vat lieu hoc

më ®Çu

1. Kh¸i niÖm vÒ vËt liÖu

VËt liÖu → nh÷ng vËt r¾n mµ con ng−êi sö dông ®Ó chÕ t¹o dông cô, m¸y

mãc, thiÕt bÞ, x©y dùng c«ng tr×nh vµ ngay c¶ ®Ó thay thÕ çc bé phËn c¬ thÓ

hoÆc thÓ hiÖn ý ®å nghÖ thuËt.

Nh− vËy tÊt c¶ çc chÊt láng, khÝ cho dï rÊt quan träng song còng kh«ng ph¶i

lµ ®èi t−îng nghiªn cøu cña m«n häc.

Khoa häc VËt liÖu : nghiªn cøu quan hÖ cÊu tróc vµ tÝnh chÊt

Kü thu©t VËt liÖu : thiÕt kÕ ( t¹o ra) nh÷ng cÊu tróc míi → ®¹t ®−îc çc tÝnh

chÊt mong muèn

- Dùa theo cÊu tróc - tÝnh chÊt ®Æc tr−ng, ng−êi ta ph©n biÖt bèn nhãm vËt liÖu

chÝnh :

1. b¸n dÉn, 2. siªu dÉn,

3. silicon,

4. polyme dÉn ®iÖn

http://congnghehoahoc.org/forum

VËt liÖu kim lo¹i: lµ tæ hîp chñ yÕu cña çc nguyªn tè kim lo¹i, cÊu tróc m¹ng tinh

thÓ

Çc tÝnh chÊt chung:

- dÉn nhiÖt, dÉn ®iÖn cao,

- cã ¸nh kim, ph¶n x¹ ¸nh s¸ng víi mµu s¾c ®Æc tr−ng

- dÎo, dÔ biÕn d¹ng dÎo (çn, kÐo, rÌn, Ðp),

- bÒn c¬ häc, nh−ng kÐm bÒn hãa häc.

Ceramic (vËt liÖu v« c¬): cã nguån gèc v« c¬, lµ hîp chÊt gi÷a kim lo¹i, silic víi ¸

kim («xit, nitrit, cacbit), bao gåm kho¸ng vËt ®Êt sÐt, xim¨ng, thñy tinh.

Çc tÝnh chÊt ®iÓn h×nh lµ:

- dÉn nhiÖt vµ dÉn ®iÖn rÊt kÐm (çch nhiÖt vµ çch ®iÖn),

- cøng, gißn, bÒn ë nhiÖt ®é cao

- bÒn hãa häc h¬n vËt liÖu kim lo¹i vµ vËt liÖu h÷u c¬.

Polyme (vËt liÖu h÷u c¬): cã nguån gèc h÷u c¬, thµnh phÇn hãa häc chñ yÕu lµ

cacbon, hy®r« vµ çc ¸ kim, cã cÊu tróc ®¹i ph©n tö.

Çc tÝnh chÊt ®iÓn h×nh cña :

- rÎ vµ kh¸ rÎ,

- dÉn nhiÖt, dÉn ®iÖn kÐm,

- khèi l−îng riªng nhá,

- nãi chung dÔ uèn dÎo, ®Æc biÖt ë nhiÖt ®é cao,

- bÒn v÷ng hãa häc ë nhiÖt ®é th−êng vµ trong khÝ quyÓn;

- nãng ch¶y, ph©n hñy ë nhiÖt ®é t−¬ng ®èi thÊp.

• Compozit: t¹o thµnh do sù kÕt hîp cña hai hay c¶ ba lo¹i vËt liÖu kÓ trªn, mang

hÇu nh− çc ®Æc tÝnh tèt cña çc vËt liÖu thµnh phÇn.

VÝ dô bªt«ng cèt thÐp (v« c¬ - kim lo¹i) võa chÞu kÐo tèt (nh− thÐp) l¹i chÞu nÐn cao

(nh− bªt«ng).

