Vật liệu cơ bản và xử lý nhiệt trong chế tạo máy giáo trình dùng cho các hệ đào tạo cử nhân và trung cấp kỹ thuật hoàng tùng, phạm minh phương, bùi văn hạnh

Vật liệu cơ bản và xử tý nhiệt tó mổn học kỹ th u ệ cơ sở trinh bày vê cấu lạo bên trong và các tinh chíìt của vật liệu kim loại} hợp kim và các vật liệu kháCy về sự phụ thuộc giữa các

ﺺ ﻣﻭ ٠

ﺀ ﺀ ﻎ ﻣ

t k ﺀﺶﻣ ﻢ ﺴ ﺟ ، ﺔﲡ

X in v u i lòỉig:

Không xé sách KhOng gạch, viết, vẽ lê.n sách

PGS I'S HOẢNÍỈ TÙNG F(؛s TS PHẠM MINH PHƯONG

Tác giả: PGS TS HOÀNG TÙNG

PGS TS PHẠM MINH PHU3NG

TS BÙI VÃN HẠNH

Chịu ìn k li nhiệm xnứt hỏn: PGS TS TÔ ĐẢNG HẢI

Biên lập và sửa bông: NGUYỄN t h ị d iệ u t h ú y

In 500 cuốn khổ 16 X 24cm tại Công ty TNHH Bao bì & In Hải Nam Quyết định xuất bản số: 476-2007/CXB/55-I8/KHKT

In xona và nộp lưu chiểu quý IV nãm 2007

LỜI NÓI ĐẦU

ở Việt Nam các ngành cong nghiệp, dặc biệt các ngành cơ klìí, thưòmg ngày dều gắn vởi vột Uệu và cản dến cdc vạt Uệu có linh ndng da dạng vởì chát ﺍﺍ ، ợng ng ﺓﻻ

càng cao.

lỉiện nay kim loại (sắt, nhom, dồng, ) và hợp kim (thép, gang, các hợp kim của nhôm, đồng, titan, ) dược dùng rất rộng rãi trong các ngành công nghiệp Các kim loại, dặc biệt la sất νά cdc hợp kim cíta nó dd và dang dóng val trò qnan trọng trong sự phát triển các ngành công nghiệp về mặt kinh íếvà cả kỹ thuật.

Cdc vột liệu klm loai diíợc dítng rộng rdl d ể chẽ' tao ma ١ ÿ móc νά công СЦ la do chung có cơ tinh tốt đảm bảo dược các yêu cầu dề ra Nói chung vật liệu kim loại có

độ bền và độ cứng cao, độ dẻo và độ dai tốt, vì vậy máy móc dùng dược lâu, ít mòn Một số kim loai và hợp kim có nhĩùĩg tinh chat vật lý đặc biệt như: dẫn điện và dẫn nhiệt tất, có từ tinh dặc biệt, chiu nhiệt tốt Song song với sự phat triển kim loại và hợp кип, các vật lỉệii khác (compozit, kim loai hột, chất dẻo, ) cũng phát triển và đưc/c sử diitig trong công nghiệp.

ỉ) ể sử diitig kim loại, hợp kirn và các loai vật liệu khác trong sản xuất cong nghiệp một cách hợp lý thi các kỹ sư, cán bộ kỹ thuật, kể cả cong nhan cũng cần có nlỉữnq kiến thức cơ bản nhất về một sốvật liệu thông diing nhất.

D ểdúp ibìg phấn nào íhi/c tếtrên cluing tôi hiêìĩ soạn giáo trìtilì này.

Vật liệu cơ bản và xử tý nhiệt tó mổn học kỹ th u ệ cơ sở trinh bày vê cấu lạo bên trong và các tinh chíìt của vật liệu kim loại} hợp kim và các vật liệu kháCy về sự phụ thuộc giữa các tinh chíít vào cấu lạo bên trong của chúngẹ Dựa trên mối quan

hệ dó ngưòri ta llẻ.n hdnh tlm lOl cdc họp klm mới có linh chdt mong muốn và các phương pháp gia cong nhiệt dểcải thiện các tinh chất Cita kim loại, hợp kim.

Đểriárnị cao chất lượng vật liệu kim loại, cũng nhưcác sản phẩm kim loại, hợp kim và các vật lìệiỉ klỉác rigưcri ta dã sử diing công nghệ xử lý nhiệt Cong nghệ x ử iý ĩihiẽt là quá trinh him thtt^ dổi tinh chttt của vột liệu kim loai bàng each tha؟ dổi (Yii/ trúc bên trong hoặc thay doi thành phần hoíí học lớp bé tn ệ kim loai mà khOng liim thav dổi hlnh ddng vti kich thước của chi tiết.

V / vậy írong chếíạo cơ khi, xử lý nhiệt dóng vai trò quan trọng vi không nhữìỉg

nó lạo cho ch ﺍ l ié'l sau khi gia công C.Ơ những linli chái cản 1 1 ﺍﺍﺎﺣ nhu độ c(íng ١ độ bẻn ١

độ dẻo dai, khả năng chống mài mòn, chong ăn mòn, V.V.M rnà còn lảm tăng tinh công nghệ của vật liệu Do dó có thể nói xii lý nhiệt là một trong những yếu tố công nghệ quan trọng quyết định chất lượng của sản phẩm công nghiệp nói chung.

Các cán bộ kỹ thuật (kểcả cong nhan) khi thiết kế vả chẻ tạo cúc kết cấu máy phdi có hiểu biết dầy đủ vé các loại vật liệu thường dùng (gang, thép, các ỉìợp kim nhôm, dồng, họp kim ổ truc, vật liệu khác, ) và các phương pháp xử lỷ nhiệt íhích hợp Trong hoàn cảnlĩ cung ầ g vật tư không đáp ầ g dímg số hiệu, nếu nắm v ầ g các tinh chất của vật liệu, các cán bộ kỹ thuật, công nhan có thể chọn củc so hiệu khác (loại khác) tương dương đểthay thế.

Môn học vật liệu cơ bản và x ử lý nhiệt là môn học cơ sở kỹ thuật rất thực

l ﺍ ễ n ١ ﱂﺍ ١ ﺭﺅﻻ l ٣ ong quá trinh học ph ﺓﺍ ﺍ uôn luôn liên hệ ѴСЛ thực tẻ' gia cOng và sừ dung.ầồng thời giảì thìcli các hiện tuợng vột 1 ﻻ bằng 1 ﻵ thu ﻻ ẻ't da học Ngodi p ﺍ ι ﺓ n 1 ﻵ

thuyết, học sinh cần thực hiện các bài thi nghiệm và các bài tập nhằm củng có kiến thức dược học cung nhưgỉúp làm quen với íhực tế.

Giáo trinh này gồm sáu chương Trong chương ỉ và chương 2 trinh bày các lý

thuyết cơ sở về kim loại và hợp kim Chương 4 ,و và 6 trinh bày các loại vật liệu kim

loại th u ^ g dUng ﺍ lhép ٠ gang và kim loại màu ١ Trong chuong 5 trinh ba ﻻ bdn chdi và cách tien hành các phưcmg pháp xử lý nhiệt kim loại.Chương 7 trinh bày một số vật liệu phi kim loại (chất dẻo, cao su, conipoiit ) th ư ầ g dìmg trong công nghiệp chế tạo máy Sau mỗi chương đểu có cảu hỏi ôn tập.

Cuốn sách này dược biên soạn theo nội dung của các giáo trinh Cong nghệ kim loại, Cơ khi dại cương, Kim loai học và Nhiệt luyện, Vật liệu hoc, Công nghệ Nhiệt luyện dã dạy nhiều năm tại tr ư ầ g Đại hoc Bách khoa ỉỉà nội cũng như các giáo trinh tương tự trong và ngoài nước Nó dùng cho các hệ đào tạo trung cấp, cử nhản kỹ thuật cong nghiệp.

Trong quá trinh bien soạn, chung tỏi đã nhận dược sự giiíp dỡ rất chán tinh của các bạn đồng nghiệp Nhân dịp này chúng tôi xin chân thành cảnĩ ơn.

Chúng tôi xin trán trong và cảm ơn moi زؤ kiến đóng góp của hạn dọc Các ỷ

kiê'n xin giíi về Ran biẻn lộp, Nhà xuat bdn Khoa học và thuộl 70 'Irdn Hung Dạo, Hà Nội.

Các tác giả

C h i t i j ا

KHAI NIỆM Cơ BẢN VÊ KIM LOẠI VA HỢP KIM

vạ( liệu tlUng ١rt,ng uOng ngliiệp rất da dạng, tuy nhiÊn ki 1 1 loại \'à lir.ĩp ki 1 1ciía uliUiig vần dư(.,o sử dụng nliiều nliat (7() 80 ب%) kliOi lưong, v'i vậy vần pliải liiểu bìÊ.t nliững tinh cliất co bản ١'à pliạiii vi sử dụng vliUiig

- Ceramic (vật l؛ệu \'ô cư)

- !)oíymc (vật hệu hữu ССУ)

- Conipozit (vật hệu kết h(.yp)

Niioàì ra cổ những nhOm phụ k!iỌ g!idp vào brin ^ιόιη trên nhu: bán dẳn, siCu dán nh؛،:t độ thấp, s؛èu dần nhiệt độ cao: s؛!؛con, vặt liộu nanO

1 2 KHAI NIỆM VỀ VẬT LIỆU KIM LOẠI

Kiiii loại là vật tliể sáng (cổ ánli kiiii), c(١ tliổ rèn dược (do cổ tínli dCo), cd tinh dần diện, dán nliiệt tOl, cổ liệ số nhỉộl diện trO ،lifting

Ihện nay dâ tìiii dược І1ГЛ1 I()0 nguyén tố, trong d،'i hon 3/4 là kiiii loại; trong btìiig tuầii lioàn các nguyCn t،١' lioá !i(.١c, cliUng ntiii ở bèn trái dififtig dậiii nét (bảiig 1.1) Ngoài ra một số nguyên tố cO ١'ị tri trung gian giữa kíiii loại ١’à á kini, dO là các iiguyCn lO bán dần: Ge, Si Các nguyCii tốcbii lại là á kiiii: c, o, H, Ν.13 ; klií tr،í:

IIc, Nc, \r, Kr ١’à lialOzcii: 1", Cl, llr, ! (bẻn pliải dirííng dậm nét).

Iliực tếdiư a c،') tiCu cliuẩn tliật r،') rệt pliihi biệt kiiii loại và á kiiii

1'rong kiiii І0 1.1І ІІ.ІІ pliâii ra: kiiii loại dcii \’à kiiii loại màu

- Kim loại den là sắl và các hợp kim Ircn cơ sở sál, ví dụ: ihcp và gang.

