MẬ hỨ nh ẼÈn tinh thể a, Ẽa tinh thể b, tỗ chực tế vi kim loỈi Ẽa tinh thể c, cấu trục cũa siàu hỈt d... Mô hì nh textua trong dây nhôm sau khi kéo sợi vectơ V biểu thị hướng kéo, trục t
Trang 116 thẬ ng sộ mỈ ng song ph− È ng lỈ i Ẽ Þ nh h− ợ ng khÌ c nhau (mang tÝ nh ngẫ u nhià n) vẾ lià n kế t vợ i nhau qua vủ ng ranh giợ i Ẽ− ù c gồ i lẾ bià n hỈ t (hay bià n giợ i hỈ t) nh− trỨ nh bẾ y ỡ hỨ nh 1.20b
Tử mẬ hỨ nh Ẽ ọ thấ y ró :
- Mố i hỈ t lẾ mờ t khộ i tinh thể hoẾ n toẾ n Ẽ ổ ng nhấ t, thể hiệ n tÝ nh dÞ h− ợ ng
- CÌ c hỈ t Ẽ Þ nh h− ợ ng ngẫ u nhià n vợ i sộ l− ù ng rấ t lợ n nà n thể hiệ n tÝ nh Ẽ Ị ng h− ợ ng
- Bià n hỈ t chÞ u ả nh h− ỡ ng cũ a cÌ c hỈ t xung quanh nà n cọ cấ u trụ c “trung gian” vẾ vỨ
vậ y s¾ p xế p khẬ ng trậ t tỳ (xẬ lệ ch) nh− lẾ vẬ Ẽ Þ nh hỨ nh , kÐ m xÝ t chặ t vợ i tÝ nh chấ t khÌ c vợ i bả n thẪ n hỈ t
- Cọ thể quan sÌ t cấ u trụ c hỈ t Ẽ a tinh thể hay cÌ c hỈ t nhở kÝ nh hiể n vi quang hồ c (hỨ nh 1.20c)
b
b ườ hỈ tườ hỈ tườ hỈ t
ườ hỈ t cọ thể quan sÌ t Ẽ Þ nh tÝ nh qua mặ t g· y, Ẽ ể chÝ nh xÌ c phả i xÌ c Ẽ Þ nh trà n tỗ chự c tế vi
Cấ p hỈ t theo tià u chuẩ n ASTM: phẪ n thẾ nh 16 cấ p chÝ nh Ẽ Ì nh sộ tử 00, 0, 1, 2 , 14 theo trậ t tỳ hỈ t nhõ dầ n, trong Ẽ ọ tử 1 Ẽ ế n 8 lẾ thẬ ng dừ ng
Cấ p hỈ t N=3,322lgZ+1, vợ i Z lẾ sộ hỈ t cọ trong 1inch2 (2,542≈ 6,45cm2) d− ợ i Ẽ ờ phọ ng Ẽ Ỉ i 100 lầ n
Ng− ở i ta th− ở ng xÌ c Ẽ Þ nh cấ p hỈ t bÍ ng cÌ ch so sÌ nh vợ i bả ng chuẩ n ỡ Ẽ ờ phọ ng Ẽ Ỉ i (th− ở ng lẾ x100) hoặ c xÌ c Ẽ Þ nh trà n tỗ chự c tế vi CÌ c sộ liệ u phẪ n cấ p hỈ t xem trong bả ng 1.2
Bả ng 1.2 CÌc cấp hỈt chuẩn chÝ nh theo ASTM
Z thỳ c/mm2
S hỈ t, mm2 0,258 0,129 0,0645 0,032 0,016 0,008 0,004 0,002 0,001 0,0005
Z(x100)/inch2
256 512 1024 2048 4096 8200
S hỈ t, mm2 2.10-4 1.10-4 6.10-5 3.10-5
1,6.10-5 7,88.10-6
HỨ nh 1.20. MẬ hỨ nh ẼÈn tinh thể (a),
Ẽa tinh thể (b),
tỗ chực tế vi kim loỈi Ẽa tinh thể (c),
cấu trục cũa siàu hỈt (d)
Trang 217
Hì nh 1.21 Thang ảnh cấp hạt chuẩn ứng với độ phóng đại x100
c
c Siê u hạ tSiê u hạ tSiê u hạ t
Nế u như khố i đ a tinh thể gồ m cá c hạ t (kí ch thư ớ c hà ng chụ c - hà ng tră m àm)
vớ i phư ơ ng mạ ng lệ ch nhau mộ t gó c đ á ng kể (hà ng chụ c đ ộ ), đ ế n lư ợ t mỗ i hạ t nó
cũ ng gồ m nhiề u thể tí ch nhỏ hơ n (kí ch thư ớ c cỡ 0,1 ữ 10àm) với phương mạ ng lệ ch nhau mộ t gó c rấ t nhỏ (≤ 1-2o
) gọ i là siê u hạ t hay block (hì nh 1.20d) Biê n giớ i siê u hạ t cũ ng bị xô lệ ch như ng vớ i mứ c đ ộ rấ t thấ p
1.6.3
1.6.3 TextuaTextuaTextua
Hì nh 1.22 Mô hì nh textua trong dây nhôm sau khi kéo sợi (vectơ V biểu thị hướng kéo, trục textua là [111])
Do biế n dạ ng dẻ o là m phư ơ ng mạ ng đ ị nh hư ớ ng tạ o nê n textua Ví dụ , khi ké o
sợ i nhô m (hì nh 1.22), tinh thể hì nh trụ khi đ ú c, khi phủ
Cấ u trú c đ a tinh thể có textua → vậ t liệ u có tí nh dị hướng ứng dụng cho thé p biế n thế , t/c từ cự c đ ạ i theo chiề u textua, cự c tiể u theo phư ơ ng vuô ng gó c → giả m tổn thấ t
Trang 3
18 1.7