Ngoµi ra cã nh÷ng nhãm trung gian:

- b¸n dÉn, siªu dÉn nhiÖt ®é thÊp, siªu dÉn nhiÖt ®é cao (n»m trung gian gi÷a kim

lo¹i vµ ceramic )


- silicon n»m trung gian gi÷a vËt liÖu v« c¬ víi h÷u c¬ ( gÇn víi vËt liÖu h÷u c¬)

2. Vai trß cña vËt liÖu

• CÇn thiÕt trong mäi lÜnh vùc cña cuéc sèng:

- §iÖn ( pin, pin mÆt trêi….)

- §iÖn tö viÔn th«ng: çp quang, b¶ng m¹ch, vi m¹ch…

- M«i tr−êng: chÊt xö lý n−íc th¶i, chÊt lµm trong s¹ch m«i tr−êng

- Sinh häc vµ CN sinh häc: chÊt t¨ng tr−ëng, chÊt thay thÕ trong c¬ thÓ con

ng−êi….

- ChÕ t¹o çc chi tiÕt m¸y

- Dông cô thÓ thao….

………

• Sù ph¸t triÓn cña x· héi loµi ng−êi g¾n liÒn víi sù ph¸t triÓn cña c«ng cô s¶n xuÊt

vµ kü thuËt → quyÕt ®Þnh mét phÇn lín nhê vËt liÖu.

- X· héi loµi ng−êi ph¸t triÓn qua çc thêi kú kh¸c nhau g¾n liÒn víi vËt liÖu

Thßi kú ®å s¾t: 1000-3000 n¨m tr−íc

ThÐp vµ bª t«ng: 100-1000 n¨m tr−íc

Polymer: nh÷ng n¨m 1900

Silicon: kho¶ng 1960

HiÖn nay: VËt liÖu sinh häc vµ vËt liÖu cÊu tróc nan«

3. Néi dung m«n häc

- Nghiªn cøu quan hÖ tæ chøc - tÝnh chÊt hay sù phô thuéc cña tÝnh chÊt cña vËt liÖu

vµo cÊu tróc lµ néi dung c¬ b¶n cña toµn bé m«n häc.

- CÊu tróc : sù s¾p xÕp cña çc thµnh phÇn bªn trong.

→CÊu tróc vÜ m« vµ vi m«.

CÊu tróc vÜ m« cßn gäi lµ tæ chøc th« ®¹i (macrostructure) lµ h×nh th¸i s¾p xÕp cña

çc phÇn tö lín víi kÝch th−íc quan s¸t ®−îc b»ng m¾t th−êng (giíi h¹n kho¶ng

0,3mm) hoÆc b»ng kÝnh lóp (0,01mm).

CÊu tróc vi m« (microstructure) lµ h×nh th¸i s¾p xÕp cña çc nhãm nguyªn tö hay ph©n

tö víi kÝch th−íc cì micromet hay ë cì çc h¹t tinh thÓ víi sù gióp ®ì cña kÝnh hiÓn vi


quang häc (ph©n ly ®−îc tíi giíi h¹n cì 0,15μm) hay kÝnh hiÓn vi ®iÖn tö (cì chôc

nan«met (10nm).

Th−êng gÆp : tæ chøc tÕ vi quang häc cho phÐp.

TÝnh chÊt bao gåm:

- c¬ häc (c¬ tÝnh)

- vËt lý (lý tÝnh)

- hãa häc (hãa tÝnh)

- c«ng nghÖ vµ sö dông.

- tÝnh kinh tÕ

M«n häc VËt liÖu ®¹i c−¬ng gåm bèn phÇn chÝnh:

- CÊu tróc vµ c¬ tÝnh: tr×nh bµy çc nguyªn lý chung vÒ mèi quan hÖ gi÷a cÊu

tróc vµ c¬ tÝnh cho vËt liÖu nãi chung, nhÊn m¹nh h¬n cho kim lo¹i gåm cÊu

tróc tinh thÓ, t¹o pha, tæ chøc, biÕn d¹ng, ph¸ hñy.