- Kim loại màu bao gồm các kim loại còn lại Irong bảng luần hoàn và h(٠yp kim Ircn cơ sở của chúng

1.3 CẤU TẠO MẠNG TINH THE

- Đậc điểm cấu tạo nguyên tử của kim loại: nguyên tử là một hệ thống phức lạp gồm hạt nhân (chứa prỗtôn + nơtrôn) mang diện lích dương và các diện tử mang diện tích âm quay quanh hạt nhân Đặc diêm của kim loại là số diện lử hoá trị rất ít (thưímg là 1 -r 2e : e là cleclron), các diôn lử liên kết rất yếu với hạt nhân, dỗ bứt ra khỏi hạt nhân và trở thành diện tử tự do còn nguyên tử trở thành ion dương Đặc tính của các điện tử này quyết dinh nhiều dến lứih chất dặc trưng của kim loại

1.3.2 Cấu tạ o tỉn h th ể k im lo ạ i٠ ٠

Một sỏ khái niệm cơ bản

Tất cả các kim loại và hợp kim ở trạng thái rắn dều là vật thể C() cấu tạo mạng tinh thể Các nguyên tử (ion) chiếm những vị trí nhất định trong không gian tạo thành

mạng tinh thể

Hình 1.1 Mạng lập phương đơn giản

a) mang tinh thể, b) mặt tỉnh thể c) ỏ cơ bản

п з ع و

u e u i e s LUS Ζ 9

- Mạng linh thổ gồm những mặt nguyên tử sắp xốp s٠ng s()ng và cách dcu nh٤iư

- gpإ là mặt íình thể.

- Đưèrng thảng di qua 2 nguyCn tử (ion) và tiếp lục di qua các nguyCn tử (iơn)

klìác gpi là phương tinh thể.

- Phần thể tích nhỏ nhất dặc t٢ưng c h một loại mạng tinh thể nào đổ dược gọi

là ổ cơ bản Nếu xếp liCn tiếp các ة cơ bản theo 3 chiổu không gian sẽ dược toàn

mạng linh thể (hình 1.1)

- Thong sốrnạtĩg là kích thước cơ bản cùa mạng tinh thể١ lừ dó có thể I؛nh ra

các khoảng cách bất kỳ trong mạng Đơn vị thường dUng là àngslrôn١(ل،\ﻻ) hay kilo íchxi (kx)

Hẹ lập phư(mg chỉ có một thOng sớ mạng là cạnh a cùa khốí cơ bản Hệ lục giác có haỉ thOng số mạng là a và c

u a Các d ạ n g ô cơ b ả n của m ạ n g tin h th ể k im l ạ i

ة C ơ bản dưc;c dặc l ^ g cho kiểu mạng tinh thể của kin) loại Iheo linh toán của Bravais thi tất cả có 14 kiểu mạng tinh thể khác nhau thuộc 7 hẹ ٢rong các kim !٦loại thường dUng trong cồng nghiệp cơ kl)í٠ thưímg gặp ba kiểu n)ạng linh thể là: lập phương thể lâm (cOn gọi là lập phương lâm kl)ối và ký hỉệu là Α2 hoặc Iptk)؛ lập phương dỉện tâm (còn gọ٤ lập phương lâm mặt và ký hiệu là AI hoặc Ipim) (liình 1.3)

Ô cơ sở mạng sáu phư(mg xếp chạt (ký hiệu là A3 hoậc spxc), (hlnh 1.4)

a Ім р phương tâm khối (ký hiệu Α2, Iptk): có ة các kim loạí: íCa,(2r,٧ (hlnh

1.2).

دز-

Hình 1,2 ô cơ sở mạng lập phương tâm khốỉ

cạĩìlì lă a, lác nguveiì lử nàm ờ dỉiilì và Iruiig lâm

(ﻵا٧

1

أ

3(1này

i khi (JU(;c ký lìiộu hàng E - hình

(':؛

٨ 3i Ô n٤ ١ y d)Irung I٤ ١m các jnặt hên của Wi

-

-] [ /

ا

ا

٠ ١

# ا ٠

؛

- - ل ٠

ا ر ' إ

-٠

Hình 1.3, ỏ cơ sở mạng lập phương tâm mặt

c sáu phương xếp chặt (ký hiệu ،4و spxc}‘ 1(3 ở C'ái kim loại: Zn, Cci, Mg

Ô cơ sở ở đâv là h ìỂ lục giác \'(3ì các cạnh là a và c (gồm sáu lầng l٢ụ lam giác dểu)١ các nguyCn tử à 12 dinh, giữa cdc mặl dáy \'à 3 nguyên lử nằm ؤ tâm 3

khớỉ lăng 1 ﻢﻟ ا ٦lam gỉác cách dều nliau, hìnli 1.4

Hình ۶٠ 4 ô cơ sỏ mạng sáu phương xếp chặt

d.'lình ا)؛خ ١ أ dổi ihii liínli chu kiin l()ụ؛

Kim loại ờ cdc nhiệt độ, á.p suấl khác nliau 1(3 k.iố٠u mạng khác nhau, dư()c g(ر؛

là línli ihU hình cUa kim logi Ví dụ Fe, Co, Mn, vSii, 'Ic, Cc

Các dạng thù hìnli klìác nhau của cùng một nguyên t() dược ký hiẹu bằng

chữ cái Hy Lạp : a , p, Y, ô trong ứó a

chỉ dạng tồn tại ở nhiẹl độ thấp nhất còn

p, y, ô lần lưcyi ở các nhiệt dộ cao lum, ví dụ: Fca, Fcp, Fey (hình 1.5) Quá trình thay dổi cấu trúc mạng từ dạng thù hình này sang dạng ihù hình khác dược gọi là chuyển biến thù hình

Đặc điểm khi chuyển biến thù hình:

- Toả hoặc thu nhiệt

^ 2%) nhưng cũng gây ảnh hưởng rất lớn đến các lính chấl của kim loại

1.3.4 Đ ơn tin h th ể v à đa tin h t h ể

1 Đơn tinh thể

Đơn linh ihể là vật thể có mạng thống nhất và phương mạng khổng thay dổi irong loàn bộ ihể lích của nó Đơn tinh thể có hình dạng nhất dịnh đặc trưng cho kiểu mạng của mình Đơn linh ihể có tính dị hướng Thực lế rất ít gặp dơn tinh ihể vì chúng có kích thước rất bé (1 ^ lOOpm), do phải 'nuôi bằng cồng nghẹ" bằng phưctng pháp cổng nghệ dặc biệt (hình 1.6a)

Tính dị hướng của dcm ỉinh ihể là sự khác nhau vé lính chất (cơ, lý, hoá ) theo

những phưoìig mạng khác nhau của tinh thể

іУ циуёп ηΐίάη: 'I hco plìưctiig kliđc nhau, ĩiiạt ل() nguyeii tử kháu nhau, lực liCn kcl kliác nhau, tinh chất klìác nltau 'l٠hư(١mg phư(٢ng nồ(-) c(١ mật độ l(/]؛n thi có ل() hén cac.

Khái niệin dcyn tinh thổ có thổ lỉốn hệ \'(ؤا kíìái niẹiĩi dưn tinh thể của Ge, Si (٧ật

liệu bán dẳn)

2 Đa tinh thể

a Hại tinh thể (gọi tắt lù tinh the):

Trơng thực tế hầu như chJ gặp đa tinh thể Đa linh thể gồm rất nhiổu dơn tinh

thể nhb (cỡ μηι), mỗỉ d(-٢ n linli thể trong da linh thể dư(٠yc gọi là hạt tinh thể Gác hạt

cổ pltư(,mg mạng định hư(۶ng khác nltau (ngảu nhiCn theo phiítmg truyền nhiệt khi kết

linh) và liCn kết với nhau qua vUng ranh giứỉ (gọi là bien hạt hoặc tinh giới hạt).

Đac điểm:

- Mạng tinh thể trong mỗi hạt déu CÓ trật lự.

- Gảc hạt trong da tinh thể cO phưrmg mạng sắp xcp bất kỳ nên da tinh thể có

tinh dẳng hướng.

- VUng biCn gỉứi hạt các nguyCn lử sấp xcp khOng có trật tự và chịu ảnh hường của các hạt xung quanh (hình 1.6b,c)

Hình 1.6, MO hlnh dơn tỉnh thể và da tỉnh thể

a) da tinh thể b) da tinh thể, c) ảnh hiển vi quang học mẫu da tinh thể sau tẩm thực.

/) ỉ)ộ hạt: hạt to, nhỏ có ảnh hư؛mg l(۶n t(/Ỵi cơ tinh cùa kim loại Độ hạt là biểu

hiộn kíclt ihư(٩c trung binh của các hạt cỏ 16 cfíp từ 0(), 0, 1, 2 14 theo thứ lự nhỏ dđn Độ hạt càng nhỏ tinh chất С(Г hoc cUa kim loại càng cao, 8 cấp cùa kim loai lhư6ng dUng là từ cấp 1 dến 8

11

1.4 S ự KẾT TINH CỦA KIM LOẠI

Sự kết linh của kim loại là sự t،K) thành mạng linli thể của kiin loại khi chuyổn

lừ t٢ạng thái lOng sang trạng thái dặc Khi kết tinh có sự biến dổi từ trạng thíii sắp xếp khOng hoàn toàn trật tự thành cO trật tự (dO là cấu IrUc tinh thổ), nổ xảy ra ở mỏi

nhiệt độ nhất dinh dOi ٧ớ٤ mỗi kiiiì l()ại

Phần lớn kim loại (hay hcyp kim) dưí.yc chế tạo ra ờ trạng thái lỏng rổi làm nguội trong các khuOn dúc, tức là qua kết tinh, sau dó mới qua các dạng gia cOng

khác nhau (٧í dụ rèn, dập, cán ) dể làm thànli bán thành phẩm hoặc sản phẩm.

د

4

a Bien đổi năng lượng khi kết rinh: trong tự nhiCn mọl quá trinh tự phát dểu

xảy ra theo ch؛ồu giảm nảng lư(.mg lự do (theo ohiểu cố nảng lư(.mg dự tr٥ bé hrni) 1’rong hệ thống gổm nhiổu châ'l diổm chuyển dộng(nguyèn tử١ phân tử), năng luthig

dự trữ dưực dậc trung bàng năng lurmg tụ do 1' Ilình 1.7 biểu thị sụ biến dổi năng luợng tụ do F của trạng thái rắn và trạng thái lỏng phụ thuộc vào nhiột độ

F = U -T S

s - cntrOpi.

'1' - nhiệt độ K.

t Khi nhiệt độ 'I' > Ts vật thể ờ trạng thái lỏng VI ،،؛Ing lU(.mg tụ do cùa trạng

thái lỏng nhỏ hơn ờ trạng thái rắn I'l<F’r, sụ kết tinh chira xảy ra

+ Khi nhiệt độ 'r < Ts vật thể ở trạng thái tinh ihc’ vì F"i > F'R

Hình 1.7 Sơ đổ biến dổi náng lirợng ،ự d AF của các trạng thái rắn.

lOng phụ thuộc vào nhiệt độ

+ Khi nliiệl độ I' = م[؟ lại (ل(> : ! ﺍ;ﻝ R١kim loại (١ trạng thái cân hằng dộng: có n١()l lư(.٢!ig kim 1()ﺬﻟ؛ kcl linh lh١ lại có mộỉ lư(٠^ng kim l()ại rán như vậy nOng cháy Gii

ở nhi(٠t ckVI' < 'l.s, khi đổ ل:ا> ل;ل< meti со sự ket tJnh

Klii nguhi qua 'Fs se xảy ra quá trinh ket tinh ηύη ]] dư(c go؛ là nhiẹi độ ket

linit (klti ngu()٤) liay go؛ là nhỉộl độ clt ؛٤v (khi nung ndng), diổu này chỉ cO linh ly thuvCi, vì Iqi dUng nhiộl độ dó khi làm ngu()ỉ vân chưa xảy ra kếl linh؛ klti nung n(١ng vần chưa xảy ra ndng chảy

Sự kCt liitlt thực lố chỉ xảy ra ở nliiệt độ thấp hctn nhiệt độ kếl linh ly ihuyCl 1٦8م mộl khoảng nhitl định đổ lại dO Fr < ا;ل một cách rõ rệt

٥ Độ qua nguội:

lỉiộu số gíữa nhiẹi độ kCl linlt ly thuvCl I ٦s và nhiộl độ kếl linh ihực lế Tkx là độ

quá ngu،)i Δ'Γ:

Δ'1 = Г؟ -٢Γκ٦, phần lứn kim loại kêt linli Ѵ(ГІ Δ1٦ = 2 5 ب"c.

