Tài liệu Vật liệu kim loại pdf

Các nguyên không thể đổi lẫn cho nhau nhưng có thể chuyển từ pha này sang pha khác... Trong dung dịch lỏng ta không thể phân chia các nguyên của chúng với nhau.. Trong d

• Kim loại: là vật thể sáng dẻo, có thể rèn, tính dẫn điện, dẫn nhiệt cao.

• Đặc trưng cơ tính của kim loại:

- Độ cứng (HB, HR – HRA, HRB, HRC, HV )

- Độ bền (p, c, b)

- Độ dẻo (,)

- Độ dai va đập

1 Độ cứng: Brinen (HB), Rocvel (HR – HRA, HRB, HRC), Vicke (HV)

• Độ bền được xác định bằng ứng suất quy ước của tải trọng gậy ra các đôṭ biến về hình học cho mẫu đo.

- Giới hạn đàn hồi: là ứng suất lớn nhất tác dụng lên mẫu và khi bỏ tải trọng mẫu không bị thay đổi hình dạng và kích thước

P=Pđh/F0 F0 - tiết diện ban đầu của mẫu

- Giới hạn chảy: là ứng suất tai đó kim loại bị chảy tức là tiếp tục bị biến dạng với ứng suất không đổi

c=Pc/F0Giới hạn chảy quy ước 0,2 là ứng suất tại đó sau khi bỏ tải trọng mẫu có độ biến dạng dư bằng 0,2% chiều dài ban đầu của mẫu

• Giới hạn bền: Là ứng suất với tải trọng tác dụng lớn nhất Pb (Pmax)

 =P /F

3 Độ dẻo: Là tập hợp các chỉ tiêu cơ tính phản ánh độ biến dạng dư của vật liệu khi bị phá hủy dưới tải trọng tĩnh

- Độ giãn dài tương đối %: = (l1-l0)/l0*100%

- Độ thắt tương đối %:  = (F1-F0)/F0*100%

L0, F0 chiều dài và diện tích mặt cắt ngang ban đầu của mẫu

4 Độ dai va đập: Là công (Ak) tiêu phí khi phá hủy động mẫu có vết khía chia cho diện tích tiết diện ngang (F0) tại chỗ khía

ak= Ak/ F0 (KG.m/cm2)

Cấu tạo mạng tinh thể

• Trong kim loại các nguyên tử (ion) sắp xếp theo trật tự xác định tạo nên mặt tinh thể song song và cách đều nhau Phần nhỏ nhất đặc trưng cho mạng tinh thể gọi là ô cơ bản

Các kiểu mạng tinh thể thường gặp:

- Lập phương thể tâm (các nguyên tử nằm ở tâm và ở đỉnh của khối lập phương)

- Lập phương diện tâm (các nguyên tử nằm ở đỉnh và tâm các mặt của hình lập phương)

- Lục giác xếp chặt (các nguyên tử nằm ở đỉnh của hình lục giác, giữa các mặt của đáy lục giác và 3 nguyên tử nằm ở trung tâm của 3 khối lăng trụ tam giác cách đều nhau)

Tính thù hình của kim loại

Nhiều kim loại ở nhiệt độ khác nhau có kiểu mạng tinh thể khác nhau Khả năng thay đổi kiểu mạng theo sự thay đổi nhiệt độ gọi là tính thù hình của kim loại

Sự chuyển biến từ kiểu mạng này sang kiểu mạng khác gọi là chuyển biến thù hình.

Các dạng thù hình của kim loại được ký hiệu:

,,,

Ví dụ: Sắt nguyên chất

0 - 9110C: lập phương thể tâm Fe

911 – 13920C lập phương diện tâm Fe

1392 – 15390C lập phương thể tâm Fe

Hợp kim

Là vật thể mang tính chất của kim loại gồm hai hay nhiều nguyên tố mà trong đó ít nhất một nguyên tố là kim loại (nguyên tố chính) còn nguyên tố phụ có thể là á kim hay kim loại.

Tính chất

• Tính công nghệ : Hợp kim tốt hơn kim loại nguyên chất ở tính đúc, hàn, gia công cắt gọt, gia công áp lực.

• Cơ tính : Hợp kim có độ bền độ cứng cao hơn kim loại nguyên chất, độ dẻo nhỏ hơn kim loại nguyên chất

Một số khái niệm

• Pha: là phần đồng nhất của một hệ thống (hệ) có thành phần như nhau ở cùng một trạng thái, cùng một kiểu mạng tinh thể, phân cách với các bề mặt khác bằng bề mặt phân cách.

• Tập hợp các pha ở cùng một trạng thái được gọi là hệ thống

• Nguyên: là phần độc lập, nguyên tử hóa học, chất hóa học cấu tạo nên pha Các nguyên không thể đổi lẫn cho nhau nhưng có thể chuyển từ pha này sang pha khác.