- Hîp kim vµ biÕn ®æi tæ chøc: tr×nh bµy çc tæ chøc cña hîp kim còng nh−

çc biÕn ®æi pha vµ tæ chøc →d¹ng ®iÓn h×nh vµ quan träng nhÊt, thiÕt thùc

nhÊt lµ nhiÖt luyÖn thÐp.

- VËt liÖu kim lo¹i: tr×nh bµy tæ chøc, thµnh phÇn hãa häc, c¬ tÝnh, chÕ ®é

nhiÖt luyÖn vµ c«ng dông cña çc m¸c thÐp, gang, hîp kim mµu vµ bét .

- VËt liÖu phi kim lo¹i: tr×nh bµy cÊu tróc, thµnh phÇn hãa häc, c¬ tÝnh, çc

ph−¬ng ph¸p t¹o h×nh vµ c«ng dông cña ceramic, polyme vµ compozit.

CÇn nhÊn m¹nh lµ sö dông hîp lý vËt liÖu lµ mét trong nh÷ng môc tiªu

quan träng hµng ®Çu cña m«n häc, kh«ng thÓ t¸ch rêi tiªu chuÈn hãa còng

nh− çc ph−¬ng ph¸p kiÓm tra, ®¸nh gi¸. Mét trong çc yªu cÇu ®Ò ra lµ

ng−êi häc ph¶i ®¹t ®−îc kh¶ n¨ng x¸c ®Þnh ®−îc m¸c hay ký hiÖu vËt liÖu

theo tiªu chuÈn ViÖt Nam vµ çc n−íc c«ng nghiÖp ph¸t triÓn.


Ch−¬ng 1 cÊu tróc tinh thÓ vμ sù h×nh thμnh

1.1. CÊu t¹o vµ liªn kÕt nguyªn tö

1.1.1. Çc d¹ng liªn kÕt nguyªn tö trong chÊt r¾n

a. Liªn kÕt ®ång hãa trÞ

Liªn kÕt t¹o ra khi hai (hoÆc nhiÒu) nguyªn tö gãp chung nhau mét sè ®iÖn tö hãa trÞ

®Ó cã ®ñ t¸m ®iÖn tö ë líp ngoµi cïng.

vÝ dô :

• Clo cã 7 ®iÖn tö ë líp ngoµi cïng, mçi nguyªn tö gãp chung 1 ®iÖn tö → lµm cho

líp ®iÖn tö ngoµi cïng cña nguyªn tö nµo còng ®ñ 8

§Æc ®iÓm :

- lµ liªn kÕt m¹nh, c−êng ®é phô thuéc rÊt nhiÒu vµo ®Æc tÝnh liªn kÕt gi÷a ®iÖn tö

hãa trÞ víi h¹t nh©n.

VÝ dô: C cã 6 ®iÖn tö trong ®ã 4 lµ ®iÖn tö hãa trÞ hÇu nh− liªn kÕt trùc tiÕp víi h¹t

nh©n (d¹ng kim c−¬ng) → c−êng ®é liªn kÕt rÊt m¹nh, T ch¶y lªn tíi 3550oC; trong

khi ®ã Sn cã tíi 50 ®iÖn tö, trong ®ã chØ cã 4 lµ ®iÖn tö hãa trÞ, n»m xa h¹t nh©n →

liªn kÕt yÕu víi h¹t nh©n, cã nhiÖt ®é ch¶y rÊt thÊp, chØ 232oC.

b. Liªn kÕt ion

Lµ lo¹i liªn kÕt m¹nh , x¶y ra gi÷a nguyªn tö cã Ýt ®iÖn tö hãa trÞ (dÔ cho ®iÖn tö →

cation (ion d−¬ng)) (VD çc nguyªn tè nhãm IB Cu, Ag, Au) víi nguyªn tö cã

nhiÒu ®iÖn tö hãa trÞ (dÔ nhËn thªm ®iÖn tö ®Ó t¹o thµnh anion (ion ©m)) (VD: Çc


«xit kim lo¹i nh− Al2O3, MgO, CaO, Fe3O4, NiO... cã xu thÕ m¹nh víi t¹o liªn kÕt

ion)

S¬ ®å biÓu diÔn liªn kÕt liªn kÕt kim lo¹i

ion trong ph©n tö LiF.

