Giáo trình vật liệu 2 part 9

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

Thêm vào BST

Báo xấu

134
lượt xem 26
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mặc dù composite là vật liệu đã có từ lâu, nhưng ngành khoa học về vật liệu composite chỉ mới hình thành gắn với sự xuất hiện trong công nghệ chế tạo tên lửa ở Mỹ từ những năm 1950. Từ đó đến nay, khoa học công nghệ vật liệu composite đã phát triển trên toàn thế giới và có khi thuật ngữ "vật liệu mới" đồng nghĩa với "vật liệu composite".

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình vật liệu 2 part 9

85 Lo¹i biÕn d¹ng Lo¹i ®óc 1xxx - Al s¹ch (≥ 99,0%), 1xx.x - Al thái hîp kim th−¬ng phÈm, 2xxx - Al - Cu, Al - Cu - Mg, 2xx.x - Al - Cu, 3xxx - Al - Mn, 3xx.x - Al - Si - Mg, Al - Si - Cu, 4xxx - Al - Si, 5xxx - Al - Mg, 4xx.x - Al - Si, 5xx.x - Al - Mg, 6xxx - Al - Mg - Si, 6xx.x - kh«ng cã, 7xxx - Al - Zn - Mg, Al - Zn - Mg - Cu, 7xx.x - Al - Zn, 8xxx - Al - c¸c nguyªn tè kh¸c 8xx.x - Al - Sn. - 3 sè tiÕp theo ®−îc tra theo b¶ng ®Ó cã c¸c sè liÖu cô thÓ. Tr¹ng th¸i gia c«ng vµ hãa bÒn, c¸c n−íc ph−¬ng T©y th−êng dïng c¸c ký hiÖu sau: F: tr¹ng th¸i ph«i th«, O: ñ vµ kÕt tinh l¹i, H: hãa bÒn b»ng biÕn d¹ng nguéi, trong ®ã: H1x (x tõ 1 ®Õn 9): chØ biÕn d¹ng nguéi thuÇn tóy víi møc ®é kh¸c H2x (x tõ 2 ®Õn 9): biÕn d¹ng nguéi råi ñ håi phôc, H3x (x tõ 2 ®Õn 9): biÕn d¹ng nguéi råi æn ®Þnh hãa, T: hãa bÒn b»ng t«i + hãa giµ, trong ®ã: T1: biÕn d¹ng nãng, t«i, hãa giµ tù nhiªn T3: t«i, biÕn d¹ng nguéi, hãa giµ tù nhiªn T4: t«i, hãa giµ tù nhiªn T5: biÕn d¹ng nãng, t«i, hãa giµ nh©n t¹o T6: t«i, hãa giµ nh©n t¹o T7: t«i, qu¸ hãa giµ T8: t«i, biÕn d¹ng nguéi, hãa giµ nh©n t¹o T9: t«i, hãa giµ nh©n t¹o, biÕn d¹ng nguéi TCVN 1659-75: hîp kim Al: AlCu4Mg lµ hîp kim Al chøa ~4%Cu, ~1%Mg. Víi Al s¹ch b»ng Al vµ sè chØ phÇn tr¨m cña nã, vÝ dô Al99, Al99,5. 6.1.2. Al vµ hîp kim Al biÕn d¹ng kh«ng hãa bÒn ®−îc b»ng nhiÖt luyÖn a. Al s¹ch: Kü thuËt §é s¹ch cao ViÖt nam: A0, A5, A6, A7, A8, A85, A9, A95, A97,… A995 A999 %Al 99 99,5 99,6 99,7 99,8 99,85 99,9 99,95 99,97,..99,995 99,999 Hoa kú: AA1060 vµ AA1100: 1060 dïng lµm tÊm èp trong x©y dùng. §Ó lµm d©y (trÇn, bäc) hay c¸p ®iÖn dïng AA1350: ®©y ®iÖn b. Hîp kim Al biÕn d¹ng kh«ng hãa bÒn ®−îc b»ng nhiÖt luyÖn Hîp kim Al - Mn: 3xx:dÔ biÕn d¹ng dÎo, ho¸ bÒn biÕn d¹ng cao, cung cÊp d−íi d¹ng: l¸ máng, thanh, d©y, h×nh, èng..., chèng ¨n mßn tèt trong khÝ quyÓn vµ dÔ hµn. Hîp kim Al-Mg: ®iÓn h×nh AA 5050, AA 5052, AA 5454: nhÑ nhÊt, ®é bÒn kh¸, ho¸ bÒn biÕn d¹ng tèt, biÕn d¹ng nãng, nguéi vµ hµn ®Òu tèt, bÒn ¨n mßn tèt nhÊt lµ sau anod hãa. 6.1.3. Hîp kim Al biÕn d¹ng hãa bÒn ®−îc b»ng nhiÖt luyÖn §©y lµ ph©n nhãm hîp kim Al quan träng nhÊt, cã c¬ tÝnh cao nhÊt kh«ng thua kÐm g× thÐp C. a. HÖ Al - Cu vµ Al - Cu - Mg Hîp kim AlCu4 vµ nhiÖt luyÖn hãa bÒn