1.7 Sỳ kế t tinh vẾ hỨ nh thẾ nh tỗ chực cũa kim loỈ iSỳ kế t tinh vẾ hỨ nh thẾ nh tỗ chực cũa kim loỈ iSỳ kế t tinh vẾ hỨ nh thẾ nh tỗ chực cũa kim loỈ i
Phầ n lợ n kim loỈ i hù p kim Ẽ− ù c chế tỈ o (luyệ n) ra → Ẽục, tực qua kế t tinh, sau
Ẽ ọ → cÌ n → bÌ n thẾ nh phẩ m vẾ sả n phẩ m
Kế t tinh lẾ b− ợ c khỡ i tỈ o hỨ nh thẾ nh tỗ chự c hỈ t, tinh thể → Ẽờ hỈ t, tỗ chực mong muộ n
1.7.1
1.7.1 ưiề u kiệ n xả y ra kế t tinhưiề u kiệ n xả y ra kế t tinhưiề u kiệ n xả y ra kế t tinh
a
a Cấ u trục ỡ trỈ ng thÌi lõngCấ u trục ỡ trỈ ng thÌi lõngCấ u trục ỡ trỈ ng thÌi lõng
Chấ t lõ ng chì cọ trậ t tỳ gầ n, trong Ẽ ọ cọ nhứ ng nhọ m nguyà n tữ s¾ p xế p trậ t tỳ , chụ ng ỡ trỈ ng thÌ i cẪ n bÍ ng Ẽ ờ ng Về mặ t cấ u trụ c trỈ ng thÌ i lõ ng gầ n trỈ ng thÌ i tinh thể hÈ n, cÌ c Ẽ Ì m nguyà n tữ → lẾ tẪ m mầ m giụp cho kế t tinh
b
b Biế n Ẽỗ i nẨ ng l−ù ng khi kế t tinhBiế n Ẽỗ i nẨ ng l−ù ng khi kế t tinhBiế n Ẽỗ i nẨ ng l−ù ng khi kế t tinh
HỨ nh 1.23 biể u thÞ sỳ biế n Ẽ ỗ i nẨ ng l− ù ng ∆G cũa cÌ c trỈ ng thÌ i lõng (∆GL) vẾ r¾ n (∆GR) (tinh thể ) theo nhiệ t Ẽ ờ :
- ỡ nhiệ t Ẽ ờ T > TO vậ t thể tổ n tỈ i ỡ trỈ ng thÌ i
lõ ng ∆GL<∆GR
- ỡ nhiệ t Ẽ ờ To < TO, ∆GR<∆GL→ ẼẬng Ẽặ c
TO Ẽ − ù c gồ i lẾ nhiệ t Ẽ ờ kế t tinh hay nọ ng chả y
T = TO→ kế t tinh (nọng chả y) ch−a xả y ra KT&NC chì xả y ra khi cọ ∆T ≠ 0
HỨ nh 1.23 Biến Ẽỗi nẨng l−ùng tỳ do cũa hệ c
c ườ quÌ nguờ iườ quÌ nguờ iườ quÌ nguờ i
ườ quÌ nguờ i ∆T: nguời d−ợi TO
∆T = T - TO < 0
∆T thay Ẽỗi tử rấ t nhõ (1 ứ 2o
C) Ẽ ế n rấ t lợ n (hẾ ng chừ c, trẨ m Ẽ ế n nghỨ n oC) tủ y theo tộ c Ẽ ờ lẾ m nguờ i khi kế t tinh Nguờ i chậ m trong khuẬ n cÌ t ∆T lợn hÈn khi nguời nhanh trong khuẬ n kim loỈ i
Khi nung nọ ng: sỳ nọ ng chả y sé xả y ra ỡ nhiệ t Ẽ ờ T > TO, ∆T Ẽ−ùc gồi lẾ Ẽờ quÌ nung
1.7.2
1.7.2 Hai quÌ trỨ nh cũa sỳ kế t tinhHai quÌ trỨ nh cũa sỳ kế t tinhHai quÌ trỨ nh cũa sỳ kế t tinh
Gổ m hai quÌ trỨ nh cÈ bả n nội tiế p nhau xả y ra lẾ tỈ o mầ m vẾ phÌ t triể n mầ m
a TỈ o mầ m
a TỈ o mầ m
TỈ o mầ m lẾ quÌ trỨ nh sinh ra cÌ c phầ n tữ r¾ n cọ cấ u trụ c tinh thể , vợ i kÝ ch th− ợ c Ẽ ũ lợ n, chụ ng khẬ ng bÞ tan Ẽ i nh− tr− ợ c Ẽ ọ mẾ phÌ t triể n là n nh− lẾ trung tẪ m
cũ a tinh thể (hỈ t), hai loỈ i mầ m: tỳ sinh vẾ ngoỈ i lai
Mầ m tỳ sinh
CÌ c Ẽ Ì m nguyà n tữ cọ kÝ ch th− ợ c Ẽ ũ lợ n r ≥ rth (coi chụ ng lẾ cÌ c hỨ nh cầ u bÌ n
kÝ nh r) mẾ theo tÝ nh toÌ n về nhiệ t Ẽ ờ ng hồ c, rth (bÌ n kÝ nh tợ i hỈ n cũ a mầ m) Ẽ − ù c
tÝ nh theo cẬ ng thự c: rth =
v
G
∆
σ 2 , trong Ẽ ọ : σ - sực cẨ ng bề mặ t giứa
r¾ n vẾ lõ ng, ∆Gv - chà nh lệ ch nẨ ng l− ù ng tỳ do (GL - GR) tÝ nh cho mờ t Ẽ È n vÞ thể
tÝ ch
Mờ t khi mầ m cọ r ≥ rth → phÌ t triể n là n thẾ nh hỈ t
∆G
∆GR
∆GL nhiệ t Ẽ ờ
TO
Trang 419 Khi đ ộ quá nguộ i ∆T cà ng lớn thì ∆GV cũ ng cà ng lớ n, rth cà ng nhỏ → số lượng
mầ m cà ng lớ n → hạ t nhỏ
Mầ m ký sinh
Là cá c hậ t rắ n nằ m lơ lử ng trong kim loạ i lỏ ng, thà nh khuô n đ ú c → mầ m ngoạ i lai Thự c tế là trong nhiề u trư ờ ng hợ p ngư ờ i ta cò n cố ý tạ o ra và đ ư a cá c phầ n tử rắ n