§Æc ®iÓm :

- liªn kÕt ion cµng m¹nh khi çc nguyªn tö cµng chøa Ýt ®iÖn tö, tøc çc ®iÖn tö cho

vµ nhËn n»m cµng gÇn h¹t nh©n.

- liªn kÕt ion lµ lo¹i kh«ng ®Þnh h−íng.

- ®Æc ®iÓm quan träng cña liªn kÕt ion lµ thÓ hiÖn tÝnh gißn cao.

c. Liªn kÕt kim lo¹i

- Lµ lo¹i liªn kÕt ®Æc tr−ng cho çc vËt liÖu kim lo¹i, quyÕt ®Þnh çc tÝnh chÊt rÊt ®Æc

tr−ng cña lo¹i vËt liÖu nµy.

- Çc ion d−¬ng t¹o thµnh m¹ng x¸c ®Þnh, ®Æt trong kh«ng gian ®iÖn tö tù do

"chung"

- N¨ng l−îng liªn kÕt lµ tæng hîp (c©n b»ng) cña lùc hót (gi÷a ion d−¬ng vµ ®iÖn tö

tù do bao quanh) vµ lùc ®Èy (gi÷a çc ion d−¬ng). → ion kim lo¹i lu«n lu«n cã vÞ trÝ

c©n b»ng x¸c ®Þnh trong ®¸m m©y ®iÖn tö.

- Liªn kÕt kim lo¹i th−êng ®−îc t¹o ra trong kim lo¹i lµ çc nguyªn tè cã Ýt ®iÖn tö

hãa trÞ, chóng liªn kÕt yÕu víi h¹t nh©n dÔ dµng bøt ra khái nguyªn tö trë nªn tù do

(kh«ng bÞ rµng buéc bëi nguyªn tö nµo)


VD: Çc nguyªn tè nhãm IA cã tÝnh kim lo¹i ®iÓn h×nh, cµng dÞch sang bªn ph¶i

tÝnh chÊt kim lo¹i cµng gi¶m, tÝnh ®ång hãa trÞ trong liªn kÕt cµng t¨ng.

CÇn nhÊn m¹nh : liªn kÕt nµy t¹o cho kim lo¹i çc tÝnh chÊt ®iÓn h×nh, rÊt ®Æc

tr−ng vµ ®−îc gäi lµ tÝnh kim lo¹i.

d. Liªn kÕt hçn hîp

- Thùc tÕ çc liªn kÕt trong çc chÊt, vËt liÖu th«ng dông kh«ng mang tÝnh chÊt thuÇn

tóy cña mét lo¹i duy nhÊt nµo, mµ mang tÝnh hçn hîp cña nhiÒu lo¹i

VÝ dô : liªn kÕt ®ång hãa trÞ chØ cã ®−îc trong liªn kÕt ®ång cùc (gi÷a çc nguyªn tö

cña cïng mét nguyªn tè).

Do nhiÒu yÕu tè kh¸c nhau trong ®ã cã tÝnh ©m ®iÖn (kh¶ n¨ng hót ®iÖn tö cña h¹t

nh©n) mµ çc liªn kÕt dÞ cùc (gi÷a çc nguyªn tö cña çc nguyªn tè kh¸c nhau) ®Òu

mang ®Æc tÝnh hçn hîp gi÷a liªn kÕt ion vµ ®ång hãa trÞ.