T, oC 86 L Gi¶n ®å pha Al - Cu (h×nh 6.4) Hoµ tan cùc ®¹i:5,65% ë 548oC L+α 600 548 α o 5,65 Hoµ tan cùc tiÓu: 0,5% ë 20 C α+CuAl2(θ) Qu¸ giíi h¹n hßa tan: tiÕt ra ë d¹ng CuAl2II. 400 α+CuAl2II(θ) Tæ chøc cña hîp kim AlCu4: c©n b»ng (ñ): α - Al (Cu)0,5 + CuAl2II, 300 (kho¶ng 7%) pha, ®é ®é bÒn min(σb=200MPa), 2 6 Al 4 %Cu H×nh 6.4. Gãc giµu Al cña gi¶n ®å pha Al-Cu sau t«i: dd r¾n α qu¸ b·o hoµAl(Cu)4%, σb = 250 ÷ 300MPa vµ vÉn cßn kh¸ dÎo (söa, n¾n ®−îc). ®é bÒn, ®é cøng t¨ng lªn dÇn vµ ®¹t ®Õn σ, gi¸ trÞ cùc ®¹i sau 5 ÷ 7 ngµy, σb = 20oC 100oC MPa 400MPa tøc ®· t¨ng gÊp ®«i so víi tr¹ng 400 th¸i ñ (h×nh 6.5) → gäi lµ t«i + hãa giµ tù 200oC 350 nhiªn (®Ó l©u ë nhiÖt ®é th−êng). C¬ chÕ hãa bÒn khi t«i + hãa giµ: 300 Guinier vµ Preston, TK 20: α(Al(Cu)4%)→GP1→GP2→ θ’→θ (CuAl2) 2 4 6 σmax → qu¸ giµ ho¸ giµ τ, ngµy θ’ cã m¹ng chÝnh ph−¬ng b¸n liÒn m¹ng H×nh 6.5. Hãa giµ hîp kim AlCu4 víi α cã σmax sau khi t«i • hãa giµ tù nhiªn: 5 ÷ 7 ngµy, σ max • hãa giµ nh©n t¹o: 100 ÷ 200oC, thêi gian tuú theo nhiÖt ®é cã thÓ tõ vµi giê vµi chôc h C¸c hîp kim th«ng dông: Hä AA 2xxx (®ura): hîp kim Al-Cu-Mg: ~ 4%Cu (2,6- 6,3%), 0,5÷1,5%Mg tªn lµ ®ura (duraluminium). Pha hãa bÒn, ngoµi CuAl2 cßn cã CuMg5Al5, CuMgAl2 cã t¸c dông m¹nh h¬n. T¹p chÊt: Fe, Si vµ Mn: Fe vµ Si lµ hai t¹p chÊt th−êng cã, Mn ®−îc ®−a vµo víi l−îng nhá ®Ó lµm t¨ng tÝnh chèng ¨n mßn. AA 2014 vµ AA 2024: kÕt cÊu m¸y bay, dÇm khung chÞu lùc xe t¶i, s−ên tµu biÓn, thÓ thao... §Æc ®iÓm næi bËt cña ®ura lµ: §é bÒn cao (σb=450÷480MPa), nhÑ ρ≈2,7g/cm3→ σb/ρ~ 15÷16km, trong khi ®ã CT51 lµ 6,0 ÷ 6,5, gang: 1,5 ÷ 6,0. KÐm bÒn ¨n mßn kÐm do cã nhiÒu pha víi ®iÖn thÕ ®iÖn cùc kh¸c nhau b. HÖ Al - Mg - Si vµ Al - Zn - Mg: Al-Mg-Si: Hä AA6xxx : ®iÓn h×nh lµ AA 6061 vµ AA 6070: ®é bÒn kÐm ®ura (σb=400MPa), nh−ng dÎo h¬n, tÝnh hµn tèt. Sau Ðp ch¶y, anod hãa → thanh (15m) → X©y dùng. Al-Zn-Mg: Hä AA 7xxx: cã ®é bÒn cao nhÊt (σb > 550MPa), Zn= 4-8%, Mg=1÷3%. Cu= 2% T«i350÷500oC trong kh«ng khÝ hoÆc n−íc nãng, øng dông: m¸y bay, vò khÝ, dông cô thÓ thao…
87 6.1.4. Hîp kim Al ®óc a. C¸c ®Æc ®iÓm: dÔ ch¶y, dÔ ®óc, cã thÕ biÕn tÝnh, nguéi nhanh ®Ó t¨ng c¬ tÝnh b. Silumin ®¬n gi¶n: Al-(10÷13)%Si (AA 423.0 hay AЛ2 (Nga)) BiÕn tÝnh : b»ng hçn hîp muèi (2/3NaF+1/3NaCl) víi l−îng 0,05÷0,08% t¨ng c¬ tÝnh tõ σb = 130MPa, δ = 3%) lªn σb = 180MPa, δ = 8% nh−ng vÉn cßn thÊp so víi yªu cÇu sö dông. H×nh 6.7. Tæ chøc tÕ vi cña hîp kim Al - (10 ÷ 13)%Si: a. kh«ng biÕn tÝnh, b. cã biÕn tÝnh C¸c hîp kim Al - Si - Mg(Cu) Lµ c¸c hîp kim víi kho¶ng Si réng b. Silumin phøc t¹p: Ngoµi Al,Si cßn cã
88 8xx vµ 9xx - hîp kim ®ång ®óc Ph−¬ng T©y dïng c¸c ký hiÖu O, H, T nh− cña Al (O: ñ vµ kÕt tinh l¹i, H: hãa bÒn b»ng biÕn d¹ng nguéi, T- t«i + ho¸ giµ), riªng tr¹ng th¸i ph«i th«: Al lµ “F” th× Cu lµ M, song c¸c ch÷ vµ sè tiÕp theo kh¸c ®i (tra b¶ng). (®ång thau, Ph¸p - laiton, Anh - brass, Nga - латунь) 6.2.2. Lat«ng Lat«ng ®¬n gi¶n: ®−îc dïng nhiÒu h¬n c¶, phæ biÕn < 45%Zn nªn tæ chøc α hoÆc α+β. §iÒu rÊt ®Æc biÖt: khi t¨ng %Zn ®é bÒn vµ ®é dÎo t¨ng lªn, ®é dÎo max øng víi ~ 30%Zn. Ngoµi ra khi pha thªm Zn, mµu ®á cña ®ång nh¹t dÇn vµ chuyÓn dÇn thµnh vµng. Lat«ng mét pha (α), 9,4%Al) víi sù xuÊt hiÖn cña pha β (Cu3Al, pha ®iÖn tö m¹ng A2) chØ æn ®Þnh ë trªn 565oC vµ chÞu biÕn d¹ng tèt. ë 565oC cã chuyÓn biÕn cïng tÝch β → [α + γ2]. NÕu lµm nguéi nhanh β → β' (m¹ng s¸u ph−¬ng) còng cã tªn lµ mactenxit, kh«ng cøng, khi ram ë 500oC γ2 tiÕt ra ë d¹ng nhá mÞn, lµm t¨ng m¹nh ®é bÒn, l¹i rÊt Ýt g©y ra gißn nªn c¸c br«ng Al chøa 10 ÷ 13%Al ®−îc t«i ram cao vµ cã c¬ tÝnh cao. C¸c br«ng Al ®óc cã l−îng Al ≥ 9% nªn còng cã thÓ cã thµnh phÇn nh− lo¹i biÕn d¹ng nh− CDA 952 (gièng víi CDA 614), ΓOCT БрAЖ9-4Л (gièng víi БрAЖ9-4).