và o đ ể giú p kế t tinh, sẽ đ ư ợ c nó i tớ i ở mụ c sau
b
b Phá t triể n mầ mPhá t triể n mầ mPhá t triể n mầ m
Mầ m phá t triể n là nhờ cá c đ á m nguyê n tử bá m lê n bề mặ t mầ m đ ặ c biệ t là trê n cá c
bậ c lệ ch xoắ n
Hì nh 1.24 Kết tinh nhánh
cây (a), tinh thể nhánh cây (b)
Khi đ ư ợ c là m nguộ i tư ơ ng đ ố i nhanh, thoạ t tiê n sự phá t triể n mầ m mang tí nh dị hư ớ ng tứ c là phá t triể n rấ t nhanh theo mộ t số phư ơ ng tạ o nê n nhá nh câ y, trụ c bậ c I (A) (hì nh 1.24), rồ i từ trụ c chí nh nà y tạ o nê n trụ c bậ c II (B) vuô ng gó c vớ i trụ c bậ c I, rồ i từ trụ c bậ c II phâ n nhá nh tiế p tạ o
nê n trụ c bậ c III (C) cứ như vậ y nhá nh câ y đ ư ợ c hì nh thà nh
Sau đ ó kim loạ i giữ a cá c nhá nh câ y mớ i kế t tinh tạ o nê n hạ t (tinh thể ) đ ặ c kí n, khô ng thấ y trự c tiế p đ ư ợ c nhá nh câ y nữ a Nhá nh câ y chỉ đ ư ợ c phá t hiệ n thỏ i đ ú c lớ n, phầ n kế t tinh trư ớ c là m trơ
ra nhá nh câ y mà khô ng cò n kim loạ i lỏ ng đ iề n
đ ầ y Cũ ng có thể tẩ m thự c hợ p kim đ ể thấ y đ ư ợ c nhá nh câ y
1.7.3
1.7.3 Sự hì nh thà nh hạtSự hì nh thà nh hạtSự hì nh thà nh hạt
a
a Tiế n trì nh kế t tinhTiế n trì nh kế t tinhTiế n trì nh kế t tinh
Ta thấ y: từ mỗ i mầ m tạ o nê n mộ t hạ t, cá c hạ t phá t triể n trư ớ c → to hơn; hạ t sau
sẽ nhỏ hơ n → kí ch thước hạ t ≠ (chê nh lệ ch í t)
b
b Hì nh dạ ng hạtHì nh dạ ng hạtHì nh dạ ng hạt
Hì nh dạ ng hạ t phụ thuộ c và o phư ơ ng thứ c là m nguộ i:
- Nguộ i đ ề u theo mọ i phư ơ ng → hạ t có dạ ng đa cạ nh hay cầ u (hì nh 1.25)
- Nguộ i nhanh theo hai phư ơ ng (tứ c theo mộ t mặ t) → hạ t có dạ ng tấ m, lá , phiế n như grafit trong gang xá m
- do cá c mầ m đ ị nh hư ớ ng ngẫ u nhiê n
→ hạ t không đồng hướng, lệ ch nhau một cá ch đ á ng kể → vùng biê n hạ t với mạ ng tinh thể bị xô lệ ch
Hì nh 1.25 Quá trì nh tạo và phát triển
mầm theo thời gian (các hì nh a,b,c) và
kết thúc ở giây thứ n (d)
Trang 520
- Nguộ i nhanh theo mộ t phư ơ ng nà o đ ó , hạ t sẽ có dạ ng đ ũ a, cộ t hay hì nh trụ
- Dạ ng tinh thể hì nh kim (đ ầ u nhọ n) → chỉ khi nhiệ t luyệ n
1.7.4
1.7.4 Cá c phươ ng phá p tạo hạ t nhỏ khi đúcCá c phươ ng phá p tạo hạ t nhỏ khi đúcCá c phươ ng phá p tạo hạ t nhỏ khi đúc
Hạ t nhỏ → cơ tí nh cao hơn (bề n và dẻ o hơn = độ dai cao hơn) → ? hạ t nhỏ
a
a Nguyê n lýNguyê n lýNguyê n lý
Kí ch thư ớ c hạ t cũ ng phụ thuộ c và o tư ơ ng quan củ a hai quá trì nh: tạ o mầ m và phá t
triể n mầ m Số mầ m đư ợ c tạ o ra cà ng nhiề u thì hạ t cà ng nhỏ , mầ m lớ n lê n (phá t
triể n) cà ng nhanh thì hạ t cà ng lớ n Kí ch thư ớ c hạ t A phụ thuộ c và o tố c đ ộ sinh mầ m
n và tố c đ ộ phá t triể n v (mm/s) theo cô ng thứ c thự c nghiệ m: A = 1,14
3 n
v
, đ ể tạ o
hạ t nhỏ → tă ng n và giả m v
b
b Cá c phươ ng phá p là m hạ t nhỏ khi đúcCá c phươ ng phá p là m hạ t nhỏ khi đúcCá c phươ ng phá p là m hạ t nhỏ khi đúc
Tă ng tố c đ ộ nguộ i
Khi tă ng đ ộ quá nguộ i ∆To, tố c đ ộ sinh mầ m n và tố c đ ộ phá t triể n dà i củ a mầ m v