Na vµ Cl cã tÝnh ©m ®iÖn lÇn l−ît lµ 0,9 vµ 3,0,. V× thÕ liªn kÕt gi÷a Na vµ Cl trong

NaCl gåm kh¶ng 52% liªn kÕt ion vµ 48% liªn kÕt ®ång hãa trÞ.

e. Liªn kÕt yÕu (Van der Waals)

- Trong nhiÒu ph©n tö cã liªn kÕt ®ång hãa trÞ, do sù kh¸c nhau vÒ tÝnh ©m ®iÖn cña

çc nguyªn tö → träng t©m ®iÖn tÝch d−¬ng vµ ®iÖn tÝch ©m kh«ng trïng

nhau→ngÉu cùc ®iÖn ®−îc t¹o thµnh vµ ph©n tö bÞ ph©n cùc.

- Liªn kÕt Van der Waals lµ liªn kÕt do hiÖu øng hót nhau gi÷a çc nguyªn tö hay

ph©n tö bÞ ph©n cùc

- Liªn kÕt nµy yÕu, rÊt dÔ bÞ ph¸ vì khi t¨ng nhiÖt ®é nªn vËt liÖu cã liªn kÕt nµy cã

nhiÖt ®é ch¶y thÊp.

1.2. S¾p xÕp nguyªn tö trong vËt chÊt

1.2.1. ChÊt r¾n tinh thÓ

- trong chÊt r¾n tinh thÓ mçi nguyªn tö cã vÞ trÝ hoµn toµn x¸c ®Þnh kh«ng nh÷ng víi

çc nguyªn tö bªn c¹nh hay ë gÇn - trËt tù gÇn, mµ cßn c¶ víi çc nguyªn tö kh¸c

bÊt kú xa h¬n - trËt tù xa .

Nh− vËy chÊt r¾n tinh thÓ cã c¶ trËt tù gÇn lÉn trËt tù xa (trong khi ®ã chÊt khÝ hoµn

toµn kh«ng cã trËt tù, tøc kh«ng cã c¶ trËt tù gÇn lÉn trËt tù xa).


1.2.2. ChÊt r¾n v« ®Þnh h×nh vµ vi tinh thÓ

a. ChÊt r¾n v« ®Þnh h×nh

- ë mét sè chÊt, tr¹ng th¸i láng cã ®é sÖt cao, çc nguyªn tö kh«ng ®ñ ®é linh ho¹t ®Ó

s¾p xÕp l¹i theo chuyÓn pha láng - r¾n; chÊt r¾n t¹o thµnh kh«ng cã cÊu tróc tinh thÓ

vµ ®−îc gäi lµ chÊt r¾n v« ®Þnh h×nh.

- Nh− vËy vÒ mÆt cÊu tróc, çc chÊt r¾n th−êng gÆp ®−îc chia thµnh hai nhãm tinh

thÓ vµ kh«ng tinh thÓ (v« ®Þnh h×nh).

- PhÇn lín çc chÊt r¾n cã cÊu t¹o tinh thÓ trong ®ã bao gåm toµn bé kim lo¹i, hîp

kim vµ phÇn lín çc chÊt v« c¬, rÊt nhiÒu polyme.

Sù ph©n chia nµy còng chØ lµ quy −íc kh«ng hoµn toµn tuyÖt

b. ChÊt r¾n vi tinh thÓ

Còng víi vËt liÖu tinh thÓ kÓ trªn khi lµm nguéi tõ tr¹ng th¸i láng rÊt nhanh

(trªn d−íi 10000 oC /s) sÏ nhËn ®−îc cÊu tróc tinh thÓ víi kÝch th−íc h¹t rÊt nhá (cì

nm), ®ã lµ vËt liÖu cã tªn gäi lµ vi tinh thÓ (cßn gäi lµ finemet hay nanomet).

1.3. Kh¸i niÖm vÒ m¹ng tinh thÓ

Trong sè çc lo¹i vËt liÖu, lo¹i cã cÊu tróc tinh thÓ chiÕm tû lÖ lín vµ th−êng mang

çc tÝnh chÊt rÊt ®a d¹ng phô thuéc vµo kiÓu s¾p xÕp nguyªn tö.

