Cấu tạo và liên kết nguyên tử nguyên tử = hạt nhân + electron = (proton + nơtron) + electron nơtron không mang điệ n proton mang điệ n duơng = điện tích của electron? nguyên tử trung hoà
Trang 184
Chương 6
hợp kim màu và bột 6.1 Hợp kim Al (Al)
Al và hợp kim Al chiếm vị trí thứ hai sau thép vì tính chất phù hợp với nhiều công dụng: bền, nhẹ (bền riêng cao), chịu ăn mòn tốt (khí quyển),…
6.1.1 Al nguyên chất và phân loại hợp kim Al
a Các đặc tính của Al nguyên chất
Ưu điểm: : khối lượng riêng nhỏ (2,7g/cm 3) = 1/3 của thép: hàng không, vận tải do
tiết kiệm năng lượng, tăng tải trọng có ích Tính bền ăn mòn khí quyển: xây dựng, trang trí nội thất, dẫn điện tốt, tuy = 62% của Cu nhưng nhẹ = 1/3 , tính dẻo rất cao, mạng A1, dễ kéo sợi, dây và cán mỏng thành tấm, lá, băng, màng (foil), ép
chảy thành các thanh dài với các biên dạng (profile) phức tạp rất khác nhau
Nhược điểm: chịu nhiệt kém: chảy (660oC), không sử dụng ở trên 300 ữ 400oC,
độ bền, độ cứng thấp, ở trạng thái ủ σb = 60MPa, σ0,2 = 20MPa, HB 25
Để ký hiệu mức độ biến cứng đơn thuần (tăng bền nhờ biến dạng nguội) ở Hoa
Kỳ, Nhật và các nước Tây âu thường dùng các ký hiệu H1x, x là tỷ phần tăng bền biến dạng (x/8):
x=8 - tăng toàn phần (8/8 hay 100%), ứng với mức độ biến dạng rất lớn (ε = 75%),
1 - mức tăng ít nhất (1/8 hay 12,5% so với mức toàn phần, ứng với mức độ biến dạng nhỏ,
2, 4, 6 - mức tăng trung gian (2/8, 4/8, 6/8 hay 25%, 50%, 75% so với mức toàn phần),
9 - mức tăng tối đa (bền, cứng nhất) ứng với mức độ biến dạng ε > 75%
b Hợp kim Al và phân loại
Hình 6.1 Góc giản đồ pha Al - nguyên tố hợp kim
c Hệ thống ký hiệu cho hợp kim Al
Hoa kỳ ký hiệu các hợp kim Al: theo AA (Aluminum Association) bằng xxxx cho loại hợp kim Al biến dạng và xxx.x cho loại hợp kim Al đúc:
α+ β
hợp kim Al
L+ β
L
E
hoá bền được =nhiệt luyện
không hoá bền
được bằng nhiệt luyện
C
F
L+ α
α
T, o C
% nthk
FC là giới hạn hoà tan của nthk trong α
Hợp kim Al biến dạng- trái điểm C
Hợp kim Al đúc- bên phải điểm C
Hợp kim Al biến dạng hoá bền được bằng
nhiệt luyện nằm trong khoảng CF
Hợp kim Al biến dạng không hoá bền được
bằng nhiệt luyện - trái điểm F
Si,Mn,Ti,Zn,Fe ít hoà tan,
Zn, Mg, Cu hoà tan nhiều
Trang 285
Loại biến dạng Loại đúc
1xxx - Al sạch (≥ 99,0%), 1xx.x - Al thỏi hợp kim thương phẩm, 2xxx - Al - Cu, Al - Cu - Mg, 2xx.x - Al - Cu,
4xxx - Al - Si, 5xxx - Al - Mg, 4xx.x - Al - Si, 5xx.x - Al - Mg,
7xxx - Al - Zn - Mg, Al - Zn - Mg - Cu, 7xx.x - Al - Zn,
8xxx - Al - các nguyên tố khác 8xx.x - Al - Sn
- 3 số tiếp theo được tra theo bảng để có các số liệu cụ thể
Trạng thái gia công và hóa bền, các nước phương Tây thường dùng các ký hiệu sau:
F: trạng thái phôi thô, O: ủ và kết tinh lại, H: hóa bền bằng biến dạng nguội, trong đó: H1x (x từ 1 đến 9): chỉ biến dạng nguội thuần túy với mức độ khác H2x (x từ 2 đến 9): biến dạng nguội rồi ủ hồi phục,
H3x (x từ 2 đến 9): biến dạng nguội rồi ổn định hóa,
T: hóa bền bằng tôi + hóa già, trong đó:
T1: biến dạng nóng, tôi, hóa già tự nhiên
T3: tôi, biến dạng nguội, hóa già tự nhiên
T4: tôi, hóa già tự nhiên
T5: biến dạng nóng, tôi, hóa già nhân tạo
T6: tôi, hóa già nhân tạo
T7: tôi, quá hóa già
T8: tôi, biến dạng nguội, hóa già nhân tạo
T9: tôi, hóa già nhân tạo, biến dạng nguội
TCVN 1659-75: hợp kim Al: AlCu4Mg là hợp kim Al chứa ~4%Cu, ~1%Mg Với Al sạch bằng Al và số chỉ phần trăm của nó, ví dụ Al99, Al99,5
6.1.2 Al và hợp kim Al biến dạng không hóa bền được bằng nhiệt luyện
a Al sạch: Kỹ thuật Độ sạch cao
Việt 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 kỳ: AA1060 và AA1100: 1060 dùng làm tấm ốp trong xây dựng Để làm dây (trần, bọc) hay cáp điện dùng AA1350: đây điện
b Hợp kim Al biến dạng không hóa bền được bằng nhiệt luyện
Hợp kim Al - Mn: 3xx:dễ biến dạng dẻo, hoá bền biến dạng cao, cung cấp dưới
dạng: lá mỏng, thanh, dây, hình, ống , chống ăn mòn tốt trong khí quyển và dễ hàn
Hợp kim Al-Mg: điển hình AA 5050, AA 5052, AA 5454: nhẹ nhất, độ bền khá,
hoá bền biến dạng tốt, biến dạng nóng, nguội và hàn đều tốt, bền ăn mòn tốt nhất
là sau anod hóa
6.1.3 Hợp kim Al biến dạng hóa bền được bằng nhiệt luyện
Đây là phân nhóm hợp kim Al quan trọng nhất, có cơ tính cao nhất không thua kém gì thép C
a Hệ Al - Cu và Al - Cu - Mg
Hợp kim AlCu4 và nhiệt luyện hóa bền
Trang 386
Giản đồ pha Al - Cu (hình 6.4)
Hoà tan cực đại:5,65% ở 548oC
Hoà tan cực tiểu: 0,5% ở 20oC
Quá giới hạn hòa tan: tiết ra ở dạng CuAl2II
Tổ chức của hợp kim AlCu4:
cân bằng (ủ): α - Al (Cu)0,5 + CuAl2II,
(khoảng 7%) pha, độ độ bền min(σb=200MPa),
Hình 6.4 Góc giàu Al của giản đồ pha Al-Cu
sau tôi: dd rắn α quá bão hoàAl(Cu)4%, σb = 250 ữ 300MPa và vẫn còn khá dẻo (sửa, nắn được)
độ bền, độ cứng tăng lên dần và đạt đến
giá trị cực đại sau 5 ữ 7 ngày, σb =
400MPa tức đã tăng gấp đôi so với trạng
thái ủ (hình 6.5) → gọi là tôi + hóa già tự
nhiên (để lâu ở nhiệt độ thường)
Cơ chế hóa bền khi tôi + hóa già:
Guinier và Preston, TK 20:
α(Al(Cu)4%)→GP1→GP2→ θ’→θ (CuAl2)
hoá già σmax→ quá già
θ’ có mạng chính phương bán liền mạng
sau khi tôi
•••• hóa già tự nhiên: 5 ữ 7 ngày, σ max
•••• hóa già nhân tạo: 100 ữ 200oC, thời gian tuỳ theo nhiệt độ có thể từ vài giờ vài
chục h
Các hợp kim thông dụng:
Họ AA 2xxx (đura): hợp kim Al-Cu-Mg: ~ 4%Cu (2,6- 6,3%), 0,5ữ1,5%Mg tên là