đ ề u tă ng (hì nh 1.26)
∆T < ∆T1(~103 đ ộ /s): ∆T ↑ → cả n&v đề u ↑
∆T1<∆T < ∆T2(~104-105 đ ộ /s): ∆T↑ → n↑, v ↓ → nano
∆T > ∆T2: ∆T ↑ → vô đị nh hì nh
Đú c khuô n cá t → khuôn kim loạ i → hạ t nhỏ
Biế n tí nh:
Tạ o mầ m ngoạ i lai : 2 loạ i:
- kim loạ i có cù ng kiể u mạ ng hoặ c gầ n giố ng nhau:
FeSi, FeSiCa (gang), Ti (thé p) Hì nh 1.26 ảnh hưởng của ∆T đến
n và v
- cho chấ t tạ o oxit, nitrit : Al2O3, AlN khi đ ú c thé p
Hấ p phụ : Na cho Silumin (AlSi)
Cầ u hoá graphit : Mg, Ce, Đh
Tá c đ ộ ng vậ t lý :
Rung, siê u â m → bẻ gẫ y tinh thể → hạ t nhỏ
Đú c ly tâ m → hạ t nhỏ
1.7.5 Cấ u tạ o tinh thể của thỏ i đúc
1.7.5 Cấ u tạ o tinh thể của thỏ i đúc
a
a Ba vùng tinh thể của thỏ i đúcBa vùng tinh thể của thỏ i đúcBa vùng tinh thể của thỏ i đúc
∆T2
n,v
n
v
Cá c thỏ i (thé p) đ ú c thư ờ ng có tiế t diệ n trò n
hoặ c vuô ng, chú ng đ ư ợ c đ ú c trong khuô n kim
loạ i, đ ô i khi khuô n cò n đ ư ợ c là m nguộ i bằ ng
nư ớ c chú ng thư ờ ng có cấ u trú c 3 vù ng đ iể n
hì nh (hì nh 1.27):
Hì nh 1.27 Cấ u trú c 3 vù ng củ a thỏ i
đ ú c
Trang 621
Vỏ ngoà i cù ng là lớ p hạ t nhỏ đ ẳ ng trụ c 1: do ∆T lớn, mầ m ngoạ i lai nhiề u → hạ t nhỏ
mị n Do thà nh khuô n có đ ộ nhấ p nhô → cá c mầ m phá t triể n theo cá c phương ngẫ u nhiê n cắ t nhau, chè n é p nhau → hạ t phá t triể n đề u theo mọi phí a
Vù ng tiế p theo là lớ p hạ t tư ơ ng đ ố i lớ n hì nh trụ 2: vuô ng gó c vớ i thà nh khuô n, do thà nh khuô n mớ i bắ t đ ầ u nó ng lê n → ∆To ↓, hạ t lớn hơn và phá t triể n mạ nh theo phư ơ ng phá p tuyế n vớ i thà nh khuô n là phư ơ ng truyề n nhiệ t → hạ t hì nh trụ
Vù ng ở giữ a là vù ng cá c hạ t lớ n đ ẳ ng trụ c 3
Kim loạ i lỏ ng ở giữ a kế t tinh sau cù ng, thà nh khuô n đ ã nó ng lê n nhiề u do đ ó :
- ∆T ↓ → hạ t lớn,
- nhiệ t tả n đ ề u theo mọ i phư ơ ng → hạ t đẳ ng trục
Vù ng ngoà i cù ng luô n luô n là lớ p vỏ mỏ ng, 2 vù ng sau phụ thuộ c và o đ iề u kiệ n là m nguộ i khuô n:
+ nguộ i mã nh liệ t thì vù ng 2 sẽ lấ n á t vù ng 3, thậ m chí mấ t vù ng 3 → xuyê n tinh → khó biế n dạ ng dẻ o, khô ng phù hợ p vớ i thỏ i cá n
+ nguộ i chậ m thì vù ng 3 lạ i lấ n á t vù ng 2, thỏ i trở nê n dễ cá n hơ n
b
b Cá c khuyế t tậ t của vật đúc Cá c khuyế t tậ t của vật đúc Cá c khuyế t tậ t của vật đúc
Rỗ co và lõ m co: Do khi kế t tinh kim loạ i co lạ i khô ng đ ư ợ c bù → co: rỗ co nằ m phâ n tá n, rả i rá c giữ a cá c nhá nh câ y trê n khắ p vậ t đ ú c đ ư ợ c gọ i là rỗ co→ gia công á p lực
ở nhiệ t đ ộ cao thì chú ng đ ư ợ c hà n kí n khô ng ả nh hư ở ng đ á ng kể đ ế n cơ tí nh
co tậ p trung → lõm co thường nằ m ở nơi kế t tinh sau cùng: chỗ dà y, phí a trê n Phầ n thỏ i có lõ m co phả i đ ư ợ c cắ t bỏ → tỷ lệ sử dụng chỉ còn khoả ng 85 đế n 95% Đúc liê n tụ c o có lõ m co
Đố i vớ i chi tiế t đ ú c phả i đ ể phầ n lõ m co ở đ ậ u ngó t → cắ t bỏ đi
Rỗ khí
Khí hoà tan thoá t ra khô ng kị p → rỗ khí hay bọt khí Khi cá n không thể hà n
