ® ã → c¸ n → b¸ n thµ nh phÈ m vµ s¶ n phÈ m. KÕ t tinh lµ b− íc khëi t¹ o h× nh thµ nh tæ chøc h¹ t, tinh thÓ . → ® é h¹ t, tæ chøc mong muèn. 1.7.1. §iÒ 1.7.1. §iÒ u kiÖ n x¶ y ra kÕ t tinh CÊ a. CÊ u tróc ë tr¹ng th¸i láng ChÊ t lá ng chØ cã trË t tù gÇ n, trong ®ã cã nh÷ng nhãm nguyª n tö s¾ p xÕ p trË t tù, chó ng ë tr¹ ng th¸ i c© n b» ng ® éng. VÒ mÆ t cÊ u tróc tr¹ ng th¸ i láng gÇ n tr¹ ng th¸ i tinh thÓ h¬ n, c¸ c ® ¸ m nguyª n tö → lµ t© m mÇ m gióp cho kÕ t tinh. b. BiÕ b. BiÕ n ®æ i n¨ ng l− î ng khi kÕ t tinh H× nh 1.23 biÓ u thÞ sù biÕ n ®æi n¨ ng l− îng ∆G cña c¸ c tr¹ ng th¸ i láng (∆GL) vµ r¾ n (∆GR) (tinh thÓ ) theo nhiÖ t ®é: - ë nhiÖ t ®é T > TO vË t thÓ tån t¹ i ë tr¹ ng th¸ i ∆G láng ∆GL
19 Khi ®é qu¸ ngué i ∆T cµ ng lín th× ∆GV còng cµ ng lín, rth cµ ng nhá → sè l− îng mÇ m cµ ng lín → h¹ t nhá . MÇ m ký sinh Lµ c¸ c hË t r¾ n n» m l¬ löng trong kim lo¹ i láng, thµ nh khu«n ®óc → mÇ m ngo¹ i lai. Thù c tÕ lµ trong nhiÒ u tr− êng hîp ng− êi ta cßn cè ý t¹ o ra vµ ® − a c¸ c phÇ n tö r¾ n vµ o ® Ó gióp kÕ t tinh, sÏ ® − îc nãi tíi ë môc sau. b. Ph¸ b. Ph¸ t triÓ n mÇ m MÇ m ph¸ t triÓ n lµ nhê c¸ c ®¸ m nguyª n tö b¸ m lª n bÒ mÆ t mÇ m ®Æ c biÖ t lµ trª n c¸ c bË c lÖ ch xo¾ n. Khi ® − îc lµ m nguéi t− ¬ng ®èi nhanh, tho¹ t tiª n sù ph¸ t triÓ n mÇ m mang tÝ nh dÞ h− íng tøc lµ ph¸ t triÓ n rÊ t nhanh theo mét sè ph− ¬ng t¹ o nª n nh¸ nh c© y, trôc bË c I (A) (h× nh 1.24), råi tõ trô c chÝ nh nµ y t¹ o nª n trôc bË c II (B) vu«ng gãc ví i trôc bË c I, råi tõ trôc bË c II ph© n nh¸ nh tiÕ p t¹ o nª n trôc bË c III (C)... cø nh− vË y nh¸ nh c© y ® − îc h× nh thµ nh. Sau ®ã kim lo¹ i gi÷a c¸ c nh¸ nh c© y míi kÕ t tinh t¹ o nª n h¹ t (tinh thÓ ) ®Æ c kÝ n, kh«ng thÊ y trùc tiÕ p ® − îc nh¸ nh c© y n÷a. Nh¸ nh c© y chØ ® − îc ph¸ t hiÖ n thái ®óc lín, phÇ n kÕ t tinh tr− íc lµ m tr¬ H× nh 1.24. KÕt tinh nh¸nh ra nh¸ nh c© y mµ kh«ng cßn kim lo¹ i láng ®iÒ n c©y (a), tinh thÓ nh¸nh c©y (b) ®Ç y. Còng cã thÓ tÈ m thùc hîp kim ®Ó thÊ y ® − îc nh¸ nh c© y. 1.7.3. Sù 1.7.3. Sù h× nh thµ nh h¹t TiÕ a. TiÕ n tr× nh kÕ t tinh c¸ c h¹ t ph¸ t triÓ n tr− íc → to h¬n; h¹ t sau Ta thÊ y: tõ mçi mÇ m t¹ o nª n mét h¹ t, sÏ nhá h¬n → kÝ ch th− íc h¹ t ≠ (chª nh lÖ ch Ý t) - do c¸ c mÇ m ®Þ nh h− íng ngÉ u nhiª n → h¹ t kh«ng ®ång h− íng, lÖ ch nhau mét c¸ ch ®¸ ng kÓ → vïng biª n h¹ t víi m¹ ng tinh thÓ bÞ x« lÖ ch. H× nh 1.25. Qu¸ tr× nh t¹o vµ ph¸t triÓn mÇm theo thêi gian (c¸c h× nh a,b,c) vµ kÕt thóc ë gi©y thø n (d). b. H× b. H× nh d¹ ng h¹t H× nh d¹ ng h¹ t phô thuéc vµ o ph− ¬ng thøc lµ m nguéi: - Ngué i ® Ò u theo mä i ph− ¬ng → h¹ t cã d¹ ng ®a c¹ nh hay cÇ u (h× nh 1.25). - Ngué i nhanh theo hai ph− ¬ng (tøc theo mét mÆ t) → h¹ t cã d¹ ng tÊ m, l¸ , phiÕ n nh− grafit trong gang x¸ m.
