Chương 3: Giáo trình Khoa học vật liệu

Tài liệu giáo trình Kỹ thuật công nghệ, bộ môn Khoa học vật liệu_ Chương: Hợp kim và biến đổi tổ chức_ Hợp kim và giản đồ pha.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Chương 3:Giáo trình Khoa học vật liệu 80PhÇn II Hîp kim vµ biÕn ®æi tæ chøcCh¬ng 3 Hîp kim vµ gi¶n ®å pha Trong thùc tÕ, ®Æc biÖt trong c¬ khÝ vµ x©y dùng, ngêi ta kh«ng dïngthuÇn kim lo¹i nguyªn chÊt, nguyªn tè hãa häc vµ hîp chÊt hãa häc mµ thêng lµtæ hîp c¸c chÊt c¬ b¶n trªn. Khi hßa trén c¸c nguyªn tè, hîp chÊt hãa häc víi nhaub»ng c¸ch nÊu ch¶y láng chóng, trong qu¸ tr×nh lµm nguéi tiÕp theo c¸c chÊt ®avµo cã nh÷ng t¬ng t¸c víi nhau, t¹o nªn cÊu tróc míi vµ do ®ã cã tÝnh chÊt kh¸c®i, ®«i khi kh¸c h¼n, vËt liÖu trë nªn ®a d¹ng h¬n, thÝch øng h¬n trong sö dông.ChÝnh ch¬ng nµy gi¶i quyÕt vÊn ®Ò ®ã cho hÖ hîp kim (vËt liÖu kim lo¹i) vµ c¸cnguyªn lý cho hîp kim còng hoµn toµn thÝch hîp vµ øng dông ®îc cho hÖ vËt liÖuv« c¬ - ceramic vµ cã thÓ c¶ cho hÖ vËt liÖu h÷u c¬ - polyme.3.1. CÊu tróc tinh thÓ cña hîp kim3.1.1. Kh¸i niÖm vÒ hîp kim a. §Þnh nghÜa Hîp kim lµ vËt thÓ cña nhiÒu nguyªn tè vµ mang tÝnh kim lo¹i (dÉn ®iÖn,dÉn nhiÖt cao, dÎo, dÔ biÕn d¹ng, cã ¸nh kim). Hîp kim ®îc t¹o thµnh trªn c¬ sëkim lo¹i: gi÷a hai kim lo¹i víi nhau (nh lat«ng: Cu vµ Zn) mµ còng cã thÓ lµ gi÷amét kim lo¹i víi mét ¸ kim (nh thÐp, gang: Fe vµ C), song nguyªn tè chÝnh vÉn lµkim lo¹i, ®ã lµ hîp kim ®¬n gi¶n hay gi÷a nguyªn tè chÝnh lµ kim lo¹i víi hai haynhiÒu nguyªn tè kh¸c, ®ã lµ hîp kim phøc t¹p. Nguyªn tè kim lo¹i chÝnh, chøanhiÒu nhÊt (> 50%) ®îc gäi lµ nÒn hay nguyªn tè chñ. Thµnh phÇn cña c¸cnguyªn tè trong hîp kim (vµ trong ceramic) thêng ®îc biÓu thÞ b»ng phÇn tr¨mkhèi lîng (khi b»ng phÇn tr¨m nguyªn tö ph¶i chØ ®Þnh râ kÌm theo), trongpolyme ®îc biÓu thÞ b»ng phÇn tr¨m thÓ tÝch. b. u viÖt cña hîp kim C¸c kim lo¹i nguyªn chÊt thÓ hiÖn râ u viÖt trong dÉn nhiÖt, dÉn ®iÖn v×chóng cã c¸c chØ tiªu nµy cao nhÊt nh c¸c d©y dÉn ®iÖn ®Òu ®îc lµm b»ng nh«m,®ång nguyªn chÊt. Tuy nhiªn trong chÕ t¹o c¬ khÝ, thiÕt bÞ, ®å dïng... c¸c vËt liÖu®em dïng thêng lµ hîp kim v× so víi c¸c kim lo¹i nguyªn chÊt nã cã c¸c ®Æc tÝnhphï hîp h¬n vÒ sö dông, gia c«ng vµ kinh tÕ. 1) Tríc hÕt c¸c vËt liÖu c¬ khÝ ph¶i cã ®é bÒn cao ®Ó chÞu ®îc t¶i cao khilµm viÖc nhng ®ång thêi còng kh«ng ®îc gißn ®Ó dÉn ®Õn ph¸ hñy. C¸c kim lo¹inguyªn chÊt nãi chung rÊt dÎo (rÊt dÔ d¸t máng, kÐo sîi ngay ë tr¹ng th¸i