kí n đư ợ c (lớ p ô xyt ngă n cả n khuế ch tá n là m liề n chỗ bẹ p), gâ y ra tró c vỏ hoặ c nứ t khi sử dụ ng → khử khí tốt trước khi rót khuôn, sấ y khô khuôn cá t hoặ c đúc trong châ n khô ng
Thiê n tí ch (segregation)
Là sự khô ng đ ồ ng nhấ t về thà nh phầ n và tổ chứ c củ a sả n phẩ m đ ú c, cả vớ i hợ p kim (khi thà nh phầ n phứ c tạ p) và kim loạ i do tí ch tụ tạ p chấ t Có nhiề u dạ ng thiê n
tí ch: theo trọ ng lư ợ ng, trong bả n thâ n hạ t, củ a P, S trong thé p
Trang 736
Phần II
Hợp kim và biến đổi tổ chức
Chương 3 Hợp kim và giản đồ pha
3.1
3.1 Cấ u trúc tinh thể của hợ p kimCấ u trúc tinh thể của hợ p kimCấ u trúc tinh thể của hợ p kim
3.1.1
3.1.1 Khái niệ m về hợ p kimKhái niệ m về hợ p kimKhái niệ m về hợ p kim
a
a Đị nh nghĩ aĐị nh nghĩ aĐị nh nghĩ a
Hợ p kim là hỗ n hợ p củ a kim loạ i vớ i mộ t hoặ c nhiề u kim loạ i hoặ c á kim khá c
La tô ng= hợ p kim Cu + Zn → hợp kim đơn giả n chỉ gồm 2 nguyê n tố
Gang: Fe+Mn+Si và C+P+S, nguyê n tố chí nh là Fe (kim loạ i) → hợp kim phức tạ p
Nguyê n tố kim loạ i chí nh (> 50%) đ ư ợ c gọ i là nề n hay nguyê n tố cơ sở
b
b ưu việ t của hợ p kimu việ t của hợ p kimu việ t của hợ p kim so với kim loạ i so với kim loạ i so với kim loạ i
Hợ p kim: đ ộ bề n, đ ộ cứ ng, tí nh chố ng mà i mò n cao hơ n, tí nh cô ng nghệ tố t hơ n: đ ú c, cắ t
gọ t, nhiệ t luyệ n đ ể hoá bề n tố t hơ n, rẻ hơ n
Kim loạ i nguyê n chấ t: dẫ n nhiệ t, dẫ n đ iệ n tố t (dâ y dẫ n, trang sứ c, đ iệ n cự c Pt, Au)
c
c Mộ t số khái niệ mMộ t số khái niệ mMộ t số khái niệ m
• Pha: cùng cấ u trúc, cùng trạ ng thá i, cùng kiể u và thông số mạ ng, cá c tí nh chấ t cơ - lý -
hó a xá c đ ị nh, phâ n cá ch nhau bở i mặ t phâ n chia pha
• Cấ u tử là cá c phầ n độc lậ p có khối lượng không đổi, chúng tạ o nê n cá c pha trong hợp kim
• Hệ là tậ p hợp cá c pha, có thể ở câ n bằ ng hoặ c không câ n bằ ng
Tạ o thà nh hỗ n hợ p cơ họ c A + B
K
Khihihi có tương tá c: có tương tá c: có tương tá c: 2 trư ờ ng hợ p xả y ra:
- hò a tan thà nh dung dị ch rắ n, tổ chứ c mộ t pha như kim loạ i nguyê n chấ t (hì nh 3.2b) dung mô i
- phả n ứ ng vớ i nhau thà nh hợ p chấ t hó a họ c, tạ o thà nh kiể u mạ ng mớ i khá c hẳ n
3.1.2
3.1.2 Dung dị ch rắ nDung dị ch rắ nDung dị ch rắ n
a Khái niệ m
a Khái niệ m phâ n loạ i phâ n loạ i phâ n loạ i
Đ/n:
Đ/n: là hợ p kim trong đ ó 1 hay nhiề u nguyê n tố hoà tan và o mạ ng tinh thể củ a kim loạ i chiế m đ a số đ ư ợ c gọ i là nề n Dung mô i chiế m đ a số , nguyê n tố chiế m tỷ lệ í t hơ n là chấ t tan
Đ/điể m:
Đ/điể m: kiể u mạ ng củ a dung mô i, nồng đ ộ chấ t tan có thể thay đ ổ i trong một phạ m vi mà khô ng là m mấ t đ i sự đ ồ ng nhấ t đ ó Dung dị ch rắ n là củ a B trong A: A(B), mạ ng củ a A
• Trạ ng thá i không câ n bằ ng (3) = không ổn đị nh: thường
gặ p: khi tô i→cơ tí nh (bề n, cứng) cao hơn, xu
hư ớ ng→(1&2)
• Trạ ng thá i giả ổn đị nh (2) muốn sang (1) phả i thắ ng ∆G
• ổn đị nh (1)
d
d Phâ n loạ i cá c tươ ng tá cPhâ n loạ i cá c tươ ng tá cPhâ n loạ i cá c tươ ng tá c