đura (duraluminium) Pha hóa bền, ngoài CuAl2 còn có CuMg5Al5, CuMgAl2 có tác dụng mạnh hơn Tạp chất: Fe, Si và Mn: Fe và Si là hai tạp chất thường có, Mn
được đưa vào với lượng nhỏ để làm tăng tính chống ăn mòn
AA 2014 và AA 2024: kết cấu máy bay, dầm khung chịu lực xe tải, sườn tàu biển, thể thao
Đặc điểm nổi bật của đura là: Độ bền cao (σb=450ữ480MPa), nhẹ ρ≈2,7g/cm 3→
σb/ρ~ 15ữ16km, trong khi đó CT51 là 6,0 ữ 6,5, gang: 1,5 ữ 6,0
Kém bền ăn mòn kém do có nhiều pha với điện thế điện cực khác nhau
b Hệ Al - Mg - Si và Al - Zn - Mg:
Al-Mg-Si: Họ AA6xxx : điển hình là AA 6061 và AA 6070: độ bền kém đura
(σb=400MPa), nhưng dẻo hơn, tính hàn tốt Sau ép chảy, anod hóa → thanh
Al-Zn-Mg: Họ AA 7xxx: có độ bền cao nhất (σb > 550MPa), Zn= 4-8%, Mg=1ữ3% Cu= 2%
Tôi350ữ500oC trong không khí hoặc nước nóng, ứng dụng: máy bay, vũ khí, dụng
cụ thể thao…
α+CuAl 2 ( θ) α+CuAl 2II ( θ)
L L+α 548
α
T, oC
600
400
300
%Cu
Al
5,65
2 4 6
300
350
400
σ,
o C
100oC
200oC
τ, ngày
Trang 487
6.1.4 Hợp kim Al đúc
a Các đặc điểm: dễ chảy, dễ đúc, có thế biến tính, nguội nhanh để tăng cơ tính
b Silumin đơn giản: Al-(10ữ13)%Si (AA 423.0 hay AЛ2 (Nga)) Biến tính : bằng hỗn hợp muối (2/3NaF+1/3NaCl) với lượng 0,05ữ0,08% tăng cơ tính từ σb = 130MPa, δ = 3%) lên σb = 180MPa, δ = 8% nhưng vẫn còn thấp so với yêu cầu sử dụng
Hình 6.7 Tổ chức tế vi của hợp kim Al - (10 ữ 13)%Si:
a không biến tính,
b có biến tính Các hợp kim Al - Si - Mg(Cu) Là các hợp kim với khoảng Si rộng
b Silumin phức tạp: Ngoài Al,Si còn có <1%Mg, 3ữ5%Cu phải qua nhiệt luyện hóa bền, cơ tính và có tính đúc tốt: đúc piston (AA 390.0, AЛ26), nắp máy (AЛ4) của động cơ đốt trong
6.2 Hợp kim đồng
6.2.1 Đồng nguyên chất và phân loại hợp kim đồng
a Các đặc tính của đồng đỏ: Cu nguyên chất có màu đỏ = đồng đỏ
- dẫn nhiệt, dẫn điện cao, dùng làm dây dẫn - chống ăn mòn khá tốt - dẻo dễ cán mỏng, kéo sợi tiện cho sử dụng - tính hàn khá tốt
Nhược điểm: nặng (ρ = 8,94g/cm 3), + tính gia công cắt kém do phoi quá dẻo, + tính đúc kém, chảy ở 1083oC, độ chảy loãng thấp (P khi đúc tượng)
b Các loại đồng nguyên chất:
Đồng điện phân ETP (Electrolytic Tough Pitch) có 0,04%O2
Do có O2 nên chỉ gia công, chế biến ở < 400oC để tránh bệnh hydro
Đồng sạch oxy OFHC (Oxygen Free High Conductivity) là loại được nấu chảy trong chân không hoặc môi trường bảo vệ, O2< 0,003% nên không nhạy cảm với
Đồng được khử oxy khử ôxy triệt để khi nấu bằng Cu-P, dẫn điện= 85% của OFHC, do sạch oxy nên có thể biến dạng nóng
c Phân loại hợp kim Cu: latông = Cu-Zn, brông = Cu-Sn từ lâu đời
d Hệ thống ký hiệu cho hợp kim đồng
Hoa kỳ: CDA (Copper Development Association): CDAxxx, số đầu tiên:
1xx - đồng đỏ và các hợp kim Cu - Be, 2xx - latông đơn giản,
4xx - latông phức tạp, 5xx - brông thiếc, 6xx - brông Al, 7xx - brông Al,
Trang 588
8xx và 9xx - hợp kim đồng đúc
Phương Tây dùng các ký hiệu O, H, T như của Al (O: ủ và kết tinh lại, H: hóa bền bằng biến dạng nguội, T- tôi + hoá già), riêng trạng thái phôi thô: Al là “F” thì Cu là
M, song các chữ và số tiếp theo khác đi (tra bảng)
6.2.2 Latông (đồng thau, Pháp - laiton, Anh - brass, Nga - латунь)
Latông đơn giản: được dùng nhiều hơn cả, phổ biến < 45%Zn nên tổ chức α
Điều rất đặc biệt: khi tăng %Zn độ bền và độ dẻo tăng lên, độ dẻo max ứng với ~ 30%Zn Ngoài ra khi pha thêm Zn, màu đỏ của đồng nhạt dần và chuyển dần thành vàng
Latông một pha (α), <35%Zn, dẻo cao làm các chi tiết máy qua dập Latông ~ 20%Zn (LCuZn20,CDA 240, Л80): màu như Au, đồ trang sức, giả vàng
(catridge brass)
Latông hai pha (α + β): với ~ 40%Zn (LCuZn40, CDA 280, ΓOCT Л60),
La tông phức tạp: ngoài Cu, Zn còn có Pb dễ đúc, cắt gọt, Sn chống ăn mòn, Ni
tăn bền
LCuZn40Pb, CDA 370, ЛC59-1, dễ cắt, LCuZn29Sn, đồng thau Hải quân
6.2.3 Brông: là hợp kim của Cu với các nguyên tố không phải là Zn như Sn, Al,
Be và được gọi là brông thiếc, brông Al, brông berili (riêng Cu-Ni không gọi là brông mà là cuni)
a Brông thiếc: hợp kim Cu-Sn: cổ xưa nhất, thời kỳ đồ đồng - Bronze Age)
Brông thiếc biến dạng: < 8%Sn (có thể tới 10%) có cơ tính cao và chống ăn mòn trong nước biển tốt hơn latông Để cải thiện tính gia công cắt thường có thêm Pb (CDA 521, CDA 524, ΓOCT БрOC5-1) hay có thêm Zn để vừa thay cho Sn rẻ hơn vừa có tác dụng hóa bền khi dùng 4% cho mỗi nguyên tố (4%Sn - 4%Zn-4%Pb) với mác CDA 544 hay ΓOCT БрOЦC4-4-4
Brông thiếc đúc: là loại chứa nhiều hơn 10%Sn hay với tổng lượng các nguyên tố
đưa vào cao hơn 12% như loại 5%Sn - 5%Zn - 5%Pb với các mác CDA 835, ΓOCT БрOЦC5-5-5, hay 10%Sn - 2%Zn với mác CDA 905 Brông thiếc chứa Zn,
Pb được dùng để đúc các tác phẩm nghệ thuật: tượng đài, chuông, phù điêu, họa tiết trang trí
b Brông Al: Brông Al một pha (với 5 ữ 9%Al) được sử dụng khá rộng rãi để chế tạo bộ ngưng tụ hơi, hệ thống trao đổi nhiệt, lòxo tải dòng, chi tiết bơm, đồ dùng cho lính thủy (CDA 614, ΓOCT БрAЖ9-4), tiền xu (CDA 608, ΓOCT БрA5)
Brông hai pha (> 9,4%Al) với sự xuất hiện của pha β (Cu3Al, pha điện tử mạng A2) chỉ ổn định ở trên 565oC và chịu biến dạng tốt ở 565oC có chuyển biến cùng tích β
→ [α + γ2] Nếu làm nguội nhanh β → β' (mạng sáu phương) cũng có tên là mactenxit, không cứng, khi ram ở 500oC γ2 tiết ra ở dạng nhỏ mịn, làm tăng mạnh
độ bền, lại rất ít gây ra giòn nên các brông Al chứa 10 ữ 13%Al được tôi ram cao
