Bài giảng Vật liêu học - Chương 2: Lý thuyết chung về vật liệu kim loại - Nguyễn Thanh Điểu

Nội dung text: Bài giảng Vật liêu học - Chương 2: Lý thuyết chung về vật liệu kim loại - Nguyễn Thanh Điểu

1. Chương 2: Lý thuyết chung về vật liệu kim loại I. Sự kết tinh của kim loại nguyên chất I.3. Sự hình thành hạt:  Mỗi mầm lớn lên thành một hạt  Mầm mới vẫn tiếp tục sinh ra trong khi các mầm đạt rth đang phát triển đến khi hết kim loại lỏng(các hạt gặp nhau quá trình kết tinh kết thúc) 03/03/2016 2:36 CH
2. Chương 2: Lý thuyết chung về vật liệu kim loại I. Sự kết tinh của kim loại nguyên chất I.3. Sự hình thành hạt: Nhận xét:  Mỗi mầm tạo nên một hạt mà phương mạng của mầm định hướng ngẫu nhiên nên phương mạng của các hạt lệch nhau một góc bất kỳ.  Hạt sinh ra trước sẽ phát triển nhanh hơn hạt sau kích thước các hạt không đồng nhất.  Biên giới hạt bị xô lệch là nơi các nguyên tử sắp xếp không trật tự, có nhiệt độ nóng chảy thấp và chứa nhiều tạp chất. 03/03/2016 2:36 CH
3. Chương 2: Lý thuyết chung về vật liệu kim loại I. Sự kết tinh của kim loại nguyên chất I.3. Sự hình thành hạt: a. Hình dạng hạt: phụ thuộc vào phương thức nguội  Nguội đều theo mọi phương hạt có dạng đa cạnh hay cầu( cơ tính tốt nhất)  Nguội nhanh theo 1 phương hạt có dạng đũa, cột hay hình trụ  Mầm phát triển theo mặt và phương có mật độ nguyên tử lớn nhất hạt có dạng nhánh cây(cơ tính xấu nhất) b. Kích thước hạt: * Ảnh hưởng của kích thước hạt đến cơ tính: Hạt nhỏ cơ tính tăng(tăng độ bền và độ dai va đập) 03/03/2016 2:36 CH
4. Chương 2: Lý thuyết chung về vật liệu kim loại I. Sự kết tinh của kim loại nguyên chất I.4. Các phương pháp tạo hạt nhỏ khi đúc: a. Nguyên lý: kích thước hạt phụ thuộc vào hai quá trình là: tạo mầm và phát triển mầm. - Số mầm càng nhiều hạt càng nhỏ(QT tạo mầm) - Tốc độ phát triển mầm càng chậm hạt càng nhỏ(QT phát triển mầm). - Công thức thực nghiệm: + A: kích thước hạt; a hệ số + n: tốc độ tạo mầm + v: tốc độ phát triển mầm Vậy nguyên lý tạo hạt nhỏ khi đúc là → tăng n và giảm v 03/03/2016 2:36 CH
5. Chương 2: Lý thuyết chung về vật liệu kim loại I. Sự kết tinh của kim loại nguyên chất I.4. Các phương pháp tạo hạt nhỏ khi đúc: b. Các phương pháp làm nhỏ hạt: * Nguội nhanh: - ∆T tăng(độ quá nguội) số mầm(n) và tốc độ phát triển mầm(v) đều tăng, nhưng n tăng nhanh hơn v làm nhỏ hạt - Giải pháp: thay khuôn cát bằng khuôn kim loại. - Nhược điểm: Gây ứng suất nhiệt lớn nứt chi tiết, không có hiệu quả với chi tiết lớn. 03/03/2016 2:36 CH