1.3.1. TÝnh ®èi xøng

M¹ng tinh thÓ bao giê còng mang tÝnh ®èi xøng, nã lµ mét trong nh÷ng ®Æc

®iÓm quan träng, thÓ hiÖn c¶ ë h×nh d¸ng bªn ngoµi, cÊu tróc bªn trong còng nh− thÓ

hiÖn ra çc tÝnh chÊt.


- TÝnh ®èi xøng lµ tÝnh chÊt øng víi mét biÕn ®æi h×nh häc, çc ®iÓm, ®−êng, mÆt tù

trïng lÆp l¹i, gåm cã:

+ t©m ®èi xøng: b»ng phÐp nghÞch ®¶o qua t©m chóng trïng l¹i nhau;

+trôc ®èi xøng: çc ®iÓm cã thÓ trïng lÆp nhau b»ng çch quay quanh trôc

mét gãc α, sè nguyªn n = 2π/ α ®−îc gäi lµ bËc cña trôc ®èi xøng, chØ tån t¹i çc n

= 1, 2, 3, 4, 6;

+ mÆt ®èi xøng: b»ng phÐp ph¶n chiÕu g−¬ng qua mét mÆt ph¼ng, çc mÆt sÏ

trïng lÆp l¹i.

1.3.2. ¤ c¬ së - ký hiÖu ph−¬ng, mÆt

a. ¤ c¬ së

- §Þnh nghÜa: PhÇn thÓ tÝch nhá nhÊt, cã çch s¾p xÕp çc nguyªn tö ®¹i diÖn cho

m¹ng tinh thÓ víi çc ®Æc tr−ng h×nh häc cña m¹ng

- khi tr×nh bµy çc kiÓu m¹ng tinh thÓ ta chØ biÓu diÔn b»ng mét « c¬ së

- Do tÝnh ®èi xøng, tõ mét « c¬ së tÞnh tiÕn theo ba chiÒu ®o trong kh«ng gian sÏ

®−îc m¹ng tinh thÓ.


- ¤ c¬ së ®−îc x©y dùng trªn ba vect¬ ®¬n vÞ ar , br, cr , ®Æt trªn ba trôc cña hÖ trôc

Ox, Oy, Oz .

- M«®un cña ba vect¬ ®ã a, b, c lµ kÝch th−íc cña « c¬ së cßn gäi h»ng sè m¹ng (hay

th«ng sè m¹ng), ®Æc tr−ng cho tõng nguyªn tè hãa häc hay ®¬n chÊt.

- Çc gãc α, β, γ hîp bëi çc vect¬ ®¬n vÞ.

- Tïy thuéc vµo t−¬ng quan gi÷a çc c¹nh vµ gãc cña « c¬ së cã b¶y hÖ tinh thÓ kh¸c

nhau lµ:

tam tµ (ba nghiªng) a ≠ b ≠ c α ≠ β ≠ γ

®¬n tµ (mét nghiªng) a ≠ b ≠ c α = γ = 90o ≠ β

trùc giao a ≠ b ≠ c α = β = γ = 90o

mÆt thoi (ba ph−¬ng) a = b = c α = β = γ ≠ 90o

*lôc gi¸c (s¸u ph−¬ng) a = b ≠ c α = β = 90o, γ = 120o

*chÝnh ph−¬ng (bèn ph−¬ng) a = b ≠ c α = β = γ = 90o

*lËp ph−¬ng a = b = c α = β = γ = 90o

b. Nót m¹ng

- lµ vÞ trÝ c©n b»ng cña çc ion mµ nã dao ®éng xung quanh

- Nót m¹ng t−¬ng øng víi çc täa ®é lÇn l−ît trªn çc trôc täa ®é Ox, Oy, Oz ®·

chän ®−îc ®Æt trong dÊu mãc vu«ng [ x,x,x ] , gi¸ trÞ ©m biÓu thÞ b»ng dÊu " - " trªn

chØ sè t−¬ng øng

c. ChØ sè ph−¬ng

- Ph−¬ng lµ ®−êng th¼ng ®i qua 2 nót m¹ng, ký hiÖu [u v w ]

- Do tÝnh ®èi xøng trong s¾p xÕp nguyªn tö mµ çc ph−¬ng song song víi nhau cã

tÝnh chÊt hoµn toµn nh− nhau → cã cïng mét chØ sè ph−¬ng víi ph−¬ng ®i qua

gèc täa ®é O.

