Cạc nhiãût âäü ỉïng våïi cạc chuøn biãún pha åí trảng thại ràõn trong håüp kim sàõt cạc bon (ch úu dng cho thẹp) gi l cạc âiãøm tåïi hản, chụng âỉåüc k hiãûu bàòng chỉỵ A (viãút tàõt tỉì tiãúng Phạp arãt cọ nghéa l dỉìng vç khi cọ chuøn biãún pha nhiãût âäü bë dỉìng lải) km theo cạc säú thỉï tỉû 0, 1, 2, 3, 4 v cm. Gäưm cọ cạc âiãøm tåïi hản sau âáy : *A 0 - (217 o C) l nhiãût âäü chuøn biãún tỉì ca xãmentit, tháúp hån nhiãût âäü ny xãmentit cọ tỉì tênh, cao hån nhiãût âäü ny xementit máút tênh sàõt tỉì. *A 1 - (727 o C) ỉïng våïi âỉåìng PSK l nhiãût âäü chuøn biãún austenit ↔ peclit cọ trong táút c cạc loải thẹp v gang. *A 2 - (768 o C) cn gi l âiãøm Curi, ỉïng våïi âỉåìng MO, l âiãøm chuøn biãún tỉì ca phe rit, tháúp hån nhiãût âäü ny phe rit cọ tỉì tênh, cao hån nhiãût âäü ny máút tênh sàõt tỉì. *A 3 - ỉïng våïi âỉåìng GS (911 ÷ 727 o C) l âỉåìng bàõt âáưu tiãút ra phe rit tỉì austenit khi lm ngüi v kãút thục ha tan phe rit vo austenit khi nung nọng, chè cọ trong thẹp trỉåïc cng têch. *A cm - ỉïng våïi âỉåìng ES (1147 o C ÷ 727 o C)l âỉåìng bàõt âáưu tiãút ra xãmentêt tỉì austenit khi lm ngüi v kãút thục ha tan xãmentit vo austenit khi nung nọng. *A 4 - ỉïng våïi âỉåìng NJ (1499 ÷ 1392 o C) ỉïng våïi chuøn biãún δ γ ↔ Trong táút c cạc âiãøm tåïi hản trãn thç cạc âiãøm A 1 , A 3 v A cm âỉåüc sỉí dủng nhiãưu nháút v ch úu khi nhiãût luûn thẹp. Tuy nhiãn cạc giạ trë vãư nhiãût âäü nãu trãn chè âụng trong trảng thại cán bàòng (nung nọng hay lm ngüi vä cng cháûm, täúc âäü nung 0). Trong thỉûc tãú täúc âäü nung nọng hay lm ngüi thỉåìng cọ giạ trë xạc âënh nãn khäng ph håüp. Tỉång tỉû nhỉ hiãûn tỉåüng quạ ngüi (khi kãút tinh) hay quạ nung (khi nọng chy) cạc → c) a) b) H çnh 2.18 -Tä ø chỉïc tãú vi ca gang tràõng a)Gang tràõng trỉåïc cng tinh b)Gang tràõng cng tinh c)gang tràõng sau cng tinh 35 âiãøm tåïi hản ny cng tháúp hån hay cao hån khi lm ngüi hay nung nọng, sỉû khạc biãût ny cng låïn khi täúc âäü cng cao. Âãø phán biãût cng mäüt âiãøm tåïi hản cho hai trỉåìng håüp khi lm ngüi v nung nọng ta thãm vo chỉỵ r (refroidissement) khi lm ngüi v c (chauffage) khi nung nọng. Våïi mäüt loải thẹp nháút âënh bao giåì ta cng cọ : A r1 < A 1 <A c1 v A r3 < A 3 < A c3 cạc giạ trë A tênh theo gin âäư pha, A r phủ thüc vo täúc âäü ngüi, A c phủ thüc täúc âäü nung. -Tênh gáưn âụng hm lỉåüng cạc bon ca thẹp trỉåïc cng têch qua täø chỉïc cán bàòng : Âäúi våïi thẹp trỉåïc cng têch trong mäüt vi trỉåìng håüp cáưn thiãút ta cọ thãø tênh gáưn âụng lỉåüng cạc bon cọ trong thepï qua täø chỉïc cán bàòng ca nọ. Vê dủ : trong täø chỉïc tãø vi ca mäüt loải thẹp ta tháúy pháưn täúi (pẹclit) chiãøm 3/4 diãûn têch, cn pháưn sạng (phe rit) chiãúm 1/4 thç lỉåüng cạc bon trong âọ tênh nhỉ sau : *Lỉåüng cạc bon cọ trong phe rit : 25% x 0,006% = 0,015 % 0% ≈ *Lỉåüng cạc bon cọ trong peclit : 75% x 0,80% = 0,60%C Váûy lỉåüng cạc bon cọ trong thẹp ny gáưn dụng bàòng 0,60%C 36 CHỈÅNG 3 : KÃÚT TINH V KHÚCH TẠN TRONG VÁÛT LIÃÛU 3.1.QUẠ TRÇNH KÃÚT TINH TỈÌ TRẢNG THẠI LNG : Pháưn låïn cạc kim loải âỉåüc luûn bàòng phỉång phạp náúu chy lng sau âọ âem âục thnh hçnh sn pháøm hay bạn thnh pháøm. Cháút lỉåüng ca váût âục phủ thüc pháưn låïn vo quạ trçnh chuøn tỉì trảng thại lng sang trảng thại ràõn, âọ l quạ trçnh kãút tinh . Âënh nghéa : kãút tinh l quạ trçnh hçnh thnh mảng tinh thãø tỉì trảng thại lng v thỉåìng gi l kãút tinh láưn thỉï nháút . 3.1.1.