6. Chương 2: Lý thuyết chung về vật liệu kim loại I. Sự kết tinh của kim loại nguyên chất I.4. Các phương pháp tạo hạt nhỏ khi đúc: * Biến tính: - Làm tăng số lượng mầm ký sinh bằng việc sử dụng các chất biến tính. Ví dụ: cho bột Al (lượng nhỏ) vào thép lỏng để kết hợp với Oxy, nitơ Al2O3 , nitrit(AlN) khó chảy tạo nên các phần tử rắn nhỏ mịn, lơ lững, phân tán đều giúp tạo mầm ký sinh dễ dàng. *Tác động vật lý: - Rung siêu âm bẻ gãy tinh thể hạt nhỏ - Đúc ly tâm hạt nhỏ 03/03/2016 2:36 CH
7. Chương 2: Lý thuyết chung về vật liệu kim loại II. Sự kết tinh của kim loại nguyên chất (SV tư đọc phần này) II.5. Cấu tạo thỏi đúc: a. Ba vùng tinh thể của thỏi đúc Các thỏi đúc thường có tiết diện tròn hoặc vuông, chúng được đúc trong khuôn kim loại, đôi khi khuôn được làm nguội bằng nước, chúng thường có cấu trúc 3 vùng điển hình. + vùng ngoài cùng + vùng 2 + vùng 3 03/03/2016 2:36 CH
8. Chương 2: Lý thuyết chung về vật liệu kim loại II. Sự kết tinh của kim loại nguyên chất II.5. Cấu tạo thỏi đúc: a. Ba vùng tinh thể của thỏi đúc + Vùng ngoài cùng là lớp hạt nhỏ đẳng trục: do kim loại lỏng tiếp xúc với thành khuôn nguội nên được kết tinh với độ quá nguội ∆T lớn, mặt khác do tác dụng của bề mặt khuôn nên hạt tạo thành khá nhỏ mịn. + Vùng 2: vuông góc với thành khuôn, do thành khuôn mới bắt đầu nóng lên - ∆T ↓, hạt lớn hơn và phát triển mạnh theo phương tiếp tuyến với thành khuôn là phương truyền nhiệt hạt hình trụ. 03/03/2016 2:36 CH
9. Chương 2: Lý thuyết chung về vật liệu kim loại II. Sự kết tinh của kim loại nguyên chất II.5. Cấu tạo thỏi đúc: a. Ba vùng tinh thể của thỏi đúc + Vùng 3: Kim loại lỏng ở giữa kết thúc sau cùng, thành khuôn đã nóng lên nhiều do đó: - ∆T↓ hạt lớn - Nhiệt tản đều theo mọi phương đẳng trục 03/03/2016 2:36 CH
10. Chương 2: Lý thuyết chung về vật liệu kim loại II. Sự kết tinh của kim loại nguyên chất II.5. Cấu tạo thỏi đúc: Trong 3 vùng:  Vùng ngoài cùng luôn là lớp vỏ mỏng, 2 vùng sau phụ thuộc vào điều kiện làm nguội khuôn.  Nguội mãnh liệt thì vùng 2 sẽ Lấn át vùng 3, thậm chí mất vùng 3(Hb) tổ chức này gọi là xuyên tinh khó biến dạng dẻo, không phù hợp với thỏi cán.  Nguội chậm thì vùng 3 lại lấn át vùng 2 tinh thể có dạng hình cầu thỏi đúc trở nên dể cán.(Hc) 03/03/2016 2:36 CH
11. Chương 2: Lý thuyết chung về vật liệu kim loại  03/03/2016 2:36 CH
