BỘ MÔN VẬT LIỆU KỸ THUẬT 1 CHƯƠNG 3: KHÁI NIỆM VỀ HỢP KIM VÀ GIẢN ĐỒ TRẠNG THÁI 3.1. KHÁI VỀ HỢP KIM 3.1.1. Định nghĩa hợp kim - Hợp kim là vật thể gồm nhiều nguyên tố mang tính chất kim loại. Nguyên tố chủ yếu trong hợp kim mang tính chất kim loại. Thành phần nguyên tố hoá học trong hợp kim thường được biểu thị bằng % trọng lượng, cũng có khi biểu thị bằng % nguyên tử. - Hợp kim là vật thể gồm nhiều nguyên tố mang tính chất kim loại. Nguyên tố chủ yếu trong hợp kim mang tính chất kim loại. VD: Thép 40 có 0,4%C; Thép 40X có 0,4%C và 1%Cr Thép 80W18Cr4V có 0,8%C, 18%W, 4%Cr và 1%V BỘ MÔN VẬT LIỆU KỸ THUẬT 2 3.1. KHÁI VỀ HỢP KIM 3.1.2. Đặc tính của hợp kim + 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… + Chế tạo (luyện) hợp kim: dễ 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. BỘ MÔN VẬT LIỆU KỸ THUẬT 3 3.1. KHÁI VỀ HỢP KIM 3.1.3. Các khái niệm về hệ hợp kim a, Pha - Pha là dạng vật chất có thành phần đồng nhất, ở cùng một trạng thái và kiểu mạng tinh thể. Các pha ngăn cách nhau bằng bề mặt phân chia. b, Hệ - Hệ là một dạng tập hợp các pha ở trạng thái cân bằng. + Điều kiện: - Mỗi pha trong đó phải đạt được giá trị năng lượng tự do bé nhất. BỘ MÔN VẬT LIỆU KỸ THUẬT 4 3.1. KHÁI VỀ HỢP KIM c, Nguyên (cấu tử) - 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. Có thể đưa một vài ví dụ để làm rõ khái niệm này: + Một hệ gồm 2 pha là nước lỏng và nước đá (ở 0 0 C), chỉ có một nguyên tử là H 2 O. + 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. - 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. BỘ MÔN VẬT LIỆU KỸ THUẬT 5 3.2. CÁC PHA VÀ TÍNH CHẤT CÁC PHA TRONG HỢP KIM Cấu trúc mạng tinh thể của hợp kim phức tạp hơn kim loại nguyên chất. - Nếu mạng tinh thể của hợp kim vẫn giữ nguyên kiểu mạng của kim loại nguyên chất, nhưng làm biến đổi thông số mạng và gây xô lệch thì dạng cấu tạo này gọi là dung dịch rắn. - Nếu mạng tinh thể của hợp kim khác hẳn với mạng của các nguyên tố thành phần thì dạng cấu tạo này gọi là hợp chất hoá học hay pha trung gian. BỘ MÔN VẬT LIỆU KỸ THUẬT 6 3.2. CÁC PHA VÀ TÍNH CHẤT CÁC PHA TRONG HỢP KIM 3.2.1. Dung dịch rắn a, Khái niệm: - Dung dịch rắn có nhiều điểm giống với dung dịch lỏng, song điểm khác nhau cơ bản giữa chúng là dung dịch rắn có cấu tạo tinh thể. - 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 hoa tan. - Ký hiệu của dung dịch rắn bằng các chữ α, β, γ . hoặc A (B). trong đó: A – dung môi, B – nguyên tố hoà tan. - Dung dịch rắn có nhiều điểm giống với dung dịch lỏng, song điểm khác nhau cơ bản giữa chúng là dung dịch rắn có cấu tạo tinh thể. BỘ MÔN VẬT LIỆU KỸ THUẬT 7 3.2.1. Dung dịch rắn b, Các đặc tính chung của dung dich rắn - Có liên kết kim loại; - Có kiểu mạng tinh thể của kim loại dung môi; - Thành phần các nguyên tố có thể thay đổi trong phạm vi nào đó mà vẫn không làm thay đổi kiểu mạng; - Độ bền, độ cứng cao hơn kim loại dung môi còn độ dẻo vẫn khá cao do vẫn giữ nguyên kiểu mạng của kim loại dung môi, (Do mạng tinh thể bị xô lệch). - 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. BỘ MÔN VẬT LIỆU KỸ THUẬT 8 3.2.1. Dung dịch rắn c, 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: D ntht ≈ D ntdm - 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 - 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. BỘ MÔN VẬT LIỆU KỸ THUẬT 9 3.2.1. Dung dịch rắn 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) - 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. BỘ MÔN VẬT LIỆU KỸ THUẬT 10 3.2.1. Dung dịch rắn * 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; - Đường kính nguyên tử sai khác nhau ít (dưới 8% khi hoà tan vào Fe); - Các tính chất lý, hoá gần giống nhau nhất là nhiệt độ chảy; - Có cùng hoá trị. : - Có cùng kiểu mạng; - Đường kính nguyên tử sai khác nhau ít (dưới 8% khi hoà tan vào Fe); - Các tính chất lý, hoá gần giống nhau nhất là nhiệt độ chảy; - Có cùng hoá trị. 123doc.vn