CQng tưong lự như vậy cho klti nung nổng, sự nF)ng chảy thực lế xảy ra (١ nhỉột

độ 1 ﺀ١ > 'i;؟ Độ chCnh lệch gíữa chúng dư(.٢c go؛ là độ quá nhiẹi

1 4 2 H ai qiia tr in h củ a s ự kết tin h

Khi nhiệt d() Γ < l ٦s xảy ra sự kcl tinh Sự kết tínli dược thực híện nhờ hai quá Irình sottg song và nOi liíp nhau ٢Frong kiitt loại lOng xuất hiện những irung lâm kcl tinh cỏ kích Ihưvtíc rất nhỏ gọi là mẩm \'à tiếp theo mầm phái Iriển thành linh thổ- hạl

a l ạo mãm\

Có liai loại mầm là mầm tự sinh và mẩm ký sinli (mầm klìông 1ي sinh) Mầm

tự sinlt là máíit tíio thành lừ chinh bản lltân kini loại lỏng (do có sự tlìay dổi nội nầng khi kitn loqi ngưội) cbn mắm ký sinh là mầnt tí.i() thành trCn cơ scV các phần lừ rắn có

sẵn à Intng kim loại lỏng (đổ là các tqp ch((l khdng tan, bụi than, bụi quặng, bụi tương

10, (٦xyi٠ niirit go؛ là lạp ehấl), chUng dbng vai trO nltư những mầm, giUp cho quá Irình lạo mẩm dế dàng hơn

I) Phúí irìểrìmầm:

١Sau klti tnầm dưoỉc tạo thành, cliUng licp lục phái triển Ihànli hạt linh ihể t)ây

là quá irìnlt lự phát V١1 cO sự giảm nảng lượng của hẹ thống Do phương phát Irỉển

g ٥؛ a các mầm định hưdrng ngảu nhiCn nen khi pltíil triển len chUng gặp nhau lạo biCn giới hqt

13

I4.a Sự h i ẳ th à n h h ạt tin h thê

a ĩiếìỉ irình kết íinh

Khi kết tinh, quá trinh sĩnh niầin và phát tr؛ổn ntầm xảy ra song song và nốl

tiếp nhau: khJ oác mần٦ mớl dược sJnh ra thl các mầm dã cO tiếp tục phát tr؛ển , cứ

như vậy chUng lớn dần dến khi chUng gặp nhau, kim loại lí١ng hết, ta se dược da tinh thể gồm các hạt tinh thể định hư(^g khác nhau

b Hinh dang hạt linh thể.

lỊạl tinh thể (hoặc hạt kim loại) kim loạí dúc có nhíểu dạng khác nhau: lấm, trOn, kim, nhimg thường là dạng nhánh cây Sự phát Iríển tinh thể có línlt dị hướng, theo mặt và phương có mật độ lớn mầm phát triển nhanh hơn, mặt khác cUng phát

triển theo phư(mg tản nhiệt nCn lúc dầu có dạng nhánh cây (hlnh 1.8)١sau dó kim loại giữa các nhánh cây mới kCt linh lạo nCn hạt (l,؛nh thể) dặc kin

Hình 1.8 Sơ đồ cấu t ạ nhánh cây

٧ í dụ, các th('١i kim loại dUc thương có lict diện Irhn, vuỏng, hí)ạc chữ à ặ [

(hình 1.9), lừ ngoài v'ào trong cỏ ba ١^ng tinh thể lần lượt như sau (hlnh I.9a):

[ img ngoài cùng tó lớp hạl nhỏ rnin đẳng triic ر., do kim loại lỏng licp xúc vơi

ibành khuOn nguội nên dược kCt tinh V('h độ quá nguội lớn, mặt khác do lác dụng cùa bổ mặt khuơn nCn hạt lạo thành khá nhỏ mịn

Vìuìg iiẻ/p theo tó viìng hạt tươĩìg dối Icrn hìnlì trụ 2 kéo dài ١atơng gdc với thành khuOn Sau khi vỏ ngoài dã kết tinh xong thành kliuOn bắt dầu n(١ng Icn nên

kim loại lOng ket tinh \\۵1 ٦ ا'\ ngày càng nhỏ, hạt tạo thành có khuynh hư(١ng ngày càng Idrn horn, ddng lh(١ri phát triển mạnh theo hương ngược với chiổu !ản nh؛؛l (vuOng

g(١c v(؛١ thành-kiiuOn) nCn lạo thành \'hng hạt 1(ج Itình trụ vudng g(١c '(ﻵ١ Ilìành khuOn.ذ

Hình 1.9 Sơ đổ tổ chức thO đại của thỏ؛ đúc

\/ỉíìỉg ở giữa là viìng hạt lem dảỉig triic و Cuôî cùng khi klm loại íỏng ở giữa

kcl tinh thi thành khu(٦n đã nóng len nh؛ổ٧١ kim Inạ؛ kết tỉnh với Δ Ι nhỏ hơn nCn hạt trơ nèn l(۶n h(^n, đổng ihờí phưímg tán nhiệt ٩ua thành khuOn không rõ ràng nốn hạt phát triển dều the() mpi phưcng (dẳng trục)

'٢rơng ha \àing trCn, ١^ng ngeàỉ cùng luỏn là lốfp vỏ mỏng, khi làm nguội mẫnh liệt thi vUng 2 lấn át vùng 3, cỏ khi còn làm mất hẳn vUng 3 và thỏi dUc như là chỉ có vùng linli thể hình trụ ١mông góc với thành khuỏn như bổ dũa (h١nh I.9b), lổ chức này

dưctc gpí là xuyên tinh, l ổ chức này có mật độ caơ nhimg khó biến dạng dẻo, khOng phù hợp V(h chng nghẹ cán NgưcTc lại khi kỉiuỏn dư؟)'c làm nguội chậm thl ١٢ùng 3 lấn

át ١^ùng 2 (hình l.9c), khi dó hạt phát triổn dểu tlieo mọi phương nCn tạo tii١h thể hình cẩu Câu irUc kim loạỉ này trờ nCn dỗ cản lum

ílại linh thể khác nhau làní cho ca tinh cUa kim loại rất kliác nhau Khi ở dạng

tấm, dạng kim Ihì kim loại se rất gibn, (V d٤.mg hính trụ Ihì khó cán, khi (١ dạng cầu k؛n٦ loại cO счУ tinh tổt hơn cả

13

l.Đ ộ ben

Độ bển là khả nàng của kiin l.ại chịu Jưực íác dụng của ng(١ại lực mà kbỏng bị phá hỏng Độ bổn cùa kim Inại dưực xảc dinh bằng Ihử nghiệm Irong điểu kiện tải

lr(٠)ng linh và ngấn hạn (với các trạng thái lực tác dộng như : kC(), nén, uổn, xoắĩi )

٧í d٧ dối với trường hợp thi nghiệm vứi lực tác dộng là lực kéo (hlnh 1 !()).

Hình 1.10 Sơ đổ b؛ểu đổ tảỉ trọng kéo và bíèn dạng của kim ا ٠ 3 ا

Các chi tieu phản ánh độ bển tĩnh là giới hạn dàn hồi, giới hạn chảy và giới hạn bển Iheo giá trị tảng dần la lần lư^ dược các giới hạn sau:

Giới hạn dàn hồi ơdh (σ dọc là xích ma): là ứng suất km nhất tác dụng lên mẫu

do lác dộng của lực Fáh mà khi bO lực tliì màu kl)ờng bị thay dổi hình dáng, kích

thư(١c (khOng cổ bien dạng dư) Thực ﺄﺟ rất khO xác định chínlt xác псп dùi١g khái

niệm bien dạng ٩ui ước: là ứng suất mà khi bỏ tải trpng ihì độ biến dạng dư là kltOng

dáng kổ và bé hon trị sO clio trước: 0,01 ب0,05ﺀة

٠rth=I٠ '(»,/S٠ [MPal hay ٠ ا).( ١ ا= ۴ ه.أا/ة ٠ \ΜΡαΙ hay 0ﻻ.ﻻ5= ^٠ ﺀ),05ا8<ل (MPa)

trong dó: - ỉ\ịị)} F()٠0J, 10,05 “ tảỉ trpng kéo [Nj ứng vcri độ biến dạng dư rất nhỏ

nliưng có thể nhận dược và bàng 0,01.؟ة :0,05؟٤ ب ١

ة

11-

ة) - diện ngang ban dầu của mảu, tinh theo mnT

- Giới hạn chảy ơc : là ứng suất tô'i thiểu mà (V dớ xảy ra ٩uá trinh chảy dẻo,

thư(mg dược xác d iỂ ứng \χ/γί đoạn nằm ngang trCn biểu dồ kCo Đối vớ’ì da S(.)/ kim

loại và họp kim thường khờng cO đo٤m nằ'm ngang này nên ihưímg dUng giOi hạn chảy ٩٧ ước ؛

c;i(ti hạn clìảy qui ư(1fc ơo ?là ứng SUÍIÍ di/(/yi lác ílụiig của nó sau khi bỏ lả؛ l٢^ng

ihì mâu bĩ biến dạng du ./%0,2 = ة

l٢٠ng ủ () أ ])}? - lả؛ l٢(.)ng (lực) kCo ứng ٧ d() biCn d؛.ing dư là 0,2%', ؛N ]٠(ﻵ؛

- Gicri hạn hên kéo ƠỊc : là ứng suấi I(٦'i da mà mâu ch!u dược l٢ước khi bị phá

huỷ dứi

ơk=i;k/؛>) [M/>a/

Irong dớ ĩ \ - lải l٢ọng (lực) kéo lối da Iren biổu dồ kCo, [N]

l ٦uỳ theo loại tải t٢(.)ng tác dộng mà ١''ậl l؛ộu cổ dưc;c tất cả các loại độ bổn như:

độ bổn kéo, độ bổn nén, độ bổn uốn, ٧.٧

Các kint loại dổu có dặc trưng độ bổn của minh và dược xác dinh giá trị cụ

thể thOng qua thi nghiệm với các mẫu cổ kícli thước, hình dáng theo tiêu chuẩn quốc

gia h()ạc tiCu chuẩn quốc te'

2 Độ dẻo (độ dãn dà؛ tưong đố؛) s%.: là khả năng dễ biến dạng dCo của vật liộu Để đánh giá khả nảng này của ١۶ật liệu kim loại, thường dUng các chỉ tíCu sau:

؛,ohlểu dà-

Độ dai va dập a

.١ử dưới lác dụng của tải trọng va dập

^

ﺍ

;

! cm

s - tiê't diện ngang ờ chỗ cO rânh khía cùa mẩu thử lcm^Ị

4

Độ cứng H B ;H R C ;H V : là kítả nảng chdn,g biến dạng dẻo cqc bộ của vật

ộu dưới tác dụng của tải trọng nCn \’à tliOng qua mũi dụng cụ nén

ộc làm thưímg xuyCn trong sản xuất co khi

؛

ậy do dỏ cứng là v.'