Chế tạ o hợ p kim = nấ u chả y % xá c đ ị nh rồ i là m nguộ i
Từ pha lỏ ng đ ồ ng nhấ t khi là m nguộ i sẽ có tư ơ ng tá c tạ o
nê n cá c pha khá c nhau
∆G
1
3
2
Hì nh 3.1 Sơ đ ồ cá c vị trí
ổ n đ ị nh (1), giả ổ n đ ị nh (2)
và khô ng ổ n đ ị nh (3)
Trang 837 Cá c kiể u:
Cá c kiể u: thay thế và xen kẽ (hì nh 3.3)
Hì nh 3.3 Sơ đồ sắp xếp nguyên tử hòa tan thay thế
và xen kẽ vào dung môi có mạng lập phương tâm mặt,
mặt (100)
b
b Dung dị ch rắ n thay thếDung dị ch rắ n thay thếDung dị ch rắ n thay thế
Đ/n:
Đ/n: nguyê n tử chấ t tan thay thế vị trí nguyê n tử dung mô i
Đ/kiệ n:
Đ/kiệ n: sai khá c dnguyê n tử khô ng quá 15% Tí nh chấ t hoá lý tư ơ ng tự nhau
Phâ n loạ i:
Phâ n loạ i: theo giới hạ n h/tan gồ m 2 loạ i: dd rắ n hoà tan có hạ n và dd rắ n hoà tan vô hạ n
theo sự phâ n bố ng/tử chấ t tan, có 2 loạ i: dd rắ n có tr/tự và dd rắ n o có tr/tự G
Giớ i hạ n hò a tan là nồ ng đ ộ chấ t tan lớ n nhấ t mà vẫ n bả o tồ n đ ư ợc mạ ng tinh thể
Điề u kiệ n hoà t
Điề u kiệ n hoà tan vô hạ n:an vô hạ n:an vô hạ n: chỉ có thể (có khi o) xả y ra khi thỏ a mã n cả 4 yế u tố sau:
Hì nh 3.4 Sơ đồ thay thế để tạo dung dịch rắn hòa tan vô hạn giữa hai kim loại A và B
1- cù ng kiể u mạ ng, 2-đ ư ờ ng kí nh nguyê n tử khá c nhau í t (< 8%)
3-thoả mã n giớ i hạ n nồ ng đ ộ đ iệ n tử : ví dụ : mạ ng lftm → Ce ≤ 1,36, lftk → Ce ≤ 1,48, 4-có cù ng hoá trị , tí nh â m đ iệ n sai khá c nhau í t
Ngoà i ra, tí nh lý - hó a (đ ặ c biệ t là nhiệ t đ ộ chả y) giố ng nhau → dễ tạ o thà nh dung dị ch rắ n hò a tan vô hạ n Ví dụ : Ag - Au (mạ ng A1, ∆r = 0,20%, cùng nhóm IB), Cu - Ni (mạ ng A1, ∆r = 2,70%, IB và VIII), Feα - Cr (mạ ng A2, ∆r = 0,70%, VIB và VIII)
D
Dung dị ch rắ n ung dị ch rắ n ung dị ch rắ n cócócó trậ t tự trậ t tự trậ t tự:::: cá c nguyê n tử chấ t tan sắ p xế p có trậ t tự trong mạ ng tinh thể dung mô i, (đư ợ c nguộ i rấ t chậ m trong khoả ng nO nhấ t đ ị nh) Đa số trư ờ ng hợ p là khô ng trậ t tự
c
c Dung dị ch rắ n xen kẽDung dị ch rắ n xen kẽDung dị ch rắ n xen kẽ
Đ/n:
Đ/n: cá c nguyê n tử hò a tan nằ m xen kẽ và o cá c lỗ hổ ng trong mạ ng tinh thể dung môi
Điề u kiệ n:
Điề u kiệ n: bá n kí nh nguyê n tử chấ t tan phả i rấ t nhỏ : N (0,071nm), C (0,077nm) và đô i khi cả B (0,091nm) mớ i có khả nă ng xen kẽ và o cá c lỗ hổ ng giữ a cá c nguyê n tử lớ n như Fe (0,1241nm), Cr (0,1249nm), W (0,1371nm), Mo (0,136nm), Lỗ hổ ng lớ n nhấ t trong mạ ng
A1 là loạ i 8 mặ t chỉ bằ ng 0,414dng/tử , ngoà i H, o có á kim nà o bỏ lọ t → đẩ y cá c nguyê n
tử chủ bao quanh giã n ra, gâ y ra xô lệ ch mạ nh mạ ng (hì nh 3.5)
chỉ có dung dị ch rắ n xen hò a tan có hạ n
Hì nh 3.5 Sự xô lệch mạng trong dd rắn:
a hòa tan thay thế khi rht > rchủ,
b hòa tan xen kẽ rht> rlỗ hổng
d
d Cá c đặ c tí nh của dung dị ch rắ nCá c đặ c tí nh của dung dị ch rắ nCá c đặ c tí nh của dung dị ch rắ n
Có kiể u mạ ng tinh thể củ a kim loạ i dung mô i → có đặ c trưng cơ, lý, hóa tí nh của kim loạ i
nề n:
1) Mạ ng tinh thể , đ ơ n giả n và xí t chặ t (A1, A2 ) củ a kim loạ i vớ i liê n kế t kim loạ i
