09/2010 Chương Hợp kim giản đồ pha Chương Hợp kim giản đồ pha 3.1 Các khái niệm hợp kim 3.2 Giản đồ pha hai cấu tử 3.3 Giản đồ pha Fe – C 09/2010 3.1 Các khái niệm hợp kim 3.1.1 Khái niệm hợp kim a) Khái niệm: Hợp kim hợp chất nguyên tố kim loại hay kim loại với kim, mang tính chất KL – VD: Thép: Fe + C, Mn, Si, Cr… Đura: Al + Cu, Mg b) Ưu điểm: Độ bền, độ cứng, tính chống mài mịn cao hơn; tính cơng nghệ tốt hơn, nhiệt luyện hóa bền tốt rẻ 3.1 Các khái niệm hợp kim 3.1.1 Khái niệm hợp kim c) Các khái niệm bản: - Pha: phần đồng về: thành phần hóa học, tính, hóa lý tính, có cấu trúc tinh thể xác định Giữa pha phân cách biên giới pha - Cấu tử: nguyên tố (hoặc hc hóa học bền vững) tạo nên pha hợp kim - Hệ: tập hợp pha, trạng thái cân không cân + (1): giả cân + (2): không cân + (3): cân ổn định 09/2010 3.1 Các khái niệm hợp kim 3.1.1 Khái niệm hợp kim d) Phân loại tương tác: Không tương tác: Ở trạng thái lỏng nguyên tố A B hòa tan vào nhau, khơng hịa tan trạng thái rắn, tạo hỗn hợp học: A+B Có tương tác: - Hịa tan vào tạo dung dịch rắn A(B) – giữ nguyên kiểu mạng - Phản ứng tạo hợp chất hóa học với kiểu mạng khác hẳn 3.1 Các khái niệm hợp kim 3.1.2 Dung dịch rắn Khái niệm: pha đồng có cấu trúc mạng dung mơi (kim loại nền), ngun tử hịa tan xếp lại mạng dung môi cách đặn Kí hiệu: A(B) = A dung mơi, B chất hòa tan a) Dung dịch rắn thay - B thay thể A mạng tinh thể - Δd = ⎢dA-dB⎥/dA < 15%(>15% không tồn tại) Điều kiện để hịa tan vơ hạn: - Cùng kiểu mạng tinh thể - Δd < 8% - Số điện tử hóa trị - Tính âm điện gần 09/2010 3.1 Các khái niệm hợp kim 3.1.2 Dung dịch rắn b) Dung dịch rắn xen kẽ - Các nguyên tử hòa tan nằm vị trí xen kẽ (lỗ hổng) mạng tinh thể dung mơi (rB ≤ rlh) - Bán kính ngun tử hịa tan nhỏ, giới hạn hịa tan thấp Các đặc tính dung dịch rắn: - Có đặc trưng lý hóa tính kim loại - Mạng tinh thể bị biến dạng - Tăng độ cứng, độ bền so với kim loại nguyên chất - B tăng: tăng cứng, bền; dẻo giảm - Tính chống ăn mịn, dẫn điện, nhiệt kim loại nguyên chất 3.1 Các khái niệm hợp kim 3.1.2 Dung dịch rắn b) Pha trung gian - Các hợp chất hóa học có hợp kim nằm hai vùng dung dịch rắn giản đồ pha Đặc điểm: - Có kiểu mạng tinh thể phức tạp, khác hẳn với nguyên tố thành phần - Có tỉ lệ nguyên tố xác định, biểu diễn cơng thức hóa học AmBn - Tính chất khác hẳn so với nguyên tố thành phần - Có nhiệt độ nóng chảy xác định Fe3C 09/2010 3.2 Giản đồ pha hệ hai cấu tử Khái niệm: giản đồ biểu thị biến đổi tổ chức pha theo nhiệt độ thành phần hệ trạng thái cân Quy tắc pha