Độ cứìig của vật liệu kiin loại rííl khac nhau; cỏ loại rất mềm, có loai rất

cứng Vì vậy dể xác định độ cứng, trong kỹ thuật thư(١mg dUng các phư(^ng plìáp do

khá'c nhau Các phưưng pháp do độ cứng lhưỉ٢ng dUng là: độ cứng lirincn (IIlỉ); độ

cứng ROc٦vel (IIRA, IIRlỉ, HRC), độ cứng ٧i٠cke (IIV) vSơ đổ của các phư(.mg pháp

do độ cứng пси trCn hình 1.11

Hình 1.11 Sơ đổ tác dụng tảí trọng của các phương pháp do độ cứng:

a) Brinen b) ROcwel c) Vlcke

a Độ cứng Brineri ПВ

Xác định độ cứng Brinen bằng cách ấn một tải trọng F lên bé mặt phẳng của vật liệu qua viên bi có dường kinh D Sau khỉ thoi tác dụng (tải trọng) viCn bi dể lại trẻn bề mặt mảu vết lOm với dường kínli d (hlnh l.lí.a ) Số do độ cứng dược xác định bằng tỷ số cùa tảí trọng với dỉộn tích mặt lOm có dạng chỏm cầu s Độ cứng có thứ nguyên của ứng suất:

2F

,/, ر.

ل

s

Ư U điểm của gỉá trị IIB là giữa nổ vứi ơ b có quan hẹ bậc nhất nen có thể khOng cần thử kéo vản đoán dược g؛ới hạn bển, nhtmg cUng có nhược điểm là khOng thể do các vật liệu có độ cứng cao hơn HB 450 (V١1 bi dược làm bằng thép tôi ctog)

Điều kiện thử Iffi là bề mặt do phải sạch, phảng; chỉểu dày mấu phải δ > lOh - chiều sâu vCt lOm; tâm vết lOm phải cách mép mầu hơn 2 lần dường kinh vicn bi I); dương kinh vết lOm d phải thoả mãn 0,21) < d < 0,61)

hi Độ cà g R o c w e l HR(HRA,HRBfHRC)

t)o độ cứng Rôc١v\el HR tiện l(٠yi hơn, kít quả do cho ngay trên máy và do dược các vật lỉệu từ mềm dến cứng, vết lOm khá nhỏ, thưỉmg kliong ảnh hưởng lới bổ mặt làm viCc

f)ộ cứng Rocvvel là l()ại độ cứng ٩٧ ư(١ ؛ c (khổng ١ ٧ thứ nguyCn), xác dinh hầng (

cliiíu sâu gây ra Ь(ГІ lác dụng của tải Ir(.)na chinh d^)t vào mũi kim cưtmg Itình nOn cổ

g(١c dínli 12()(', rồi hỏ lực di.

Khi do độ cứng ROccvel bao giờ cũng cổ liai lần tác dộng tải trọng: đầu t؛ồn

lác dộng tải trọng sơ bộ p٥ (10 kG), chiểu sâu vết l(~)in tinh từ đây Sau dớ tác dộng tải

trọng chinh Pj rồi bỏ lải irqng này Ị ٦ính chiCu sâu do tác dộng này

h(j - chiổu sâu mũi dâm dưới tác dụng của tải trọng Po,

hj - chiểu sâu ntUi dâm dưới tác dụng của lải trọng Pi

MUi dâm cứ liai loại: mũi kim cưt^ng có hlnh ndn v(/yi góc ơ dinh l,à 120 dUng

dể do các vật liệu tưt^ng dối cứng, cứng và rât cứng MQi bỉ thép có dạng bi tròn có dường kinh 1/16 inc hay 1,588 mm, dUng clto các loại vật liệu mổm và cứng trung binh

IIRP (dUng bi thép ١.'ớì tải trọng p = 100 kG) áp dụng cho các loạỉ vật liệu mềm

và cứng vừa, thường dUng cho gang, thCp, h(.۴p kim dồng, nhOm

IIRG (mUi kim cương và p = 150 kG) áp dụng cho các vật liệu có độ cứng trung binh và cao nhưilìép, gang sau klti toi và ram

íIR٨ (mUi kim cư(tng và ỉ) = 6() kG) Ihư(١mg cht' sử dụng cho các vật liệu rất Cỉ^g như hợp kim cttag,!ơp thấm xyanua

Yêu cầu khi thử ÍIR: bổ mặt thử phải sạch, phẳng: chiểu dày mảu thử phải

>10h١ - It chiểu sâu vết thỬỊ khoảng cách giữa 2 tâm vet thử phải > 2,5mm với m٥i do

là kin) cương và > 4mm veil vicn bi thép؛ th('ri gian chiu lải tr(٠ tng là 5 7 آ s.

c ỉ)ộ ciaig Vicke ỉỉ\;

l-hưí^tg pháp do này iưcyng tự nl)ư do độ cAtg I3rinen, song cO nhữtg khác bíệl sau:

- Mũi nCit bằng klnt cương Itlnlt chdp bốn nmặt dểu với gổc ة đỉnh giữa hai mặt

dới diộn là 136٩

- lải trọng tác dụng nh(١, lừ 1 dến 100 kG, trong dO ntức 30 kG với thcyi gian

giữ tải trọng 10 15 ب s dư(.)’c coi là diổu kiộn t ١؛،,u chuẩn Khi thay dổi tảỉ trợng, tỷ lệ

10

giữa lải lr(.)iig và binh phưưng dưctng chéo vCi !ﺔﻟأا luờn luỏn khỏng dcM Điều này cho

phCp dùng اذإ lr(.)ng ihay đổ؛ inà khờng ảnh hưí^ng dến kết quả do

١

٧١٤ ,۶ậy độ cứng Vickc dư(.c dùng dể do độ cứng cho mpi vật lỉẹu từ rât mềm dín ٢ất cứng, vật thử có thổ mOng dCn 0,3mm, IIV dược coi là độ cứng chuẩn trong nghiên cứu khoa h(٠)c٠ Số do độ cứng Vicke dưc/c xác djnh ihco cOng thức:

a - góc ờ đỉnh giữa 2 mặt dối diộn của mfli nén klm cương, a = 13( ها؛

d - giá trị trung binh số học cùa hai dirímg chéo vết ؛õm, mm

Độ ciíng Vicke ờ dỉỂu kiện liêu chuẩn chỉ cần viết bằng HV với số do, ví dụ II٧300 Nếu ờ diỂu kiộn phi tiêu chuẩn phảỉ ghi thêm ١.'ề tả؛ trọng, thờ؛ gian giữ, ví dụ HVio/адЗОО ؛à độ ciíng HV khi do dưới tả؛ trọng 10 kG, thời gian giữ 30 s là 300 kG/nim؛

Yêu cầu khi thửlỉV : bề mặt thử phả؛ phẳng, nhẵn; c.h؛ồu dày mẫu thử>l,5d (d

là dường chéo vết lOm); tâm 2 vết p h ả 2 , 5 < ؛d; thời gian lác dộng khOng nhỏ hơn 1(1 s.ه

5

ا Ly tin h

Lý tinh cùa kim loạỉ là nhfeg tinh chất thể híện qua các hiện tượng vật lí khi thành phấn cùa kim loại khOng thay dổi

Lý tinh của kim loại gồm có: khố؛ lượng riẻng, nhỉẹt độ nOng chảy, linh dân

nở, linh dẫn nhiệt, tinh dản diện và từ tinh

- Khôĩ lượng riẻng là khối lưt^ng cùa lcm^ vật chất Nếu gọi p là kliối lư(ĩng

của vật chất, V là thể lích cùa vật chất, y là khố؛ lượng ríêng của vật cliấl till ta có cOng thức linh khố؛ lượng riCng của vật chất là:

ứng dụng của khối lư<^tg riêng trong kỹ thuật của kim loại râ'l rộng răi, nd

quyết một số vấn đổ khd khân thực tế Ví dụ: nhỉhíg vật liệu kiiti ؛

mà còn có thể giả

loại l،'m nliircác tlianh thép dưímg ray, thép hình khó cân dược kliOi lư(.nig; nhưng vì

à cO thể do dược kích tliước đổ xác định thể lích, do vậy.'

١

mg riCng

؟lư'؛

ết dưực khổ

؛

b

.cho phép xác định dược khOi lư ơ g rlCng mà khOng cần cân chUng

- Nhỉệt độ ηόπΗ cliav là nhiệt ciộ khi nung nỏiìg h؛!n loại dến dó SC làm cho

ki!n 1ا chuyển từ thổ rắn sang thổ lỏng.0ا

^ t nguyCn chất chảy (V nhiệt độ Ỉ539 ١؛c Đicni chảy của gang là 1147 ب135()ﺀا(: (do hàm lưcTng cachon trong gang quyct dlnlí) Điểm chảy của thép là 14()() ب15()()(' ١ا (do hàm lưc;ng cacbon trong ihCp quyct dịĩìli)

'l ؛٦nh chất này rất quan trpng d(؟i \'Oi c(')ng nghiệp chế tạo co khí١ \'ì phư(٢ng pháp chế tạo phOi cho các chi tiết máy rẻ tỉổn nl)ất ỉà plỉư(mg pháp dUc, nhưng klii sử d٧ng phưO!)g pháp này thl him loại phải cứ tinh chảy loăng tốt Ị ٦ính chả.y loãng của him logi hoặc hcrp hin١ ở thổ lOng tdt hay xấu c(^ hản do diổm nóng chảy của him loại quyCt dinh Nhiệt độ nOng chảy càng thâ'p ihl linh chiy loãng cùa him loại, họp hin) càng t(٩)t

١ 1'ítih dãn nở nhiệt là hhả nang dăn nở của him lr)ại hoặc họp him hhi nung

ndng Độ dăn ncV lứn hay bé có thổ bicu أ bàng hệ số dăn nử trên một don vị chiổu 1١اdài (Imni) gpi là hệ sổ dăn ncr theo chiCu dài Ví d٧, hộ S() dãn nO theo chỉểu dàỉ của sắt nguyCn chít là 0,118.1()٠٦ cùa thép là 0,12.10ﻰﺑ l ؛١nh dân nở nhiẹt rất quan trpng d()/ị ١Oi thiCl hế, chế tạo các lắp ghCp co hlií hhi chUng làm viộc

~ 'Ị ínli dẩn nhiệí là hhả nảng dản nhiột cùa him loại Độ dản nhiệt của các hin)

loại và h(.۶p him hltOng giống nhau Ví dụ, gang, thép dổu cổ tinh dản nhiệt trtt nhưiìg