89 c. Br«ng berili: Hîp kim Cu víi 2%Be (CDA 172, ΓOCT БрБ2) sau khi t«i 750 ÷ 790oC trong n−íc, hãa giµ ë 320 ÷ 320oC cã tÝnh ®µn håi rÊt cao, kh«ng ph¸t ra tia löa ®iÖn khi va ®Ëp nªn ®−îc lµm c¸c chi tiÕt ®µn håi trong má vµ thiÕt bÞ ®iÖn. 6.2.4. Hîp kim Cu - Ni vµ Cu - Zn - Ni Cu vµ Ni hßa tan v« h¹n, kiÓu m¹ng A1. Ni hßa tan vµo Cu lµm t¨ng m¹nh ®é bÒn, ®é cøng, tÝnh chèng ¨n mßn trong n−íc biÓn. Hîp kim Cu - Ni víi 10 ÷ 30%Ni (vÝ dô CDA 715 cã 30%Ni) ®−îc dïng lµm bé ng−ng tô cña tµu biÓn, èng dÉn n−íc biÓn, trong c«ng nghiÖp hãa häc. Hîp kim Cu víi 17 ÷ 27%Zn vµ 8 ÷ 18%Ni ®−îc dïng lµm d©y biÕn trë, víi tæ chøc lµ dung dÞch r¾n nªn cã ®iÖn trë suÊt rÊt cao vµ cã mµu b¹c nh− cña niken. 6.3. Hîp kim æ tr−ît MÆc dÇu ngµy nay æ l¨n (bi vµ ®òa) ®−îc sö dông rÊt phæ biÕn, c¸c æ tr−ît vÉn cã vÞ trÝ trong m¸y mãc v× c¸c −u ®iÓm cña nã: dÔ chÕ t¹o, dÔ thay, rÎ, b«i tr¬n dÔ vµ trong nhiÒu tr−êng hîp kh«ng thÓ thay thÕ kh¸c ®−îc (nh− ë trôc khuûu), tèc ®é cao kh«ng g©y ån. 6.3.1. Yªu cÇu ®èi víi hîp kim lµm æ tr−ît - Ma s¸t nhá víi bÒ mÆt trôc thÐp: hÖ sè ma s¸t nhá vµ diÖn tÝch tiÕp sóc nhá: pha cøng trªn nÒn mÒm, hoÆc h¹t mÒm trªn nÒn cøng ®Ó khi lµm viÖc phÇn mÒm bÞ mßn ®i thµnh c¸c æ chøa dÇu. Tæ chøc h¹t cøng - nÒn mÒm cã kh¶ n¨ng cho ®é ma s¸t bÐ h¬n lo¹i nÒn cøng - h¹t mÒm. H×nh 6.12. H×nh th¸i tæ chøc cña hîp kim æ tr−ît nÒn mÒm - h¹t cøng - Ýt lµm mßn cæ trôc thÐp vµ chÞu ®−îc ¸p lùc cao: b»ng c¸c hîp kim mÒm: Sn, Pb, Al, Cu... §Ó n©ng cao kh¶ n¨ng chÞu ¸p lùc: ®óc tr¸ng hay g¾n Ðp lªn trªn m¸ng thÐp C8s. - TÝnh c«ng nghÖ tèt: dÔ ®óc, kh¶ n¨ng dÝnh b¸m vµo m¸ng thÐp cao... - RÎ tiÒn. Hîp kim æ trôc ra lµm hai nhãm lín: tuú theo nhiÖt ®é ch¶y: 6.3.2. Hîp kim æ tr−ît cã nhiÖt ®é ch¶y thÊp: lµ hîp kim c¸c kim lo¹i dÔ ch¶y: Sn, Pb... gäi lµ babit (babbitt). a. Babit thiÕc (do Babbitt (ng−êi Anh) t×m ra) Dïng lµm c¸c æ tr−ît quan träng víi tèc ®é lín vµ trung b×nh nh− trong tuabin, ®éng c¬ ®iªzen. 2 m¸c: 83%Sn-11%Sb-6%Cu (ΓOCT Б83, UNS L13820) 88%Sn-8%Sb-3%Cu-1%(Ni+Cd) (ΓOCT Б88, UNS L13890). Tæ chøc: nÒn mÒm: dung dÞch r¾n α - Sn(Sb) (mµu xÉm), h¹t cøng: pha β' lµ SnSb (m¶ng s¸ng ®a c¹nh) (h×nh 6.14) vµ kim Cu3Sn (hay Cu6Sn5), t¸c dông chÝnh cña nã lµ tr¸nh thiªn tÝch (SnSb do nÆng nªn cã xu h−íng ch×m xuèng d−íi, nhê Cu3Sn kÕt tinh sím t¹o khung ng¨n c¶n). Lo¹i sau víi nhiÒu Sn, Ýt Sb h¬n nªn
90 trong tæ chøc hÇu nh− kh«ng cã SnSb, vai trß h¹t cøng chØ do Cu3Sn d¹ng kim, d¹ng sao ®¶m nhiÖm. h¹t cøng kim Cu3Sn nÒn mÒm h¹t cøng SnSb H×nh 6.14. Tæ chøc tÕ vi cña hîp kim babit ΓOCT Б83, UNS L13820 b. Babit ch× Lµ hîp kim trªn c¬ së Pb víi 6 ÷16%Sn, 6 ÷ 16%Sb vµ ~1%Cu Tæ chøc: nÒn mÒm lµ cïng tinh (Pb + Sb), h¹t cøng: SnSb, Cu3Sn 2 m¸c Б6 (víi 6%Sn, 6%Sb) vµ Б16 (víi 16%Sn, 16%Sb), trong ®ã Б16 cã nhiÒu h¹t cøng h¬n, gißn h¬n chØ dïng trong ®iÒu kiÖn kh«ng chÞu va ®Ëp. Б6 ®−îc dïng nhiÒu h¬n ®Ó thay Б83, Б88 trong c¸c ®éng c¬ x¨ng, chÞu va ®Ëp h¬n vµ rÎ h¬n. Sau ®©y lµ c¸c hîp kim æ tr−ît cã nhiÖt ®é ch¶y cao h¬n. 6.3.3. Hîp kim Al Hîp kim Al: ma s¸t nhá, nhÑ, tÝnh dÉn nhiÖt cao, bÒn ¨n mßn tèt trong dÇu, ®Æc biÖt lµ c¬ tÝnh cao h¬n, tuy tÝnh c«ng nghÖ h¬i kÐm. C¸c m¸c th−êng gÆp: ΓOCT AO 9-2 (9%Sn, 2%Cu), AA 851.0 (6%Sn, 1%Cu) ®−îc dïng ë tr¹ng th¸i ®óc lµm b¹c hay èng lãt dµy > 10mm hoÆc bimªtal æ tr−ît b»ng hîp kim Al chÞu ®−îc ¸p lùc cao (200 ÷ 300kG/mm2), tèc ®é vßng lín (15 ÷ 20m/s), dïng nhiÒu trong ®éng c¬ ®iªzen. 6.3.4. C¸c hîp kim kh¸c Br«ng thiÕc víi c¸c m¸c CDA 836, ΓOCT БрOЦC5-5-5 (®óc) vµ CDA 544,ΓOCT БрOЦC4-4-4 (biÕn d¹ng), trong ®ã Pb kh«ng tan lµ c¸c h¹t mÒm, nÒn cøng lµ Cu hßa tan Sn, Zn. Br«ng ch× th−êng dïng víi m¸c ΓOCT БрC30 (30%Pb), víi c¸c phÇn tö Pb kh«ng tan lµ h¹t mÒm, Cu lµ nÒn cøng. 6.4. Hîp kim bét 6.4.1. Kh¸i niÖm chung a. C«ng nghÖ bét So s¸nh c«ng nghÖ truyÒn thèng vµ c«ng nghÖ bét: VL ban ®Çu → phèi liÖu → nÊu ch¶y → ®óc → biÕn d¹ng → gia c«ng c¾t → s¶n phÈm VL ban ®Çu → bét → phèi liÖu → Ðp → thiªu kÕt → s¶n phÈm T¹o bét kim lo¹i hay hîp kim: nghiÒn (cho vËt liÖu gißn), phun lo¹i láng vµo m«i tr−êng nguéi nhanh (trªn tang ®ång hay trong n−íc, khÝ ¸p suÊt cao), hoµn nguyªn tõ «xyt, ®iÖn ph©n, CVD, PVD, ... - T¹o h×nh: Ðp, nÐn d−íi ¸p suÊt 100 ÷ 1000MPa, tïy theo yªu cÇu vÒ khèi l−îng riªng. Muèn ®−îc khèi l−îng riªng lín vµ ®ång ®Òu ph¶i Ðp víi ¸p suÊt lín vµ rung c¬ häc, Ðp nung nhiÒu lÇn - Thiªu kÕt: ®Ó bét liªn kÕt víi nhau,
91 • NhiÖt ®é thiªu kÕt: Ttk = (2/3÷3/4)TC (TC lµ T ch¶y cña cÊu tö chÝnh, K). Trong qu¸ tr×nh thiªu kÕt, s¶n phÈm sÏ co l¹i, mËt ®é t¨ng lªn. Cã thÓ kÕt hîp hai kh©u Ðp vµ thiªu kÕt b»ng c¸ch Ðp nãng, cã thÓ ®¹t ®−îc mËt ®é cao nhÊt • Thêi gian thiªu kÕt: 15-120 min, dµi qu¸ lµm h¹t th«, c¬ tÝnh xÊu • M«i tr−êng thiªu kÕt: ch©n kh«ng hoÆc khÝ b¶o vÖ : H2, N2, Ar, He,… Trong tr−êng hîp thiªu kÕt nhiÒu lo¹i bét ta cã 2 tr−êng hîp: cã xuÊt hiÖn pha láng vµ kh«ng kh«ng xuÊt hiÖn pha láng: 2 lo¹i bét kh«ng t¹o dung dÞch r¾n víi nhau → bét cã Tc thÊp sÏ kÕt khèi bao quanh bét cã nhiÖt ®é ch¶y cao (Cu-W). NÕu gi÷a chóng cã t¹o thµnh dung dÞch r¾n, tuú theo møc ®é thiªu kÕt (Ttk&τ) cã thÓ nhËn ®−îc ddr¾n+xèp (Cu-Ni) cã xuÊt hiÖn pha láng: Ttk TC cña cÊu tö nµo ®ã hoÆc cïng tinh §iÒu kiÖn: tû lÖ pha láng < 30% thÓ tÝch §Æc ®iÓm: xÝt chÆt cao, τ thiªu ng¾n, sai lÖch kÝch th−íc lín (5-25%), vÝ dô: WC- Co, Co láng • C¸c lo¹i: Thiªu kÕt d−íi ¸p lùc: xÝt chÆt cao, xèp thÊp, bao gåm: o Ðp ë nhiÖt ®é cao (1500÷2500oC), khu«n gr, lùc Ðp P=30MPa, ®é xÝt chÆt 95÷98%, dïng cho hîp kim cøng cacbit, nitrit, borit kh«ng cÇn chÊt dÝnh. o Ðp ë nhiÖt ®é trung b×nh (800÷1100oC), khu«n kim lo¹i, P=200MPa, dïng cho VL kÕt cÊu Thiªu kÕt d−íi ¸p lùc vµ phãng ®iÖn: (Spark Pressing), NhËt, Mü, P=100MPa, d−íi ®iÖn tr−êng m¹nh → phãng ®iÖn trong vµi gi©y: phñ hîp kim cøng lªn bÒ mÆt chi tiÕt, dao c¾t, tiÕp ®iÓm Ðp nãng ®¼ng tÜnh: (HIP - Hot Isostatic Pressing) T=1000÷1500oC, P=100÷200Mpa, trong Ar, dïng cho c¸c chi tiÕt m¸y, dông cô,… b. ¦u, nh−îc ®iÓm cña ph−¬ng ph¸p - HiÖu qu¶ kinh tÕ - kü thuËt cao nÕu s¶n l−îng lín v× ®Çu t− ban ®Çu cao - nguyªn liÖu bét ®−îc sö dông gÇn nh− triÖt ®Ó, kh«ng hay Ýt ph¶i gia c«ng c¾t, söa - VÒ chÊt l−îng: dÔ b¶o ®¶m ®é ®ång nhÊt, chÝnh x¸c thµnh phÇn → ®Òu tæ chøc vµ tÝnh chÊt. - Mét sè s¶n phÈm chØ cã thÓ chÕ t¹o b»ng c«ng nghÖ bét: vËt liÖu cøng, siªu cøng, b¹c xèp... - Nh−îc: cÊu tróc kh«ng xÝt chÆt (®é xèp thay ®æi réng tõ 2 ®Õn 50%), cã c¬ tÝnh kh«ng cao. §Çu t− ban ®Çu lín, còng hao phÝ khi t¹o bét → ®¾t, chi tiÕt phøc t¹p khã ®Òu lùc Ðp 6.4.2. VËt liÖu c¾t vµ mµi øng dông quan träng nhÊt trong C¬ khÝ lµ lµm dao c¾t b»ng hîp kim cøng vµ ®¸ mµi. a. Hîp kim cøng Hîp kim cøng cã tÝnh cøng nãng cao nhÊt 800 ÷ 1000oC, tèc ®é c¾t cã thÓ tíi hµng tr¨m m/min.
92 Thµnh phÇn hãa häc vµ c¸ch chÕ t¹o WC (chiÕm tû lÖ cao nhÊt), TiC, TaC rÊt cøng vµ nhiÖt ®é ch¶y rÊt cao, rÊt æn ®Þnh, Co lµm chÊt dÝnh kÕt, nhê vËy b¶o ®¶m ®é bÒn, ®é cøng, , cøng nãng rÊt cao, kh«ng ph¶i qua nhiÖt luyÖn. - T¹o bét cacbit b»ng c¸ch hoµn nguyªn WO3 b»ng hy®r« ë 700 ÷ 900oC ®−îc bét W råi ®em nghiÒn, sµng lÊy cì h¹t nhá 0,10 ÷ 0,15 ®Õn 3 ÷ 5µm, sau ®ã trén bét W víi bå hãng vµ nung lªn 1400oC trong 1h ®Ó ®−îc bét WC. - Trén bét cacbit víi bét Co trong nhiÒu h cho thËt ®Òu råi ®em Ðp thµnh l−ìi c¾t nhá, h×nh d¹ng ®¬n gi¶n, P=100-400 MPa - Nung ph«i Ðp s¬ bé ë 900oC - 1h, Ðp t¹o h×nh chÝnh x¸c vµ ®é bãng yªu cÇu, P > 400MPa - Thiªu kÕt: nung ë nhiÖt ®é cao (1450-1500oC) ®Ó Co biÕn mÒm, b¾t ®Çu ch¶y, dÝnh chÆt c¸c h¹t cacbit víi nhau thµnh khèi ch¾c. Ph©n lo¹i vµ c¸c m¸c Cã ba nhãm: mét, hai vµ ba cacbit (b¶ng 6.6). B¶ng 6.6. Thµnh phÇn hãa häc (%) vµ c¬ tÝnh cña mét sè hîp kim cøng M¸c hîp % C¬ tÝnh Ký hiÖu C«ng dông WC TiC TaC Co σU,MPa HRA kim theo TCVN Mét cacbit BK2 98 - - 2 1000 90,0 WCCo2 Dông cô c¾t: gang, hîp kim mµu, BK3 97 - - 3 1100 89,5 WCCo3 sø, gèm BK4 96 - - 4 1400 89,5 WCCo4 BK6 94 - - 6 1500 88,5 WCCo6 BK8 92 - - 8 1600 87,5 WCCo8 BK10 90 - - 10 1650 87,0 WCCo10 khu«n kÐosîi, mòi khoan ®¸ BK15 85 - - 15 1800 86,0 WCCo15 BK20 80 - - 20 1950 84,0 WCCo20 khu«n dËp C/tiÕt mmßn BK25 75 - - 25 2000 82,0 WCCo25 Hai cacbit T30K4 66 30 - 4 950 92,0 WCTiC30Co4 Dông cô c¾t tèc ®é cao, c¾t thÐp T15K6 79 15 - 6 1150 90,0 WCTiC15Co6 kh«ng gØ T14K8 78 14 - 8 1250 89,0 WCTiC14Co8 T5K10 85 5 - 10 1400 88,5 WCTiC5Co10 T5K12 83 5 - 12 1650 87,0 WCTiC5Co12 Ba cacbit TT7K12 81 4 3 12 1650 87,0 WCTiC4TaC3Co12 c¾t ph«i ®óc, rÌn,cÇn 8 1450 89,0 WCTiC3TaC7Co8 chèng mÎ tèt TT10K8 82 3 7 TT20K9 71 8 12 9 1300 89,0 WCTiC8TaC12Co9 %Co t¨ng → bÒn t¨ng, cøng gi¶m Tæ chøc vµ c¬ tÝnh Tæ chøc tÕ vi: gåm c¸c h¹t cacbit s¾c c¹nh (mµu s¸ng) liªn kÕt víi nhau b»ng Co (mµu tèi) §é xèp (~ 2%). Kh«ng cã C d− (bå hãng) trong tæ chøc v× nã g©y ra ®iÓm mÒm.
