Bài giảng vật liệu học - Chương 2: Cấu trúc vật liệu kim loại potx

C ấu trúc tinh thể của kim loại... 2.1.4.Dạng thù hình Khái niệm : Những cấu trúc tinh thể  của cùng một chất rắn gọi là các dạng thù hình Graphit Kim cương...  Chuyển biến thù hình :

VẬT LIỆU HỌC

Chương-2 Cấu trúc vật liệu kim loại

2.1.Cấu trúc kim loại ngyên chất

2.2.Hợp kim & giản đồ trạng thái

2.1.Cấu trúc của kim loại nguyên chất

2.1.1.Cấu trúc lập phương thể tâm

2.1.2.Cấu trúc lập phương diện tâm

2.1.3.Cấu trúc lục phương xếp chặt

2.1.4.Dạng thù hình

2.1.5.Sự kết tinh của kim loại

2.1.1.Cấu trúc lập phương thể tâm

• Ô cơ sở: khối lập phương

 e = đỉnh : 8 nguyên tử + Tâm : 1 nguyên tử = 9 ngtử

Ví dụ 33 :

2.1.1.Cấu trúc lập phương thể tâm

• Số nguyên tử trong ô cơ sở (Trung b ình) :

n v = 8 x 1/8 + 1 = 2 ng.tử

Ví dụ 34:

• Số phối vị : K = 8

2.1.1.Cấu trúc lập phương th ể tâm

Ví dụ 36 :

• Mật độ nguyên tử

V = a 3

% 68

%

100 V

πRR 3

4 n

V

v M

3 v

2.1.1.Cấu trúc lập phương thể tâm

• Mạng tinh thể =  ô cơ sở

2.1.1.Cấu trúc lập phương thể tâm

Ví dụ 37 :

• Các kim loại : Fe  , Cr , Mo , W

2.1.1.Cấu trúc lập phương thể tâm

2.1.2.Cấu trúc lập phương di ện tâm

• Ô cơ sở: khối lập phương

 e = 8 nguyên tử + 6 nguyên tử = 14 ngtử

Ví dụ 38 :

• Số nguyên tử trong ô cơ sở:

n v = 8 x 1/8 + 6/2 = 4 ng.tử

2.1.2.Cấu trúc lập phương diện tâm

Ví dụ 39 :

• Số phôi vị : K = 4 x 2 + 4 = 12

2.1.2.Cấu trúc lập phương diện tâm

• Mật độ nguyên tử

V = a 3

% 74

%

100 V

πRR 3

4 n

V

v M

3 v

2.1.2.Cấu trúc lập phương di ện tâm

• Mạng tinh thể =  ô cơ sở

2.1.2.Cấu trúc lập phương diện tâm

Ví dụ 40 :

• Các kim loại : Fe , Ni, Cu, Al

2.1.2.Cấu trúc lập phương diện tâm

• Ô cơ sở: khối lăng trụ lục giác đều

 e = Đỉnh : 6x 2 + Đáy : 1 x 2 + Tâm : 3 = 17 ngtử 2.1.3.Cấu trúc lục phương xếp chặt

Ví dụ 41 :

• Số nguyên tử trong ô cơ sở:

n v = 12 x 1/6 + 2x1/2 + 3 = 6 ng.tử

2.1.3.Cấu trúc lục phương xếp chặt

Ví dụ 42 :

8 a

1

C 

• Số phôi vị : K = 3 x 2 + 6 = 12

2.1.3.Cấu trúc lục phương xếp chặt

Ví dụ 42 :

3

4 6

%

100 V

πRR 3

4 n

V

v M

3 v

V    1 633  3  sin 60

o bh

• Các kim loại : Ti , Mg , Zn

2.1.3.Cấu trúc lục phương xếp chặt

C ấu trúc tinh thể của kim loại

2.1.4.Dạng thù hình

 Khái niệm : Những cấu trúc tinh thể  của cùng một chất rắn gọi là các dạng thù hình

Graphit Kim cương

Graphit Kim cương

 Chuyển biến thù hình :

Qúa trình thay đổi cấu trúc mạng tinh thể từ dạng thù hình này sang dạng thù hình khác

 Nguyên nhân:

T, P thay đổi => Các nút mạng (ion, nguyên tử, phân tử) :

biến dạng (thay đổi kích thước)