Âiãưu kiãûn nàng lỉåüng ca quạ trçnh kãút tinh : Trong tỉû nhiãn mi quạ trçnh tỉû phạt âãưu xy ra theo chiãưu gim nàng lỉåüng, tỉïc l theo chiãưu åí trảng thại måïi cọ nàng lỉåüng dỉû trỉỵ nh hån.Vê du û: mäüt hn bi âàût tải vë trê A ln cọ xu hỉåïng làn xúng vi trê B äøn âënh hån . Trong trỉåìng håüp ny nàng lỉåüng dỉû trỉỵ chênh l thãú nàng ca hn bi. 3 1 2 H çnh 3.1- Så âäư biãøu thë vë trê äøn âënh (1), khäng äøn âënh(2) v gi äøn âënh (3) Trong hãû thäúng váût cháút gäưm chuøn âäüng ca cạc cháút âiãøm (ngun tỉí, phán tỉí) thç nàng lỉåüng dỉû trỉỵ âỉåüc âàûc trỉng bàòng nàng lỉåüng tỉû do F. F = U - TS Trong âọ : -U l näüi nàng ca hãû thäúng -S l enträpi -T l nhiãût âäü tuût âäúi 0 K F l F r N hiãût âäü H çnh 3.2 - Så âäư biãún âäøi nàng lỉåüng tỉû do ∆ F ca trảng thại lng v ràõn theo nhiãût âäü T s ∆F Nàng lỉåüng tỉû do thay âäøi theo nhiãût âäü v cạc úu täú khạc. Tỉì biãøu âäư vãư mäúi quan hãû giỉỵa nàng lỉåüng tỉû do v nhiãût âäü ta tháúy : -Våïi T > T s ta cọ F r > F l do âọ kim loải täưn tải åí trảng thại lng -Våïi T < T s ta cọ F r < F l , do âọ kim loải täưn tải åí trảng thại ràõn. Nhỉ váûy khi lm ngüi kim loải lng xúng dỉåïi nhiãût âäü Ts s cọ quạ trçnh kãút tinh xy ra . Tải nhiãût âäü T s ta cọ F r = F l , nàng lỉåüng tỉû do ca hai trảng thại bàòng nhau, quạ trçnh kãút tinh chỉa xy ra,nghéa l giỉỵa kim loải ràõn v kim loải lng cọ cán bàòng âäüng . Âiãưu âọ cọ nghi l : nãúu cọ mäüt lỉåüng kim loải lng kãút tinh thç cng cọ mäüt lỉåüng nhỉ váûy kim loải ràõn nọng chy . Chè åí nhiãût âäü T < T s , F r < F l r rãût sỉû kãút tinh måïi xạy ra . T s âỉåüc gi l nhiãût âäü kãt tinh l thuút. 37 Nhổ vỏỷy nhióỷt õọỹ kóỳt tinh thổỷc tóỳ luọn thỏỳp hồn T s hióỷn tổồỹng naỡy goỹi laỡ sổỷ quaù nguọỹi vaỡ hióỷu sọỳ giổợa hai nhióỷt õọỹ õoù goỹi laỡ õọỹ quaù nguọỹi, kyù hióỷu T. Phỏửn lồùn caùc kim loaỷi kóỳt tinh vồùi õọỹ quaù nguọỹi Tnhoớ , khoaớng tổỡ 2-5 0 C . Tuy nhión cuợng coù kim loỹai kóỳt tinh vồùi õọỹ quaù nguọỹi lồùn (Stibi coù T = 41 o C). Vỏỷy õióửu kióỷn nng lổồỹng õóứ xaớy kóỳt tinh laỡ phaới laỡm nguọỹi kim loaỷi loớng tồùi nhióỷt õọỹ thỏỳp hồn Ts hay kim loaỷi loớng chố kóỳt tinh vồùi sổỷỹ quaù nguọỹi nhỏỳt õởnh. Ta cuợng coù thóứ lyù luỏỷn tổồng tổỷ nhổ vỏỷy vồùi quaù trỗnh noùng chaớy vaỡ chuyóứn bióỳn thuỡ hỗnh . Do õọỹ quaù nguọỹi vaỡ õọỹ quaù nung cuớa phỏửn lồùn kim loaỷi beù nón coù thóứ dổỷa vaỡo Ts õóứ xaùc õởnh nhióỷt õọỹ noùng chaớy hay kóỳt tinh cuớa kim loỹai. 3.1.2.Hai quaù trỗnh cuớa sổỷ kóỳt tinh : Khi haỷ nhióỷt õọỹ kim loaỷi loớng xuọỳng thỏỳp hồn nhióỷt õọỹ kóỳt tinh lyù thuyóỳt Ts, quaù trỗnh kóỳt tinh seợ xaớy ra. Sổỷ kóỳt tinh thổỷc hióỷn õổồỹc laỡ nhồỡ coù hai quaù trỗnh sau : -Trong kim loaỷi loớng xuỏỳt hióỷn nhổợng trung tỏm kóỳt tinh coù kờch thổồùc rỏỳt nhoớ, goỹi laỡ mỏửm kóỳt tinh. Quaù trỗnh naỡy goỹi laỡ taỷo mỏửm. -Caùc mỏửm naỡy seợ phaùt trióứn lón vaỡ taỷo thaỡnh haỷt tinh thóứ .Quaù trỗnh naỡy goỹi laỡ phaùt trióứn mỏửm. 1-Quaù tỗnh taỷo mỏửm (trung tỏm kóỳt tinh) : Taỷo mỏửm laỡ quaù trỗnh taỷo nón caùc phỏửn tổớ rừn coù cỏỳu taỷo tinh thóứ, coù kờch thổồùc rỏỳt nhoớ trong loỡng khọỳi kim loaỷi loớng, chunùg laỡ nhổợng mỏửm mọỳng õỏửu tión õóứ phaùt trióứn lón thaỡnh haỷt tinh thóứ. Theo õỷc tờnh phaùt sinh mỏửm õổồỹc chia laỡm hai loaỷi : mỏửm tổỷ sinh (õọửng pha) vaỡ mỏửm khọng tổỷ sinh (kyù sinh) a-Mỏ ửm tổỷ sinh (mỏửm õọửng pha) : Laỡ mỏửm sinh ra trổỷc tióỳp tổỡ kim loaỷới loớng khọng cỏửn sổỷ giuùp õồợ cuớa bóử mỷt caùc haỷt rừn coù sụn trong õoù . Taỷi nhióỷt õọỹ thỏỳp hồn Ts caùc nhoùm nguyón tổớ sừp xóỳp coù trỏỷt tổỷ trong kim loaỷi loớng coù kờch thổồùc lồùn hồn mọỹt giaù trở xaùc õởnh ổùng vồùi mọựi nhióỷt õọỹ seợ cọỳ õởnh laỷi,khọng tan õi nổợa vaỡ coù õióửu kióỷn phaùt trióứn lón thaỡnh haỷt tinh thóứ. Ta xeùt õióửu kióỷn nng lổồỹng cuớa sổỷ taỷo mỏửm naỡy.Giaớ sổớ rũng taỷi nhióỷt õọỹ naỡo õoù nhoớ hồn Ts trong kim loaỷi loớng xuỏỳt hióỷn n nhoùm nguyón tổớ sừp xóỳp trỏỷt tổỷ coù thóứ tờch v. Taỷ i nhióỷt õọỹ naỡy ta coù F r < F l .Goỹi F v = F r - F l ,laỡ hióỷu sọỳ nng lổồỹng tổỷ do giổợa kim loaỷi loớng vaỡ kim loaỷi rừn tờnh cho mọỹt õồn vở thóứ tờch kim loaỷi loớng thỗ F v < 0 khi T < Ts. Khi taỷo ra n nhoùm nguyón tổớ trỏỷt tổỷ noùi trón thỗ nng lổồỹng cuớa hóỷ thọỳng giaớm õi mọỹt lổồỹng laỡ nv F v .Nhổng do taỷo nón bóử mỷt tióỳp xuùc giổợa rừn vaỡ loớng nón nng lổồỹng tổỷ do seợ tng thóm mọỹt lổồỹng laỡ ns. Trong õoù : s laỡ dióỷn tờch tióỳp xuùc giổợa nhoùm nguyón tổớ vồùi kim loaỷi loớng,coỡn laỡ sổùc cng bóử mỷt trón mọỹt õồn vở dióỷn tờch. Khi taỷo ra n nhoùm nguyón tổớ sừp xóỳp coù trỏỷt tổỷ trón thỗ nng lổồỹng caớ hóỷ thọỳng bióỳn õọứi mọỹt lổồỹng laỡ: F = - nv F v + ns Coi caùc nhoùm nguyón tổớ trỏỷt tổỷ coù daỷng hỗnh cỏửu baùn kờnh r, ta coù: F = - 3 4 r 3 nF v + 4r 2 n (1) 38 nhióỷt õọỹ nhỏỳt õởnh nhoớ hồn Ts thỗ F v vaỡ laỡ hũng sọỳ nón F = f(r). Bũng thổỷc nghióỷm ngổồỡi ta õaợ veợ õổồỹc õọử thở vóử sổỷ phuỷ thuọỹc giổợa nng lổồỹng tổỷ do vaỡ baùn kờnh r cuớa nhoùm nguyón tổớ trỏỷt tổỷ. Tổỡ õọử thở õoù ta nhỏỷn thỏỳy : -Nóỳu nhoùỳm nguyón tổớ trỏỷt tổỷ coù r 1 < r th thỗ khi noù phaùt trióứn lón laỡm cho nng lổồỹng cuớa hóỷ thọỳng tng lón,khọng phuỡ hồỹp vồùi tổỷ nhión nón seợ tan õi. -Nóỳu nhoùm nguyón tổớ trỏtỷ tổỷ coù r 2 > r th khi phaùt trióứn lón laỡm giaớm nng lổồỹng cuớa hóỷ thọỳng vaỡ noù trồớ thaỡnh mỏửm thỏỷt sổỷ. Kóỳt luỏỷn : taỷi mọỹt nhióỷt õọỹ nhỏỳt õởnh nho hồn Ts trong kim loaỷi loớng coù vọ sọỳ nhoùm nguyón tổớ sừp xóỳp trỏỷt tổỷ coù kờch thổồùc khaùc nhau. Chố nhổợng nhoùm naỡo coù kờch thổồùc lồùn hồn mọỹt giaù trở tồùi haỷn naỡo õoù mồùi trồớ thaỡnh mỏửm thỏtỷ sổỷ,coỡn nhổợng nhoùm khaùc tan õi. Ta coù thóứ tờnh baùn kờnh tồùi haỷn nhổ sau : tỗm giaù trở cổỷc õaỷi cuớa bióứu thổùc (1) vaỡ tờnh õổồỹc r th = Fv 2 ỷ(2) , giaù trở r = 0 khọng coù yù nghộa. Khi nhióỷt õọỹ kóỳt tinh caỡng thỏỳp (F v lồùn) thỗ r th caỡng nhoớ vaỡ caỡng coù nhióửu nhoùm nguyón tổớ trỏỷt tổỷ coù kờch thổồùc lồùn hồn r th õóứ trồớ thaỡnh mỏửm. Do õoù sổỷ kóỳt tinh xaớy ra dóự daỡng hồn. Taỷi T = T s ta coù r th = , quaù trỗnh sinh mỏửm khọng xaớy ra . F r 2 r th r 1 r Hỗnh 3.3 - Quan hóỷ giổợa baùn kờnh mỏửm vaỡ F b-Mỏửm khọng tổỷ sinh (kyù sinh) : Laỡ mỏửm kóỳt tinh õổồỹc taỷo nón trón bóử mỷt cuớa caùc haỷt rừn coù sụn trong kim loaỷi loớng. Trong kim loaỷi loớng khọng thóứ nguyón chỏỳt tuyóỷt õọỳi õổồỹc,nón bao giồỡ cuợng coỡn taỷp chỏỳt. où laỡ caùc chỏỳt lỏựn lọỹn khọng tan nhổ : buỷi than,buỷi tổồỡng loỡ, caùc ọxyt, nitrit Chuùng giuùp cho quaù trỗnh sinh mỏửm trón bóử mỷt cuớa chuùng xaớy ra dóự daỡng hồn. Vai troỡ cuớa mỏửm khọng tổỷ sinh rỏỳt quan troỹng trong thổỷc tóỳ vaỡ do vỏỷy quaù trỗnh kóỳt tinh xaớy ra rỏỳt nhanh choùng. Mỏửm tổỷ sinh bao gọửm : -Caùc phỏửn tổớ vỏỷt lỏựn lọỹn khọng tan rỏỳt nhoớ nhổ ọxyt, buỷi tổồỡng loỡ, nitrit, hydrit coù kióứ u maỷng vaỡ kờch thổồùc khọng sai khaùc nhióửu vồùi kim loaỷi kóỳt tinh. -Caùc haỷt rỏỳt nhoớ coù khaớ nng hỏỳp thuỷ trón bóử mỷt cuớa chuùng nhổợng nguyón tổớ kim loaỷi kóỳt tinh. -Thaỡnh khuọn õuùc, õỷc bióỷt laỡ caùc vóỳt nổùt vaỡ chọự lọửi loợm trón thaỡnh khuọn. 2-Quaù trỗnh phaùt trióứn mỏửm : Sau khi caùc mỏửm õổồỹc taỷo ra chuùng seợ tióỳp tuỷc phaùt tióứn lón thaỡnh haỷt tinh thóứ.Quaù trỗnh naỡy laỡm cho nng lổồỹng tổỷ do cuớa hóỷ giaớm õi phuỡ hồỹp vồùi tổỷ nhión (laỡ quaù trỗnh tổỷ 39 phạt)ì.Ta cọ thãø minh ha qụa trçnh ny bàòng cå cáúu máưm hai chiãưu (Cosen) v cå cáúu máưm kãút tinh cọ lãûch xồõn. σ αβ σ αβ σ βγ γ α β σ γα θ r σ ββ α θ β σ αβ β a ) b ) H inh 3.4- Máưm k y ï sinh dản g chm cáưu ( a ) v dản g tháúu kênh ( b ) . 