12. Chương 2: Lý thuyết chung về vật liệu kim loại II.5. Cấu tạo thỏi đúc: b. Các khuyết tật của vật đúc:  Rỗ khí: Khí hoà tan trong kim loại lỏng thoát ra không kịp rỗ khí hay bọt khí trong vật đúc. Tác hại: Làm mất tính liên tục của vật đúc và tạo các vùng tập trung ứng suất, khi cán không thể hàn kín được( lớp oxyt ngăn cản khuếch tán làm liền chổ bẹp), làm cho cơ tính của vật đúc giảm mạnh, gây ra tróc hoặc nút khi sử dụng. Khắc phục: Tăng cường quá trình thoát khí khi kết tinh bằng cách tạo ra sự lưu động của kim loại lỏng, khử khí tốt trước khi rót khuôn, sấy khô khuôn cát và mẻ nấu phải được sấy khô trước khi nấu luyện hoặc đúc trong chân không. 03/03/2016 2:36 CH
13. Chương 2: Lý thuyết chung về vật liệu kim loại II.5. Cấu tạo thỏi đúc: b. Các khuyết tật của vật đúc:  Thiên tích: Là sự không đồng nhất về thành phần và tổ chức của sản phẩm đúc do tích tụ tạp chất gồm có thiên tích vùng, thiên tích hạt. - Thiên tích vùng: là sự không đồng nhất về thành phần hoá học trong toàn bộ thể tích vật đúc. - Thiên tích hạt: là sự không đồng nhất về thành phần hoá học trong nội bộ hạt kim loại. Nguyên nhân: Do sự khác nhau về nhiệt độ nóng chảy, khối lượng riêng và hệ số khuếch tán của các nguyên tố. Tác hại: Tạo ra các vùng không đồng đều về cơ tính làm giảm độ tin cậy của sản phẩm đặc biệt là các vật đúc có khích thước lớn. Khắc phục: lựa chọn hợp lý các nguyên tố khi tạo hợp kim. 03/03/2016 2:36 CH
14. Chương 2: Lý thuyết chung về vật liệu kim loại III. Hợp kim: III.1. Khái niệm về hợp kim: - Hợp kim là vật liệu mang tính kim loại, bao gồm hai hay nhiều nguyên tố, trong đó nguyên tố chính là kim loại, nguyên tố phụ có thể là kim loại hay á kim. - Thành phần nguyên tố hoá học trong hợp kim thường được biểu thị bằng % trọng lượng, cũng có khi biểu thị bằng % nguyên tử. -Ví dụ: La tông là hợp kim của 2 nguyên tố kim loại (Cu+Zn) Thép 40 có 0,4%C; Thép 40X có 0,4%C và 1%Cr 03/03/2016 2:36 CH
15. III. Hợp kim: III.1. Khái niệm về hợp kim:  Đặc điểm: + Cơ tính cao: Độ bền, độ cứng, giới hạn chảy, đàn hồi của hợp kim cao hơn hẳn so với kim loại nguyên chất, còn độ dẻo, độ dai vẫn đủ cao. + Tính công nghệ phù hợp với chế tạo cơ khí như: tính đúc, tính gia công cắt gọt, có thể hoá bền bằng nhiệt luyện v.v + Tính kinh tế: rẻ hơn và kinh tế hơn nhiều so với kim loại nguyên chất. - Do luyện hợp kim không cần phải khử triệt để tạp chất, mà chỉ cần khống chế chúng ở mức độ nào đó. - 03/03/2016 2:36 CH