và có cơ tính cao
Các brông Al đúc có lượng Al ≥ 9% nên cũng có thể có thành phần như loại biến dạng như CDA 952 (giống với CDA 614), ΓOCT БрAЖ9-4Л (giống với БрAЖ9-4)
Trang 689
c Brông berili: Hợp kim Cu với 2%Be (CDA 172, ΓOCT БрБ2) sau khi tôi 750 ữ
790oC trong nước, hóa già ở 320 ữ 320oC có tính đàn hồi rất cao, không phát ra tia lửa điện khi va đập nên được làm các chi tiết đàn hồi trong mỏ và thiết bị điện
6.2.4 Hợp kim Cu - Ni và Cu - Zn - Ni
Cu và Ni hòa tan vô hạn, kiểu mạng A1 Ni hòa tan vào Cu làm tăng mạnh độ bền, độ cứng, tính chống ăn mòn trong nước biển Hợp kim Cu - Ni với 10 ữ 30%Ni (ví dụ CDA 715 có 30%Ni) được dùng làm bộ ngưng tụ của tàu biển, ống dẫn nước biển, trong công nghiệp hóa học
Hợp kim Cu với 17 ữ 27%Zn và 8 ữ 18%Ni được dùng làm dây biến trở, với tổ chức
là dung dịch rắn nên có điện trở suất rất cao và có màu bạc như của niken
6.3 Hợp kim ổ trượt
Mặc dầu ngày nay ổ lăn (bi và đũa) được sử dụng rất phổ biến, các ổ trượt vẫn có vị trí trong máy móc vì các ưu điểm của nó: dễ chế tạo, dễ thay, rẻ, bôi trơn
dễ và trong nhiều trường hợp không thể thay thế khác được (như ở trục khuỷu), tốc
độ cao không gây ồn
6.3.1 Yêu cầu đối với hợp kim làm ổ trượt
- Ma sát nhỏ với bề mặt trục thép: hệ số ma sát nhỏ và diện tích tiếp súc nhỏ: pha
cứng trên nền mềm, hoặc hạt mềm trên nền cứng để khi làm việc phần mềm bị mòn đi thành các ổ chứa dầu Tổ chức hạt cứng - nền mềm có khả năng cho độ
ma sát bé hơn loại nền cứng - hạt mềm
- ít làm mòn cổ trục thép và chịu được áp lực cao: bằng các hợp kim mềm: Sn, Pb,
Al, Cu
Để nâng cao khả năng chịu áp lực: đúc tráng hay gắn ép lên trên máng thép C8s
- Tính công nghệ tốt: dễ đúc, khả năng dính bám vào máng thép cao
- Rẻ tiền
Hợp kim ổ trục ra làm hai nhóm lớn: tuỳ theo nhiệt độ chảy:
6.3.2 Hợp kim ổ trượt có nhiệt độ chảy thấp: là hợp kim các kim loại dễ chảy:
Sn, Pb gọi là babit (babbitt)
a Babit thiếc (do Babbitt (người Anh) tìm ra)
Dùng làm các ổ trượt quan trọng với tốc độ lớn và trung bình như trong tuabin,
động cơ điêzen 2 mác: 83%Sn-11%Sb-6%Cu (ΓOCT Б83, UNS L13820)
88%Sn-8%Sb-3%Cu-1%(Ni+Cd) (ΓOCT Б88, UNS L13890)
Tổ chức: nền mềm: dung dịch rắn α - Sn(Sb) (màu xẫm), hạt cứng: pha β' là SnSb (mảng sáng đa cạnh) (hình 6.14) và kim Cu3Sn (hay Cu6Sn5), tác dụng chính của
nó là tránh thiên tích (SnSb do nặng nên có xu hướng chìm xuống dưới, nhờ
Cu3Sn kết tinh sớm tạo khung ngăn cản) Loại sau với nhiều Sn, ít Sb hơn nên
Hình 6.12 Hình thái tổ chức
của hợp kim ổ trượt nền mềm - hạt cứng
Trang 790
trong tổ chức hầu như không có SnSb, vai trò hạt cứng chỉ do Cu3Sn dạng kim, dạng sao đảm nhiệm
Hình 6.14 Tổ chức tế vi của