3.1.3.Cạc úu täú nh hỉåíng âãún kêch thỉåïc hảt, cạc phỉång phạp lm nh hảt Sau khi âục hảt kim loải khạ låïn, nhiãưu trỉåìng håüp cọ thãø nhçn tháúy bàòng màõt thỉåìng. Trong k thût âục ln cọ xu hỉåïng lm nh hảt kim loải vç hảt nh cọ cå tênh täút hån v êt dn hån. Trong mäüt säú trỉåìng håüp do u cáưu ca k thût ta måïi lm cho hảt låïn khi âục. Sau khi âục hảt kim loải khạ låïn, nhiãưu trỉåìng håüp cọ thãø nhçn tháúy bàòng màõt thỉåìng. Trong k thût âục ln cọ xu hỉåïng lm nh hảt kim loải vç hảt nh cọ cå tênh täút hån v êt dn hån. Trong mäüt säú trỉåìng håüp do u cáưu ca k thût ta måïi lm cho hảt låïn khi âục. a-Cạc úu täú nh hỉåíng âãún âäü låïn hảt : Trong thỉûc tãú cọ nhiãưu úu täú nh hỉåíng âãún âäü låïn ca hảt kim loải nhỉng nh hỉåíng mảnh nháút l âäü quạ ngüi ∆ T. Âãø âạnh giạ nh hỉåíng ca âäü quạ ngüi âãún âäü låïn hảt ta sỉí dủng hai âải lỉåüng sau : - Täúc âäü sinh máưm : l säú lỉåüng tám máưm sinh ra trong mäüt âån vë thãø têch v trong mäüt âån vë thåìi gian, k hiãûu n, âån vë 1/mm 3 .s. - Täúc âäü phat triãøn máưm : l täúc âäü phạt triãøn vãư kêch thỉåïc di ca tám máưm trong mäüt âån vë thåìi gian, k hiãûu v, âån vë mm/s. Täúc âäü sinh máưm cng låïn thç kêch thỉåïc hảt cng nh v täúc âäü phạt triãøn máưm cng tàng thç kêch thỉåïc hảt cng låïn. Bàòng thỉûc nghiãûm, ngỉåìi ta â tênh âỉåüc kêch thỉåïc hảt A theo hai âải lỉåüng trãn nhỉ sau : A = a n v våïi a l hãû säú thỉûc nghiãûm. Tỉì âọ ta tháúy ràòng : ngun l chung âãø tảo hảt nh l tàng täúc âäü sinh máưm v hản chãú täúc âäü phạt triãøn máưm. b-Cạc phỉång phạp lm nh hảt : Trong thỉûc tãú ngỉåìi ta thỉåìng sỉí dủng cạc phỉång phạp lm nh hảt sau âáy : - Tàng âäü quạ ngüi khi kãút tinh : Âäü quạ ngüi phủ thüc vo täúc âäü ngüi, täúc âäü ngüi cng låïn thç âäü quạ ngüi cng tàng. Âãø tàng täúc âäü ngüi ngỉåìi ta dng khn 40 kim loải cọ tênh dáùn nhiãût cao thay cho khn cạt. Våïi cạc váût âục låïn ta cn dng nỉåïc lảnh lm ngüi ngoi thnh khn kim loải. - Phỉång phạp biãún tênh : * Tàng säú lỉåüng tám máưm khäng tỉû sinh : ngỉåìi ta cäú cho vo kim loải lng cạc cháút âàûc biãût âãø giụp cho sỉû tảo máưm khäng tỉû sinh. Vê dủ trỉåïc khi rọt thẹp ngỉåìi ta cho mäüt lỉåüng nh nhäm vo thng thẹp lng (20g/táún thẹp lng). Nhäm s kãút håüp våïi ä xy, ni tå ha tan trong thẹp tảo ra cạc pháưn tỉí Al 2 O 3 , AlN ráút nh mën, lå lỉíng phán tạn âãưu trong thẹp lng. Âáy l nhỉỵng máưm khäng tỉû sinh lm cho hảt thẹp nh hån. * Hản chãú täúc âäü phạt triãøn máưm : ngỉåìi ta cho vo kim lai lng mäüt cháút âàûc biãût, nọ ha tan v háúp phủ vo bãư màût máưm hản chãú sỉû phạt triãøn di ca máưm. Vê dủ : khi âục håüp kim nhäm -si lic ngỉåìi ta cho vo mäüt häùn håüp múi natri (NaCl, NaF), chụng ha tan vo v hản chãú sỉû phạt triãøn ca tinh thãø si lic. Do váûy lm cho hảt nh. * Ngoi ra cn cháút biãún tênh cọ tạc dủng lm thay âäøi hçnh dạng hảt (tảo graphêt cáưu trong gang) ci thiãûn ráút mảnh cå tênh ca váût liãûu. Cá ưn chụ l phi tiãún hnh biãún tênh âụng lục, cháút biãún tênh chè cho vo kim loải lng vi phụt trỉåïc khi rọt khn. Nãúu quạ såïm thç kim loải chỉa këp kãút tinh s näøi lãn v âi vo xè. Nãúu quạ mün thç khäng këp phn ỉïng. 3.2.KHÚCH TẠN TRONG VÁÛT LIÃÛU 3.2.1.Cạc âënh lût khúch tạn cå bn : Khúch tạn l sỉû chuøn chäù ngáùu nhiãn ca cạc ngun tỉí (ion, phán tỉí) do dao âäüng nhiãût. Khúch tạn ca ngun tỉí A trong nãưn ca chênh loải ngun tỉí âọ (A) gi l tỉû khúch tạn Khúch tạn ca ngun tỉí khạc loải B våïi näưng âäü nh trong nãưn A gi l khúch tạn khạc loải. Âiãưu kiãûn âãø cọ khúch tạn khạc loải