16. III. Hợp kim: III.1. Khái niệm về hợp kim: + Cấu tử(nguyên): Là những chất độc lập có thành phần hoá học không đổi (có thể là nguyên tố hoá học hoặc hợp chất hoá học), chúng tạo nên tất cả các pha của hệ. + Hệ: là một dạng tập hợp các pha ở trạng thái cân bằng. + Pha: là những phần tử cấu tạo nên hợp kim, cùng một loại pha phải cùng trạng thái có cùng kiểu mạng tinh thể và có bề mặt phân chia. 03/03/2016 2:36 CH
17. III. Hợp kim: Ví dụ: Một hệ gồm 2 pha là nước lỏng và nước đá (ở 0 0 C), chỉ có một nguyên tử là H2O. Hợp kim Cu- Ni là một hệ gồm 2 nguyên (Cu, Ni) ở trạng thái rắn hoặc lỏng chỉ có một pha vì chúng tạo ra dung dịch rắn hoặc lỏng đồng nhất. Cu và Pb rất ít hòa tan vào nhau ở trạng thái lỏng và không hòa tan vào nhau ở trạng thái rắn, như vậy hợp kim Cu-Pb tuy là hệ hai cấu tử nhưng có tổ chức hai pha. - Ở nhiệt độ cao gồm 2 dung dịch lỏng khác nhau về thành phần hóa học. - Ở nhiệt độ thấp gồm hai loại tinh thể Cu va Pb 03/03/2016 2:36 CH
18. III.2 Các kiểu cấu trúc mạng tinh thể của hợp kim. a. DUNG DỊCH RẮN - Khái niệm: - Khi 2 nguyên tố hoà tan vào nhau ở trạng thái rắn, một nguyên tố giữ nguyên kiểu mạng gọi là dung môi, còn nguyên tố kia phân bố đều vào mạng của nguyên tố dung môi gọi là nguyên tố hoà tan. - Ký hiệu của dung dịch rắn là A ( B). trong đó: A – dung môi, B – nguyên tố hoà tan. -Tuỳ theo vị trí phân bố của nguyên tố hoà tan trong mạng tinh thể của dung môi, sẽ có hai loại dung dịch rắn thay thế và xen kẽ. 03/03/2016 2:36 CH
19. III.2 Các kiểu cấu trúc mạng tinh thể của hợp kim. b.Các loại dung dịch rắn: b.1. Dung dịch rắn thay thế - Khi nguyên tử của nguyên tố hoà tan thế vào vị trí nút mạng của nguyên tố dung môi thì tạo nên dung dịch rắn thay thế. - Điều kiện: Dntht Dntdm - Tuy nhiên vẫn làm xô lệch mạng, tăng độ bền, độ cứng và giảm một chút độ dẻo dai so với dung môi. -nguyên tử dung môi -nguyên tử hoà tan 03/03/2016 2:36 CH
20. III.2 Các kiểu cấu trúc mạng tinh thể của hợp kim. b.Các loại dung dịch rắn: b.1. Dung dịch rắn thay thế Theo độ hoà tan lại chia ra dung dich rắn (thay thế) hoà tan vô hạn và hoà tan có hạn. + Dung dịch rắn hoà tan vô hạn - Khi nguyên tử hoà tan B có thể lần lượt thay thế các vị trí của nguyên tử dung môi A một cách liên tục, ta được dung dịch rắn hoà tan vô hạn. A(B) A(B) B(A) 03/03/2016 2:36 CH
21. III.2 Các kiểu cấu trúc mạng tinh thể của hợp kim. b.Các loại dung dịch rắn: b.1. Dung dịch rắn thay thế + Dung dịch rắn hoà tan vô hạn Điều kiện cần để hai kim loại hòa tan vô hạn vào nhau là: - Có cùng kiểu mạng - da db < 8% - Các tính chất lý, hoá gần giống nhau. - Có cùng hoá trị 03/03/2016 2:36 CH