2) Cơ tí nh giố ng kim loạ i cơ sở :
xen kẽ
b-xen kẽ
Trang 938 dẻ o, có giả m đ i 1 chú t song vẫ n đ ủ cao, dễ biế n dạ ng dẻ o, cá biệ t tă ng đ ộ dẻ o: Cu(Zn)
vớ i 30%Zn cò n dẻ o hơ n cả Cu → chi tiế t dậ p sâ u, đồ dá t = latông
tă ng đ ộ bề n, đ ộ cứ ng, khả nă ng chị u tả i hơ n hẳ n kim loạ i nguyê n chấ t
nồ ng đ ộ chấ t tan cà ng lớ n → dẻ o cà ng giả m, bề n cà ng tă ng Quá lớn → gâ y ra giòn, dễ
bị gã y, vỡ → chọn nồng độ thí ch hợp
3) Dẫ n nhiệ t, dẫ n đ iệ n tố t như ng ké m hơ n kim loạ i nguyê n chấ t, thay đ ổ i tí nh chố ng ă n
mò n
Dung dị ch rắ n là pha cơ bả n chiế m tớ i 90% thậ m chí 100% trong vậ t liệ u kế t cấ u
3.1.3
3.1.3 Pha trung gianPha trung gianPha trung gian
Trê n giả n đ ồ pha 2 phí a là dung dị ch rắ n, ở giữ a là cá c pha trung gian
a
a Bả n chấ t và phâ n loạiBả n chấ t và phâ n loạiBả n chấ t và phâ n loại
Đặ c đ iể m: 1) Có mạ ng tinh thể phứ c tạ p và khá c hẳ n vớ i nguyê n tố thà nh phầ n
2) Có tỷ lệ chí nh xá c giữ a cá c nguyê n tố theo cô ng thứ c hó a họ c AmBn 3) Tí nh chấ t : khá c hẳ n cá c nguyê n tố thà nh phầ n → giòn
4) Có nhiệ t đ ộ chả y xá c đ ị nh, khi tạ o thà nh tỏ a nhiệ t
5) khá c vớ i cá c hợ p chấ t hó a họ c thô ng thư ờ ng, cá c pha trung gian khô ng hoà n toà n tuâ n theo quy luậ t hó a trị → không có thà nh phầ n hóa học chí nh xá c theo công thức, có liê n
kế t kim loạ i Cá c pha trung gian trong hợ p kim thư ờ ng gặ p: pha xen kẽ , pha đ iệ n tử và pha Laves
b
b Pha Pha Pha xen kẽxen kẽxen kẽ
Đ/n:
Đ/n: Là pha tạ o nê n giữ a cá c kim loạ i chuyể n tiế p (có bá n kí nh nguyê n tử lớ n) vớ i cá c á kim có bá n kí nh nguyê n tử bé như C, N, H (và B): cacbit, nitrit, hyđ rit (và borit)
Đ/điể m:
Đ/điể m: Mạ ng tinh thể củ a pha xen kẽ ∈ tương quan kí ch thước nguyê n tử giữa á kim (X)
và kim loạ i (M): khi rX / rM < 0,59 → một trong ba kiể u mạ ng là A1, A2, A3 (tuy không giữ lạ i kiể u mạ ng vố n có như ng vẫ n mang đ ặ c đ iể m kim loạ i), cá c nguyê n tử á kim xen kẽ
và o cá c lỗ hổ ng trong mạ ng, tạ o nê n hợ p chấ t vớ i cá c cô ng thứ c đ ơ n giả n như M4X, M2X khi rX / rM > 0,59 → mạ ng tinh thể phức tạ p (được gọi là pha xen kẽ với mạ ng phứ c tạ p) tư ơ ng ứ ng vớ i cô ng thứ c M3X, M7X3, M23X6
T
T/chấ t:/chấ t:/chấ t: Nhiệ t đ ộ chả y rấ t cao (thư ờ ng > 2000 ữ 3000o
C), rấ t cứ ng (HV > 2000 ữ 5000) và giò n → hóa bề n, nâ ng cao tí nh chống mà i mòn và chị u nhiệ t của hợp kim
H và N có kí ch thư ớ c nguyê n tử nhỏ nê n rX / rM < 0,59, → Fe4N, Fe2N, Mo2N, Cr2N
có mạ ng đ ơ n giả n C có rX / rM>0,57 nê n tạ o Fe3C, Mn3C, Cr7C3, Cr23C6,WC, TiC, Mo2C, VC
→ mạ ng phức tạ p → tă ng độ cứng và tí nh chống mà i mòn của hợp kim
c
c Pha điệ n tử Pha điệ n tử Pha điệ n tử (Hum - Rothery)
Đ/n:
Đ/n: Là pha có kiể u mạ ng xá c đ ị nh, tạ o thà nh với nồng đ ộ đ iệ n tử N xá c đ ị nh (số đ iệ n
tử hó a trị /số nguyê n tử ): 3/2 (21/14), 21/13 và 7/4 (21/12), mỗ i tỷ lệ ứ ng vớ i mộ t cấ u trú c mạ ng phứ c tạ p nhấ t đ ị nh Thư ờ ng là hợ p kim củ a Cu, Ag, Au vớ i Zn, Sn, Cd Vớ i Cu1+,