Các dạng cấu tạo của hợp kim

dung dịch rắn, hợp chất hóa học, hỗn hợp cơ học

• Dung dịch lỏng: Là trạng thái lỏng của nhiều chất, trong đó có dung môi và chất tan, nồng độ chất hòa tan có thể thay đổi trong một phạm vi nào đó Trong dung dịch lỏng ta không thể phân chia các nguyên của chúng với nhau

• Dung dịch rắn: là tổ chức tinh thể của hợp kim trong đó mạng tinh thể của dung môi có chứa những nguyên tử của chất tan với nồng độ thay đổi trong một phạm vi nào đó Trong dung dịch rắn mạng tinh thể phải là mạng tinh thể của dung môi

Có hai loại dung dịch rắn là dung dịch rắn thay thế

và dung dịch rắn xen kẽ

• Dung dịch rắn thay thế: những nguyên tử của

nguyên tố hòa tan thay thế những nguyên tử của dung môi Kiểu mạng và số nguyên tử trong một ô cơ bản không thay đổi

• Dung dịch rắn xen kẽ: Là dung dịch rắn trong đó các nguyên tử chất tan nằm xen vào giữa các lỗ hổng trong mạng tinh thể của dung môi, nó làm thay đổi thông số mạng và số nguyên tử trong một ô cơ bản tăng lên

• Hợp chất hóa học: Các nguyên tử khác nhau

trong hợp kim có tính chất điện hóa khác nhau, kết hợp với nhau tạo thành hợp chất hóa học về cấu tạo hợp chất hóa học là một thể đặc đồng nhất khi tạo thành hợp chất hóa học nó có mạng phức tạp, thường rất cứng và rất giòn khác hẳn với mạng tinh thể tạo thành nó

• Hỗn hợp cơ học: Hai nguyên A và B tạo thành

hỗn hợp cơ học khi nào chúng không có khả năng hòa tan vào nhau ở trạng thái đặc và không có phản ứng hóa học với nhau để tạo thành hợp chất hóa học

Sơ lược về giản đồ trạng thái

• Giản đồ trạng thái là loại biểu đồ trong đó biểu thị sự thay đổi trạng thái và thành phần của hợp kim theo nhiệt độ ở điều kiện áp suất không đổi.

Công dụng

• Xác định nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ kết tinh, nhiệt độ chuyển biến pha của tất cả hợp kim trong hệ

• Xác định cấu tạo pha và tỉ lệ giữa chúng

Giản đồ trạng thái Fe- C

Nhiệt độ

0c

Thành phần cacbon,%C

Các tổ chức của hợp kim Fe – C

Đường ABCD: đường lỏng

Đường AHJECF: đường đặc

Đường HJB: xảy ra phản ứng bao tinh

Đường ECF: xảy ra phản ứng cùng tinh

Đường PSK: xảy ra phản ứng cùng tích

S: điểm cùng tích

ES: giới hạn sự hòa tan của cacbon vào sắt 

PQ: giới hạn sự hòa tan của cacbon vào sắt  khi làm nguội

Các tổ chức một pha

Pha lỏng: Là trạng thái lỏng của hợp kim Fe – C,

tồn tại trên đường lỏng ABCD

Ferrit (ký hiệu F,Fe(C), )

Là dung dịch rắn xen kẽ của C trong Fe, mạng lập phương thể tâm, tồn tại trong vùng GPQ, lượng cacbon lớn nhất ở t0 7270C, 0,02%C Ở nhiệt độ thường hàm lượng cacbon nhỏ 0,006 (điểm Q) Ngoài ra ferit còn tồn tại ở khu vực AHN với %C lớn nhất =0,1% ứng với nhiệt độ 14990C

Ferit dẻo dai, độ cứng độ bền thấp, là pha cơ bản trong tổ chức cơ bản của thép và gang Thực tế coi ferit là sắt nguyên chất

Austenit (ký hiệu A,Fe(C),)

• là dung dịch rắn xen kẽ của C trong Fe có mạng lập phương diện tâm nằm trong khu vực NJESG A là pha mềm, dẻo dai là tổ chức trung gian quan trọng khi nhiệt luyện thép

• hàm lượng C hòa tan tối đa trong Fe là 2,14%

Xêmentít (Xe, Fe3C)

Là hợp chất hóa học giữa Fe và C có công thức

Fe3C, có mạng phức tạp, rất cứng và giòn Hàm lượng cacbon trong Xe là 6,67% ứng với đường thẳng DFKL

Các tổ chức hai pha trên giản đồ

Lêđêburit(Le):

Là hỗn hợp cơ học (cùng tinh của Xe và ) Là pha rất cứng và giòn, lượng Xe trong Le lớn (chiếm 2/3 trong Le) Ở nhiệt độ < 7230C Le là hỗn hợp cơ học của P và Xe

Peclit (P)

Là hỗn hợp cơ học cùng tích của Ferit và

Xe Cơ tính của P phụ thuộc vào độ phân tán của Xe trong ferit.

Theo hình dạng của Xe trong hỗn hợp có 2 loại peclit

- Peclit tấm: là hỗn hợp của F và Xe tấm

- Peclit hạt: là hỗn hợp của F và Xe hạt

- P tấm cứng và bền hơn P hạt nhưng kém dẻo dai hơn.

• Các phương pháp nhiệt luyện kim loại

độ nhất định, giữ nhiệt lâu rồi làm nguội chậm cùng với lò để đạt được tổ chức ổn định với độ cứng thấp nhất và độ dẻo cao

nung nóng thép đến trạng thái hoàn toàn austenit, giữ nhiệt rồi làm nguội tiếp theo trong không khí tĩnh để austenit phân hóa thành peclit phân tán hay xoocbit với độ cứng tương đối thấp

• Tôi: là phương pháp nhiệt luyện bao gồm nung lên cao qua nhiệt độ tới hạn để làm xuất hiện tổ chức austenit, giữ nhiệt rồi làm nguội nhanh thích hợp để austenit chuyển biến thành mactenxit hay các tổ chức ổn định khác với độ cứng cao.

thép đã tôi thành tổ chức mactenxit, lên đến nhiệt cao hơn Ac1 để mactenxit và austenit dư phân hóa thành các tổ chức thích hợp phù hợp với điều kiện làm việc quy định