Chương 4_Khái niệm về hợp kim và giản đồ trạng thái

Slide 1 1 VẬT LIỆU KỸ THUẬT Giảng viên TS Nguyễn Thị Hằng Nga Email nthngatlu edu vn TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI Khoa Cơ khí – Bộ môn Công nghệ cơ khí CHƯƠNG 4 KHÁI NIỆM VỀ HỢP KIM VÀ GIẢN ĐỒ TRẠNG THÁI NỘI DUNG 4 1 Khái niệm về hợp kim 4 2 Các pha và tính chất các pha trong hợp kim 4 3 Giản đồ trạng thái của hệ hợp kim hai nguyên 4 4 Giản đồ trạng thái Sắt – Carbon TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI Khoa Cơ khí – Bộ môn Công nghệ cơ khí 4 1 1 Định nghĩa hợp kim Hợp kim là vật thể gồm nhiều nguyên tố mang tín.

Trang 1

VẬT LIỆU KỸ THUẬT

Giảng viên: TS Nguyễn Thị Hằng Nga Email: nthnga@tlu.edu.vn

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

Khoa Cơ khí – Bộ môn Công nghệ cơ khí

CHƯƠNG 4 KHÁI NIỆM VỀ HỢP KIM VÀ GIẢN ĐỒ

TRẠNG THÁI

NỘI DUNG 4.1 Khái niệm về hợp kim 4.2 Các pha và tính chất các pha trong hợp kim 4.3 Giản đồ trạng thái của hệ hợp kim hai nguyên 4.4 Giản đồ trạng thái Sắt – Carbon

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI Khoa Cơ khí – Bộ môn Công nghệ cơ khí

4.1.1 Định nghĩa hợp kim

Hợp kim là vật thể gồm nhiều nguyên tố mang tính chất kim

loại Nguyên tố chủ yếu trong hợp kim mang tính chất kim loại.

Thànhphần nguyên tố hoá học trong hợp kim thường được biểu

thị bằng%trọng lượng,cũng có khi biểu thị bằng% nguyêntử

VD: Thép 40 có 0,4%C;

Thép 40X có 0,4%C và 1%Cr

Thép 80W18Cr4V có 0,8%C, 18%W, 4%Cr và 1%V

4.1 KHÁI NIỆM VỀ HỢP KIM

3

4.1.2 Đặc tính của hợp kim

+Cơ tính cao:-Độ bền, độ cứng, giới hạn chảy, đàn hồi của hợp kim cao hơn hẳn so với kim loại nguyên chất, còn độ dẻo,

độ dai vẫn đủ cao

+ Tính côngnghệphùhợp với chế tạo cơ khí như: tính đúc, tính gia côngcắt gọt, có thể hoá bền bằng nhiệt luyện v.v…

+Chế tạo (luyện) hợp kim:dễ và kinh tế hơn nhiều so với kim loại nguyên chất

- Doluyện hợp kim không cần phải khử triệt để tạp chất, mà chỉ cần khống chế chúng ở mức độ nào đó

4

4.1.3 Các khái niệm về hệ hợp kim

a Pha

- Pha là dạng vật chất có thành phần đồng nhất, ở cùng một

trạng thái và kiểu mạng tinh thể

Các phangăn cách nhau bằng bề mặt phân chia

b Hệ

- Hệ là một dạng tập hợp các pha ở trạng thái cân bằng.

+Điều kiện:

-Mỗi pha trong đó phải đạt được giá trị năng lượng tự do bé

nhất

5

c Nguyên (cấu tử)

Là những chất độc lập có thành phần hoá học không đổi (có thể là

nguyêntố hoá học hoặc hợp chất hoá học), chúng tạo nên tất cả các pha của hệ.