hợp kim babit
ΓOCT Б83, UNS L13820
b Babit chì
Là hợp kim trên cơ sở Pb với 6 ữ16%Sn, 6 ữ 16%Sb và ~1%Cu
Tổ chức: nền mềm là cùng tinh (Pb + Sb), hạt cứng: SnSb, Cu3Sn
2 mác Б6 (với 6%Sn, 6%Sb) và Б16 (với 16%Sn, 16%Sb), trong đó Б16 có nhiều hạt cứng hơn, giòn hơn chỉ dùng trong điều kiện không chịu va đập Б6 được dùng nhiều hơn để thay Б83, Б88 trong các động cơ xăng, chịu va đập hơn và rẻ hơn Sau đây là các hợp kim ổ trượt có nhiệt độ chảy cao hơn
6.3.3 Hợp kim Al
Hợp kim Al: ma sát nhỏ, nhẹ, tính dẫn nhiệt cao, bền ăn mòn tốt trong dầu, đặc biệt là cơ tính cao hơn, tuy tính công nghệ hơi kém
được dùng ở trạng thái đúc làm bạc hay ống lót dày > 10mm hoặc bimêtal
ổ trượt bằng hợp kim Al chịu được áp lực cao (200 ữ 300kG/mm2), tốc độ vòng lớn (15 ữ 20m/s), dùng nhiều trong động cơ điêzen
6.3.4 Các hợp kim khác
БрOЦC4-4-4 (biến dạng), trong đó Pb không tan là các hạt mềm, nền cứng là Cu hòa tan Sn, Zn
tan là hạt mềm, Cu là nền cứng
6.4 Hợp kim bột
6.4.1 Khái niệm chung
a Công nghệ bột
So sánh công nghệ truyền thống và công nghệ bột:
VL ban đầu → phối liệu → nấu chảy → đúc → biến dạng → gia công cắt → sản phẩm
VL ban đầu → bột → phối liệu → ép → thiêu kết → sản phẩm
Tạo bột kim loại hay hợp kim: nghiền (cho vật liệu giòn), phun loại lỏng vào môi
trường nguội nhanh (trên tang đồng hay trong nước, khí áp suất cao), hoàn nguyên từ ôxyt, điện phân, CVD, PVD,
- Tạo hình: ép, nén dưới áp suất 100 ữ 1000MPa, tùy theo yêu cầu về khối lượng riêng Muốn được khối lượng riêng lớn và đồng đều phải ép với áp suất lớn và rung cơ học, ép nung nhiều lần
- Thiêu kết: để bột liên kết với nhau,
nền mềm
hạt cứng kim Cu3Sn
hạt cứng SnSb
Trang 891
• Nhiệt độ thiêu kết: Ttk = (2/3ữ3/4)TC (TC là T chảy của cấu tử chính, K) Trong
quá trình thiêu kết, sản phẩm sẽ co lại, mật độ tăng lên Có thể kết hợp hai khâu
ép và thiêu kết bằng cách ép nóng, có thể đạt được mật độ cao nhất
• Thời gian thiêu kết: 15-120 min, dài quá làm hạt thô, cơ tính xấu
• Môi trường thiêu kết: chân không hoặc khí bảo vệ : H2, N2, Ar, He,…
Trong trường hợp thiêu kết nhiều loại bột ta có 2 trường hợp: có xuất hiện pha lỏng
và không
ắ không xuất hiện pha lỏng: 2 loại bột không tạo dung dịch rắn với nhau → bột
có Tc thấp sẽ kết khối bao quanh bột có nhiệt độ chảy cao (Cu-W) Nếu giữa chúng có tạo thành dung dịch rắn, tuỳ theo mức độ thiêu kết (Ttk&τ) có thể nhận được ddrắn+xốp (Cu-Ni)
ắ có xuất hiện pha lỏng: Ttk <TC của cấu tử chính, Ttk>TC của cấu tử nào đó hoặc
cùng tinh
Điều kiện: tỷ lệ pha lỏng < 30% thể tích
Đặc điểm: xít chặt cao, τ thiêu ngắn, sai lệch kích thước lớn (5-25%), ví dụ:
WC-Co, Co lỏng
