Bài giảng Cơ sở vật liệu học - Chương 4: Hợp kim và giản đồ pha

Qua bài giảng các bạn nắm vững được tính chất của dung dịch rắn, phân biệt hợp chất hóa học của các pha trung gian, biết được quy tắc cánh tay đòn, dự hình thành của các pha qua các đường chuyển pha của giản đồ pha khi nung nóng và làm nguội.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Bài giảng Cơ sở vật liệu học - Chương 4: Hợp kim và giản đồ phaChương 4: HỢP KIM & GIẢN ĐỒ PHAMột số chi tiết làm từ hợp kim4.1. Các khái niệm cơ bản1. Hợp kim là gì? là vật thể gồm nhiều nguyên tố và mang tính kim loạiNhiều nguyên tố: NT chính là kim loại, các NT còn lại cóthể là kim loại hoặc phi kimMang tính kim loại: tính dẫn điện, dẫn nhiệt, tính dẻo,dễ biến dạng và có ánh kimThành phần nguyên tố tính trong hợp kim- Thành phần về phần trăm khối lượng (thường dùng)- Thành phần về phần trăm nguyên tử1Tính ưu việt của hợp kim?Thực tế trong chế tao CK chỉ dùng HK, ít dùngKL nguyên chất vì nó có một số ưu việt:1. Độ bền cao chịu được tải trọng cao và vẫnđảm bảo vật liệu không quá cứng dẫn đến pháhuỷ giòn2. Tính công nghệ đa dạng ( cắt gọt, GCAL, đúc,NL...)chế tạo sản phẩm với năng suất cao3. Nhiều trường hợp nấu HK dễ hơn KL nguyênchất2. Một số khái niệm:Cấu tử: là các NT (hoặc hợp chất hoá học bền vững)Hệ: dùng để chỉ một tập hợp các vật thể riêng biệtcủa HK trong điều kiện xác địnhPha: là phần đồng nhất của hệ có cùng cấu trúc vàcác tính chất cơ-lý-hoá tính xác định –Giữa các phacó bề mặt phân chia pha.Trạng thái cân bằng (ổn định): trong điều kiện P, Tvà thành phần xác định  cấu trúc, tính chất của hệkhông phụ thuộc thời gian. Năng lượng tự do nhỏnhấtĐộ bền, cứng thấp nhất ( không có ư.s bên trong ,xô lệch mạng ít, hình thành khi làm nguội chậm 41Trạng thái không cân bằng (không ổn định): trongđiều kiện P, T hoặc thành phần thay đổi nănglượng tự do lớn hơnluôn có xu hướng biến đổisang trạng thái năng lượng thấp hơn cấu trúc, tínhchất của hệ sẽ thay đổi (chuyển sang trạng thái cânbằng mới)Ý nghĩa: quan trọng thực tế  đáp ứng cơ tính khilàm việcĐạt được do làm nguội nhanhTrạng thái giả ổn định: trong điều kiện P, T vàthành phần xác định, hệ có thể tồn tại ở trạng tháinăng lượng cao hơn ttcb ổn định  tồn tại ổn định cảkhi nung nóng trong một phạm vi nào đóHợp kim Al-Cu với hai pha  và Pha Pha Giữa các pha luôn có bề mặt phân cách53. Các loại tương tác trong hợp kim4. Dung dịch rắn- 2 cấu tử không tương tác với nhaua. Dung dịch rắn là gì? là pha đồng nhất, cấu tử được giữ lại kiểu mạng gọi là dungmôi. Nguyên tử của cấu tử hòa tan sắp xếp trong mạng dungmôi ngẫu nhiên và đều đặn Các cấu tử không hoà tan, đan xen vào nhau  giữ nguyêncác kiểu mạng của các cấu tử thành phầncác hạt của 2 phariêg rẽ nằm cạnh nhauThành phần được thay đổi trong một phạm vi mà vẫn giữđược tính đồng nhất của pha- Có tương tác: nguyên tử ( ion ) đan xen vào nhau tạo ra pha duynhất- Hoà tan vào nhau tạo dung dịch rắn (giữ nguyên kiểu mạng của 1 cấutử nền) tổ chức 1 pha như KL nguyên chất- Phản ứng hoá học tạo hợp chất với kiểu mạng khác các cấu tửthành phầnKý hiệu : A(B); α, β.....b. Dụng dịch rắn thay thế các nguyên tử của nguyên tố hoà tan có thể thay thế vị trícác nút mạng của nguyên tử nguyên tố dung môiĐiều kiện tạo DD rắn thay thế : Sai khác đường kính nguyêntử của các nguyên tố ≤15%Sự thay thế thường là có hạnhòa tan càng nhiều càng xôlệch mạng tinh thểnăng lượng tự do của hệ tăngNồng độ quá lớnvượt quá giới hạn  sẽ tạo nên pha mới2Dung dịch rắn hòa tan vô hạn:Cu(Ni) với lượng Ni khác nhau, Ni có thể hòa tan vô hạn trong CuNguyên tử B thay thế vào vị trí nguyên tử củadung môi A một cách liên tụcĐiều kiện thay thế (hoà tan) vô hạn- tương quan về kiểu mạng- tương quan về kích thước ( 2000-30000C), rất cứng (HV>20005000) & dòn, nâng cao khả năng chống mài mòn và chịunhiệtTrong HK: Pha trung gian thường chỉ chiếm 10% ,còn lại là dung dịch rắn1644.2. Giản đồ pha hai cấu tửCông dụng của giản đồ pha:- Giản đồ pha Công cụ biểu thị mối quan hệ giữa nhiệtđộ, thành phần và số lượng các pha của hệ ở trạng tháicân bằng- Chỉ đúng với HK ở trạng thái cân bằngRắnCuLượng pha trái (A)__________________Lượng pha phải (B)Nhiệt độLỏng10850C- Các pha tồn tại: Căn cứ vao T0 và thành phầnvùng nào củagiản đồ phasố pha trong vùng đó- Thành phần pha:+ Nếu ở vùng 1 pha thành phần pha là thành phần HK đã chọn+ Nếu ở vùng 2 pha tính toán bằng qui tắc cánh tay đònQui tắc:Kẻ đường song song với trục hoành, cắt 2 đường 1 pha gần nhất(Pha A và pha B)∆∆Pha ALoại hai cấu tử∆Pha BCánh tay đòn phảiCánh tay đòn trái- Suy đoán tính chất của hợp kim (tổng hợp t/c của các pha thành phần)- Nhiệt độ chảy : trong một khoảng ( giữa đường rắn và lỏng)- Các chuyển biến pha: Các đường dưới đường đặc- Dự đoán tổ chức ở trạng thái cân bằngThành phầnLoại một cấu tửHKĐộ dài cánh tay đòn phải_______________________ ________________________________________________=Độ dài cánh tay đòn trái_Loại ba cấu tửGiản đồ pha loại 2tử tương tác và hoàcEd  đường đặc;a, b nhiệt độ chảycủa A và B;XX Lỏng (L)dở trạng thái rắn, ví dụ:(Cu-Ni, Al2O3-Cr2O3)atE điểm cùng tinh:L → (A + B)tan vô hạn vào nhaubLỏng (L)cL+m ...