Cấu trúc tinh thể của vật liệu kim loại

Các khái niệm• Mạng tinh thể Cấu trúc mạng tinh thể lập phương nguyên thủy Tinh thể muối ăn Là một mô hình không gian mô tả sự sắp xếp của các nguyên tử cấu tạo nên chất rắn tinh thể...

Trang 1

CẤU TRÚC TINH THỂ CỦA

VẬT LIỆU KIM LOẠI

KSC Phan Anh Tú

Trang 2

NỘI DUNG

I Phân loại vật liệu

II Khái quát về kim loại

2 Đơn tinh thể và đa tinh thể

3 Kết tinh và tổ chức kim loại

Trang 3

Sơ lược về lịch sử sử dụng vật liệu của loài người

Trang 4

I Phân loại vật liệu

Trang 5

 Độ dư gia công thấp hơn

So sánh tính chất của các loại vật liệu

Trang 6

 Độ dư gia công thấp hơn

So sánh tính chất của các loại vật liệu

Trang 7

II Khái quát về kim loại

• Dựa trên tính chất

Có màu sắc đặc trưng Dẻo, dễ biến dạng: uốn, gập, dát mỏng Dẫn điện và nhiệt tốt

Có điện trở dương

• Dựa trên cấu tạo ngtử

Trang 8

Liên kết kim loại

• Các nguyên tử ràng buộc với nhau bởi liên kết

kim loại (lực hút tĩnh điện cân bằng về mọi phía

giữa Ion+ và các điện tử tự do bao quanh)

Liên kết ion

Liên kết đồng hóa trị

2.2 Liên kết kim loại

Liên kết yếu-Van Der

Waals

Trang 9

2.3 Tính chất (Tính kim loại)

• Ánh kim hay vẻ sáng

• Dẫn nhiệt và dẫn điện cao

• Tính dẻo cao

Trang 10

III Mạng tinh thể của kim loại

1 Các khái niệm

Sắp xếp nguyên tử trong vật chất

Trang 11

III Mạng tinh thể của kim loại

• không có nhiệt độ nóng chảy xác định

Tất cả kim loại và hợp kim

Thuỷ tinh, chất rắn làm nguội từ trạng thái lỏng với tốc độ vô cùng

lớn (> 10 4 -10 5 o C/s)

Trang 12

3.1 Các khái niệm

• Mạng tinh thể

Cấu trúc mạng tinh thể lập phương nguyên thủy

Tinh thể muối ăn

Là một mô hình không gian mô tả sự sắp xếp của

các nguyên tử cấu tạo nên chất rắn tinh thể

Trang 13

• Tính đối xứng

• Khối cơ bản (ô cơ sở)

- Là thành phần nhỏ nhất đặc trưng cho mạng tinh thể

- Nếu sắp xếp các khối cơ bản liên tục theo ba chiều không gian sẽ nhận được toàn bộ mạng tinh thể

Trang 14

• Nút mạng: Vị trí cân bằng mà nguyên tử, ion dao động xung quanh, tương ứng với tọa độ trên các trục Ox, Oy, Oz.

• Phương và mặt tinh thể: phương là đường thẳng đi qua các nút mạng, ký hiệu [u v w]; mặt tinh thể là mặt phẳng tạo nên bởi ít nhất 3 nút mạng, ký hiệu bằng chỉ số Miller (h k l).

Hình bên giới thiệu các phương và mặt điển hình của hệ lập phương.

Trang 15

• Chỉ số Miller-Bravais trong hệ lục giác:

Hệ có bốn trục tọa độ Ox, Oy, Ou, Oz Chỉ

số Miller-Bravais ký hiệu bằng [h k i l].

So sánh hai chỉ số M và M-B cho các mặt trong hệ lục giác

Trang 16

3.2 Các kiểu mạng tinh thể thường gặp

Trang 17

% 68

Trang 18

a Mạng lập phương thể tâm

• Cr, W, Mo, V…

• Số lượng nguyên tử trong một khối:

(nguyên tử)

• Mật độ khối: tổng V của các ngtử trên một đơn vị thể tích

n : số nguyên tử thuộc một khối v: thể tích nguyên tử

% 68

8 8

Trang 19

a Mạng lập phương thể tâm

- Nằm ở 1/4 đường thẳng nối điểm giữa hai

cạnh bên đối diện trên cùng một mặt bên

- d tr = 0.221d d: đường kính nguyên tử kim loại

* Điểm trống khối 4 mặt

* Điểm trống khối 8 mặt

- Nằm ở tâm các mặt bên và ở giữa các cạnh bên

- d tr = 0.154d (d: đường kính ngtử kim loại)