Cóthể đưa một vài ví dụ để làm rõ khái niệm này:

+Một hệ gồm 2 pha là nước lỏng và nước đá (ở 0C), chỉ có một nguyên tử là H2O

+Hợp kim Cu-Ni là một hệ gồm 2 nguyên (Cu, Ni) ở trạng thái rắn hoặc lỏng chỉ có một pha vì chúng tạo ra dung dịch rắn hoặc lỏng đồng nhất

6

Trang 2

Cấu trúc mạng tinh thể của hợp kim phức tạp hơn kim loại

nguyênchất

-Nếu mạng tinh thể của hợp kim vẫngiữ nguyên kiểu mạng

của kim loại nguyên chất, nhưng làm biếnđổi thông số mạngvà

-Nếu mạng tinh thể của hợp kimkháchẳn với mạng của các

nguyêntố thành phần thì dạng cấu tạo này gọi làhợp chất hoá

4.2 CÁC PHA VÀ TÍNH CHẤT CÁC PHA TRONG HỢP KIM

7

4.2.1 Dung dịch rắn

a Khái niệm:

- Dung dịch rắn có nhiều điểm giống với dung dịch lỏng, song điểm khác nhau cơ bản giữa chúng là dung dịch rắn có cấu tạo tinh thể.

- Khi 2 nguyên tố hoà tan vào nhau ở trạng thái rắn, một nguyêntố giữ nguyên kiểu mạng gọi làdung môi, còn nguyêntố kia phânbố đều vào mạng của nguyên tố dung môi gọi lànguyên

tố hòa tan.

- Kýhiệu của dung dịch rắn bằng các chữ, ,  hoặc A (B)

Trongđó:A– dung môi,

B– nguyên tố hoà tan

8

b Các đặc tính chung của dung dịch rắn

- Có liênkết kim loại;

- Cókiểu mạng tinh thể của kim loại dung môi;

- Thànhphần các nguyên tố có thể thay đổi trong phạm vi nào

đó mà vẫn không làm thay đổi kiểu mạng;

-Độ bền, độ cứng cao hơn kim loại dung môi còn độ dẻo vẫn

khá cao dovẫn giữ nguyên kiểu mạng của kim loại dung môi, (Do

mạng tinh thể bị xô lệch).

-Tuỳ theo vị trí phân bố của nguyên tố hoà tan trong mạng

tinhthể của dung môi, sẽ có hai loại dung dịch rắnthay thếvà

xen kẽ.

9

c Dung dịch rắn thay thế

- Khi nguyên tử của nguyên tố hoà tan thế vào vị trí nút mạng của nguyên tố dung môi thì tạo nên dung dịch rắn thay thế.

Điều

- kiện:D ntht  D ntdm

Tuy

- nhiên vẫn làm xô lệch mạng tăng độ bền, độ cứng và giảm một chút độ dẻo dai so với dung môi

- Nguyên tử dung môi

- Nguyên tử hoà tan

10

Theođộ hoà tan lại chia ra dung dịch rắn (thay thế)hoà tan vô

hạnvàhoà tan có hạn.

❖Dung dịch rắn hoà tan vô hạn

- Khi nguyên tử hoà tan B có thể lần lượt thay thế các vị trí của

nguyên tử dung môi A một cách liên tục, ta được dung dịch rắn

hoà tan vô hạn.

4.2 CÁC PHA VÀ TÍNH CHẤT CÁC PHA TRONG HỢP

KIM

11

Điều kiện cần để hai kim loại hòa tan vô hạn vào nhau là:

- Có cùngkiểu mạng

-Đường kính nguyên tử sai khác nhau ít (dưới 8% khi hoà tan vào Fe)

- Các tínhchất lý, hoá gần giống nhau nhất là nhiệt độ chảy

- Có cùng hoátrị

12

Trang 3

❖Dung dịch rắn hoà tan có hạn

- Khi nguyên tử hoà tan B chỉ có thể thay thế vị trí các nguyên

tử dung môi A đến một giới hạn nào đó (nếu hoà tan thêm sẽ có

kiểu mạng khác), ta được dung dịch rắn hoà tan có hạn.

-Chỉ cần không thoả mãn một trong 4 điều kiện trên sẽ tạo nên

dungdịch rắn hoà tan có hạn.Đây là trường hợp thường gặp.