93 Khi lµm dao, miÕng hîp kim cøng nhá ®−îc hµn (hµn ®ång) hay kÑp vµo th©n dao b»ng thÐp C45 cã ®é bÒn uèn vµ ®é dÎo tèt, sÏ tr¸nh c¸c nh−îc ®iÓm trªn cña hîp kim cøng. b. VËt liÖu lµm ®Üa c¾t Dao (®Üa) c¾t b»ng kim c−¬ng nh©n t¹o hay nitrit bo (BN) ®−îc dïng réng r·i trong c¾t kim lo¹i, ®¸. Chóng lµ c¸c vËt liÖu siªu cøng (HV 8000 ÷ 10000). Cã thÓ cã c¸c d¹ng sau: - Bét kim c−¬ng trén víi 1 ÷ 2% bét B, Be hoÆc Si (chÊt dÝnh kÕt) ®−îc Ðp nãng d−íi ¸p suÊt cao tíi 12GPa ë nhiÖt ®é kho¶ng 3000oC, ®¹t ®−îc HV 8000. - Bét kim c−¬ng hoÆc bét BN r¶i lªn bÒ mÆt hîp kim cøng råi Ðp nãng d−íi ¸p suÊt 5 ÷ 8GPa ë kho¶ng 1800oC, lóc ®ã mét phÇn nhá Co, thËm chÝ c¶ W, Ti cña hîp kim cøng tiÕt ra thµnh chÊt dÝnh kÕt víi líp siªu cøng, ®¹t HV 5000 ÷ 8000. - Bét kim c−¬ng hoÆc bét BN trén víi kho¶ng 20 ÷ 30% bét kim lo¹i (chÊt dÝnh kÕt), Ðp nãng d−íi ¸p suÊt 3 ÷ 6GPa ë 1200 ÷ 1600oC, ®¹t HV 4000 ÷ 5000, thÝch hîp víi dông cô c¾t ®¸. Kim c−¬ng tuy cã ®é cøng cao nhÊt (HV 10000) nh−ng l¹i bÞ h¹n chÕ nhiÖt ®é sö dông (khi c¾t víi tèc ®é cao, cacbon khuÕch t¸n vµo s¾t, thÐp) nªn dao c¾t víi BN cã −u viÖt h¬n. VÝ dô cã thÓ c¾t gang x¸m víi tèc ®é 1800 ÷ 2000 m/min. c. VËt liÖu mµi Bét mµi: (SiO2), ªmªri (hçn hîp tù nhiªn cña Al2O3), Al2O3, SiC, BN lËp ph−¬ng, kim c−¬ng. -bét tù do, trong m¸y phun c¸t, bét mµi rµ, bét ®¸nh bãng (nh− ®¸nh bãng mÉu kim lo¹i ®Ó quan s¸t tæ chøc tÕ vi lµ bét Cr2O3 - mµu rªu vµ Al2O3 - mµu tr¾ng), - g¾n trªn giÊy, v¶i (gäi lµ giÊy, v¶i r¸p hay nh¸m) ®Ó lµm nh½n gç, kim lo¹i, - khèi (®¸ mµi c¸c lo¹i): th−êng lµm b»ng SiC, c¸c h¹t mµi ®−îc liªn kÕt víi nhau b»ng chÊt dÝnh kÕt gèm thñy tinh hay nhùa h÷u c¬. d. ThÐp giã bét Lo¹i thÐp giã cã (> 2%C, > 6%V, > 10%Co) rÊt khã luyÖn, bÞ thiªn tÝch m¹nh vµ khã rÌn. Khi chÕ t¹o b»ng ph−¬ng ph¸p luyÖn kim bét nhê cã bét mÞn mµ thµnh phÇn trë nªn ®ång nhÊt h¬n. Tõ nguyªn liÖu bét (Fe, C, W, Cr, Mo, V, Co) qua HIP (100MPa ë 1100oC) trong (Ar), t¹o nªn c¸c b¸n thµnh phÈm thái lín. ChÕ ®é rÌn vµ nhiÖt luyÖn nh− thÐp giã nÊu ch¶y nh−ng víi nhiÖt ®é thÊp h¬n. 6.4.3. VËt liÖu kÕt cÊu a. Trªn c¬ së Al vµ hîp kim Al Bét Al: Ðp (P= 100 ÷ 350MPa) vµ thiªu kÕt sÏ ®−îc c¸c b¸n thµnh phÈm hÖ Al - Al2O3, trong ®ã Al2O3 (5 ÷ 20%) lµ pha cøng lµm t¨ng ®é bÒn cña vËt liÖu (sau khi nhiÖt luyÖn σb cã thÓ ®¹t tíi 300 ÷ 450MPa). −u viÖt chñ yÕu: tÝnh chÞu nãng cao ®Õn 300 ÷ 350oC Hoa kú: SAP (Sintered Aluminum Powder), Nga lµ CAΠ - Bét hîp kim Al thiªu kÕt: Hoa kú: SAAP (Sintered Aluminum Alloy Powder), Nga lµ CAC, b. Trªn c¬ së s¾t vµ thÐp