→ chØ sè ph−¬ng lµ ba sè nguyªn tû lÖ thuËn víi täa ®é cña mét nót m¹ng n»m

trªn ph−¬ng ®ã song gÇn gèc täa ®é nhÊt.

VD: Trong « m¹ng lËp ph−¬ng

®−êng chÐo khèi [111],

®−êng chÐo mÆt [ 110 ],


c¹nh [ 100 ].

- Nh÷ng ph−¬ng kh«ng song song víi nhau nh−ng cã çc chØ sè (gi¸ trÞ tuyÖt ®èi )

u, v, w gièng nhau → cã çc tÝnh chÊt gièng nhau, t¹o nªn hä ph−¬ng <u v w>.

VÝ dô hä < 110 > gåm çc ph−¬ng sau ®©y:

- [110], [011], [101],

- [110], [011], [101],

- [110], [011], [101],

- [110], [011], [101].

d. ChØ sè Miller cña mÆt tinh thÓ

- MÆt tinh thÓ lµ mÆt ph¼ng ®−îc t¹o nªn bëi çc (Ýt nhÊt lµ ba) nót m¹ng.

- Cã thÓ coi m¹ng tinh thÓ nh− gåm bëi çc mÆt tinh thÓ gièng hÖt nhau, song song

víi nhau vµ çch ®Òu nhau.

- Çc mÆt tinh thÓ song song víi nhau → cã tÝnh chÊt hoµn toµn gièng nhau → cã

cïng mét ký hiÖu.

- Ký hiÖu mÆt : chØ sè Miller (h k l).

X¸c ®Þnh theo çc b−íc nh− sau:

- t×m giao ®iÓm cña mÆt ph¼ng trªn ba trôc theo thø tù Ox, Oy, Oz,

- x¸c ®Þnh ®é dµi ®o¹n th¼ng tõ gèc täa ®é ®Õn çc giao ®iÓm→lÊy çc gi¸ trÞ

nghÞch ®¶o

- quy ®ång mÉu sè chung→çc gi¸ trÞ cña tö sè→ çc chØ sè h, k, l t−¬ng øng cÇn

t×m.


VD: X¸c ®Þnh chØ sè mÆt tinh thÓ

Chó ý : kh«ng cho phÐp x¸c ®Þnh çc mÆt ®i qua gèc täa ®é.

Çc mÆt tuy kh«ng song song víi nhau nh−ng cã çc chØ sè (gi¸ trÞ tuyÖt ®èi) h, k, l

gièng nhau →hä mÆt {h k l}.

VÝ dô: hä {100} gåm (100), (010), (001), (100), (010), (001).

e. ChØ sè Miller - Bravais trong hÖ s¸u ph−¬ng

- Víi hÖ s¸u ph−¬ng (lôc gi¸c) kh«ng dïng ®−îc chØ sè Miller víi hÖ cã ba trôc täa

®é→dïng chØ sè Miller - Bravais víi hÖ cã bèn trôc täa ®é Ox, Oy, Ou, Oz, trong ®ã

ba trôc ®Çu tiªn n»m trªn cïng mét mÆt ph¼ng ®¸y cña « ( goc gi−a chóng lµ 1200)

-ChØ sè Miller - Bravais ®−îc ký hiÖu b»ng (h k i l)

trong ®ã chØ sè thø ba i (cña trôc Ou) i = - ( h + k )

VD: So s¸nh hai chØ sè hÖ Miller ( hÖ 3 ph−¬ng) vµ Miller – Bravais (hÖ s¸u ph−¬ng)

mÆt chØ sè Miller chØ sè Miller - Bravais

BCIH (010) (0110)

ABHG (100) (1010)

AGLF (110) (1100)