Gibbs - Xác định bậc tự do: F = C – P + (F: Số bậc tự do, C: số cấu tử, P: số pha) 3.2 Giản đồ pha hệ hai cấu tử Quy tắc đòn bảy: xác định tỉ lệ pha, tổ chức giản đồ pha: M α.Xα = Mβ.Xβ Thành phần, %B 09/2010 3.2 Giản đồ pha hệ hai cấu tử a) Giản đồ pha loại 1: Giản đồ pha hệ hai cấu tử khơng có tương tác (Pb-Sb) - aEb: Đường lỏng - cEd: Đường đặc - a, b nhiệt độ chảy A B - E điểm tinh - Phản ứng tinh: L → (A + B) 3.2 Giản đồ pha hệ hai cấu tử Ví dụ: Cu-Ni, Al2O3-Cr2O3 - amb: đường lỏng - anb: đường đặc - α = A(B), B(A) - %L = ?, AL = ?, BL = ? - %α = ?, Aα = ?, Bα = ? Nhiệt độ b) Giản đồ pha loại 2: Giản đồ pha hệ hai cấu tử tương tác hòa tan vô hạn vào trạng thái rắn X Lỏng (L) m L+α A B C b n a α A %B B 09/2010 3.2 Giản đồ pha hệ hai cấu tử Ví dụ: Pb-Sn, Cu-Ag - aEb: đường lỏng - acEdb: đường đặc - α = A(B), - β = B(A) - E: điểm tinh: L→α+β Nhiệt độ c) Giản đồ pha loại 3: Giản đồ pha hệ hai cấu tử tương tác hòa tan có vơ hạn vào trạng thái rắn X1X2 X3 X a Lỏng (L) b L+α α E c L+β d β α+β Ag f B %B 3.2 Giản đồ pha hệ hai cấu tử Nhiệt độ d) Giản đồ pha loại 4: Giản đồ pha hệ hai cấu tử có tương tác hóa học tạo pha trung gian AmBn (Mg-Ca: Mg4Ca3) Lỏng (L) a c L+A E1 L+AmBn E2 L+AmBn AmBn+B A+AmBn A b B+AmBn AmBn B Tách thành hai giản đồ pha cấu tử loại 09/2010 3.3 Giản đồ pha (GĐP) Fe-C (Fe-Fe3C) 3.3.1 Tương tác Fe C + + + - C: rnt = 0,077nm Fe: rnt = 0,124nm Tạo dung dịch rắn xen kẽ: Feα (A2; < 9110C): F(α) = Feα(C), %Cmax = 0,02%, 7270C Feγ (A1; 911-13920C): A(γ) = Feγ(C), %Cmax = 2,14%, 11470C Feδ (A2; > 13920C): δ = Feδ(C), %Cmax = 0,1%, 11390C Tương tác hóa học Fe C: Fe3C (%C = 6,67%) r4m = 0,291rnt = 0,036nm r8m = 0,414rnt = 0,052nm 3.3 Giản đồ pha Fe-C (Fe-Fe3C) 3.3.2 Các tổ chức pha hai pha 09/2010 3.3 Giản đồ pha Fe-C (Fe-Fe3C) 3.3.2 Các tổ chức pha hai pha a) Các chuyển biến nguội chậm - Chuyển biến bao tinh: 14990C, điểm J: δ0,1 + L0,5 → γ0,16 - Chuyển biến tinh: 11470C, điểm C: L4,3 → (γ2,14 + Xe6,67) - Chuyển biến tích: 7270C, điểm S: γ0,8 → [α0,02 + Xe6,67] 3.3 Giản đồ pha Fe-C (Fe-Fe3C) 3.3.2 Các tổ chức pha hai pha b) Các tổ chức pha + + + + + + + + + + Ferit (F, α): Dung dịch rắn hòa tan C Feα Giới hạn hòa tan 0,02%C 7270C Tổ chức hạt sáng đa cạnh Austenit (A, γ): Dung dịch rắn hòa tan C Feγ Giới hạn hòa tan 2,14%C 11470C, 0,8 7270C Tổ chức hạt sáng, đường song tinh Xemantit (Fe3C, Xe): XeI: sinh từ trạng thái lỏng, dạng thô to XeII: tiết từ austenit, dạng lưới bao quanh hạt XeIII: tiết từ ferit, Xe tích: tạo từ chuyến biến tích 