Trang 20

b Mạng lập phương diện tâm

• Ni, Al, Cu…

• Mật độ khối:

• Có mật độ xếp chặt lớn nhất

4

6 2

1 8

Trang 21

b Mạng lập phương diện tâm

Trang 23

c Mạng lục giác xếp chặt

• Zn, Cd, Mg, Ti…

• Ô cơ sở có các nguyên tử nằm ở các đỉnh,

tâm các mặt đáy và tâm của 3 hình lăng trụ

tam giác xen kẽ nhau

n = 6 (nguyên tử)

• Thông số đặc trưng: a cạnh đáy

c chiều cao lăng trụ

• Khi c/a = 1.633 thì mạng được coi là xếp chặt

Trang 24

d Mạng chính phương thể tâm

• Các kim loại thường không có kiểu mạng này Nó là mạng tinh thể của tổ chức mactenxit

• Mạng chính phương thể tâm có hai thông số là: a và c

• Tỷ số c/a gọi là độ chính phương

Trang 25

Trang 26

• Lập phương đơn giản

• Lập phương thể tâm

• Lập phương diện tâm

• Chính phương thể tâm

• Lục giác xếp chặt

Trang 27

3.3 Tính đa hình (tính thù hình)

• Là sự tồn tại các kiểu mạng tinh thể khác nhau

khi nhiệt độ và áp suất thay đổi

• Ký hiệu:  ,  ,  ,  ,  Sắt có 3 dạng thù hình:

Sắt α: tồn tại ở nhiệt độ <912 o C

Sắt ɣ: tồn tại ở nhiệt độ từ 912 o C đến 1394 o C

Sắt δ: tồn tại ở nhiệt độ từ 1394 o C đến 1538 o C

Pha lỏng trên 1538

o C

Trang 28

IV Cấu trúc của kim loại

4.1 Các sai lệch trong mạng tinh thể

a Sai lệch điểm

• Là sai lệch có kích thước nhỏ (chỉ vài ba thông số mạng) theo cả ba phương đo, có dạng bao quanh một điểm

Trang 29

b Sai lệch đường

• Là sai lệch có kích thước nhỏ (cỡ kích thước nguyên tử) theo hai chiều và lớn theo chiều thứ ba

• Có thể là một dãy các sai lệch song cơ bản chủ yếu vẫn là lệch

• Có hai dạng: lệch biên và lệch xoắn

Trang 30

b1 Lệch biên

• Trong mạng tinh thể hoàn chỉnh có thêm bán mặt thừa ABCD,

sẽ làm cho các nguyên tử ở vùng biên bán mặt, tức là xung quanh trục AD bị xô lệch, gây nên lệch biên

• Lệch biên có tác dụng rất lớn đến quá trình trượt

Trang 31

b2 Lệch xoắn

• Trong tinh thể hoàn chỉnh được cắt bằng bán mặt ABCD rồi dịch chuyển phần tinh thể hai bên bán mặt này ngược chiều nhau một thông số mạng tạo nên lệch xoắn

• Lệch xoắn dùng để giải thích quá trình kết tinh lại của kim loại kết tinh

Trang 32

c Sai lệch mặt

• Là sai lệch có kích thước lớn theo hai

chiều đo và nhỏ theo chiều thứ ba

• Điển hình của sai lệch mặt là biên giới hạt

và siêu hạt , bề mặt tinh thể

Trang 33

4.2 Đơn tinh thể và đa tinh thể

a Đơn tinh thể

• Trong một khối tinh thể:

– theo một phương bất kỳ phương mạng không đổi hướng

Trang 34

b Đa tinh thể

• Là cấu trúc thực tế của kim loại

• Đơn tinh thể: hạt

Đa tinh thể: đa hạt

- Phương mạng trong từng đơn tinh thể thì song song nhau, nhưng giữa các đơn tinh thể thì lệch nhau một góc bất kỳ

- Vùng biên giới hạt các nguyên tử sắp xếp không trật

tự, nhiệt độ nóng chảy thấp và chứa nhiều tạp chất



4.2 Đơn tinh thể và đa tinh thể

Trang 35

4.3 Sự kết tinh và tổ chức kim loại

• Sự kết tinh-kết quả của quá trình đúc kim loại/hợp kim nóng chảy.

- 2 bước: (1)Tạo mầm; (2) phát triển mầm tạo thành tinh thể-tổ chức hạt

• Bắt đầu với vật liệu nóng chảy-chất lỏng.

• Tinh thể lớn lên cho tới khi gặp tinh thể khác

Định dạng
Số trang	36
Dung lượng	1,91 MB