22. III.2 Các kiểu cấu trúc mạng tinh thể của hợp kim. b.Các loại dung dịch rắn: b.1. Dung dịch rắn thay thế + Dung dịch rắn hoà tan có hạn - Khi nguyên tử hoà tan B chỉ có thể thay thế vị trí các nguyên tử dung môi A đến một giới hạn nào đó (nếu hoà tan thêm sẽ có kiểu mạng khác), ta được dung dịch rắn hoà tan có hạn. 03/03/2016 2:36 CH
23. III.2 Các kiểu cấu trúc mạng tinh thể của hợp kim. b.Các loại dung dịch rắn: b.2. Dung dịch rắn xen kẽ - Khi nguyên tử hoà tan xen kẽ vào vị trí các lỗ hổng trong mạng tinh thể dung môi. -nguyên tử dung môi -nguyên tử hoà tan 03/03/2016 2:36 CH
24. III.2 Các kiểu cấu trúc mạng tinh thể của hợp kim. b.Các loại dung dịch rắn: b.2. Dung dịch rắn xen kẽ + Đặc điểm: - Giữ nguyên kiểu mạng của dung môi, tồn tại sai lệch điểm xen kẽ. - Điều kiện tạo thành dung dịch rắn xen kẽ: dB 0,59 dA - Là loại dung dịch hoà tan có hạn; - Thường được tạo thành bởi dung môi là kim loại có đường kính nguyên tử lớn như: Fe, Cr, W, Ti và các nguyên tố hoà tan là các á kim có đường kính nguyên tử nhỏ như : C, N, H, B 03/03/2016 2:36 CH
25. III.2 Các kiểu cấu trúc mạng tinh thể của hợp kim. c. Hợp chất hoá học: d. Pha trung gian:( pha xen kẽ, pha điện tử) Sv tự tìm đọc tài liệu về phần này 03/03/2016 2:36 CH
26. III.3. GIẢN ĐỒ TRẠNG THÁI HAI CẤU TỬ 3.1. KHÁI NIỆM VỀ GIẢN ĐỒ TRẠNG THÁI 3.1.1. Khái niệm Giản đồ trạng thái là giản đồ biểu thị sự biến đổi tổ chức pha theo nhiệt độ và thành phần hoá học của hệ ở trạng thái cân bằng. Giản đồ trạng thái được xây dựng trong điều kiện nung nóng và làm nguội vô cùng chậm tức là ở trạng thái cân bằng. 03/03/2016 2:36 CH
27. III. GIẢN ĐỒ TRẠNG THÁI HAI CẤU TỬ  03/03/2016 2:36 CH
28. III. GIẢN ĐỒ TRẠNG THÁI HAI CẤU TỬ 3.2. GIẢN ĐỒ TRẠNG THÁI HAI CẤU TỬ  Hệ một cấu tử Không có sự biến đổi thành phần nên giản đồ pha của nó có một trục, trên đó đánh dấu nhiệt độ chảy (kết tinh) và các nhiệt độ chuyển biến pha Giản đồ pha của Fe (Giản đồ một nguyên) 03/03/2016 2:36 CH
29. III. GIẢN ĐỒ TRẠNG THÁI HAI CẤU TỬ 3.2. GIẢN ĐỒ TRẠNG THÁI HAI CẤU TỬ  Giản đồ pha hệ 2 cấu tử : có 2 trục  Trục tung biểu diễn nhiệt độ của nguyên tố A,B  Trục hoành chỉ nồng độ của nguyên tố A,B ( theo % trọng lượng).  Một đường thẳng đứng trong giản đồ chỉ trạng thái của pha hợp kim(x%B).  Các đường cong, thẳng (nếu có) chia giản đồ thành nhiều vùng có trạng thái pha giống nhau: 03/03/2016 2:36 CH