13

d Dung dịch rắn xen kẽ

- Khi nguyên tử hoà tan xen kẽ vào giữa các nút mạng của kim loại dung môi (tức là xen kẽ vào giữa các lỗ hổng của mạng) ta có dung dịch rắn xen kẽ.

- Nguyêntử hoà tan

14

❖Đặc điểm:

- Cáclỗ hổng của mạng có kích thước nhỏ so với nguyên tử

dung môi A;

- Nguyêntử hoà tan B hoà tan xen kẽ vào mạng của dung môi

A khitỷ số đường kính của chúng thoả mãn hệ thức:

dB 0,59

dA 

- Làloại dung dịch hoà tan có hạn;

- Thường được tạo thành bởi dung môi

là kim loại có đường kính nguyên tử

lớnnhư: Fe, Cr, W, Ti và các nguyên

tố hoà tan làcác á kim cóđường kính

nguyêntử nhỏnhư : C, N, H, B…

15

B

B A

4.2.2 Pha trung gian

+ Đặc tính chung:

- Mạng tinh thể của pha trung gian thường phức tạp và khác các nguyên tố tạo thành nó, nên tính dẻo kém;

- Có tính giòn, độ cứng cao và nhiệt độ nóng chảy khá cao;

- Thành phần cố định hoặc có thể thay đổi trong phạm vi hẹp

Có thể biểu diễn được bằng công thức hoá học;

- Có thể ở nhiều dạng liên kết khác nhau: Liên kết kim loại, ion, đồng hoá trị

- Các pha trung gian thường gặp là pha xen kẽ, pha điện tử

đó là các pha có liên kết kim loại

16

a Pha xen kẽ

- Là loại pha trung gian được tạo nên giữa kim loại và á kim với

các đặc tính sau đây:

+Đường kính nguyên tử á kim (dA) bé hơn của kim loại (dK)

rất nhiều Chúng cũng thoả mãn bất đẳng thức:

dA 0,59

dK  +Mạng tinh thể có dạng đơn giản như lục giác xếp chặt, lập

phương diện tâm, trong đó nguyên tử á kim nằm xen kẽ ở lỗ

hổng của mạng;

17

+ Thành phần hoá học có công thức đơn giản như: KA, KA2, K4A, KA4;

(Ví dụ như những loại các bít đơn giản mà thường gặp: WC, TiC, TaC)

+ Các kim loại có đường kính nguyên tử lớn như: Ti, W, Mo,

V, Nb, Zr, Ta và đôi khi cả Cr, Mn, Fe, thường kết hợp với những á kim có đường kính nguyên tử nhỏ như: C, N, H, B, để tạo thành pha xen kẽ;

+ Tính chất điển hình là rất cứng và nhiệt độ chảy rất cao

4.2 CÁC PHA VÀ TÍNH CHẤT CÁC PHA TRONG HỢP

KIM

18

Trang 4

b Pha điện tử (Pha Hum - Rôđêri)

Là pha phức tạp tạo nên giữa 2 kim loại và có đặc tính sau:

-Về thành phần:Gồm 2 kim loại thuộc 2 nhóm sau:

+ Nhóm 1: Cu, Ag, Au (hoátrị 1) và Fe, Co, Ni, Pd, Pt (nhóm kim

loại chuyển tiếp)

+ Nhóm 2: Be, Mg, Zn, Cd, (hoátrị 2); Al(3), Si , Sn (4)

một trong các giá trị sau:

3 21 7

2 13 4

19

Mỗi giá trị này lại ứng với một kiểu mạng:

3 2 21 13 7 4

- Lập phương thể tâm (pha )

- Lập phương phức tạp (pha )

-Lục giác xếp chặt (pha ) + Thànhphần hoá học có thể thay đổi trong phạm vi hẹp;

+Ở nhiệt độ thấp có tính dòn cao

20

VD: Ở hệ Cu - Zn có các pha điện tử sau:

1.1 2.1 3



- CuZn – pha 

- Cu5Zn8– pha  1.5 2.8 21

5 8 13



- CuZn3– pha  1.1 2.3 7



21

4.2.3 Hỗn hợp cơ học

Sau khikết tinh, các hợp kim ở một trong hai dạng tổ chức sau:

- Có tổ chức một pha : pha dung dịch rắn hoặc pha trung gian;

- Có tổ chức hai hay nhiều pha : đó chính là hỗn hợp cơ học

Khái niệm

- Hỗn hợp cơ học gồm hai hay nhiều pha hỗn hợp với nhau chứ không hoà tan vào nhau.

Vídụ : +Hỗn hợp cơ học của hai dung dịch rắn; của dung dịch rắn và pha trung gian

+ Haidạng điển hình của hỗn hợp cơ học là cùng tinh và cùng tích

22

4.3.1 Khái niệm về giản đồ trạng thái

a Định nghĩa

Giản đồ trạng thái là giản đồ biểu thị sự biến đổi tổ chức pha theo

nhiệt độ và thành phần hoá học của hệ ở trạng thái cân bằng.

Giản đồ trạng thái được xây dựng trong điều kiệnnung nóng và

làm nguội vô cùng chậmtức là ở trạng thái cân bằng

4.3 GIẢN ĐỒ TRẠNG THÁI CỦA HỆ HỢP KIM HAI NGUYÊN

23

24

b Công dụng của giản đồ trạng thái

Từ giản đồ trạng thái có thể biết được:

-Nhiệt độ chảy, nhiệt độ chuyển biến pha của hợp kim với thànhphần đã cho khi nung nóng và làm nguội

 Xác định dễ dàng các chế độ nhiệt khi nấu luyện (để đúc), khi

gia công áplực và nhiệt luyện;

-Trạng thái pha (gồm những pha nào, thành phần của mỗi pha và tỷ lệ giữa những pha đó) của hệ hợp kim ở các nhiệt độ

và thànhphần khác nhau

 Dự đoán được tính chất của hợp kim đã cho để sử dụng vàomục đích khác nhau

Cácchỉ dẫn trên giản đồ trạng thái vẫn là cơ sở cho các suy luận, giải thích

Trang 5

c Cấu tạo của giản đồ trạng thái hai nguyên

- Đối với kim loại nguyên chất

-Đối với hệ hợp kim 2 nguyên

Giản đồ pha của Fe

(Giản đồ một nguyên)

25

+Mỗi điểm trên giản đồ biểu thị một hợp kim có thành phần nhất định, hai đầu mút ứng với hai nguyên chất(100%A + 0%B

và 100%B + 0%A).

+Đường thẳng bất kỳ trên giản đồ ứng với sự biến đổi nhiệt

độ của một hợp kim.Ví dụ đường thẳng vẽ trên giản đồ ứng với hợp kim 80%B + 20%A.

+Khoảng diện tích giữa 2 trục tung được các đường phân chia thànhtừng vùng có trạng thái pha giống nhau và được gọi

là vùngtổ chức

+Hợp kim có trục toạ độ rơi vào vùng nào đó sẽ có trạng thái tương ứng và tổ chức tại vùng đó

26

HK

+Tỉ lệ (về số lượng) giữa các pha hoặc tổ chức được xác

định theoquytắc đòn bẩy:

Lượng pha trái

Lượng pha phải=

Độ dài đoạn thẳng bên phải ( đòn bên phải )

Độ dài đoạn thẳng bên trái ( đòn bên trái )

27

4.3.2 Giản đồ trạng thái hai nguyên loại một

P b + S b

E

B

D C

Pb+L

L

0 C

80

245

13 327

631

%Sb x

28

%B

B + (A+B) A+(A+B)

E

B

D C

A

B+L A+L

L

0 C

80

20 40 60

Giản đồ trạng thái hai nguyên A và B, hoàn toàn hoà tan vào nhau ở trạng thái lỏng, không hoà tan vào nhau ở trạng thái rắn

và không tạo thành pha trung gian.