Zn2+ ta có :
Ce = 21/14 → pha β mạ ng A1: CuZn, AgZn, AuZn (Ce=(1.1+1.2)/2=3/2)
Ce = 21/13 → pha γ mạ ng lf phức tạ p: Cu5Zn8, Ag5Sn8 (Ce=(5.1+8.2)13=21/13)
Ce = 21/12 → pha ε, mạ ng lgxc: CuZn3, AgZn3 (Ce=(1.1+3.2)/4=7/4=21/12) d
d Pha LavesPha LavesPha Laves
Đ/n:
Đ/n: Pha tạ o bở i hai nguyê n tố A, B có tỷ lệ bá n kí nh nguyê n tử rA / rB = 1,2 (1,1 ữ 1,6)
vớ i cô ng thứ c AB2 có kiể u mạ ng A3: MgZn2, MgNi2 hay A1 (MgCu2) Do giò n nê n chỉ
đ ư ợ c dù ng trong HKTG hoặ c cá c pha hoá bề n
Trang 1039 3.2
3.2 Giản đồ pha của hệ hai cấ u tửGiản đồ pha của hệ hai cấ u tửGiản đồ pha của hệ hai cấ u tử
Đ/n:
Đ/n: GĐP là giả n đ ồ biể u thị sự biế n đổ i thà nh phầ n và trạ ng thá i pha ở câ n bằ ng theo nhiệ t đ ộ và thà nh phầ n củ a hệ dư ớ i á p suấ t khô ng đ ổ i (1 at)
Cá ch biể u diễ n:
Cá ch biể u diễ n:
Đặ c đ iể m: GĐP chỉ đ ú ng và phù hợ p vớ i hợ p kim ở trạ ng thá i câ n bằ ng (nguộ i rấ t chậ m hay ủ ), Cô ng dụng:Cô ng dụng:Cô ng dụng: xá c đ ị nh cấ u trú c của hợ p kim, xá c đị nh no chả y, chuyể n biế n pha →
nấ u luyệ n và xử lý nhiệ t, gia cô ng (biế n dạ ng, đ ú c, rè n, cá n, ké o, ), rấ t quan trọ ng
3.2.1
3.2.1 Quy tắ c pha và ứng dụngQuy tắ c pha và ứng dụngQuy tắ c pha và ứng dụng
Quy tắ c pha củ a Gibbs: T= N-F+2 khi P=1at thì T=N-F+1
T
T===0 0 → hệ bấ t biế n, cả % và no, lú c đ ó F = N + 1 (số pha=số cấ u tử +1) Ví dụ kim loạ i nguyê n chấ t (N = 1) khi nó ng chả y: T=1-2+1=0 → nhiệ t độ không đổi
T=1:
T=1: → Ví dụ, khi kế t tinh HK 2 nguyê n: (T = 2 - 2 + 1=1) kế t tinh hoặ c nóng chả y trong khoả ng nhiệ t đ ộ hoặ c %
T
T = 2 = 2 = 2:::: hệ cù ng một lúc có thể thay đ ổ i cả hai yế u tố nhiệ t đ ộ và thà nh phầ n
Đặ c điể m:
Đặ c điể m: T ≥ 0 → số pha nhiề u nhấ t của hệ (ở trạ ng thá i câ n bằ ng!) Fmax = N + 1 → hệ
mộ t cấ u tử Fmax = 2, hai cấ u tử Fmax = 3, ba cấ u tử Fmax = 4
3.2.2 Quy tắ c đò n bẩ y3.2.2 Quy tắ c đò n bẩ y3.2.2 Quy tắ c đò n bẩ y
Đ/n:
Đ/n: là quy tắ c cho phé p xá c đ ị nh tỷ lệ củ a cá c pha, cá c tổ chứ c trê n GĐP
Biể u thức:
Biể u thức:
QA.XA=QB.XA
Trong vù ng 2 pha: đ iể m
khả o sá t cà ng gầ n pha nà o
thì tỷ lệ pha ấ y cà ng lớ n
β
α
α
β
α
β
+
=
β
+
=
α
X
X
X
%
X
X
X
%
FA.XA=FB.XB
FA=FB(XB/XA)
Mα.Xα=Mβ.Xβ 3.2.3
3.2.3 Giản đồ lGiản đồ lGiản đồ loạ i Ioạ i Ioạ i I
Đ/n:
Đ/n: Là GĐP củ a hệ 2 cấ u tử không có bấ t kỳ tươ ng tá c nà o vớ i nhau
Mô tả :
Mô tả : AEB là đ ư ờ ng lỏ ng, CED (245oC) là đ ư ờ ng rắ n, là nhiệ t đ ộ chả y (kế t tinh): B, A (hì nh 3.9a), đ iể n hì nh là hệ Pb - Sb ở hì nh 3.9b (Pb chả y 327oC), (Sb chả y- 631oC)
khoả ng giữ a hai đ ư ờ ng lỏ ng và đ ư ờ ng đ ặ c: khoả ng kế t tinh
a) b)
Hì nh 3.9 Dạng tổng quát của giản đồ pha loại I (a) và giản đồ pha Pb - Sb (b)
Hợ p kim 1: 60%Sb + 40%Pb Bắ t đ ầ u đ ô ng đ ặ c ở 1 (500oC), kế t thú c đ ô ng đ ặ c ở 2 (245oC)
FA
FB
T
%B →
M
L
L+B A+L
B+(A+B)
E
A
B
A+
(A+B)
L+Sb Pb+L E
327
631
%Sb →
13
60
245 Sb+[Pb+Sb]
37
b’’