l B phi ho tan trong A. Khúch tạn ca c A v B trong nãưn A hồûc B gi l khúch tạn tỉång häù. Trong khúch tạn khạc loải v khúch tạn tỉång häù ln cọ dng ngun tỉí theo chiãưu gim näưng âäü. Khúch tạn cọ vai tr quan trng trong nhiãưu quạ trçnh cäng nghãû chãú tảo váût liãûu nhỉ kãút tinh, thiãu kãút, tảo låïp bạn dáùn p-n, trong xỉí l nhiãût, quạ trçnh ä xy hoạ, do 1-Âënh lût Fick I v hãû säú khúch tạn : Âënh lût Fick 1 biãøu diãùn mäúi quan hãû giỉỵa dng ngun tỉí khúch tạn J qua mäüt âån vë bãư màût vng gọc våïi phỉång khúch tạn v gradien näưng âäü dc/dx : J =- D dc dx = - D. grad c (3.1) Trong âọ dáúu trỉì chè dng khúch tạn theo chiãưu gim näưng âäü. D - l hãû säú khúch tạn, thỉåìng âo bàòng cm 2 /s. Trong nhiãưu trỉåìng håüp D phủ thüc nhiãût âä theo quy lût : D = D o exp (- Q/RT) (3.2) Våïi D o - l hàòng säú, cm 2 /s Q - hoảt nàng khúch tạn kcal/mol T - nhiãût âäü khúch tạn, o K 41 R - hũng sọỳ khờ, R = 1,98 cal/mol Tổỡ nhổợng trở sọỳ D o vaỡ Q coù thóứ xaùc õởnh hóỷ sọỳ khuóỳch taùn D ồớ nhióỷt õọỹ bỏỳt kyỡ vaỡ õỷc õióứm cuớa quaù trỗnh khuóỳch taùn (cồ chóỳ khuóỳch taùn) 2-ởnh luỏỷt Fick 2 : Nóỳu nọửng õọỹ C khọng nhổợng laỡ haỡm cuớa x maỡ coỡn phuỷ thuọỹc vaỡo thồỡi gian t thỗ õóứ thuỏỷn tióỷn ngổồỡi ta sổớ duỷng õởnh luỏỷt Fick 2. Trong trổồỡng hồỹp hóỷ sọỳ khuóỳch taùn khọng phuỷ thuọỹc nọửng õọỹ, bióứu thổùc cuớa õởnh luỏỷt Fick 2 nhổ sau : C t = D 2 2 C x = D.c (3.3) Nghióỷm cuớa phổồng trỗnh (3.3) trong trổồỡng hồỹp khuóỳch taùn mọỹt chỏỳt coù nọửng õọỹ C s trón bóử mỷt vaỡo bón trong mỏựu vồùi nọửng õọỹ ban õỏửu C o (C s > C o ) coù daỷng : C(x,t) = C s - (C s - C o )erf (x/2 Dt ) (3.4) Trong õoù erf (L) - laỡ haỡm sai cuớa õaỷi lổồỹng L õổồỹc tờnh sụn trong caùc sọứ tay toaùn hoỹc. Tổỡ bióứu thổùc (3.4) ta thỏỳy rũng C(x,t) tyớ lóỷ vồùi (x/2 Dt ) nóỳu C s vaỡ C o laỡ hũng sọỳ, coù nghộa laỡ chióửu sỏu x cuớa lồùp khuóỳch taùn vồùi nọửng õọỹ C naỡo õoù tyớ lóỷ thuỏỷn vồùi Dt . 3.2.2.Cồ chóỳ khuóỳch taùn : Cồ chóỳ khuóỳch taùn giaới thờch trở sọỳ D o vaỡ Q, tỗm hióứu baớn chỏỳt cuớa nhổợng quaù trỗnh dởch chuyóứn nguyón tổớ (ion, phỏn tổớ) trong nhổợng vỏỷt lióỷu khaùc nhau. 1-Trong dung dởch rừn thay thóỳ : Trong vỏỷt lióỷu naỡy, caùc nguyón tổớ khuóỳch taùn theo cồ chóỳ nuùt trọỳng, tổùc laỡ nguyón tổớ dởch chuyóứn õóỳn nuùt trọỳng bón caỷnh. óứ thổỷc hióỷn õổồỹc bổồùc dởch chuyóứn nhổ vỏỷy, cỏửn phaới coù hai õióửu kióỷn : -Nguyón tổớ coù hoaỷt nng G v m õuớ õóứ phaù vồợ lión kóỳt vồùi nhổợng nguyón tổớ bón caỷnh, nồùi rọỹng khoaớng caùch hai nguyón tổớ ồớ giổợa nuùt trọỳng vaỡ nguyón tổớ dởch chuyóứn (nguyón tổớ 1 vaỡ 2 hỗnh 3.2a.). Sọỳ lổồỹng nhổợng nguyón tổớ coù hoaỷt nng nhổ vỏỷy tyớ lóỷ vồùi exp(- G v m /kT). -Coù nuùt trọỳng nũm caỷnh nguyón tổớ : nọửng õọỹ nuùt trọỳng tyớ lóỷ vồùi exp(- G v f /kT), trong õoù G v f laỡ nng lổồỹng taỷo nuùt trọỳng, coù nghộa laỡ nng lổồỹng cỏửn õóứ taùch nguyón tổớ khoới nuùt maỷng trong maỷng hoaỡn chốnh, nng lổồỹng naỡy tyớ lóỷ vồùi nhióỷt hoaù hồi. Nhổ vỏỷy khaớ nng khuóỳch taùn phuỷ thuọỹc vaỡo xaùc suỏỳt cuớa hai quaù trỗnh trón vaỡ hóỷ sọỳ khuóỳch taùn coù thóứ vióỳt dổồùi daỷng : D = const.exp (- G v f /kT) . exp (- G v m /kT) (3.5) Nóỳu kóứ õóỳn mọỳi quan hóỷ G = H - TS ( vồùi H laỡ entanpi, S laỡ entropi) vaỡ bióứu thổùc (3.2) cuớa D, ta xaùc õởnh õổồỹc Q vaỡ D o nhổ sau : Q = H v m + H v f (3.6) D o = const . exp [( S v f + S v m )/k] (3.7) Bũng caùch so saùnh Q vaỡ tọứng H v m + [( S v f + S v m )/k coù thóứ dổỷ õoaùn sổỷ coù mỷt cuớa cồ chóỳ nuùt trọỳng trong vỏỷt lióỷu cuỷ thóứ. Trong nhióửu kim loaỷi H v m + H v f = 1- 3eV/nguyón tổớ vaỡ ( S v f + S v m )/k = 