a Một số khái niệm

-Đường lỏng - đường

AEB: là đường mà khi

nguội đến đó, hợp kim

lỏng sẽ bắt đầu kết tinh;

-Đường đặc - đường

CED: là đường mà khi

làm nguội đến đó hợp

kim lỏng sẽ kết thúc kết

tinh,nghĩa là dưới đường

đặc sẽ không còn pha

lỏng nữa;

29

- Khuvực nằm trên đường lỏng, hợp kim hoàn toàn ở trạng tháilỏng (L);

- Khuvực nằm giữa đường lỏng và đường đặc sẽ gồm hai pha lỏng và pha rắn đã được kết tinh;

Ví dụ:

- Khu vực AEC - ( L + A)

- Khu vực BED - ( L + B).

30

Trang 6

-ĐiểmEgọi là điểmcùng tinh Phalỏng có thành phần ứng

với điểmE có tính chất đặc biệt là tại nhiệt độ này pha lỏng

kết tinh ra đồng thờicả hai pha rắn (A + B)vàđược gọi làhỗn

hợp cơ học cùng tinh.

Quy ước như sau:

-Hợp kim có thành phầnở chính

điểm Egọi làhợp kim cùng tinh;

-Hợp kim có thành phần ởbên

trái điểm E gọi là hợp kim trước

cùng tinh.

-Hợp kim có thành phần ởbên

phải điểm E gọi là hợp kim sau

cùng tinh.

31

Ví dụ: Xét sự kết tinh của hợp kim: 60%Sb + 40%Pb + Phía trên điểm 1 hợp kim?

+ Phía dưới điểm 2 hợp kim?

+ Trong khoảng 12 hợp kim?

Tại 1 là điểm bắt đầu kết tinh hay kết thúc nóng chảy và tại 2

là điểm bắt đầu nóng chảy hay kết thúc kết tinh.

32

VD:Xácđịnh tỉ lệ các pha của hợp kim 60%Sb + 40%Pb tại 400C

-Hợp kim lỏng tại a’’(37%Sb) và tinh thể B tại a’ là 1(100%Sb)

a

B

L

a











40 37

60

60 100

Sb

L

100





 Pha lỏng chiếm  63 , 5 % 

63

23 , pha rắn chiếm

33

b Các đặc tính của hợp kim

+ Cơ lý tính:

- Hợp kim sẽ có tính chất trung gian giữa nguyên A và B theo quan hệ đường thẳng

- Tính chất của hợp kim = %A x tính chất của A + %B x tính chất của B.

Chì có độ cứng 4 HB, ăntimon có độ cứng 30 HB

Thìhợp kim 60%Pb + 40%Sb

cóđộ cứng là:

60%x4 + 40%x30 = 14 HB

34

+ Tính công nghệ:

- Tínhđúc tốt, nhất là những hợp kim lân cận cùng tinh;

- Tính gia côngcắt gọt nói chung là tốt vì phoi dễ gẫy nên năng

suất cắt gọt cao;

- Còn tính gia công áplực nói chung kém vì tính dẻo của hợp

kimthuộc loại này không cao

35

4.3.3 Giản đồ trạng thái hai nguyên loại hai

Giản đồ trạng thái hai nguyên A và B hoà tan hoàn toàn vào nhau ở trạng thái lỏng cũng như trạng thái rắn, không tạo thành pha trung gian.

n A

B m

- Vùng giữa hai đường lỏng

vàđặc gọi là khoảng đông vùng nàygồm hai pha là pha lỏng và dungdịch rắn ( L + )

- là dung dịch rắn hoà tan vô hạn của A(B) hoặc B(A)

36

Trang 7

- Trongthực tế hệ hợp kim Cu – Ni, Al2O3– Cr2O3 có kiểu

giản đồ này

37

L

Ví

❖ dụ:Xét sự kết tinh của hệ hợp kim 35%Cu – 65%Ni

60

+ Tại điểm 1 – 1300C tồn tại pha lỏng

+ Tại điểm 2 – 1270C,

2’’– dung dịch rắn (49%Ni) +Tại điểm 3– 1250C, gồm:

-Hợp kim: 3 – 35%Ni;

- Phalỏng: 3’ – 30%Ni;

-Dung dịch rắn: 3’’ – 43%Ni

38

39

60

❖ Tỉ lệ giữa các pha tại 1250C:

33'

' 33'

α

L

'

3'

3'

8 30

-35

35

3'

43 35

3'3'' 43 30 13



3'

35 30

38,5%

3'3'' 43 30 13



❖ C ác đặc tính của hợp kim

+ Cơ lý tính:

-Cơ lý tính phụ thuộc vào thành phần theo quan hệ đường cong cócực trị;

-Độ bền, độ cứng cao hơn kim loại dung môi và chúng có giá trị lớn nhất khi hai kim loại hoà tan vào nhau nhiều nhất (50%A + 50%B);

- Tínhdẻo tuy không cao bằng kim loại dung môi, song vẫn cònđủ cao để gia công áp lực tốt

40

+ Tính công nghệ:

- Tính đúc của hệ hợp kim này nói chung kém, song nó phụ thuộc

vào khoảng đông;

Khoảng đông càng hẹp tính đúc càng tốt, bởi vì thành phần

giữa pha lỏng và pha rắn không khác nhau nhiềudo đó khả

năng điền đầy khuôn và mật độ vật đúc cao hơn.

- Tính gia công áplực tốt vì độ dẻo

cao;

-Tính gia công cắt gọt nói chung

kém vì độ dẻo cao làm phoi khó

gẫy

L

41

4.3.4 Giản đồ trạng thái hai nguyên loại ba

Giản đồ trạng thái hai nguyên A và B hoà tan vô hạn vào nhau ở trạng thái lỏng, hoà tan có hạn vào nhau ở trạng thái rắn, không tạo thành pha trung gian

+ Đường lỏng AEB

+ Đườmg đặc ACEDB

+ E- Điểm cùng tinh

E

Điển hình là hệ hợp kim chì -thiếc (Pb-Sn)

42

Trang 8

-:là dung dịch rắn hoà tan có hạn A(B).Sự hoà tan có hạn

thể hiện ở đường CF choãi về phía trái chứng tỏ nhiệt độ càng

thấp độ hoà tan càng giảm (độ hoà tan lớn nhất tại nhiệt độ cùng

tinh)

43

- :là dung dịch rắn

hoà tan có hạn B(A)

-Sự hoà tan có hạn thể

hiện ở đường DG choãi

về bên phải, chứng tỏ

nhiệt độ thấp thì độ hoà

tangiảm

E

-Giản đồ loại III này là do hai giản đồ loại I và loại II ghép lại,chỉ khácở chỗ hoà tan có hạn Có thể phân tích như sau:

+ Cáchợp kim nằm ở phía trái điểm F và ở phía phải điểm G

có quyluật kết tinh giống giản đồ loại II;

+ Cáchợp kim có thành phần nằm trong khoảng C’D’ có quy luật kết tinh giống như giản đồ loại I;

+ Cáchợp kim có thành phần nằm trong khoảng FC’

vàD’G có quy luật kết tinh hơi khác;

44

L+

45

❖ Xétsự kết tinh của hệ hợp kim 60%Pb – 40%Sn

+ Tại điểm 1 – 300C tồn tại pha lỏng

+ Tại điểm 2 – 245C,

2’– dung dịch rắn (13,3%Sn)

+Tại điểm 3– 200C, chứa:

- Dungdịch rắn: a’ – 18,5

%Sn;

- Phalỏng: a’’ – 57%Sn

❖ Tỉ lệ giữa các pha tại 200C:

17 18,5 -40 40 -57 L α ' a'

% 84 , 55 5 , 38 5 , 21 ' a'

3a'



,16%

4 38,5

17 ' a' ' 3a'



L+

46

4.3.5 Giản đồ trạng thái hai nguyên loại bốn

Giản đồ trạng thái hai nguyên A và B không hoà tan vào nhau

ở trang thái rắn nhưng tạo nên pha trung gian ổn định.

