Bài giảng Khoa học vật liệu

Hợp kim màu và bột Hợp kim màu:……………………. Hợp kim bột:……………………… Nhôm (Al) Đặc tính: - Khối lượng riêng nhỏ ( ~ 2,7g/cm3) - Có độ bền chống ăn mòn khá tốt trong điều kiện thường (khí quyển) - Độ dẫn điện, dẫn nhiệt cao - Tính dẻo rất tốt (aluminium foil) Nhược điểm: - Nhiệt độ nóng chảy thấp (6600C) - Độ bền, độ cứng thấp  Cải thiện độ bền, độ cứng: hợp kim hóa., biến dạng, nhiệt luyện…. Nhôm và HK nhôm Hợp kim nhôm Al % wt (nguyên tố HK) HK nhôm đúc HK nhôm biến dạng HK nhôm hóa bền được bằng nhiệt luyện HK nhôm không hóa bền được bằng nhiệt luyện   + L L Hợp kim nhôm biến dạng: Nhôm sạch kỹ thuật (>99%) - Độ bền thấp, độ dẻo cao, dễ biến dạng - Chống ăn mòn trong điều kiện khí quyển khá tốt dùng làm dây dẫn điện, vỏ bọc thực phẩm….. Hợp kim Al-Mn - Do ảnh hưởng của Fe, Si nên giới mức độ hòa tan của Mn trong Al giảm nhanh  chỉ có thể hóa bền được bằng biến dạng - Ứng dụng trong việc chế tạo các chi tiết yêu cầu cơ tính cao hơn nhôm sạch kỹ thuật Hợp kim Al-Mg - Độ bền riêng khá cao - Có khả năng biến dạng nguội, nóng và tính hàn đều tốt - Tính chống ăn mòn tốt (anot hóa làm tăng khả năng chống ăn mòn) Hợp kim nhôm biến dạng: Hợp kim Al-Cu, Al-Cu-Mg - Hóa bền được bằng nhiệt luyện (tôi + hóa già)  tăng cơ tính cho vật liệu - Cơ chế hóa bền Al-Cu (do có sự tiết ra Cu tập trung dưới dạng CuAl2): + giai đoạn I: sự bão hòa các nguyên tố hợp kim (Cu) tạo nên các vùng hình đĩa (d ~ 5nm)  xô lệch mạng  hóa bền + giai đoạn II: hàm lượng Cu tăng đạt Cu:Al=1:2, các vùng hình đĩa lớn dần lên hình thành pha ’’ (b đạt max) sau đó hình thành tiếp ’ với kích thước lớn hơn (b giảm đi). + giai đoạn III: nếu nhiệt độ cao hơn, pha  chuyển dần về cấu trúc của CuAl2 và làm độ bền giảm nhanh chóng Để xuất hiện CuAl2 làm tăng bền cho hợp kim  tôi + hóa già tự nhiên hoặc hóa giá nhân tạo - Đặc điểm: + Độ bền cao, khối lượng riêng nhỏ  độ bền riêng cao + Ứng dụng nhiều trong công nghiệp hàng không Hợp kim nhôm biến dạng: Hợp kim Al-Mg-Si, Al-Zn-Mg - Các pha hóa bền: Mg2Si , MgZn2, Al2Mg3Zn3 - Đặc điểm: + Độ bền thấp hơn hệ Al-Cu-Mg + Độ dẻo cao + Tính hàn tốt Dùng chế tạo các khung nhôm định hình, cánh cửa, tường, vách ngăn……. Hợp kim nhôm đúc: - Đặc điểm: + Hàm lượng tổ chức cùng tinh cao + Cơ tính vật đúc phụ thuộc vào tốc độ biến tính và tốc độ nguội Hợp kim Al-Si (hay gặp): - Đặc điểm: + Hàm lượng Si cao (10-13%) + Chất biến tính thường sử dụng: 2/3 NaF + 1/3 NaCl Hợp kim Al-Si-Mg (Cu): - Đặc điểm: + Hàm lượng Si cao hơn(5-20%) + Sử dụng thềm Mg tạo thêm pha hóa bền làm tăng cơ tính, Cu làm tăng tính đúc + Chất biến tính thường sử dụng: 