=> Thay đổi lực liên kết

=> Biến dạng cấu trúc tinh thể

2.1.4.Dạng thù hình

• Ký hiệu :  ,  ,  ,  theo chiều tăng Nhiệt độ

2.1.5.S ự kết tinh c ủa kim loại

Ví dụ 22: Đường nguội của Cu

 Quá trình kết tinh : gồm 2 qúa trình :

• Sinh mầm : trong kim loại lỏng

Nhóm nguyên tử trật tự gần Cố định lại

• Phát triển mầm: bổ xung các nguyên tử bên cạnh

Hai qúa trình xảy ra song song đồng thời =>

Tinh thể nhánh cây  lớn lến  Chạm khít vào nhau: L = 0 ~ Kết tinh: kết thúc

2.1.5.Sự k ết tinh c ủa kim loại

2.1.5.S ự kết tinh của kim loại

Ví dụ 23: Sự hình thành tinh thể

• Ví dụ 24: Tinh thể nhánh cây

2.1.5.Sự kết tinh của kim loại

 Sản phẩm qúa trình:

Tinh thể nhánh cây = Hạt tinh thể

Bề mặt phân cách = Biên giới hạt

 Ví dụ 25 : Hạt kim lọai

2.1.5.Sự kết tinh của kim loại

2.1.6.2.Sai lệch đường-Lệch

 Khái niệm :

Sai lệch có kích thước nhỏ (kt nguyên tử) theo 2

(thẳng, cong, xoắn ốc)

Ví dụ 50 :

2.1.6.2.Sai lệch đường-Lệch

Ví dụ 52 : Sai lệch biên

2.1.6.2.Sai lệch đường-Lệch

Ví dụ 54 : Sai lệch xoắn

2.2.1.Hợp kim

2.2.2.Giản đồ trạng thái

2.2.3.Giản đồ hợp kim Fe-C

2.2.4.Công dụng của giản đồ

2.2.Hợp kim & Giản đồ trạng thái

2.2.1.Hợp kim

2.2.1.1.Khái niệm về hợp kim

2.2.1.2.Chế tạo hợp kim

2.2.1.3.Các tổ chức của hợp kim

Thép : Fe+C Đồng thau :Cu+Zn

2.2.1.1.Khái niệm về hợp kim

 Hợp kim : Me+Me hoặc Me+A

2.2.1.2.Chế tạo hợp kim

 Phương pháp : nấu luyện ở nhiệt độ cao

 Cơ sở : giản đồ Nhiệt độ (T)-thành phần (%)

2.2.1.3.1.Dung dịch rắn

• Khái niệm:

Là tổ chức của hợp kim

tạo bởi 2 hay nhiều nguyên

tố, có khả năng hòa tan

vào nhau ở trạng thái rắn

và tạo nên một thể rắn đồng nhất

• 2 lọai : D.dịch đặc thay thế & D.dịch đặc xen kẽ

A(B)

Dung dịch rắn thay thế

Dung dịch rắn xen kẽ

• Ký hiệu: A(B)

A: Nguyên tố dung môi : Nồng độ > 50% B: Nguyên tố hòa tan : Nồng độ < 50%

• Đặc điểm:

 Mạng tinh thể: mạng của dung môi

 Tính chất: mang tính chất dung môi

• Ví dụ: Ferit Fe(C) :

Mạng tinh thể

=> Tính chất của Fe : HB-thấp ;  ,  & a k cao

Fe 

2.2.1.3.2.Hợp chất hóa học

• Khái niệm:

là tổ chức của hợp kim

được cấu thành bởi

2 hay nhiều nguyên tố,

• Ví dụ: Fe 3 C => Thép cứng & giòn hơn

Fe & C nguyên chất

3.1.3.3.Hỗn hợp cơ học

• Định nghĩa:

là tổ chức của hợp kim

được cấu thành bởi 2

hay nhiều nguyên tố

hỗn hợp lại với nhau ở

trạng thái rắn.