94 6.4.4. Hîp kim xèp vµ thÊm §©y lµ −u viÖt næi tréi cña hîp kim bét kh«ng g× thay thÕ ®−îc, cã thÓ ®iÒu chØnh, khèng chÕ ®−îc. a. B¹c xèp tù b«i tr¬n Cu-10%Sn, xèp 25% tÈm dÇu trong ch©n kh«ng ë 75oC, khi lµm viÖc dÇu tiÕt ra, khi ngõng dÇu hót vµo. Dïng lµm c¸c lo¹i b¹c cho qu¹t ®iÖn, m¸y hót bôi, m¸y giÆt,... mµ kh«ng cÇn b«i tr¬n. b. Mµng läc: Mµng läc ®−îc s¶n xuÊt tõ bét vËt liÖu d¹ng cÇu hoÆc ®¼ng trôc, kÝch th−íc h¹t ®Òu nhau (dmax / dmin < 1,5), ¸p lùc nÐn nhá, ®é xèp cao, 30 ÷ 50% víi c¸c lç xèp ph©n bè ®Òu, ®−êng kÝnh trung b×nh cña lç xèp kho¶ng dmin / 6.
113 Ch−¬ng 7 VËt liÖu v« c¬ - ceramic §Þnh nghÜa: VËt liÖu v« c¬ lµ sù kÕt hîp gi÷a kim lo¹i Me, Si víi ¸ kim B,C,N,O b»ng c¸c liªn kÕt ion vµ céng ho¸ trÞ N C Ph©n lo¹i: nhiÒu c¸ch ph©n lo¹i Theo ®Æc ®iÓm kÕt hîp: 3 nhãm chÝ nh: O Gèm vµ kim lo¹i chÞu löa B Thuû tinh vµ gèm thuû tinh Xi m¨ng vµ bª t«ng Me Theo cÊu tróc: 2 nhãm: Si • ®¬n pha: thuû tinh SiO2 (ch−¬ng 1), gèm ®¬n oxit • VËt liÖu ®a pha: hÇu hÕt c¸c vËt liÖu v« c¬ H×nh 7.1. Kh¶ n¨ng kÕt hîp Pha chÝ nh lµ c¸c pha tinh thÓ liªn kÕt víi nhau bëi pha thuû tinh (v« ®Þnh h×nh) : gèm & VL chÞu löa, sø, gèm thuû tinh. Ngoµi ra cßn cã pha khÝ do c«ng nghÖ chÕ t¹o kh«ng tr¸nh khái còng cã thÓ do chñ ®éng ®−a vµo: gèm xèp, thuû tinh xèp, bª t«ng xèp c¸c pha tinh thÓ cã thÓ cã % kh¸c nhau, chøa khuyÕt tËt, nhiÒu vÕt nøt, chóng quyÕt ®Þnh tÝ nh chÊt cña ceramic. 7.1. Quan hÖ gi÷a cÊu tróc vµ tÝ nh chÊt cña ceramic Do cÊu tróc cña vËt liÖu v« c¬ t¹o thµnh tõ c¸c kim lo¹i vµ ¸ kim liªn kÕt ion vµ liªn kÕt céng ho¸ trÞ, vÝ dô: trong oxit : Mg-O, Zr-O, Ti-O , Al-O, B-O , Si-O, C-O % liªn kÕt ion: 80 67 63 60 45 40 22 cßn l¹i lµ liªn kÕt céng ho¸ trÞ VËt liÖu v« c¬ bÒn ho¸ häc, bÒn nhiÖt, c¸ch nhiÖt tèt, mét sè cã tÝ nh chÊt P quang ®Æc biÖt ceramic kim lo¹ i TÝ nh chÊt c¬ häc (nh¾c l¹i biÓu ®å kÐo) • §µn håi gißn: do cÊu tróc, VL bÞ ph¸ huû gißn ∆l • §é bÒn lý thuyÕt σLT = (2E.γ/a)1/2 γ- søc c¨ng bÒ mÆt; a- kho¶ng c¸ch nguyªn tö E- m«dun ®µn håi σLT - vËt liÖu coranh®«ng 50.103 MPa, thuû tinh SiO2 ~ 8.103 MPa • §é bÒn thùc tÕ: do cã nøt tÕ vi 10-3÷100 µm → ®é bÒn thùc tÕ =1/100 ®é bÒn lý thuyÕt : Khi chÞu t¶I kÐo σO th× thùc tÕ σ = 2. σO(l/r)1/2 l: dµI nøt; r: b¸n kÝ nh cong ®Çu vÕt nøt. σ thùc trong vËt liÖu phô thuéc vµo σO vµ tû lÖ thuËn l vµ tû lÖ nghÞch víi r. Khi nøt dµi, ®Çu nhän: σ ≥ [σLT] → nøt t¨ng → ph¸ huû Chó ý vËt liÖu v« c¬ chÞu nÐn tèt h¬n chÞu kÐo (10 lÇn) • §é bÒn vËt liÖu v« c¬ kh«ng ph¶i do n¨ng l−îng liªn kÕt nguyªn tö cÊu t¹o nªn nã mµ do sè l−îng, chiÒu dµi, chiÒu s©u vÕt nøt (h×nh d¹ng). • VËt liÖu v« c¬ tinh thÓ: h¹t cµng nhá th× ®é bÒn cµng cao Bät khÝ 0,1-0,5% h¹t nhá trßn t¨ng ®é bÒn, >0,5% bät cµng dµi cµng nhiÒu ®é bÒn gi¶m m¹nh. Bät khÝ lµm gi¶m ®é dÉn nhiÖt.