2/3 NaF + 1/3 NaCl  Chế tạo piston, nắp máy…………. Đồng và HK đồng Đồng (Cu) Đặc tính: - Có độ bền chống ăn mòn khá tốt trong điều kiện thường (khí quyển) - Độ dẫn điện, dẫn nhiệt cao - Tính dẻo rất tốt - Tính hàn khá tốt trong điều kiện ít oxy Nhược điểm: - Khối lượng riêng khá lớn ( ~ 8,94g/cm3) - Khó gia công cắt gọt (rất dẻo) - Tính đúc kém  Cải thiện độ bền, độ cứng: hợp kim hóa., biến dạng…. Phân loại: - Cu-Zn  Latông - Cu-Nguyên tố khác  Brông + tên nguyên tố Latông (Cu-Zn): - Đặc điểm: + Sự kết hợp Cu với Zn khi hàm lượng Zn thay đổi  xuất hiện lần lượt các pha  và  +  - dung dịch rắn thay thế Zn trong Cu  nâng cao độ bền, độ dẻo của pha nền +  - pha điện tử CuZn cứng, giòn xuất hiện khi %Zn trong khoảng 46-50% - Các ứng dụng: - Latông 1 pha () + Zn (5-12%): làm các đồ dùng, các chi tiết: tiền xu, vỏ bút…… + Zn (20%): làm vàng giả + Zn (30%): độ dẻo cao  vỏ đạn Với Latông 1 pha có thể thêm Pb cải thiện tính gia công cơ khí - Latông 2 pha ( + ) + Zn (40%): làm các chi tiết cần độ bền cao hơn so với latông 1 pha: van hơi, bulông đai ốc…… Với Latông 2 pha có thể thêm Pb cải thiện tính gia công cơ khí Brông: a) Brông thiếc (Cu-Sn) - Đặc điểm: + Các pha hóa bền: , , … + %Sn < 8%  tổ chức gần như một pha đồng nhất có tính dẻo và biến dạng tốt - Brông thiếc biến dạng: + %Sn < 8% + Ứng dụng làm các chi tiết chống ăn mòn trong môi trường nước biển - Brông thiếc đúc: + %Sn > 10% + Ứng dụng làm các chi tiết chống ăn mòn trong môi trường khí quyển, đúc các tượng, các tác phẩm nghệ thuật b) Brông nhôm (Cu-Al) - Đặc điểm: + %Al < 9,4%  tổ chức gần như một pha đồng nhất có tính dẻo và bền + Chống ăn mòn khá tốt trong môi trường nước biển và khí quyển thường - Brông một pha: + %Al  5-9% + Ứng dụng làm các chi tiết trong hệ thống trao đổi nhiệt, ngưng tụ hơi…….. - Brông hai pha: + %Al > 9,4% + Ứng dụng làm các chi tiết trong hệ thống kết cấu máy bay, dụng cụ thể thao….. c) Brông Berili (Cu-Be) + %Be ~ 2%  có độ đàn hồi cao sau tôi + hóa già + Ứng dụng làm các chi tiết trong hệ thống đàn hồi HK ổ trượt Đặc điểm vật liệu: - Phải có hệ số ma sát nhỏ - Chịu được áp lực cao và ít làm mòn cổ trục - Tính công nghệ tốt - Giá thành thấp + Babit thiếc: Sn-Sb-Cu + Babit chì: Pb-Sn-Sb (Cu) + Với hợp kim ổ trượt làm việc trong môi trường nhiệt độ cao: sử dụng HK nhôm: Al-Sn HK bột Phương pháp chế tạo: - Tạo bột kim loại (hợp kim) - Tạo hình chi tiết từ bột vật liệu được chế tạo từ trên - Thiêu kết Ưu điểm: - Hiệu quả sử dụng vật liệu trong chế tạo rất cao - Đảm bảo đồng nhất về chất lượng, tổ chức, kích thước hạt… Nhược điểm: - Cấu trúc không xít chặt  cơ tính không cao