2, do õoù D o = 0,1-10cm 2 /s. Hoaỷt nng khuóỳch taùn Q lión quan õóỳn nng lổồỹng taùch vaỡ dởch chuyóứn nguyón tổớ khoới nuùt maỷng, do õoù ta coù : Q L nc T nc (3.8) 42 Nhỉ váûy tải nhiãût âäü â cho, váût liãûu cọ T nc cng låïn thç Q cng låïn v D cng nh 2-Trong dung dëch ràõn xen k : Trong dung dëch ràõn xen l, cạc ngun tỉí ho tan thỉåìng cọ âỉåìng kênh nh (H, O,N, C ) cọ thãø chuøn tỉì vë trê läù häøng ny (giỉỵa cạc nụt mảng) sang cạc läù häøng khạc. Âáy l hiãûn tỉåüng khúch tạn theo cå chãú giỉỵa cạc nụt mảng. Âãø chuøn âãún läù häøng bãn cảnh, ngun tỉí xen k phi vỉåüt âỉåüc thãú nàng ∆ G i m (hçnh 3.2b). Bãn cảnh cạc ngun tỉí xen k ln ln cọ läù häøng v lỉåüng cạc läù häøng trong mảng l xạc âënh v nhiãưu hån ngun tỉí xen k nãn "näưng âäü" läù häøng khäng nh hỉåíng âãún hãû säú khúch tạn. Trong trỉåìng håüp ny ta cọ : D = const.exp( ∆ S i m /k) .exp (- ∆ H i m /kT) (3.9) Do âọ Q = ∆ H i m (3.10) D o = const.exp ( ∆ S i m /k) (3.11) Q v D o nọi chung cọ giạ trë nh hån so våïi cå chãú nụt träúng. Q phủ thüc ch úu vo kêch thỉåïc ngun tỉí xen k ( ngun tỉí cng nh thç D cng låïn) v máût âäü xãúp chàût ca kim loải nãưn. 3-Trong cạc tinh thãø liãn kãút ion v liãn kãút âäưng hoạ trë : trong tinh thãø ca håüp cháút ion (vê dủ NaCl) nãúu khuút táût Schottky (nụt träúng) l âạng kãø thç khúch tạn theo cå chãú nụt träúng. Trong âọ cation Na + khúch tạn nhanh hån anion (Cl - ) vç cation cọ kêch thỉåïc nh hån. Nãúu näưng âäü nụt träúng â låïn thç cạc nụt träúng s tảo càûp (nụt träúng kẹp) âãø gim nàng lỉåüng ca hãû, khi âọ entanpi dëch chuøn cọ giạ trë nh dáùn âãún D låïn v khäng cọ sỉû khạc nhau âạng kãø giỉỵa D ca cation v anion. Tỉång tỉû nhỉ biãøu thỉïc (3.8) ta cọ mäúi quan hãû hoảt nàng khúch tạn trong tinh thãø ion nhỉ sau : (Q cation + Q anion ) ∼ L nc ∼ T nc Trong tinh thãø ion khi näưng âäü khuút táût Frenkel (nụt träúng v cation xen k) l âạng kãø (vê dủ AgBr) cation xen k (Ag + ) khúch tạn theo cå chãú giỉỵa nụt mảng khäng trỉûc tiãúp (cå chãú âøi) : ngun tỉí xen k âøi ngun tỉí cảnh nọ tỉì vë trê nụt träúng nụt mảng âãún läù häøng. Entanpi chuøn chäù nhỉ váûy nh hån entanpi chuøn chäù ca nụt träúng. Trong cạc tinh thãø cọ liãn kãút âäưng hoạ trë (vê dủ SiO 2 , Si, Ge) quạ trçnh khúch tạn ca cạc ngun tỉí thnh pháưn (vê dủ ca Si v O trong SiO 2 ) v nhỉỵng ngun tỉí thay thãú (Ag trong mảng SiO 2 ) l ráút cháûm (khong 10 -11 cm 2 /såí gáưn nhiãût âäü nọng chy) vç nọ phi phạ våỵ phạ våỵ liãn kãút ráút bãưn trong mảng v khúch tạn theo cå chãú nụt träúng. 4-Trong váût liãûu kim loải vä âënh hçnh : Trong váût liãûu vä âënh hçnh khäng cọ sỉû khạc nhau âạng kãø giỉỵa nụt träúng v läù häøng cng nhỉ khäng cọ tênh chu k ca vë trê ngun tỉí. Näưng âäü khuút táût ráút låïn v kẹm äøn âënh, do âọ chụng dãù kãút håüp våïi nhau hồûc våïi ngun tỉí ho tan. Trong váût liãûu ny cọ thãø täưn tải cạc cå chãú khúch tạn sau : -Cạc loải ngun tỉí kêch thỉåïc nh (H,O ) khúch tạn theo cå chãú giỉỵa cạc nụt mảng, Q cọ giạ trë nh (0,25 - 0,5eV/ngun tỉí). Khi âỉåìng kênh ngun tỉí v khäúi lỉåüng ngun cng nh thç hãû säú khúch tạn D cng låïn. -Mäüt säú ngun tỉí Au, Pt, Pb v cạc håüp phỉïc ca chụng khúch tạn theo cå chãú giỉỵa nụt mảng trong nhỉỵng läù häøng låïn (khong 0,7 âỉåìng kênh ngun tỉí), Q phủ thüc vo nàng lỉåüng liãn kãút ca nhỉỵng håüp phỉïc âọ v cọ trë säú 1-3 eV/ngun tỉí. 43 5-Trong váût liãûu polyme : Trong polyme åí trảng thại ràõn háưìu nhỉ khäng cọ khúch tạn vç phi giỉỵ cäú âënh gọc âënh vë êt ra våïi hai polyme bãn cảnh. Tuy nhiãn mäüt mảch polyme cọ thãø chuøn âäüng cng våïi nhỉỵng mảch cáúu trục bãn cảnh. Hiãûn tỉåüng ny gi l khúch tạn liãn kãút, chè