30. III. GIẢN ĐỒ TRẠNG THÁI HAI CẤU TỬ 3.2. GIẢN ĐỒ TRẠNG THÁI HAI CẤU TỬ + Tỉ lệ (về số lượng) giữa các pha hoặc tổ chức được xác định theo quy tắc đòn bẩy: ML Ma HK R S Lượng pha trái M Độ dài đoạn thẳng bên phải (đòn bên phải) S L = Lượng pha phải Ma Độ dài đoạn thẳng bên trái (đòn bên trái) R 03/03/2016 2:36 CH
31. III. GIẢN ĐỒ TRẠNG THÁI HAI CẤU TỬ 3.3. GIẢN ĐỒ LOẠI I - VD: Xét sự kết tinh của hợp kim: 60%Sb (Antimoan) + 40%Pb (Chì) - Các điểm 1,1’ là điểm bắt đầu kết tinh ra Sb và Pb - Các điểm 2,E,2’ là 1’ điểm kết tinh ra Pb+Sb cùng 1 lúc 2’ của các hợp kim 8,15,và 60. 8 03/03/2016 2:36 CH
32. III. GIẢN ĐỒ TRẠNG THÁI HAI CẤU TỬ 3.3. GIẢN ĐỒ LOẠI I - Trên AEB vùng lỏng, ACE L+Pb, BDE L+Sb - dưới CED vùng rắn Pb+Sb -AE,BE là tập hợp tất cả các nhiệt độ bắt đầu kết tinh ra Pb(và Sb) ở mọi 1’ hợp kim của hệ. - CED: là tập hợp tất cả 2’ Các nhiệt độ kết tinh ra Pb+Sb cùng 1 lúc 8 03/03/2016 2:36 CH
33. III. GIẢN ĐỒ TRẠNG THÁI HAI CẤU TỬ 3.3. GIẢN ĐỒ LOẠI I Xác định tỉ lệ các pha của hợp kim 60%Sb + 40%Pb tại 4000C.Hợp kim lỏng tại a’’(37%Sb) và tinh thể B tại a’ là (100%Sb). Theo quy tắc cánh tay đòn La aa Ba aa L 100 60 40 37 Sb100 60 37 23 40 Pha lỏng chiếm 63,5% 63 23 , pha rắn chiếm 36,5% 63 03/03/2016 2:36 CH
34. III. GIẢN ĐỒ TRẠNG THÁI HAI CẤU TỬ 3.4. GIẢN ĐỒ LOẠI II T(°C) L (liquid) 130 0 A L: 35 wt% Ni a: 46 wt% Ni B 35 46 32 C 43 D 24 36 L: 32 wt% Ni a: 43 wt% Ni 120 0 E L: 24 wt% Ni a  a: 36 wt% Ni (solid) 110 0 20 3 0 35 4 0 5 0 C o wt%03 /Ni03/2016 2:36 CH
35. III. GIẢN ĐỒ TRẠNG THÁI HAI CẤU TỬ 3.5. GIẢN ĐỒ LOẠI III - Giản đồ trạng thái hai nguyên A và B hào tan vô hạn vào nhau ở trạng thái lỏng, hoà tan có hạn vào nhau ở trạng thái rắn. + Đường lỏng AEB + Đường đặc ACEDB. + CED - Đường cùng tinh. E 03/03/2016 2:36 CH
36. III. GIẢN ĐỒ TRẠNG THÁI HAI CẤU TỬ 3.5. GIẢN ĐỒ LOẠI III + Điểm E là điểm cùng tinh (eutectic): LE (a + b) + Cũng có hợp kim cùng tinh, trước cùng tinh (trái E E) sau cùng tinh (phải E). 03/03/2016 2:36 CH
37. III. GIẢN ĐỒ TRẠNG THÁI HAI CẤU TỬ 3.5. GIẢN ĐỒ LOẠI III - a: là dung dịch rắn hoà tan có hạn A(B). Sự hoà tan có hạn thể hiện ở đường CF choãi về phía trái chứng tỏ nhiệt độ càng thấp độ hoà tan càng giảm. - b: là dung dịch rắn hoà tan có hạn B(A). Sự hoà tan có hạn thể hiện ở đường DG choãi về bên phải, chứng tỏ nhiệt độ thấp thì độ hoà tan giảm. E 03/03/2016 2:36 CH