09/2010 3.3 Giản đồ pha Fe-C (Fe-Fe3C) 3.3.2 Các tổ chức pha hai pha c) Các tổ chức hai pha - Peclit (P): + Hỗn hợp tích F Xe: 88%F + 12%Xe + Tạo từ phản ứng tích + Tổ chức: P tấm, P hạt - Lêđêburit (Le): + Hỗn hợp tinh γ Xe (> 7270C); p Xe (< 7270C) (43,1%P + 56,9%Xe) + Sinh từ phản ứng tinh + Tổ chức có dạng da báo 3.3 Giản đồ pha Fe-C (Fe-Fe3C) 3.3.3 Phân loại thép gang theo GĐP a) Khái niệm: Thép gang hợp kim Fe-C (Mn, Si, P, S…tạp chất) - Thép: %C < 2,14% - Gang: %C > 2,14% b) Đặc điểm: - Thép có tổ chức pha γ nung nóng (trên đường GSE), có độ dẻo cao dễ biến dạng - Tính đúc thép thấp - Gang không đạt trạng thái pha γ nung nóng nên giịn cứng, khó gia cơng biến dạng - Gang có tính đúc tơt 10 09/2010 3.3 Giản đồ pha Fe-C (Fe-Fe3C) 3.3.2 Các tổ chức pha hai pha c) Phân loại thép gang theo GĐP Thép theo GĐP: có loại - Thép trước tích: %C < 0,8% + Tổ chức: P + F(sáng) - Thép tích: %C = 0,8% + Tổ chức 100% P: Ptấm, Phạt - Thép sau tích: 0,8% < %C < 2,14% + Tổ chức: P + XeII (dạng lưới) F+P Phạt Ptấm P + XeII 3.3 Giản đồ pha Fe-C (Fe-Fe3C) 3.3.2 Các tổ chức pha hai pha c) Phân loại thép gang theo GĐP Gang theo GĐP gang trắng: có loại + + + Gang trước tinh: %C < 4,3% Tổ chức: P(đen) + XeII + Le Gang tinh: %C = 4,3% Tổ chức 100% Le (da báo) Gang sau tinh: %C > 4,3% Tổ chức: Le + XeI (dải sáng) P(đen) + XeII(sáng) + Le Le Le + XeI(đại lộ) 11 09/2010 3.3 Giản đồ pha Fe-C (Fe-Fe3C) 3.3.2 Các tổ chức pha hai pha d) Các điểm tới hạn: tương ứng với điểm chuyển biến pha thép A1, A3, Acm - A1: đường PSK (7270C), ứng với chuyển biến γ → P [F + Xe], có thép - A3: đường GS (911-7270C), ứng với chuyển biến γ → γ + α có thép trước tích - Acm: đường SE (727-11470C), ứng với chuyển biến γ → γ + XeII có thép sau tích - Nung nóng thêm chữ “c”, làm nguội “r” Ac1 > A1 > Ar1; Ac3 > A3 > Ar3; Accm > Acm > Arcm A3 = 727 + 230(0,8-x) 0C; Acm = 727 + 313(y-0,8) 0C;x, y %C) 12 ... Fe3C (% C = 6,67 %) r4m = 0,291rnt = 0,036nm r8m = 0,414rnt = 0,052nm 3.3 Giản đồ pha Fe-C (Fe-Fe3C) 3.3 .2 Các tổ chức pha hai pha 09/2010 3.3 Giản đồ pha Fe-C (Fe-Fe3C) 3.3 .2 Các tổ chức pha hai pha. .. 100% Le (da báo) Gang sau tinh: %C > 4,3% Tổ chức: Le + XeI (dải sáng) P(đen) + XeII(sáng) + Le Le Le + XeI(đại l? ?) 11 09/2010 3.3 Giản đồ pha Fe-C (Fe-Fe3C) 3.3 .2 Các tổ chức pha hai pha d) Các... Lêđêburit (Le): + Hỗn hợp tinh γ Xe (> 7270C); p Xe (< 7270C) (4 3,1%P + 56,9%Xe) + Sinh từ phản ứng tinh + Tổ chức có dạng da báo 3.3 Giản đồ pha Fe-C (Fe-Fe3C) 3.3 .3 Phân loại thép gang theo GĐP a)