xy ra åí gáưn nhiãût âäü chy. Nhỉỵng phán tỉí nh nhỉ H 2 , O 2 , H 2 O cọ thãø chuøn dëch trong polyme åí trảng thại ràõn. Nhỉỵng phán tỉí nh ny chiãúm vë trê giỉỵa cạc phán tỉí. Nãúu mảch phán tỉí cọ vi chuøn âäüng ngáùu nhiãn (thay âäøi hçnh dạng phán tỉí) thç nhỉỵng phán tỉí nh phêa ngoi cọ thãø âäøi chäù våïi nhỉỵng nhạnh polyme âọ. 3.2.3.Cạc ỉïng dủng ca khúch tạn : 1-Trong k thût âục : Trong quạ trçnh âục ngỉåìi ta thay âäøi täúc âäü ngüi âãø âiãưu chènh quạ trçnh kãút tinh ca váût liãûu. Tu tỉìng trỉåìng håüp củ thãø ta cọ thãø gim täúc âäü ngüi âãø tàng quạ trçnh khúch tạn hay tàng täúc âäü ngüi âãø gim quạ trçnh khúch tạn âãø tảo ra täø chỉïc v tênh chá út theo u cáưu. Vê dủ : -Khi náúu chy kim loải : âãø cọ thnh pháưn âäưng âãưu, khỉí âỉåüc tảp cháút cọ hải nàòm lå lỉíng trong kim loải lng, cáưn thục âáøy quạ trçnh khúch tạn bàòng cạch khúy träün, tàng nhiãût âäü Âãø chäúng bay håi v ho tan khê vo kim loải lng ta dng låïp xè che ph bãư màût. -Khi âục gang cáưn lm ngüi cháûm âãø cọ thåìi gian cho quạ trçnh graphêt hoạ xy ra, tranh tảo thnh xãmentêt. 2- âäưng âãưu hoạ thnh pháưn : Trong váût âục thỉåìng gàûp thiãn têch nhạnh cáy nháút l trong cạc håüp kim cọ khong nhiãût âäü kãút tinh låïn näưng âäü cạc ngun täú håüp kim v tảp cháút phán bäú khäng âãưu. Vç váû y sau khi âục xong phi tiãún hnh âäưng âãưu thnh pháưn váût âục. Nãúu ta coi phán bäú näưng âäü cọ dảng hçnh sin våïi chu k bàòng khong cạch giỉỵa cạc nhạnh cáy thç âãø âảt âỉåüc hiãûu qu f (âỉåüc tênh bàòng âäü gim biãn âäü näưng âäü) nhỉ sau : f = [c m (t) - c o ] / [c m (0) - c o ] (3.12) Thåìi gian t cọ thãø xạc âënh theo biãøu thỉïc nháûn âỉåüc tỉì nghiãûm ca phỉång trçnh âënh lth Fick 2 : t = 2 2 4 l D π . lnf (3.13) Våïi l - l khong cạch giỉỵa hai cỉûc âải (hçnh 3.3) Âãø âảt âỉåüc cng mäüt kiãûu qu , thåìi gian cng gim, nãúu D cng låïn (nghéa l nhiãût âäü cng cao) v khong cạch giỉỵa cạc nhạnh cáy cng nh 3-Tảo låïp tháúm bãư màût : Âãø tảo låïp tháúm cho bãư màût chi tiãút ta tiãún hnh giỉỵ nhiãût láu trong mäi trỉåìng chỉïa cạc ngun tỉí ca ngun täú cáưn âỉa vo (C, N, Si, Al, Cr ), do âọ lm thay âäøi thnh pháưn hoạ hc ca låïp bãư màût. Trong ba quạ trçnh näúi tiãúp nhau xy ra khi tháúm (tảo ngun tỉí hoảt, háúp phủ trãn bãư màût chi tiãút v khúch tạn vo bãn trong) thç quạ trçnh khúch tạ n l cháûm nháút. Do váûy khúch tạn khäúng chãú âäüng hc tảo låïp tháúm bãư màût. Täø chỉïc ca låïp tháúm phủ thüc vo gin âäư pha ca ngun täú nãưn (A) v ngun täú cáưn tháúm (B). Vê dủ khi tháúm cạcc bon vo thẹp theo gin âäư pha Fe - C ta nháûn 44 [...]... Al2O3, AlN, cạc cạcbêt håüp kim khọ tan, nh mën, chung s nàòm åí biãn giåïi hảt cn tråí sỉû sạt nháûp ca hảt austenit våïi nhau thnh hảt låïn hån 3. 3.2.Chuøn biãún xy ra khi giỉỵ nhiãût : Khi giỉỵ nhiãût khäng cọ chuøn biãún no khạc våïi khi nung nọng Tiãún hnh giỉỵ nhiãût nhàòm cạc mủc âêch sau : -Lm âäưng âãưu nhiãût âäü trãn ton tiãút diãûn, âãø cho li cng cọ chuøn biãún nhỉ åí bãư màût 47 Hçnh 3. 7-Gin... têch (b) 1)Thẹp bn cháút hảt nh; 2)Thẹp bn cháút hảt låïn; 3) Hảt bn cháút 4)Hảt khi nung nọng; 5)Hảt pecïli ban âáưu; 6)Hảt austenit ban âáưu -Cọ thåìi gian âãø hon thnh cạc chuøn biãún khi nung nọng -Lm âäưng âãưu thnh pháưn họa hc (cạc bon v håüp kim) ca austenit Thåìi gian giỉỵ nhiãût chè nãn vỉìa â khäng nãn kẹo di quạ mỉïc lm cho hảt låïn 3. 3 .3. Chuøn biãúnca austenit khi lm ngüi cháûm : Sau khi â... cạc táúm khong 10-3mm, âäü cỉïng 10-15HRC gi l pẹc lit táúm *Khi cho austenit phán họa åí nhiãût âäü tháúp hån (khong 650oC, våïi âäü qụa ngüi ∆ T xáúp xè 75oC), hänù håüp phe rit - xãmentit táúm tảo thnh nh mën hån, khong cạch giỉỵa cạc táúm cåỵ 0,25 ÷ 0 .30 µ m, khäng phán biãût âỉåüc chụng trãn kênh hiãøn vi quang hc Täø chỉïc ny cọ âäü cỉïng 25 - 35 HRC, gi l xoocbit täi 49 Hình 3. 