<éni xa s() với ddng và nhOm Nếu lấy hệ sO dản nhiệt của bạc (Ag) là 1 thl của dồng

:à 0,9 (Cu); của nhOnì (i٠\l) là 0,5 và của sắt (l٠'e) là 0,15

- l írih dẩn diện là hhả nảng truyổn d(3ng dỉệiỉ của hỉn٦ loại và hợp hiiu Nói

:hung hiin loại dổu là vật dản dỉộn t(٨)t: tổl nhâ.t 1ذ bạc, sau dó là dồng và nhOm; nhưng

lo bạc dắt tỉổn nen him loai dư(.c١ dUng nhiCu nl١âl trong hỹ thuật dể làm X'ật liộu dản liện là d،؛ng và nh()m Ndi chung him loai nào có tíiìh dỉ١n nhiẹt tOt thl tinh dần di؟ n :ũng t(٠)ì II(.٢P him nói chung có tinh dần di('n h^m hon him loạỉ

- Γι'( tinh là hl١ả nang dản lỉí cùa hin) loí.ii sắt, n؛h.en, coban và h(?fp him của :húi١g dổu cỏ từ linh tốt nen chUng dư۶؟c g(,.)i la him loại từ tínli

5 م a H oa tin h

Hoá tinh cùa him loại là độ bền của him logi d(3i \'cyi nhữig tác dụng hoá học

ùa các cliât hhác như Oxy, nư('٢c, axíl, v.v mà hhOng bا phá huỷ Tinh nảng hoá ,(.)c co bản của him loại cổ thổ chia thành mấy l()٤٠ii sau;

+ l inh chiu an mòn: la độ bền cUa him loai dổi \'('yi sự an mbn của các mỏi

'ư(١mg xuiĩg quanli (hl)Ong hhí nư(^c )

21

+ 'Vitih ổn định ηόη^: !à độ bền của kim loại dỏi ١'ớỉ ٠sự an mòn của ỏxy l٢ong môi Irưcmg không khi (١ nhiẹi độ cao hoặc dối với lác d٧ng an mí.)n c-ủa mộl vài châ١

khác ở Ihể lỏng hoặc Ihể khi dặc biệt khi ة nhiệt độ cao.

+ Tinh chịu axít: là độ bổn của kim loại dối v(/yi sự an mòn cùa axit.

5٠ 4 ا T íiứ i c ô n g n g h ệ

Dây là khả nãng của kim loại và hợp kim có thể biến dổi trạng thái hình dáng hlnh học cùa chúng bằng cOng nghệ gỉa cOng nóng hoặc gia cOng nguội I٦ính cOng nghẹ bao gồm các linh chíl sau:

+ Tinh điic là khả nảng tạo thành các sản phẩm dUc bằng quá trinh nấu chảy

kim loại hoặc hợp kim, sau dó dược r(١l và kết tinh trong lOng khuồn dUc

Các kim loại và hợp kim cứ linh dUc khác nliau phụ lliuộc vào tinh chảy loãng,

độ co

+ 'Tinh chảy loãng biổu thị khả nảng điển dầy khuOn của kim loại và hợp kim

Nếu linh chảy loãng càng cao thl tinh dUc càng lốt

+ Độ co là mức độ gíảm thể tích kim loại khi kim loại kết tinli ờ trong khuỏn Độ

co gây ra khuyết lật lOm co và rỗ co trong vật dUc ỉ)ộ co càng km, linh dUc càng kém

+ Tinh rèn, dập là kltả nãng biến dạng dẻo (biến dạng vĩnh cửu) của kim loại,

hựp kim khỉ chUng chịu tác dụng của ngoại lực dể tạo thành hlnh dáng, kết cấu theo yêu cầu mà chUng khớng bị phá huỷ

Thép có linh rèn, dập cao khỉ nung nOng ở nhiệt độ phù hợp «ang kh(٦ng cO

khả nàng rèn vì gang giOn.' Dồng, chl có linh rèn cao ngay (V trạng thái nguội

+ Tinh hàn là khả náng lạo thành liên kết bén, vững giữa hai hoặc nhiểu phần tử

kim loại khi dư(.rc nung nOng cục bộ chỗ hàn dcn trạng thái chảy lìoặc dẻo Nh(١y có linh hàn của kim loại mà ngày nay người ta có thể chế tạo dư(٠rc các kết cấu siêu

trường, siêu trọng.Tính hàn của các kim loại và ịỵyp kim rất khác nhau؛ thỏng Ihưỉmg

có ba loạ؛: kim loại và hợp k.ỉm cổ tinh hàn dé؛ tinh hàn hạn chế và tínli hàn kh(١

Thép cacbon và thép hợp kim dược đánh gỉá tinh hàn theo 3 th(٨)ng số: lưcmg

cacbon lirong dưưng (cacbon dư(mg lưí^ng) C ịi \ hệ số khả nàng nứt nOng klii liàn lies

và hệ số khả năng' nứt nguội P j.

+ Títih gia công cắỉ gọt là khả nảng của vật liộu kim loại cổ ihỂ tạo ra các dạng

bề mặt cO độ chinh xác cao bằng cách cắt bỏ một lớp kim loại th(٦ng qua một dụng cụ cắt V'à chuyển dộng cắt của máy cát gọt (máy cOng cụ)

1.6 NUNG NONG k i m l o ạ i ٠ HỢP KIM VÀ GIA CÒNG

BIẾN DẠNG DẺO

د

6

ا Trạng th á i ấ k im lo ạ i san k h i g ia c o n g b iên d ạ n g dẻo

'IVong các công nghệ g؛a cổng bien dạng deo (như rèn, dập, cán ٠ ) sau kh؛

bﺈﺣn dạng deo, kim loại bị bien cứng, hoá bền, mạng tĩnh thổ bị xô lộch, nội ứng suất

tầng, kim loại ở trạng thá؛ khổng cân bàng \’à lubn có xu hưtmg trở về trạng thái cân bằng ban dẩu bằng cách tạo ra các hạt пк'уі déu trục làm tảng độ dẻo, giảm độ cứng

Đổ là quá trinh kct tinh lại (K ll;), quá trinh này xảy ra rất chậm ở nhiệt độ thường Khi nung qUa trinh này xảy ra nhanh horn

^u á trinh kct tinh lại xảy ra trong ha؛ trưcmg h(.rp:

1'rong cOng nghộ gia cr)ng nguội (nhiệt độ khi gia cOng nhỏ hơn nhiẹt độ kết tinlì lại cùa k؛m loại), ví dụ như cán nguội, dập nguội , đổ cO sự kết tínlì lại, người ta phải ủ kim loại da qua gia cOng Ngưc;c lại trong cỏng nghệ gia cOng nOng (nhiột độ khi gia cOng Ιί^η hơn nhiệt độ kết linli lại cUa kim loại), ví dụ như khi cán nóng, rèn ndng Ihì sự kếl tinh lại da xảy ra ngay klii biCn dạng và sau klii biến dạng

ر

1 6 2 Các g ia i đ oạn ch n y ên b iến k h i n u n g n ó n g

Khi nung kim loại dà qua gia cdng nguội se có các quá trinh sau xảy ra:

u Ilổ i phiic

Hồi phục xảy ra ở nhiệt độ tha'p ((),! ب0,2'1١ ك mà 'ị\ la nhiộl độ chảy của kim

lo؛.i؛) dản den kct quả la giảm sai lẹch lìtạng (cl١ủ y^u la sai lệch diổm, dặc biệt la nUt

tr(١ ng)١ giảm mật độ lệch và ứng suât bên trong 'luy nhiCn tổ cliức tế vi chưa tliay dổi

h Kết tinh lại (fcrij) lần thứnlìấí: kh؛ nung nóng kim loại tcri nliiệt độ lớn hơn

nhỉột độ xác định (gqi la nhiệt độ кй linh !á؛), trong m؛mg tinh thổ xO lộch cO quá

trinh liình thànl١ các hạt ni(١i (kliOng cổ các sai lệch do bíCn dạng dCo gây ra) theo cơ chố lạo mầm va phát trỉổn mần) như quá trìnli kết linh từ trạng thái lOng sang trạng thái dặc, do dỏ mọi tínli chất dưqc phục hổi: d() bổn, độ cứng gỉảm mạnh؛ độ dẻo, độ dai lăng mạnh

* Nhiệt độ ma tại đổ xuất hiện nhữỉtg mầm kốl tinl) lại dầu tiCn go؛ la nhiột độ

кй linli !ại ('Γκη.) Vậy mu(؟n pliục hồi tínlt dCo phải nung kim loai da qua gia cOng ngu()i d(١'n nhiệt độ 1(УП І1(УП nhíột độ kết linh lại Nhiệt độ kết tinh lại phụ thuộc nhiẹt

23

độ chay của chúiig, có llic xác dinh theo cong thức: d١Kí٦= a 'ĩ< (tínli theo ؛K) 'l'٢١ ong

dó a !à hộ số phụ th٧()c vào độ sạclt cùa kإnl l()ạl và thưí^ng a = (0,4 6,() ب)

c Kết linh lai lản ihử liai.

Sau klii kết linh lại lần thứ nhất١ nếu liếp lục nâng nhiột độ hay keo dài th(١ ٢i

gian giữ nhiệt thi se có quá l٢ ình các hạt h^n ''.nuớl'' các h٤.it nhO bên cạnh làm hạt to thêm, dó là quá trinh kết tinh lạ؛ !án thứ hai Quá trinh này xảy ra là tít nliiCn vl hạt

lớn cổ nảng lư(.٢ng thấp h(^ hạt nhỏ ؛)ây là quá trinh có hại, cần tránh vl làm giảm tinh chật co học cùa vật liệu

L6.a B iên d ạ n g n o n g

a Khai nìệm ٠

Bien dạng nóng l.à biCn dạng dCo kim loạỉ ở nhiệt độ Idrn lion nliỉột độ kết tinh lại Như vậy dồng thí^ vcíi quá trinh biCn dạng dẻo còn xảy ra quá trlu-li kết linh lại: hiện iưọng biín cứng có thổ bị khử bỏ hoàn toàn

h Các quá trinh xảy ra:

Quá trlnli biCn dạng dẻo làm xờ lệch mạng tinh thể nen kim lot.ii bị bien cứng

và hoá bổn لﻵ) biCn dạng thực hiện (١ nhiệt độ lOn hon nhiệt độ kết tinh lại nen ngay

lập tức xảy ra quá trinh kết linh lại KCt linh lại làm mât xồ lẹch mạng, gây giảm bổn, gỉảm độ cứng: các hiệu quả do bien dgng deo gây ra bị kl)ử bb

Khác với biCn dạng nguội, khi bien dạng nOng kim loạ؛ khbng bị bien cứng:

các khuyCt tật xảy ra kbi dUc như rỗ XÓP) rỗ klií sẽ n٦ất di, làm clio co tínlì tảng đổng

thcri lạo ra lổ chức thdr, s(.٢i llỉện iư(.^ng này cần chU ý khi dUng ihCp dể chế tạo các chi tiết máy

CÂU HỎI ÔN TẬP

1 ٠ Tinh thểktin loạ؛ la gì và dặc trUng co bdn cita cấu lạo linli tliểktin loại ?