38. III. GIẢN ĐỒ TRẠNG THÁI HAI CẤU TỬ 3.5. GIẢN ĐỒ LOẠI III  Nếu Co < 2 wt% Sn • Kết quả: - Sau khi kết tinh xong chỉ có T(°C) L: Co wt% Sn một dung dịch rắn a được 400 L tạo thành (giống giản đồ loại a II) 300 L L + a a  200 (Pb-Sn T a: Co wt% Sn E System) 100 a + b 0 10 20 30 C o Co , wt% Sn 2 T giới hạn hòa tan 03/03/2016 2:36 CH
39. III. GIẢN ĐỒ TRẠNG THÁI HAI CẤU TỬ 3.5. GIẢN ĐỒ LOẠI III  Nếu 2 wt% Sn < Co < 18.3 wt% Sn • Kết quả: L: C wt% Sn - Ban đầu kết tinh ra dung dịch T(°C) o rắn a. Sau khi t0 hạ thấp chúng 400 L (Sn) trở nên bảo hòa, tiết ra L lượng cấu tử hòa tan dưới 300 a L + a dạng dung dịch rắn thứ cấp b a: Co wt% Sn a ( a thừa Sn tiết ra pha b) 200 TE a b 100 a + b Pb-Sn system 0 10 20 30 2 Co Co , wt% Sn 03/03/2016 2:36 CH (sol. limit at T room ) 18.3 (sol. limit at TE)
40. III. GIẢN ĐỒ TRẠNG THÁI HAI CẤU TỬ 3.5. GIẢN ĐỒ LOẠI III  Nếu Co = CE T(°C) Micrograph of Pb-Sn eutectic L: Co wt% Sn microstructure 300 L Pb-Sn L + a system a b 200 183°C L b TE 100 160 mm a b b: 97.8 wt% Sn a: 18.3 wt%Sn 0 20 40 60 80 100 97.8 18.3 CE 61.9 C, wt% Sn 03/03/2016 2:36 CH
41. III. GIẢN ĐỒ TRẠNG THÁI HAI CẤU TỬ 3.5. GIẢN ĐỒ LOẠI III  Nếu 18.3 wt% Sn < Co < 61.9 wt% Sn T(°C) • Just above TE : L: Co wt% Sn a L C = 18.3 wt% Sn L a 300 L a CL = 61.9 wt% Sn Pb-Sn S L + a Wa = = 50 wt% system a R + S 200 R S L+ b b WL = (1- Wa ) = 50 wt% T E R S • Just below TE : 100 a + b C a = 18.3 wt% Sn primary a C b = 97.8 wt% Sn eutectic a S eutectic b Wa = = 73 wt% 0 20 40 60 80 100 R + S 18.3 61.9 97.8 Wb = 27 wt% Co, wt% Sn 03/03/2016 2:36 CH
42. Chương 1: Cấu tạo của kim loại và hợp kim III. GIẢN ĐỒ TRẠNG THÁI HAI CẤU TỬ 300 L T(°C) a L + a 200 L+ b b (Pb-Sn TE a + b System) 100 0 20 40 60 80 100 Co, wt% Sn eutectic Trước cùng tích (hypoeutectic): Co = 50 wt% Sn 61.9 Sau cùng tích hypereutectic): (illustration only)( eutectic: C = 61.9 wt% Sn a o b a b a a b b a b a b 175 mm 160 mm eutectic micro-constituent 03/03/2016 2:36 CH
43. Chương 2: Lý thuyết chung về vật liệu kim loại V. GIẢN ĐỒ TRẠNG THÁI CỦA HỢP KIM Fe - C 5.1. SỰ TƯƠNG TÁC CỦA Fe - C a. Cac bon (C): Cácbon là nguyên tố á kim thuộc nhóm IV của hệ thống tuần hoàn. Nó tồn tại dưới các dạng sau: - Vô định hình như than gỗ, than đá; - Kim cương tồn tại dưới kiểu mạng tứ diện đa giác đều độ cứng cao nhất. 03/03/2016 2:36 CH
44. V. GIẢN ĐỒ TRẠNG THÁI CỦA HỢP KIM Fe - C - Graphit với kiểu mạng lục giác xếp theo lớp. Khoảng cách giữa các lớp khá xa nên lực liên kết giữa chúng yếu và rất dễ tách lớp. Graphit rất mềm. + Giới hạn bền kéo: 2 b = 1-2 N/ mm ; + Hệ số ma sát bé (chống mài mòn tốt) 03/03/2016 2:36 CH