114 7.2. C¸c vËt liÖu v« c¬ ®iÓn h×nh 7.2.1. Gèm vµ vËt liÖu chÞu löa Gèm b»ng s¶n phÈm ®Êt nung: NhiÖt ®é nung g¹ch 900oC, sø 1400, t¹o tõ c¸c nguyªn liÖu tù nhiªn: KaolinÝ t Al2O3.2SO2.2H2O → VËt liÖu bét t¹o h×nh nung vËt liÖu gèm • CÊu tróc: gåm c¸c pha tinh thÓ liªn kÕt b»ng pha v« ®Þnh h×nh tû lÖ v« ®Þnh h×nh trong g¹ch ngãi 20-40 %, trong sø 50-60%, Al2O3 1% • Bät khÝ trong g¹ch ngãi 10-50%, trong sø 5% • Ph©n lo¹i o Gèm silicat (gèm truyÒn thèng) mµu xØn do chøa oxyt s¾t, chÕ t¹o tõ silic¸t thiªn nhiªn: ®Êt sÐt, cao lanh (g¹ch ngãi, sø vÖ sinh, Êm chÐn b¸t ®Üa ®å sø gia ®×nh) sø c¸ch ®iÖn ... chÕ t¹o b»ng c«ng nghÖ gèm th« hoÆc c«ng nghÖ gèm tinh ( h¹t nhá) o Gèm oxit gèm t¹o tõ mét lo¹i oxyt Al2O3, TiO2,...) hoÆc mét oxit phøc: MgO.Al2O3, BaO.TiO2 (kh¸c gèm silicat tinh khiÕt cao nªn tû lÖ pha tinh thÓ cao) chÕ t¹o b»ng s¶n phÈm chÊt l−îng cao, vµ c¸c tÝ nh chÊt ®iÖn tõ ®Æc biÖt, chÕ t¹o theo c«ng nghÖ gèm tinh. Al2O3: PhÔu sîi m¸y dÖt, chi tiÕt m¸y dÖt (Al2O3), ®iÖn tö, y tÕ, bét mµi. TiO2: gèm TiO2 lµm tô ®iÖn h»ng sè ®iÖn m«i lín tæn thÊt ®iÖn m«i nhá, Gèm hÖ PbO.TiO2-PbO.ZrO2 cã pha thªm MgO.NiO.ZnO...gäi t¾t lµ gèm PTZ c¶i thiÖn c¸c tÝ nh chÊt ®iÖn m«i ngµy cµng ®−îc dïng nhiÒu trong kü thuËt ®iÖn Fe2O3 + oxit kim lo¹i nhãm TiO2, SnO2, WO3... Gèm b¸n dÉn Zn(Ti4+(X)Fe2+(2-2X)Fe3+(X))O3 , Ti(x)(Fe3+(2-2x)Fe2+(x))O3 .... • C¸c vËt liÖu gèm phioxit c¸c Borit, nit¬rit, cacbit,... vËt liÖu ®¬n nguyªn tè cacbon VËt liÖu chÞu löa (VLCL) VËt liÖu chÞu löa To>1520oC, s¶n xuÊt b»ng c«ng nghiÖp gèm th« dïng ngµnh luyÖn kim, ho¸ häc, gèm... lß nhiÖt ®é cao. VLCL gåm c¸c lo¹i sau: • Dinat (Silicat) > 93%SiO2 g¹ch x©y lß cèc, lß thuû tinh vïng nung lß tuynen cÊu t¹o tõ nguyªn liÖu thiªn nhiªn: c¸t th¹ch anh, quarzit sa th¹ch. • Sam«t gèm th« alumo-silicat, Al2O3 = 20-45% kho¸ng chÝ nh lµ mulit (3Al2O3.2SiO2) vµ cristobalit. S¶n xuÊt tõ hai nguyªn liÖu: + Nguyªn liÖu gÇy: cao lanh nung kÕt khèi thµnh s¹n sam«t trén ®Òu cïng Èm + Nguyªn liÖu dÎo: ®Êt sÐt cïng cao lanh ch−a nung -t¹o h×nh- nung c¸c lo¹i: sam«t th−êng 30-40%Al2O3 sam«t b¸n axit 20-30%Al2O3 C«ng dông x©y lß: gèm sø, xim¨ng, lß khÝ , lß luyÖn kim • VËt liÖu chÞu löa cao alumin thuéc hÖ Alumino-Silicat cã Al2O3~45÷95% kho¸ng chÝ nh lµ mulit 3Al2O3.2SiO2 vµ coranh ®«ng α-Al2O3 nguyªn liÖu chÕ t¹o tõ kho¸ng thiªn nhiªn cã tû lÖ Al2O3 cao:Silimanit, Andaluzit (Al2O3.SiO2) • VËt liÖu cao alumin tÝ nh chÞu nhiÖt tèt l¬n sam«t, tÝ nh ho¸ häc trung tÝ nh víi nhiÒu m«i tr−êng