2.2.2.Giản đồ trạng thái

2.2.2.1.Cách xây dựng giản đồ

2.2.2.2.Các lọai giản đồ trạng thái

1-Vẽ đường nguội T = f() của hợp kim => T nc ; nc T kt

2-Đưa T nc ,T kt lên hệ trục tọa độ: T tung : T, o C

T.hòanh : Nồng độ, %

3-Nối các điểm T nc  Đường lỏng

Nối các điểm T kt  Đường đặc

4-Điền các tổ chức của hợp kim vào các vùng tương ứng

2.2.2.1.Cách xây dựng giản đồ

Vẽ đường nguội  T nc , T kt

Hệ truc toạ độ : T-%  Nối T nc ,Đường L

Xây dựng giản đồ Cu-Ni

2.2.2.2.Các loại giản đồ

GĐ lọai I : không hòa tan vào nhau

GĐ lọai II : hòa tan vô hạn vào nhau

GĐ lọai III: hòa tan có hạn vào nhau

GĐ lọai IV: tạo thành hợp chất hóa học

GĐ lọai I -Không hòa tan vào nhau

Ví dụ : HK Cd-Bi

GĐ lọai II -Hòa tan vô hạn vào nhau

Ví dụ : HK Ni-Cu

GĐ lọai III -Hòa tan có hạn vào nhau

Ví dụ : HK Pb-Sn

GĐ lọai IV-Tạo hợp chất hóa học

Ví dụ : HK Cd-Sb

2.2.3.Giản đồ hợp kim Fe-C

2.2.3.1.Chuyển biến thù hình của của Fe

2.2.3.2.Các tổ chức của hệ hợp kim Fe-C

2.2.3.3.Giản đồ HK Fe-C (Fe-Fe3 C)

• Khi nung nóng Fe thay đổi cấu trúc tinh thể:

2.2.3.1.Chuyển biến thù hình của của Fe

2.2.3.2.Các tổ chức của hệ hợp kim Fe-C

• Ferit (Fe  (C)): D.dịch rắn của cacbon hoà tan trong Fe 

C min =0.006% T = phòng

C max =0.02% T = 727 o C

Mạng : LPTT Tổ chức : các hạt sáng, đa cạnh

Tính chất : dẻo, mềm  b =25-30 HB=80-100

• Austenit (Fe  (C)): D . dịch rắn của cacbon h.tan trong Fe.

Phân loại thép

• Thép:

 Định nghĩa: Hợp kim của Fe-C có C < 2.14%

 Phân loại: 3 loại

Thép trứơc cùng tích : P + F khi C < 0.8% Thép cùng tích :P = (F + Xe) khi C = 0.8% Thép sau cùng tích :P + Xe II khi C > 0.8%

Tổ chức tế vi của thép

Tổ chức tế vi của thép

• Định nghĩa :Hợp kim của Fe-C có C > 2.14 %

• Phân loại: 3 loại

Gang trước cùng tinh :Le + P + Xe II khi C < 4.3 % Gang cùng tinh : Le = (P + Xe I ) khi C= 4.3 % Gang sau cùng tinh :Le + Xe I khi C >4.3%.

Phân loại gang

Tổ chức tế vi của gang trắng

Gang trước cùng tinh

2.2.4.1.Xác định nhiệt độ T nc ; T kt của hợp kim

2.2.4.2.Xác định thành phần các pha của hợp kim 2.2.4.3.Các chuyển biến pha của hợp kim

2.2.4.Công dụng của giản đồ

Ví dụ : HK Ni-Cu-60-40

T.hòanh : Ni = 60%  kẻ // trục tung

 cắt đường đặc kẻ // trục hòanh  T kt

2.2.4.1.Xác định T nc , T kt của hợp kim

Ví dụ: Thành phần thép cacbon

Ví dụ: Thành phần thép cacbon C = 0.4%

Các pha : Ferit (F) +Peclit (P)

% 50.38

100 0.394

0.4

0.4

= +

F

0.394

0.4 0.006

F

% 49.62

100 0.394

2.2.4.3.Các chuyển biến pha của hợp kim

1-Chuyển biến của thép cùng tích 2-Chuyển biến của thép trước cùng tích 3-Chuyển biến của sau cùng tích

4-Chuyển biến của gang

T = 723 o C: Fe  -0.83  ( Fe  -0.02 +Fe 3 C )

1-Chuyển biến của thép cùng tích

3-Chuyển biến của thép sau cùng tích

4-Chuyển biến của gang