- Pha trung gian có công

thức tổng quát là AmBn

(viết tắt là H) được biểu

thị bằng đường thẳng

đứng, còn điểm H là điểm

chảy của nó

VD: Hệ Mg-Ca có pha

trung gian là: Mg4Ca3

47

4.3.6 Xử lý giản đồ pha hai cấu tử

Đối với một nhiệt độ và thành phần nhất định, ta có thể sử dụng giản đồ pha để xác định:

1) Các pha tồn tại 2) Thành phần của các pha 3) Tỷ lệ tương đối của các pha

❖Tìm thành phần trong vùng hai pha:

1 Xác định vị trí thành phần và nhiệt độ trong giản đồ.

2 Trong vùng hai pha vẽ đường nối nằm nganghoặc đẳng nhiệt.

3 Lưu ý giao điểm với các biên giới pha Đọc kết quả thành phần tại các điểm giao.

Đây là thành phần của các pha lỏng và pha rắn.

ng B

B

Xr¾

48

Trang 9

❖ Quy tắc đòn bẩy - Tìm lượng pha trong vùng hai pha:

1 Xácđịnh vị trí thành phần và nhiệt độ

tronggiản đồ

2 Trong vùng hai phavẽ đường nối nằm

nganghoặc đẳng nhiệt

3.Tỷ lệ của một pha được xác định bởi việc

lấychiều dàicủa đường nối nằm ngang đến

biêngiớipha nàychopha cònlại, và chia cho

tổng chiều dài của đường nối nằm ngang

Quytắc đòn bẩy là một phép loại suy cơ

học cho việc tính toán cân bằng khối lượng

Đường nối nằm ngang trong vùng hai pha là

tương tự như một đòn bẩy cân bằng trên một

điểm tựa

49

❖Nguồn gốc của quy tắc đòn bẩy:

1) Toàn bộ vật liệu phải ở pha này hay pha còn lại:

2) Khối lượng của một cấu tử tồn tại trong cả hai pha sẽ bằng với khối lượng của cấu tử này trong pha thứ nhất + khối lượng của cấu tử này trong pha thứ hai:

3) Nghiệm của các phương trình này cho chúng ta quy tắc đòn bẩy

L

W W  1

L



50

❖ Ví dụ: Thành phần và lượng pha:

L

0 L L

L

S W

R S

R W

R S















0 L

C 35 wt %

C 31.5 wt %

C 42.5 wt %



Các tỷ lệ khối lượng:

51

4.4.1 Đặc điểm các nguyên tố (sắt - carbon)

a Sắt

+ Đặc điểm:

- Sắt là nguyên tố kim loại thuộc nhóm VIII của hệ thống tuần hoàn, nó thuộc nhóm kim loại chuyển tiếp;

- Rất khó luyện ra sắt nguyên chất tuyệt đối Sắt nguyên chất

kỹ thuật chứa khoảng 99,3 99,9% và 0,1  0,7% tạp chất;

4.4 GIẢN ĐỒ TRẠNG THÁI SẮT - CARBON

52

-Về cơ tính sắt là kim loại dẻo dai song kém bền, các chỉ tiêu

về cơ tính như sau:

+Giới hạn bền kéo: b= 250 N/mm2;

+Giới hạn chảy: 0,2= 120 N/mm2;

+Độ dãn dài tương đối: = 50%;

+Độ co thắt tương đối:  = 85%;

+Độ dai va đập: ak= 3000 kJ/m2;

- Sắt là kim loại có tính thù hình gồm:

+Mạng lập phương tâm khối:

Tồn tại ở 911C – Fe- và 1392C  1539C – Fe-);

+Mạng lập phương tâm diện:

Tồn tại ở 911C  1392C – Fe-

53

b Carbon

Carbon là nguyêntố á kim thuộc nhóm IV của hệ thống tuần hoàn Nótồn tại dưới các dạng sau:

- Vô định hình như than gỗ, than đá;

- Kim cương với kiểu mạng kim cương rất cứng.Đó là dạng thù hình khôngổn định Ở nhiệt độ và áp suất cao kim cương trở lên ổn định,

- Graphit với kiểu mạng lục giác xếp theo lớp.Khoảng cách giữa các lớp khá xa nên lực liên kết giữa chúng yếu và rất dễ táchlớp Graphit rất mềm

54

Trang 10

4.4.2 Tương tác giữa các bon và sắt

r c= 0,077 nm r Fe= 0,124 nm

 Có thể hoà tan vào mạng tinh thể của sắt dưới dạngxen

kẽ, song haikiểu mạng tinh thể của sắt có khả năng hoà tan

rất khác nhau

+ Mạng lập phương tâm khối – Fe- ,Fe-

Số lỗ hổng nhiều nhưngr lhr ctuy nhiên Carbonvẫn hoà

tan vào Fe- (tại biên giới hạt và sô lệch mạng)

Thực tế ở 727C Carbon hoà tan được 0,02% vào Fe-

ở 1499C Carbon hoà tan được 0,1% vào Fe-

a Tạo thành dung dịch rắn của Carbon trong sắt

55

+ Mạng lập phương tâm mặt – Fe

Số lỗ hổng ít nhưngr lhr c nguyên tử Carbon chui vào lỗ hổng dễ dàng và gây sô lệch mạng

Thực tế ở 727C lượng Carbon có thể hoà tan tới 0,76%

(~0,8%) trong Fe-

Như vậy kiểu mạng lập phương tâm mặt có khả năng hoà tan lượng Carbon nhiều hơn kiểu mạng lập phương tâm khối.

56

b Tạo thành cácbít sắt

+ Fe3C - 6,67%C;

+ Fe2C - 9,67%;

+ FeC - 16,67%

Thực tế các hợp kim Fe - C chỉ dùng với lượng Carbonkhông

vượt quá 5%, nên chỉ gặp hợp chất hoá học của Fe3C –

Xêmentit:

+ Fe 3 C là loại pha xen kẽ có kiểu mạng phức tạp, nhiệt độ

chảy khoảng 1600C rất cứng và giòn;

+ Fe 3 C là pha không ổn định, ở nhiệt độ cao nó phân tích

thành sắt và graphit.

c Tạo thành hỗn hợp cơ học

Hỗn hợp cơ học của hệ hợp kim Fe - C gồmcùng tinhvà

cùng tích Làhỗn hợp cơ học của dung dịch rắn và Xêmentit

57

4.4.3 Dạng của giản đồ

Giản đồ trạng thái Fe - C là hai nguyên Fe và C

0,7 6

58

-ABCDlà đường lỏng;

-AHJECFlà đường

đặc;

-ECFlà đường cùng

tinh;

- Clà điểm cùng tinh;

-PSKlà đường cùng

tích;

- Slà điểm cùng tích;

-ES -Giới hạn hoà tan

C trong Fe;

-PQ -Giới hạn hoà

tan C trong Fe

a Giản đồ pha Fe – Fe 3 C

0,76

59

A– 1539C – 0%C

B– 1499C – 0,5%C

C– 1147C – 4,3%C

D– 1600C – 6,67%C

E– 1147C – 2,14%C

F– 1147C – 6,67 %C

G– 911C – 0%C

H– 1499C – 0,1%C

J – 1499C – 0,16%C

K– 727C – 6,67%C

L– 0C – 6,67%C

N– 1392C – 0%C

P– 727C – 0,02%C

Q– 0C – 0,006%C

S– 727C – 0,76%C

0,76 4.4 GIẢN ĐỒ TRẠNG THÁI SẮT - CARBON

60

Định dạng
Số trang	15
Dung lượng	1,5 MB