45. V. GIẢN ĐỒ TRẠNG THÁI CỦA HỢP KIM Fe - C 5.1. SỰ TƯƠNG TÁC CỦA Fe - C b. Sắt (Fe): Đặc điểm: - Sắt là nguyên tố kim loại thuộc nhóm chuyển tiếp, phụ thuộc vào nhiệt độ, sắt tồn tại các dạng thù hình. - Rất khó luyện ra sắt nguyên chất tuyệt đối. Sắt nguyên chất kỹ thuật chứa khoảng 99,3  99,9% và 0,1  0,7% tạp chất; 03/03/2016 2:36 CH
46. V. GIẢN ĐỒ TRẠNG THÁI CỦA HỢP KIM Fe - C 5.1. SỰ TƯƠNG TÁC CỦA Fe - C - Về cơ tính sắt là kim loại dẻo dai song kém bền, các chỉ tiêu về cơ tính như sau: 2 + Giới hạn bền kéo: b = 250 N/ mm ; 2 + Giới hạn chảy: 0,2 = 120 N/ mm ; + Độ dãn dài tương đối:  = 50%; + Độ co thắt tương đối:  = 85%; 2 + Độ dai va đập : ak = 3000 KJ/ m ; + Độ cứng HB = 80. 03/03/2016 2:36 CH
47. V. GIẢN ĐỒ TRẠNG THÁI CỦA HỢP KIM Fe - C 5.1. SỰ TƯƠNG TÁC CỦA Fe - C  Fe và C tương tác với nhau theo hai cách: a.Cacbon hòa tan vào sắt tạo thành dung dịch rắn Fe -C. Hai loại mạng tinh thể của sắt có khả năng hòa tan cacbon dưới dạng xen kẽ khác nhau. + Do kích thước C < Fe (rc = 0,077nm ,rFe = 0,1241nm) nên C chỉ có thể hòa tan và Fe ở dạng dung dịch rắn xen kẽ. • Dung dịch rắn xen kẽ của C trong Fea(fefit=F= a ) 0  %C cực đại hòa tan vào Fea là 0,02% ở 727 C,ở nhiệt độ thường là 0,006%. Chủ yếu ở biên giới hạt. 0  Fe (sắt đen) hòa tan 0,1%C ở 1499 C -Tính chất: độ cứng thấp, độ bền thấp, độ dẻo cao. 03/03/2016 2:36 CH
48. V. GIẢN ĐỒ TRẠNG THÁI CỦA HỢP KIM Fe - C • Dung dịch rắn xen kẽ của C trong Fe  (austennit =As=  )  %C cực đại hòa tan vào Fe là 2,14% ở 11470C,ở nhiệt độ 7270C hòa tan lớn nhất là 0,8%. - Tính chất: As chỉ tồn tại ở nhiệt độ lớn hơn 7270C, độ bền cao, độ dẻo, dai khá cao,độ cứng thấp. - As không tồn tại ở nhiệt độ thường và không phải là thành phần tổ chức ở nhiệt độ thường khi làm việc, nhưng nó là tổ chức trung gian không thể thiếu trong nhiệt luyện. 03/03/2016 2:36 CH
49. V. GIẢN ĐỒ TRẠNG THÁI CỦA HỢP KIM Fe - C 5.1. SỰ TƯƠNG TÁC CỦA Fe - C b.Cacbon tác dụng với sắt tạo thành hợp chất hóa học. + Khi lượng C đưa vào Fe lớn hơn giới hạn hòa tan (trong Fea hay Fe  ) của dung dịch rắn thì sẽ tạo nên các hợp chất hóa học: Fe3C (6,67%C); Fe2C (9,67%C) và FeC (17,67%C); tuy nhiên trong hợp kim Fe-C do chỉ sử dụng ở giới hạn khoảng 5%C nên chỉ có Fe3C và hợp chất này có tên là Xementit;  Xementit là pha không ổn định, ở nhiệt độ cao nó phân hoá thành sắt và graphit  Tính chất: độ cứng 800HB, chống mài mòn tốt, độ dòn khá cao, có màu của xà cừ(ngọc trai). 03/03/2016 2:36 CH