20 - Ngué i nhanh theo mét ph− ¬ng nµ o ®ã, h¹ t sÏ cã d¹ ng ®òa, cét hay h× nh trô. - D¹ ng tinh thÓ h× nh kim (® Ç u nhän) → chØ khi nhiÖ t luyÖ n. 1.7.4. C¸c 1.7.4. C¸c ph− ¬ ng ph¸ p t¹o h¹t nhá khi ®óc H¹ t nhá → c¬ tÝ nh cao h¬ n (bÒ n vµ dÎ o h¬n = ®é dai cao h¬n) → ? h¹ t nhá. a. Nguyª a. Nguyª n lý KÝ ch th− íc h¹ t còng phô thuéc vµ o t− ¬ng quan cña hai qu¸ tr× nh: t¹ o mÇ m vµ ph¸ t triÓ n mÇ m. Sè mÇ m ® − î c t¹ o ra cµ ng nhiÒ u th× h¹ t cµ ng nhá, mÇ m lín lª n (ph¸ t triÓ n) cµ ng nhanh th× h¹ t cµ ng lín. KÝ ch th− íc h¹ t A phô thuéc vµ o tèc ®é sinh mÇ m 3 v n vµ tèc ®é ph¸ t triÓ n v (mm/s) theo c«ng thøc thùc nghiÖ m: A = 1,1 4    , ® Ó t¹ o n h¹ t nhá → t¨ ng n vµ gi¶ m v b. C¸ b. C¸ c ph− ¬ng ph¸p lµm h¹t nhá khi ®óc T¨ ng tèc ®é nguéi Khi t¨ ng ® é qu¸ ngué i ∆To, tèc ®é sinh mÇ m n vµ tèc ®é ph¸ t triÓ n dµ i cña mÇ m v ®Ò u t¨ ng (h× nh 1.26) n,v n . ∆T < ∆T1(~103 ® é/s): ∆T ↑ → c¶ n&v ®Ò u ↑ . ∆T1 ∆T2: ∆T ↑ → v« ®Þ nh h× nh . §óc khu«n c¸ t → khu«n kim lo¹ i → h¹ t nhá BiÕ n tÝ nh: . T¹ o mÇ m ngo¹ i lai : 2 lo¹ i: ∆T1 ∆T2 ∆T - kim lo¹ i cã cï ng kiÓ u m¹ ng hoÆ c gÇ n gièng nhau: H× nh 1.26. ¶nh h− ëng cña ∆T ®Õn FeSi, FeSiCa (gang), Ti (thÐ p) n vµ v - cho chÊ t t¹ o oxit, nitrit : Al2O3, AlN khi ®óc thÐ p . HÊ p phô : Na cho Silumin (AlSi) . CÇ u ho¸ graphit : Mg, Ce, §h T¸ c ® éng vË t lý: Rung, siª u © m → bÎ gÉ y tinh thÓ → h¹ t nhá §ó c ly t© m → h¹ t nhá 1.7.5. 1.7.5. CÊ u t¹ o tinh thÓ cña thá i ®óc Ba a. Ba vïng tinh thÓ cña thái ®óc C¸ c thá i (thÐ p) ®óc th− êng cã tiÕ t diÖ n trßn hoÆ c vu« ng, chóng ® − îc ® ó c trong khu«n kim lo¹ i, ®« i khi khu«n cßn ® − îc lµ m nguéi b» ng n− í c chóng th− êng cã cÊ u tróc 3 vïng ®iÓ n h× nh (h× nh 1.27): H× nh 1.27. CÊ u tróc 3 vï ng cñ a thá i ® óc
21 Vá ngoµ i cï ng lµ lí p h¹ t nhá ® ¼ ng trôc 1: do ∆T lín, mÇ m ngo¹ i lai nhiÒ u → h¹ t nhá mÞ n. Do thµ nh khu«n cã ® é nhÊ p nh« → c¸ c mÇ m ph¸ t triÓ n theo c¸ c ph− ¬ng ngÉ u nhiª n c¾ t nhau, chÌ n Ð p nhau → h¹ t ph¸ t triÓ n ®Ò u theo mäi phÝ a. Vïng tiÕ p theo lµ líp h¹ t t− ¬ ng ®èi lín h× nh trô 2: vu«ng gãc víi thµ nh khu«n, do thµ nh khu«n míi b¾ t ®Ç u nãng