9- Täø chỉïc tãú... cọ hảt austenit lục ban âáưu phạt triãøn cháûm, chè khi vỉåüt quạ 930 - 950oC s phạt triãøn nhanh chọng v cọ thãø låïn hån c thẹp bn cháút hảt låïn Do váûy trong cạc dảng nhiãût luûn thäng dủng ( nhiãût âäü < 930 -950oC) våïi thẹp bn cháút hảt nh khäng såü hảt låïn khi nung nọng Thẹp bn cháút hảt nh âỉåüc khỉí ä xy triãût âãø bàòng Hçnh 3. 6 -Quạ trçnh tảo máưm v phạt triãøn máưm austenit tỉì pẹclit táúm... lit thnh austenit theo phn ỉïng sau : [Feα + Fe3C]0,80%C → Feγ(C)0,80%C Khi nung nọng cao hån Ac1 mäüt it ta âỉåüc täø chỉïc austenit âäưng nháút b-Thẹp trỉåïc cng têch : -Khi nung nọng âãún Ac1 s cọ chuøn biãún pẹc lit thnh austenit giäúng nhỉ trãn -Khi nung tỉì nhiãût âäü Ac1 âãún Ac3 s cọ quạ trçnh ha tan ca phe rêt vo austenit 45 -Khi nung cao hån Ac3 ta âỉåüc täø chỉïc austenit âäưng nháút c-Thẹp... thỉïc chênh xạc l Fe3C m l Fe2,4 - 3C -Ngoi hai pha trãn cn mäüt êt austenit dỉ v cọ ỉïng sút bãn trong 50 Sau khi lm ngüi âàóng nhiãût täø chỉïc nháûn âỉåüc âäưng nháút trãn ton bäü tiãút diãûn Nhỉ váûy cạc täø chỉïc pcec lit táúm, xoọcbit, träxtit (c bai nit nỉỵa) l häùn håüp cå hc ca phe rit v xãmentêt táúm våïi kêch thỉåïc táúm cng ngy cng nh mën hån v âäücỉïng cng cao hån a) b) Hình 3. 11- Täø chỉïc... nháûn âỉåüc s biãún thnh täø chỉïc gç tỉì âọ s biãút âỉåüc sỉû thay âäøi cå tênh tỉång ỉïng Ta s xem xẹt tỉìng quạ trçnh mäüt v kho sạt cho loải thẹp âån gin nháút l thẹp cạc bon cng têch, chỉïa 0,80%C 3. 3.1.Cạc chuøn biãún xy ra khi nung nọng thẹp : 1-Cå såí xạc âënh chuøn biãún khi nung nọng : Cå såí âãø xạc âënh chuøn biãún xy ra khi nung nọng l gin âäư pha Fe - C Ty theo thnh pháưn cạc bon v nhiãût... têch ) ta s nháûn âỉåüc cạc tênh cháút theo mún Âäü co ngọt tỉång âäúi ca chi tiãút ( ∆l /lo) l mäüt trong cạc chè tiãu quan trng, cọ thãø ỉåïc tênh theo biãøu thỉïc sau : ∆l ⎛ Dσ t ⎞ = const ⎜ 3 ⎟ l0 ⎝rT ⎠ 2/5 (3. 14) Trong âọ : -r : bạn kênh hảt - σ : nàng lỉåüng bãư màût -T v t : nhiãût âäü v thåìi gian thiãu kãút 5-Pha tảp bạn dáùn v thu tinh : Trong bạn dáùn, táút c cạc quạ trçnh chãú tảo v âãưu liãn... bàõt âáưu, âỉåìng thỉï hai biãøu thë sỉû kãút thục ca chuøn biãún austenit thnh peclit (cn gi l gin âäư chỉỵ C) Gin âäư ny do hai nh váût liãûu hc ngỉåìi M l E.C.Bain v A.I.Davenpo xáy dỉûng nàm 1 930 Hçnh 3 8- Gin âäư T-T-T ca thẹp cng têch b-Cạc sn pháøm ca sỉû phán họa âàóng nhiãût ca austenit qụa ngüi : Tỉì gin âäư chỉỵ "C" ta tháúy ràòng austenit khi bë lm ngüi xúng dỉåïi 727oC nọ chỉa chuøn biãún... Trong thỉûc tãú âãø hon thnh chuøn biãún khi theo quy âënh ta phi nung nọng cao hån nhiãût âäü tåïi hản tỉång ỉïng tỉì 20 -30 oC, cọ khi hng tràm âäü C Kãút lûn : Täúc âäü nung nọng cng cao chuøn biãún pẹc lit thnh austenit xy ra åí nhiãût âäü cng cao v trong thåìi gian cng ngàõn Hçnh 3. 5 - nh hỉåíng ca täúc âäü nung âãún nhiãût âäü chuøn biãún b-Kêch thỉåïc hảt austenit : 46 Trong thỉûc tãú khäng sỉí dủng . bióứu thổùc cuớa õởnh luỏỷt Fick 2 nhổ sau : C t = D 2 2 C x = D.c (3. 3) Nghióỷm cuớa phổồng trỗnh (3. 3) trong trổồỡng hồỹp khuóỳch taùn mọỹt chỏỳt coù nọửng õọỹ C s trón bóử mỷt. ny gáưn dụng bàòng 0,60%C 36 CHỈÅNG 3 : KÃÚT TINH V KHÚCH TẠN TRONG VÁÛT LIÃÛU 3. 1.QUẠ TRÇNH KÃÚT TINH TỈÌ TRẢNG THẠI LNG : Pháưn låïn cạc kim loải. nàng lỉåüng dỉû trỉỵ chênh l thãú nàng ca hn bi. 3 1 2 H çnh 3. 1- Så âäư biãøu thë vë trê äøn âënh (1), khäng äøn âënh(2) v gi äøn âënh (3) Trong hãû thäúng váût cháút gäưm chuøn âäüng