2 Sự hiến dổi íhiì lììnli ciìa kim loai là gi? Cho ví dụ.

3 Sự kết tinh của kitn loai là ٤ ١ ل/'ا quá trinh kết tinh nhưihé nào?

4 ٠ Phan biệt sự klidc nliau g؛i~ía độ bển gìới hạn clidy gìcVì hạn ddn hổi ctia kiin loa?'؛

و riiencio gọi tó độ ciOìg ỈỈỈÌ, ỈỈRC, ỉỉ\/ và plìọm vi ỉSửdụtii^ chinvC?

ớ Kim loại có nhilìig iíìih côỉìg tìghệ nao ') Cho ví dụ.

- Co tínli: d() bổo ca() m؛ỉ độ dai ١'؛١η biio dám.

- '1'ínb clng ngliộ da dí.ma \'à tliícli lí ؛.'p: l؛nb dUc, línb gia C(١ ١ng cắt, tínli bàn, gia cdng àpli^c

- '1'ínb kinlí Ic: re bo٠n٠

/? MộỊ S('ì klỉúi ỉĩiệin

Klb kbiio s٤t Ικ٠)’ρ kin), ١'iÇc kl١^o sal giỉ.m đổ trang lliái se أ 1 ا؛١ ﻵ dưi.٢c mlíi tưoìig

4٧ап cb(it cbe giữa lổ cliiíc \'à tínli cl)؛،'i٠ bic١'l dư(.٢c a íc llibng tin \'ề sự nâU clư.iy, kết linlt, diJc, cl)uy^٠n bien plia cd ч٧ап bẹ dcìì nli؛ ؟ l luy(n١ liíln, gia cỏng áp lực ra sao Kbi kl١io sát gií.iii đổ trang tliáỉ cUa 1κ;ρ kim cẩ؛i biCi ؛npt S(A) k h íi niệm sau:

- Cấu ai' là các iiguyCn 1(أ (ví dụ, kJm lo٤.١í ngu٧Cn cliấl) bay Ιιρ'ρ cbat lioíi li(٠)c bổn eừíig cấu t ؛ o nCn li(?fp kim Ví dij !aldna (ddng lliau) cd liai CIIU tiT là Cu và ٤ ﺮﻟا.

- Ilệ là từ de cliĩ một tộp li^.i'p ١ '(11 أ1اة гіена biệ.t cùa ١-'ạt liệu trong diổu kiện xác dịnii lio(،c là ni()t 1(1.11 li(٠p kini kỉiác nliau ١'(١і các Cilu lửgi( ؛٩ng nliau.

- riìa 1 1ا( ١ pliiln d(١na nliílt cUa hệ (li(٠)'p kini) C(١ Ciiu iriJc vh tínli clílt С(У ІК.1С, ν(ιΐ Ιν, boá lipc Iiliítl dị,ii!i ỉ)lia C(1١ أ1اةأا ١ pliiìn rlổng اا1١ إ ١'أ(؛ cUng trang tliííi \'à cd bổ mặt plihn cliia ١'(١'і eitc ỉ٦lia klilc.

25

Ví dụ: nước ở {)'"C là hệ niộl cấu lử (họp chấl hoá học bén vững ỉ 1,0) và C() hai pha (pha rắn: nước dá, pha lỏng: nước).

c Các hình thức tương tác của hợp kim

ở Irạng thái lỏng П(М chung các cấu lử dều iưimg tác với nhau tạo dung dịch lỏng (pha đồng nhấl) ở trạng thái rắn các cấu lử tưcyng lác theo những qui luật riêng,

do dó ảnh hưcmg tới cấu trúc và lính chấi của hợp kim

Có hai hình ihức xảy ra:

Khi hai cấu lử Л và B không lương lác với nhau; các nguyên tử, ion của chúng kliông dan xen vào nhau và giữ nguyên kiểu mạng của hai cấu lử ihành phần, dưới dạng các hạl riêng rẽ của hai pha nầni cạnh nhau, là hỗn hợp của /\ và П (hình 2 la)

A(B)

Hình 2,1 Tổ chức tế vi của hợp kìm của hai loại:

a) không tương tác với nhau; b) hoà tan vào nhau tao thành dung dịch rắn

Khi hai cấu tử А và H có lương lác với nhau lạo nên mội pha duy nhấl (hình

2 Ib), nhưng cỏ hai loại:

- Chúng ìương lác với nhau bàng cách hoà trộn vào nhau lạo thành dung dịch

rắn, không lạo nên cấu trúc mới, giữ lại mội cấu trúc, làm mấl di cấu trúc kia

- Chúng lương lác với nhau bằng cách lạo ncn cấu irúc mới với lên gọi là các pha trung gian với các lính chất kliác với cấu lử thành phần

2X2 Các tổ chức của hỢp k im

d١ rước he١ cẩn phân biệt dung dịch rán và dung dịch lỏng

- Dung dịch lỏng là trạng thái lỏng của hai hav nhiều chất (cỏ clìấl lan và dung

mỏi) mà la khỏng the phân chia các nguycn của chúng \'ới nhau dược Tỉ lẹ các nguvcn có thể ihay dổi

- piiỉìo dịch rchỉ ỉà lổ chức linlì Ỉỉic của hợp kim trong dỏ mạng linh llìc của

dung inói cổ chứa các nguycn lử của nguvCn tố chât tan vứi nồng dộ thay dổi trong phạm vi nào dó Mạng linh the là mạng của dung mối còn các nguyên lử chất tan sáp xốp ngầu nhiên trong mạng của dung mỏi

'ĩuỳ thuộc vào sự sáp xếp của ngưvên lử ciìấi lan vào dung môi, dung dịch rán chia làm hai loại:

+ Dung dịch rán Ihav thế: trong dung dịch rắn thay thế, các nguyên tử của

nguyên tố hoà tan thay thế vào vị trí của ngu ven tử dung môi; kiêu mạng và số nguyên lử trong một ổ cnr bản là không dổi, nhưne vởi diều kiện dường kính nguyên

Hình 2.2 Sơ đổ thay thế để tạo nên dãy dung dịch rắn hoà tan vò hạn

giữa hai kim loại A và B khi lượng B tăng dần:

a) nguyên tố A; b c, d) dãy dung dịch rắn liên tuc của A và B; e) nguyên tố B

-f Dung dịch rắn xen kẽ là dung dịch rán mà trong dó các nguyên tử của

nguyên tố hoà tan xen kè vào lỗ hổng của mạng dung mỗi, do dó số nguyên lử trong

ô cơ bản t،ãng và thỏng số mạng Icăng, nhưng với diều kiện dưcmg kính nguyên lử của

ngưycn tố hoà lan nhỏ hơn nguyên tử dung mỏi Ví dụ: các nguyên lố hoà tan như: c,

N, II, B: các nguyên lố dung môi như: l.e, Ni, Co , hình 2 3

Tổ chức là dung dịch rán llìưcTng có tính deo cao , dộ bền, dỏ cứng cao hơn kim loại nguyên chất Ví dụ: cacbon hoà tan xen kè vào mạng I Ca - (Al- It.lk) với nồng dỏ hoà tan giới hạn 0,02% de lạo thành dung dịch rắn cỏ lên là I.eril, cổ từ lính cao, mcm \'à dồ bền thấp

27

- Có mạng tinh thể phức lạp khác hẳn với nguyên tố thành phần.

- I.uôn cổ lỷ lệ chính xác giừa các nguyên lố với cổng thức A„١B٠١ V('ti m, n là các số nguyên

- Tính chất khác hẳn với nguyên tố thành phần với dặc diểm là giòn

Một số loại hợp chất hoá học có dộ cứng rít cao, như pha xen kẽ có tác dụng rất kYn dổ nâng cao dộ bền, dộ cứng, lính chống mài mòn của vật liệu Ví dụ: sát tạo với cacbon thành hựp chất ke^c, có tên gọi là xômôntit, có dộ cứng, tính chống mài mòn rất cao

3 Hỏn hợp cơ học

IVong hệ hợp kim cộ những nguyên tố (hoặc các cấu tử) khóng hoà tan vào nhau cũng không liên kết hoá học mà chỉ liên kết với nhau bằng lực cơ học thuán luý,

tổ chức này dược gọi là hỗn hợp cơ học lỉỗn hợp cơ học có dặc diem là mạng nguyên

lử của các nguyên tố không bị thay dổi Ví dụ: íeril lien kết cơ học với xenientit dể tạo tổ chức peclil, có dô bền và dộ cứng cao

2X3 Các lo ạ i g iả n đổ tr ạ n g th á i th ô n g th ư ờ n g 2 n g u y ê n

1 Định nghĩa và còng dụng của giản đó

(ỉiản dồ trạng thái của một hệ là cổng cụ dể biếu thị mối quan hệ giữa nhiệt dỏ, thành phán và số lượng (tỷ lẹ) các pha (hoặc lổ chức) của hệ ở trạng thái cân bằng Các hệ khác nhau cổ giản dồ khác nhau và chúng dược xâv dựng bằne thực nghiệm

2٠ Các loai giản đổ

Dưới day kliao sal một số giảo đổ iraiig l!iải lu.yp kioi 2 nguycn sau:

a (ĩìàn dỗ أ ا 'ي 0 إا أاائا ا 0 ي ا l

i)ầy là giản đổ của hộ hai nguyCn klídng hoà tan vào nhau ά trạng thái rắn,

khỏng tạo thành h(yp chất hoá học (hlnh 2.da), hẹ dإổn hlnh loại này là hộ ch) I')h angtiin()an Sb (hình 2.db)

Hình 2.4 Gỉảm độ trạng tháỉ ا ٠ 3 آ I:

a) dạng tổng ٩uát của gìản đổ !oạJ ا: b) vầ giản đổ Pb - Sb

I ren giản dồ (a), dư )ng ЛЕВ là dưí^ig lỏng (cao hon dưíĩng dó họp kim hoàn

toàn ở trạng tliáỉ l(١ng - لوو, dường CED 1,(1 dư ٢؛ ng dậc(thấp hơn dường dó hợp kim

hoàn toàn ở trang thái rắn) Л là nhiệt độ kết tinli (nóng chảy) của nguyên tử a: lì là

nhiệt độ kết tinh (ndng chảy) cùa nguyCn lử b II'(.؟ kim sẽ kết tinh hay ndng chảy

trong khoảng giChi hai dư(١ ٢ng này \rổfi sự tồn tại của hai pha (pha lỏng và 2 pha r ^ a, b)

Xct sự kết tinh cùa kyp kim cụ the (Itìnlí 2.4b) gổm 6()9 ٠؛-РЬ 4 ب()%Sb (!)