lª n → ∆To ↓, h¹ t lín h¬n vµ ph¸ t triÓ n m¹ nh theo ph− ¬ ng ph¸ p tuyÕ n víi thµ nh khu«n lµ ph− ¬ng truyÒ n nhiÖ t → h¹ t h× nh trô. Vïng ë gi÷a lµ vïng c¸ c h¹ t lín ®¼ ng trôc 3. Kim lo¹ i lá ng ë gi÷ a kÕ t tinh sau cïng, thµ nh khu«n ®· nãng lª n nhiÒ u do ®ã: - ∆T ↓ → h¹ t lín, - nhiÖ t t¶ n ® Ò u theo mä i ph− ¬ng → h¹ t ®¼ ng trôc. . Vïng ngoµ i cï ng lu« n lu« n lµ líp vá máng, 2 vïng sau phô thuéc vµ o ®iÒ u kiÖ n lµ m ngué i khu« n: + nguéi m· nh liÖ t th× vïng 2 sÏ lÊ n ¸ t vïng 3, thË m chÝ mÊ t vïng 3 → xuyª n tinh → khã biÕ n d¹ ng dÎ o, kh«ng phï hîp víi thái c¸ n + nguéi chË m th× vïng 3 l¹ i lÊ n ¸ t vïng 2, thái trë nª n dÔ c¸ n h¬n. b. C¸ b. C¸ c khuyÕ t tËt cña vËt ®óc Rç co vµ lâm co: Do khi kÕ t tinh kim lo¹ i co l¹ i kh«ng ® − îc bï → co: rç co n» m ph© n t¸ n, r¶ i r¸ c gi÷a c¸ c nh¸ nh c© y trª n kh¾ p vË t ®óc ® − îc gäi lµ rç co→ gia c«ng ¸ p lù c ë nhiÖ t ®é cao th× chóng ® − îc hµ n kÝ n kh«ng ¶ nh h− ëng ®¸ ng kÓ ®Õ n c¬ tÝ nh. co tË p trung → lâm co th− êng n» m ë n¬i kÕ t tinh sau cïng: chç dµ y, phÝ a trª n. PhÇ n thá i cã lâm co ph¶ i ® − îc c¾ t bá → tû lÖ sö dông chØ cßn kho¶ ng 85 ®Õ n 95%. §ó c liª n tôc o cã lâm co §è i víi chi tiÕ t ®óc ph¶ i ®Ó phÇ n lâm co ë ®Ë u ngãt → c¾ t bá ®i. Rç khÝ KhÝ hoµ tan tho¸ t ra kh«ng kÞ p → rç khÝ hay bät khÝ . Khi c¸ n kh«ng thÓ hµ n kÝ n ® − îc (líp «xyt ng¨ n c¶ n khuÕ ch t¸ n lµ m liÒ n chç bÑ p), g© y ra trãc vá hoÆ c nø t khi sö dô ng → khö khÝ tèt tr− íc khi rãt khu«n, sÊ y kh« khu«n c¸ t hoÆ c ®óc trong ch© n kh« ng. Thiª n tÝ ch (segregation) Lµ sù kh«ng ® å ng nhÊ t vÒ thµ nh phÇ n vµ tæ chøc cña s¶ n phÈ m ®óc, c¶ ví i hî p kim (khi thµ nh phÇ n phø c t¹ p) vµ kim lo¹ i do tÝ ch tô t¹ p chÊ t. Cã nhiÒ u d¹ ng thiª n tÝ ch: theo träng l− îng, trong b¶ n th© n h¹ t, cña P, S trong thÐ p.
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.
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:
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.
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)
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.
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)