• Các loại:
ắ Thiêu kết dưới áp lực: xít chặt cao, xốp thấp, bao gồm:
o ép ở nhiệt độ cao (1500ữ2500oC), khuôn gr, lực ép P=30MPa, độ xít chặt
95ữ98%, dùng cho hợp kim cứng cacbit, nitrit, borit không cần chất dính
o ép ở nhiệt độ trung bình (800ữ1100o
C), khuôn kim loại, P=200MPa, dùng cho
VL kết cấu
ắ Thiêu kết dưới áp lực và phóng điện: (Spark Pressing), Nhật, Mỹ, P=100MPa, dưới điện trường mạnh → phóng điện trong vài giây: phủ hợp kim
cứng lên bề mặt chi tiết, dao cắt, tiếp điểm
P=100ữ200Mpa, trong Ar, dùng cho các chi tiết máy, dụng cụ,…
b Ưu, nhược điểm của phương pháp
- Hiệu quả kinh tế - kỹ thuật cao nếu sản lượng lớn vì đầu tư ban đầu cao
- nguyên liệu bột được sử dụng gần như triệt để, không hay ít phải gia công cắt, sửa
- Về chất lượng: dễ bảo đảm độ đồng nhất, chính xác thành phần → đều tổ chức
và tính chất
- Một số sản phẩm chỉ có thể chế tạo bằng công nghệ bột: vật liệu cứng, siêu cứng, bạc xốp
- Nhược: cấu trúc không xít chặt (độ xốp thay đổi rộng từ 2 đến 50%), có cơ tính
không cao Đầu tư ban đầu lớn, cũng hao phí khi tạo bột → đắt, chi tiết phức tạp khó đều lực ép
6.4.2 Vật liệu cắt và mài
ứng dụng quan trọng nhất trong Cơ khí là làm dao cắt bằng hợp kim cứng và đá mài
a Hợp kim cứng
Hợp kim cứng có tính cứng nóng cao nhất 800 ữ 1000oC, tốc độ cắt có thể tới
hàng trăm m/min
Trang 992
Thành phần hóa học và cách chế tạo
WC (chiếm tỷ lệ cao nhất), TiC, TaC rất cứng và nhiệt độ chảy rất cao, rất ổn định,
Co làm chất dính kết, nhờ vậy bảo đảm độ bền, độ cứng, , cứng nóng rất cao, không phải qua nhiệt luyện
- Tạo bột cacbit bằng cách hoàn nguyên WO3 bằng hyđrô ở 700 ữ 900o
C đ−ợc bột
W rồi đem nghiền, sàng lấy cỡ hạt nhỏ 0,10 ữ 0,15 đến 3 ữ 5àm, sau đó trộn bột
W với bồ hóng và nung lên 1400oC trong 1h để đ−ợc bột WC
- Trộn bột cacbit với bột Co trong nhiều h cho thật đều rồi đem ép thành l−ỡi cắt
nhỏ, hình dạng đơn giản, P=100-400 MPa
- Nung phôi ép sơ bộ ở 900oC - 1h, ép tạo hình chính xác và độ bóng yêu cầu, P > 400MPa
- Thiêu kết: nung ở nhiệt độ cao (1450-1500oC) để Co biến mềm, bắt đầu chảy, dính chặt các hạt cacbit với nhau thành khối chắc
Phân loại và các mác Có ba nhóm: một, hai và ba cacbit (bảng 6.6)
Bảng 6.6 Thành phần hóa học (%) và cơ tính của một số hợp kim cứng
Mác hợp
kim WC TiC TaC Co σU,MPa HRA
Ký hiệu theo TCVN Một cacbit
Dụng cụ cắt:
gang, hợp kim màu,
sứ, gốm
khuôn kéosợi, mũi khoan đá
khuôn dập C/tiết mmòn Hai cacbit
Dụng cụ cắt tốc độ cao, cắt thép không gỉ
Ba cacbit
TT10K8 82 3 7 8 1450 89,0 WCTiC3TaC7Co8
cắt phôi đúc, rèn,cần chống mẻ tốt
%Co tăng → bền tăng, cứng giảm
Tổ chức và cơ tính