Dư(mg thảng dứng biểu thị hp'p kim n,ày cát dư(١tng lOng tại 1 và dường đậc tại 2

+ ở cao hơn d؛ổm ,1 (400.C) h(.٢p kim h()àn t()àn ở trạng thái lOng (L)

+ ở thấp hcrn điểm 2 (245"C) h(.íp kim hoàn toàn ở trạng thái rấn ,' là hỗn hợp

cơ hpc a + b tức là l)b + Sb

4- ỏ trong khoảng 1 1٤ (1ذ 2 (400 ب 245؛ل ١()Ρ kim ở trạng thái lỏng + rán (1م + b) tứclàE+ÍSb

Sự kết tinh của h(^p kim I từ trạng lliái Ibng ٠ ١ảy ra như sau:

- Làm nauội dến 1 (400٧ C), hợp kim l(١ ١ng bắt dẩu kê't linh ra linli thổ b - (Sb)

ứng١ ١ớ idiổm l'

29

Làm ĩiguội licp tue, linh the h - (Sb) licl ra cang nhicu kiin lý lẹ b - (Sb) Irong

h(;p kiin l(')ng con lai giảm di non dieiii bicu diốn Ihành phiin L’ùu h(.)’p kim l(١ng djeh

ehu٧ổn ^ang Irài lheo dưcTng lỏng lừ 1 den 1245) ؛OC)

- Làm nguội den diổrn 2 (245ﻻ€) (eUng là nhỉộl độ eủa dưímg dặc CLD), pha

،ỏng có ihành phẩn lỏng cờn lại Ι>Η cùng kốl linh ra hai cfiu lử (a + b) (Pb-fSb) Hồn

hợp của hai pha rắn dưc/c lạ() Ihành cUng mộl lúc lừ pha l(١ng dư(.^c gpi là cùng linh

(cUng kếl linh) Đó là phản ứng cùng lidi

Sự kếl tinh kCl thúc ở dây và khi làm nguội đến nliỉột độ ihưcmg se không có chuyển biến gì khác Tổ chức cuối cUng của hựp kim là b + (a + b)- (lức là Sb + [Pb + Sb'!) trong dó b-(Sb) dưc;c lạo thành lrư(5c ờ nhiẹt độ cao h(^n nên kích ihư(؟c lớn hơn,

cOn cUng linh (a + b)- (Pb + Sb) dưcK' lạo thành ở nhiẹi độ ihấp lìctn nên có kích thước

nhỏ mịn hơn.

I I(;p kim có thành phẩn ứng với điểm E ứng với 13% Sb và 87% ỉ)b dưpc gọi là hợp kinì cUng linh (a + b) - (Pb + Sb) Các hợp kim cổ thành phẩn ben trái điểm E

dược gọi là h(.rp kim lrư(۶c cUng linh và các 1κ;ρ kim có thành phẩn ben phải điểm E

dư(٠ ٢ c g(.)i là h(٠rp kim sau cUng linh

b.Giản dồ phu loụi 11

Đây là giản dồ cùa hệ ha.؛ nguyên, hoà lan vô hạn vào nhau ở trạng thái lỏng

và trạng thái rắn, kliông lạo thành hợp chất hoá học (hình 2.За) và hẹ diổn hình cO kiổu mạng này là hẹ đổng Cu - niken Ni (hình 2.5b)

a;

Hình 2.5 Gỉản đổ trạng tháỉ l.ạ ỉ 11.

a) dạng tổng quát của gíản đổ loại 11( b) và giản đổ Cu - Ni

Gián đổ có dạng liai dưímg cong kliCp kin, trong d(') dương irCn là dư(١ing lOng,

dư(١ng dư(7i là dư(mg dặc, dư(١ i dư(١ng dạc là vUng tOn lại cùa dung dịcli rán a (dung

١Ỵng lỏĩìg là cUiig ion tại)Uíía ircn dư

ا؛(,\ر

lay của

! )

(اإ ٨

laii \'ỏ lian của

( 1

ng khoảna aĩữa liai dưỉrna()của dung dịcli lòna (L), l ٢

ig cliiiy của li(Ị'p kini

a f)ûy là

+

ل

111 c.C ììandồ loại

Đây là

à lan cd liạn của b trong a \'،à

)٠

( nin li

٢p clidt Iioá liíic a )klidng líi() tliànli li

ùng giáp trục tung

' ١

in của a tr()ng b, cliUna cliiíni liai.cli rán lioà tan có li٤

؛

p là dung d

2.6 của giản đổ, Iiình

أ ٧ ااا

ở liai dẩu

Sn (b ( ٠

ản đổ pha l.ạ í 111 (a) vồ giản áổ pha Pb

uig của giản đổ nity dư(.i'c biỂu di^!i lona quát trCn liìnli 2.6a

гГгеп gian đổ long 4 ﻻأا ٧ dư('tn٤ i ،\1:ﻻ ٠ là dư(٢ ng l(١ng, ứườĩ]ịi .\ІТЛ)В là dưt١ng dạc؛ /\ là nhỉộl dỏ kct linh (ndng chí ٧؛ ) của cấu lử a, 13 là nhi؟ l độ kcl tinli (nỏng chảy) của cấu lử b Các dung, dịclì rắn a và p chiCin hai vUng h؟ p ớ liai dầu của giản

đổ, bị giới hạn b(٠ h các dưímg CI’ và IXj là dưí^ng gi(١i hạn hoà lan của b Irong a và a

irong b, chUng chỉ ra rằng độ hoà lan của các nguyCn lố giảm khi nliỉệl độ giảm

cl Gian đồ loại N

Đây là giản dồ cùa hai nguvCn lử, iưong lác với nhau lạo pha Irung gian a^bji,

cd dạng lổng ٩uál СГ hlnh 2.7a và hệ điển hlnh có kỉểu mạng này là hệ manhc Mg -

calmi Ca ở hlnh 2.7b

IX) hai nguyCn lử khdng hoà lan lần nhau ử Irạng ihái rắn nên khOng ihay cố ký hỉộu của a, β mà chỉ cO các nguyCn lử nguyCn châ١ a và b IX) hai nguyCn lử lạo hợp chấl hoá hpc ổn đĩnh biểu 11اا bàng cOng ihức ^ b j١, nO ứng với mộl dư؛n g ihảng dứng

١^dng gOc với lnjc hoành, cd nhiệl độ nOng chảy là II (dư(mg lỏng cd cực dại (V vị tri ứng với Ihành phán của h(.)p chấl hoá h(.)c) Đường lỏng 3ر١ﺀ؛ا1ﻻ؛2ا gồm nhiều đoạn cong nối liCp nliau؛ cOn dường dặc gồm hai dưímg nàm ngang SIijI’ và 1رذ2٢ذ Irong dó

và E? là các điểm cùng l.in.h của (a + arnbn) va (а^ь„ + b).

a)

Hình 2.7 Gỉản đổ loạị IV:

a) dạng lổng q٧ál của g؛ản đổ !oal IV: b) gíản dồ manhẻ Mg - calml Ca (b)

II(٠٢P chất hoá h(:)c ổn dỊnh ащЬп (ؤ dây dưực coi như mộl cấu lử dộc lập - II)

chia giản đổ Ihành hai giản đổ liai cấu lử khdng hoà lan lần nhau ở trạng Iháỉ rắn , do

dO cd thể coi giản dồ loại này gdm hai giản dồ ờ hlnh 2.4؛ bồn Iráí là giản đổ hai cẩu

lử (a + a^bn) và bCn phải là giản đổ hai cấu lử (a„jbj١ + b) IX) vậy việc khảo sál ^ư kếl linli của các h(٠yp kim hộ này qui VC khíio sál các hcyp kim cd giản đổ pha hệ hai nguyCn khOng hoà lan lản nliau ﻢﺛﻹ trạng ihái rắn

2 1 4 Q uan hệ g iừ a các g iả n đổ và tin h ch ất của hỢp k im

؛inh chấ

؛ ؛hay đổ

Hìrh 2.8 Tinh châ't của hợp kim ٧ a gỉản đồ , tr.n g đó Рд và Pg

ỉà ؛ ٤ nh châ ١ của các câU ؛ửnguyẻn châ ١ tương ứng.

Trong trưímg http ha؛ nguyt^n tử ht)à lan vồ hạn vào nhau, tinh t'hâ'i bien dổi theo thành,phẩn vt',i quan hệ dưímg eong có cực IrỊ.

'I'rương ht.tp hai nguyen lử tạt) nen hỗn hợp thi tuỳ thet) dạng h<١ n ht.٩) có ba

kỉểu-sau dây:

- ITinh 2.8b là giản dồ với hỗn ht.tp của hai nguyên tử nguyةn chất, ở dây tinh chất bien dổi theo thành phần với quan hệ dường thẳng chạy suốt trục hoành lừ p٨ dến p٧

- ITinh 2.8c là giản dồ với hỗn ht.tp cùa hai dung tlỊch rắn cO hạn 1)0 vậy tinh chất thay dổi theo thành phẩn vớ؛ hai qui luật: phần dtíờng cong ử hai dầu mUl ứng với hai dung dịch rắn có hạn ١'à dạt dố'n Pa và Pp khi bãt) hoà ١'à phẩn dường thảng nối p và Pp kh؛ h t^ kim là hỗn Itợp cùa liai dung dlch rắn cO hạn ở ndng tlộ băo hoà này.'

- ffinh 2.8tl là giản đồ với hỗn hợp của hai dung tlỊch rắn cO hạn ١’à plia trung gian, do vậy tinh chất thay dổi theo thành phần với hai qui luật: ở phần dung dịch rắn hoà tan có hạn theo quan hệ dư^ig cong và dạt dê'n Pa khi nồng độ dạt dến gitri hạn bâo hoà, ờ phần hỗn hợp theo quan hệ dưỉmg thằng !)aPfi

2 2 GIẢN ĐỒ TRẠNG THÀI CỦA HỢP k i m SẮt - CACBON

Sắt nguyên chất kỹ thuật có cơ tinh sau:

H B »80; ٠b » 2 - 0 ؟MPa; 12(1 MPa;

δ »20%; ψ » 8 5 % ; Зк » 2500 kJ/m'2

Khi dira cacbon vào sắt, giữa chUng tương Ịác với nhau tạo nCn dung dỊch rắn

và pha tnrng gian; chUng cO tác dụng hoá bổn hợp kim Sự iưrnig tác ة các d n g sau:

٥ Sựhoà lan của cachon váo sắt

I)o kích tliirớc của cacbon nhO htm sắt (Гс = 0,077nm, = 0,12+lnm) nCn

cacbon chỉ có thể hoà ian cO hạn vào sắt ؤ dạng dung dỊch rắn xen kẽ: giới hạn hoà tan lớn nhất của cacbon trong Te-, là 2,14%- dO là tổ chức austenit \'à trong Te là

0,02%ر- dO là tổ chiíc tCril.

h ііа п щ lac Ιιού học giiìa sắỉ V(Ầ cachoìì

Khi lưcrng cacbon dưa vào sál vư(.^ quá giíri hạn hoà اan, các nguyCn lử cacboi: Ihha se kết hctp với sắl lạo thành h(.٢p uhât І С ч С (pha này dư^c gọi !à xCnienlit, là pha xen kẽ> cổ lĩiạng phức lạp١ cO thành phần là 6,67%c + 93,33%[:c)

1 Vẽ gỉản dỏ hinh 2٠ 3.

Hlnh 2.9 Gỉản đồ trạng tháỉ hợp kim Fe - c

thản đổ hình 2.9 llinh thànli trCn co sở các diổni t(7í hạn của nồng độ cacbon

\'à nhi؛ l độ, hảng 2 ١ là các diểni cẩn x^l của giản đổ:

35

Bảng 2.1 Toạ độ các điểm trên giản ٥ ổ Fe - c

biến phân hOa austenít- gọi là dường A3, Ỉ١Q - dường giới hạn hoà tan của cacbon trong ferit

- Hợp kim lỏng (L): hợp kim lOng la dung dịch lỏng của cacbon trong sắt, tồn

tại ở phía trên dường lỏng ABCD

- Ferit (ký hiệu, là a, F, a - I'e (C) hay f*'ea): ferit là dung dỊcli rắn xen kẽ của

cacbon trong sắt anpha (Fe«)> cO mạng lập phương tâm khối (a = 2,86 A٠) Trong mạng A2 có hai loại lỗ hổng: lỗ hổng khối 8 mặt ٧à lỗ hổng khỏ'i 4 mặt Khả năng hoà tan của cacbon trong Fca khOng dáng kể: l،'m nhất ở 727.C là 0,02%c (điểm p) và nhỏ nhất ở nhiệt độ thường là 0,()06%c (điểm Q) nên cỏ thể coi ferit trong hợp kim

Fe - c tinh khiết là sắt nguyên chất

TrCn giản dồ Fe - c ferit nằm trong khu vực G f^ Tổ chiíc tế vi của ferit giống sắt nguyốn chất, có dạng da cạnh Ferit rất dẻo và dai nhtmg khi các nguyồn tố khác (dặc biệt là Si, Mn) hoà tan vào nó thl độ cihig tăng ICn và độ dCo, độ dai giảm dáng kể

- Amienit (ký hiệu là y, A, y - Fe (G) hay Fey): austenil là dung dỊch rắn xen kẽ

của cacbon trong sắt gama (Fey) Auslenil có mạng A l, thông số mạng phụ thuộc vào hàm lư،.mg cacbon hoà tan trong nó

! ’rong hệ Fe - c , auslenit chỉ tổn tại ة nhiệt dọ lớn hơn 727''c và ứng v(7i nồng

đô 2,14%c ở 727.G, austenit chỉ hoà lan dược 0,80%c

'I'٢ên gl؛'،ii dồ pha !·'c - ا ', austcnil dií nám khu \rực NJI:S(j١ do vậy nó khỏng lổn tại ở nh؛ột dỏ thưímg ٨ustenJt rất dco \'à dai, và !à lổ chức trung gian khỏng thổ th؛ếu dư(.؛c khi nhiệt luyện.

- Xêmentit (ký hỉệu là Xé, FcjC).

Xêmentit là pha xen ke với kỉổu mạng phức tạp, là hợp chất hoá h(.)c, có công thức là !-'CjC ١'à nồng độ 6١67%c, ứng với dư('mg 1)['KL trCn giản đồ l à pha cứng và giOn CUng với ferit nO tạo nCn các lổ chức kliác nhau của hẹ^ kim I'e - c Người ta phân biệt 4 loại xêmentit:

+ Xementii thứ nhất (Xê[) dược lạo thành do giảm nồng độ c trong họp kim

lỏng theo dường [x: khi hạ nhiệt độ

+ Xementii thứ hai (Xê[|) dưực tạo thành do giảm nồng độ c trong austenlt theo

dường ES khi hạ nhiệt độ

ر Xêmeritit thứ ba (XCíi) dược tạo thành do giảm nồng dọ c trong ferit theo

dường 1>Q khi hạ nliiộl độ

+ Xêmentit cìing íích (hay cUng tinh) dược lạo thành do chưyổn biến cUng tích

(hay cùng tinh')

- Peclit (ký hỉệu ٠à p hay [F + Xe])

Peclit là hỗn hợp co học cùng tích của ferit và xêmentit [F + Xe] dược tạo

thành từ ausienit 727 ؤ('c V،'JÌ 0,8%c.

Peclit là hỗn hofp co học nên linh ch؛'(t cùa nó là tning gian, kết hợp giữa tinh dCo dai cùa ferit ١'à c٥ig, dOn của xêmcntil 1'ổ chtíc này có độ ct^g, độ bển tư،mg dối cao, tinh dCo, dai thấp Co tinh của p có thể thay dổi trong phạm vi khá rộng phụ thuộc vào dạng cùa ۴ cl؛t và độ nhỏ mịn của xêmentil

- Lêdêburỉt (Le) là hỗn hợp cơ h،١c cUng linh kết linh từ pha lOng cỏ 4,3%c ở 1147"(-' Khi tạ,o thành từ pha lỏng và trong khoảng 1147.C 727 ب"c, nó là hỗn hẹ^ cùa austenit và xcmenlỉt [y + Xe] Khi nguội qua 72T.C austenit chuyển biến thành

۴ clit do vậy l e là hỗn hợp của fXiclit và xementit [P + Xe] Cuối cUng ledêburit cO hai pha là p và Xe trong dó Xe chiếm tỷ lệ gần 2/3 I)o chiía nhiểu Xe nên l e rất cứng và giOn

- G raphlt là cacbon ờ dạng tự do Như dâ lưu ý ở trên, vl giản dồ Fe - c xảy dtmg theo hệ F"e - 1 لت c (tiíc là khi thực nghiệm xây dtmg gíản đổ trạng thái, dã cho 6các h(Ịfp kim nguội với tốc độ nhanh nCn khỡng xuâ't hiện tổ chức graphit) Nhimg trong tliực tế, tổ chức graphil ١’ần tổn lại ở m،)l sổ kựp kim cO cacbon và silic hàm lượng cao và t(٩'c độ nguội chậm Crapliit kCin bổn, dbn \'à nở thể lích khi kết tinh

37

2 4 ق.٠Các s ả n phẩm của hợp kim P e - c

Căn cứ vào lổ chức và lượng cacbon trcn giản đổ irạng Ihíii I٠١c - c١ ngư(١h la chia giản dồ Ihành 2 kliu \rực và lương ứng v(/yi 2 sản phẩin: dó là thcp cacb()n và

gang, ] ỵ ? là hợp kim của sắl và cacbon mà nồng độ cacbon cỏ < 2,14 c/(/C.

«ang cũng là h(٠٢p kim của sắl và cacbon mà nồng độ cacbon cO > 2,14 %c

- Thép

ITieo lổ chức lế vi và hàm lượng cacbon Iren giản dồ Ihì cO ba loại ihCp:

+ Thép irước cùng lích cO hàm lượng cacbon nhỏ hơn 0,8% với lổ chức là feril

va ۴ clil: F + [V + XeJ hay F + p.

+ lliép cùng lích có hàm lượng cacbon là 0,8% với lổ chức là ^ c lil [F + XclhayF

+ Thép sau cUng lích, có hàm lượng cacbon lốm hơn 0,8% ١ơi tổ chức là ۴ clil

và xCmenlil Ihứ haỉ !T^ + Xc] + Хёц hay p + Xe„

- Gang là h ^ kim Fe - c có hàm lượng cacbon lứn hơn 2,14ﺀة (Jang cO ihành phần ứng vớỉ giản dồ Fe - c dược gọi là gang Irắng

ITieo lổ chức tế vi \'à hàm lư^mg cacbon ta có ba loạí gang:

+ Gang trắng trước cùng tinh có hàm lượng cacbon nhỏ h(^ 4,3% với tổ chức

là ۴ clit + xêmentit thứ hai + lêdêburỉl: p + Xc„ + Le

+ Gang trắng cùng linh có hàm lượng cacbon là 4,3% vóri lổ chức là lêdeburil:

l e hay [P + X e jở t٥ <727٥c

+ Gang trắng sau cUng tinh, có hàm lượng cacbon 1*1 hơn 4,3% với tổ chức là lốdeburil + xêmentỉt thứ nhất: Le + Xci

1 Hợp kim lồ gí? cho ví và giỏi tl'iiclt.

2 Hợp kim có các tổ chirc nào 9 cho ví dụ và giải thích.

3 Thẻ' nào gọi là gìdìi dồ trụng thói hợp kim ? Các loụi gidn dồ hợp kim 2 nguyên th ư ầ g gặp.

4 Hợp kim Fe - c có các tổ chức nào cho VI dii ?

5 Phân biệt sự khác nhau giữa tổ chitCc austenit vaferit: pecìit \'à lêdéhurít.

ổ Plĩán hiệt sirk/ỉác nhau giìa thép và gang.

C h u d g l l l

3 ^ Τ Ι ^ Ρ C A C ^ N

a i i Khái niêm٠

Tliép !à hỢp kim của Fe - c với !ượng cacbon nhỏ hơn 2,14% Do điều kỉện nấu

luyện từ quặng sắt, nên ngoài liai nguyồn tố cliínli là Fe ١'à c , trong thép còn có các nguyồn tO' kliác, tio là các tạp cliất tliuímg có (Mn, Si, p, s), các tạp cliất ẩn (H, N,

o ) ١'à các tạp cliít ngảu nliiên (Cr, Ni, Cu, Mo, Mn, Co, ٧, Ti ) Các nguyên tố kể trén với hàm lىỢng nliO h،m giới liạn qui ílỊnli ١'à ảnli liuởng khOng đáng kể dến tổ cliiíc \'à línli cl'ất của thép

'I'ạp chất tliuờng cO là nliững nguyên tO tliUng xuyên cO mặt trong mọí loại lliCp, cliUng đi ١’ào tliép từ quặng sắt, từ nliiẻn líệu sử dụng khi luyện gang hoặc do

việc dUng íerOdế kliửOxy kill tinli luyện thép Trong dó Mn, Si là nhaig tạp chất có

lợi, cliUng nâng cao co tínli cùa tliép cOn p, s là những tạp chat có hại, làm clio lliép

giOn ١’à klid hàn, do vậy trong quá trlnli nấu luyện pliảí tìni cách khử bỏ chUng

Trong cJng ngliệ luyện lliép lliirímg sử dụng sắt thép vụn, trong dó có nhiều

loạỉ tliép Ιιςγρ Um, nên trong nliỉều tliép c tliOng thường vấn có thể có một lượng nliO

các nguydn tốlií.íp kim nliư Cr, Cu, Ni, w , Mo, Ti , cliUng dược coi là nliững tạp cliđt пцаи tthién thương là có lựi vì nâng cao co tínli của tliép.

4'rong lltép cacbon Hiường cO hoà tan các khi nito, liydrO, Oxy ١’ớì hàm lượng

rất nliO mà vịệj xác định chUng rất kliỏ kliân nồn dược gọi là tạp chát ẩn Nơi cliung,

cliUng là tạp clià'1 cơ liại

Tliành phần lioá liọc của tliép thOng thường ngoài Fe ra dược glOi hạn như sau:

c < 2,1%; Mn 0,8 ة 0,5 ب%.; Si ة 0,2 ب 0,6 ؟ :; P 0,06 ة 0,03 ب%; S ة 0,03 ب

0,06%ﺀ (tlieo têu cliuẩn ISO : s, P (»/0,03 ٠ﺬﻗ

٥ Anh hưởng Cita cacbon tới loclnrc tilth chat và công dting cita íhép

ĩổ c h ía tếvi dã đirợc trlnli bày trong pliẩn giản dồ plia Fe - c.

C؛r/ỉ'/?/؛(h'inh3.1):

39