nguéi - 81nhiÖt ®é thêng) nhng cã ®é bÒn, ®é cøng, tÝnh chèng mµi mßn kÐm xa hîp kim(tõ vµi ba ®Õn hµng chôc lÇn). Nhê vËy khi dïng hîp kim tuæi bÒn cña m¸y, kÕtcÊu t¨ng lªn gÊp béi. Tuy nhiªn ®é bÒn, ®é cøng t¨ng lªn thêng dÉn ®Õn lµm gi¶m®é dÎo, ®é dai g©y ra gißn song vÉn ph¶i cßn ®ñ, tèt khi sö dông. QuyÕt ®Þnh chän®é bÒn, ®é cøng cao ®Õn møc nµo bÞ h¹n chÕ bëi ®é dÎo vµ ®é dai cho phÐp chomçi trêng hîp cô thÓ ®Ó võa cã thÓ chÞu t¶i tèt nhÊt võa kh«ng bÞ ph¸ hñy gißn.Nhê vËy cho ®Õn hiÖn nay hîp kim vÉn lµ lo¹i vËt liÖu cã sù kÕt hîp tèt nhÊt c¸c®Æc tÝnh c¬ häc kÓ trªn víi tû lÖ ¸p ®¶o trong m¸y mãc vµ thiÕt bÞ. 2) TÝnh c«ng nghÖ ®a d¹ng vµ thÝch hîp. §Ó t¹o thµnh b¸n thµnh phÈm vµs¶n phÈm, vËt liÖu ph¶i cã kh¶ n¨ng chÕ biÕn thÝch hîp vµ ®îc gäi lµ tÝnh c«ngnghÖ. Kim lo¹i nguyªn chÊt tuy dÔ biÕn d¹ng dÎo nhng khã c¾t gät, ®óc vµ kh«nghãa bÒn ®îc b»ng nhiÖt luyÖn. Tr¸i l¹i, hîp kim víi nhiÒu chñng lo¹i kh¸c nhaucã thÓ cã c¸c tÝnh c«ng nghÖ ®a d¹ng phï hîp víi ®iÒu kiÖn riªng khi gia c«ng, chÕt¹o s¶n phÈm cô thÓ. - HÇu nh mäi hîp kim ®Òu cã thÓ t¹o h×nh ®îc b»ng mét trong haiph¬ng ph¸p: biÕn d¹ng dÎo: c¸n, kÐo, Ðp ch¶y (chñ yÕu cho c¸c b¸n thµnh phÈmdµi), rÌn (t¹o ph«i cho c¾t gät), dËp (thµnh s¶n phÈm) vµ ®óc (chñ yÕu cho c¸c s¶nphÈm cã h×nh d¹ng phøc t¹p). - Nãi chung hîp kim cã tÝnh gia c«ng c¾t nhÊt ®Þnh ®Ó b¶o ®¶m s¶n phÈmcã kÝch thíc, h×nh d¹ng chÝnh x¸c, bÒ mÆt nh½n bãng, ®iÒu nµy ®Æc biÖt quanträng khi l¾p ghÐp víi nhau trong m¸y mãc, thiÕt bÞ. - NhiÒu hîp kim, ®Æc biÖt lµ thÐp (chiÕm tíi 90% tæng s¶n lîng vËt liÖukim lo¹i) rÊt nh¹y c¶m víi nhiÖt luyÖn ®Ó t¹o ra c¬ tÝnh ®a d¹ng phï hîp víi ®iÒukiÖn lµm viÖc vµ gia c«ng. 3) Trong nhiÒu trêng hîp, luyÖn hîp kim ®¬n gi¶n vµ rÎ h¬n so víi luyÖnkim lo¹i nguyªn chÊt, do kh«ng ph¶i chi phÝ ®Ó khö nhiÒu nguyªn tè lÉn vµo. CãthÓ thÊy ®iÒu ®ã qua hai trêng hîp thêng gÆp sau. - So víi luyÖn s¾t nguyªn chÊt, luyÖn hîp kim Fe - C (thÐp vµ gang) ®¬ngi¶n h¬n do nhiÖt ®é ch¶y thÊp h¬n (xem h×nh 3.18) vµ kh«ng ph¶i hay Ýt ph¶i khöbá cacbon trong s¶n phÈm cña lß cao. XÐt vÒ mÆt ®ßi hái ®é bÒn cao, viÖc luyÖns¾t ®ßi hái khö bá cacbon vµ c¸c t¹p chÊt kh¸c mét c¸ch triÖt ®Ó kh«ng nh÷ngkh«ng cÇn thiÕt mµ cßn cã h¹i. - Khi pha Zn vµo kim lo¹i chñ Cu ta ®îc lat«ng võa bÒn l¹i võa rÎ h¬n (dokÏm rÎ h¬n ®ång kh¸ nhiÒu). c. Mét sè kh¸i niÖm Khi kh¶o s¸t hîp kim còng nh c¸c vËt liÖu kh¸c, thêng gÆp mét sè kh¸iniÖm míi cÇn ph©n ®Þnh cho râ. ...