Tổ chức tế vi: gồm các hạt cacbit sắc cạnh (màu sáng) liên kết với nhau bằng Co
(màu tối)
Độ xốp (~ 2%) Không có C d− (bồ hóng) trong tổ chức vì nó gây ra điểm mềm
Trang 1093
Khi làm dao, miếng hợp kim cứng nhỏ được hàn (hàn đồng) hay kẹp vào thân dao bằng thép C45 có độ bền uốn và độ dẻo tốt, sẽ tránh các nhược điểm trên
b Vật liệu làm đĩa cắt
Dao (đĩa) cắt bằng kim cương nhân tạo hay nitrit bo (BN) được dùng rộng rãi trong cắt kim loại, đá Chúng là các vật liệu siêu cứng (HV 8000 ữ 10000) Có thể
có các dạng sau:
- Bột kim cương trộn với 1 ữ 2% bột B, Be hoặc Si (chất dính kết) được ép nóng dưới áp suất cao tới 12GPa ở nhiệt độ khoảng 3000oC, đạt được HV 8000
- Bột kim cương hoặc bột BN rải lên bề mặt hợp kim cứng rồi ép nóng dưới áp suất
5 ữ 8GPa ở khoảng 1800oC, lúc đó một phần nhỏ Co, thậm chí cả W, Ti của hợp kim cứng tiết ra thành chất dính kết với lớp siêu cứng, đạt HV 5000 ữ 8000
- Bột kim cương hoặc bột BN trộn với khoảng 20 ữ 30% bột kim loại (chất dính kết), ép nóng dưới áp suất 3 ữ 6GPa ở 1200 ữ 1600oC, đạt HV 4000 ữ 5000, thích hợp với dụng cụ cắt đá
Kim cương tuy có độ cứng cao nhất (HV 10000) nhưng lại bị hạn chế nhiệt độ sử dụng (khi cắt với tốc độ cao, cacbon khuếch tán vào sắt, thép) nên dao cắt với BN
có ưu việt hơn Ví dụ có thể cắt gang xám với tốc độ 1800 ữ 2000 m/min
c Vật liệu mài
Bột mài: (SiO2), êmêri (hỗn hợp tự nhiên của Al2O3), Al2O3, SiC, BN lập phương, kim cương
-bột tự do, trong máy phun cát, bột mài rà, bột đánh bóng (như đánh bóng mẫu kim loại để quan sát tổ chức tế vi là bột Cr2O3 - màu rêu và Al2O3 - màu trắng),
- gắn trên giấy, vải (gọi là giấy, vải ráp hay nhám) để làm nhẵn gỗ, kim loại,
- khối (đá mài các loại): thường làm bằng SiC, các hạt mài được liên kết với nhau bằng chất dính kết gốm thủy tinh hay nhựa hữu cơ
d Thép gió bột
Loại thép gió có (> 2%C, > 6%V, > 10%Co) rất khó luyện, bị thiên tích mạnh và khó rèn Khi chế tạo bằng phương pháp luyện kim bột nhờ có bột mịn mà thành phần trở nên đồng nhất hơn Từ nguyên liệu bột (Fe, C, W, Cr, Mo, V, Co) qua HIP (100MPa ở 1100oC) trong (Ar), tạo nên các bán thành phẩm thỏi lớn Chế độ rèn và nhiệt luyện như thép gió nấu chảy nhưng với nhiệt độ thấp hơn
6.4.3 Vật liệu kết cấu
a Trên cơ sở Al và hợp kim Al
Bột Al: ép (P= 100 ữ 350MPa) và thiêu kết sẽ được các bán thành phẩm hệ Al -
Al2O3, trong đó Al2O3 (5 ữ 20%) là pha cứng làm tăng độ bền của vật liệu (sau khi nhiệt luyện σb có thể đạt tới 300 ữ 450MPa) ưu việt chủ yếu: tính chịu nóng cao đến 300 ữ 350oC
Hoa kỳ: SAP (Sintered Aluminum Powder), Nga là CAΠ
- Bột hợp kim Al thiêu kết: Hoa kỳ: SAAP (Sintered Aluminum Alloy Powder), Nga
là CAC,
b Trên cơ sở sắt và thép