1.3.3. MËt ®é nguyªn tö

- Quan niÖm nguyªn tö (ion) nh− nh÷ng qu¶ → xÕp chÆt → kh«ng thÓ ®Æc kÝn hoµn

toµn→ kh¸i niÖm vÒ mËt ®é nguyªn tö

-NhiÒu tËp tÝnh, hµnh vi (nh− kh¶ n¨ng hßa tan) vµ tÝnh chÊt (®Æc biÖt lµ c¬ tÝnh) liªn

quan ®Õn kh¸i niÖm nµy.

a. MËt ®é xÕp

- Møc ®é dµy ®Æc trong s¾p xÕp nguyªn tö ®−îc ®¸nh gi¸ chñ yÕu qua mËt ®é xÕp.

MËt ®é xÕp theo ph−¬ng (chiÒu dµi) Ml, theo mÆt Ms hay trong m¹ng Mv ®−îc x¸c

®Þnh theo çc c«ng thøc:

Ml = l / L, Ms = s / S, Mv = v / V

trong ®ã: - l, s, v lÇn l−ît lµ chiÒu dµi, diÖn tÝch, thÓ tÝch bÞ nguyªn tö (ion) chiÕm

chç,

- L, S, V lÇn l−ît lµ tæng chiÒu dµi, diÖn tÝch, thÓ tÝch ®em xÐt.

b. Lç hæng

- Lç hæng lµ kh«ng gian trèng bÞ giíi h¹n bëi h×nh khèi nhiÒu mÆt mµ mçi ®Ønh khèi

lµ t©m nguyªn tö, ion t¹i nót m¹ng

- KÝch th−íc lç hæng ®−îc ®¸nh gi¸ b»ng ®−êng kÝnh hay b¸n kÝnh cña qu¶ cÇu lín

nhÊt cã thÓ ®Æt lät vµo kh«ng gian trèng ®ã.

- H×nh d¹ng, kÝch th−íc lç hæng phô thuéc vµo cÊu tróc (kiÓu) m¹ng.

- KÝch th−íc cña lç hæng ®ãng vai trß quyÕt ®Þnh cho phÐp çc nguyªn tö kh¸c lo¹i

hßa trén vµo, ®Æc biÖt lµ ¸ kim vµo kim lo¹i.

- Cã 2 lo¹i : lç hæng khèi 4 mÆt vµ 8 mÆt

1.4. CÊu tróc tinh thÓ ®iÓn h×nh cña chÊt r¾n

1.4.1. ChÊt r¾n cã liªn kÕt kim lo¹i (kim lo¹i nguyªn chÊt)

§Æc tÝnh cÊu tróc cña kim lo¹i lµ: nguyªn tö (ion) lu«n cã xu h−íng xÕp xÝt chÆt víi

kiÓu m¹ng ®¬n gi¶n (lËp ph−¬ng t©m mÆt, lËp ph−¬ng t©m khèi, s¸u ph−¬ng xÕp

chÆt) vµ çc liªn kÕt ng¾n, m¹nh→Trong kim lo¹i th−êng kh«ng gÆp çc kiÓu m¹ng

kh«ng xÕp chÆt nh− lËp ph−¬ng ®¬n gi¶n


a. LËp ph−¬ng t©m khèi A2

- Th−êng gÆp ë çc KL nh− Feα, Cr, Mo, W…

- ¤ c¬ së lµ h×nh lËp ph−¬ng, çc nguyªn tö (ion) n»m ë çc ®Ønh cña « lËp ph−¬ng

vµ t©m khèi

- Th«ng sè m¹ng a

- Sè nguyªn tö thuéc vÒ mét « m¹ng : nv = 8 ®Ønh . 1/8 + 1 gi÷a = 2

- ph−¬ng xÝt chÆt : <111>

- ®−êng kÝnh dng.t b»ng a.23

- Çc mÆt xÕp chÆt lµ hä {110}.

- Mv : 68% → 32% lµ lç trèng

- Lç hæng:

Lo¹i t¸m mÆt cã kÝch th−íc b»ng 0,154 dng.t n»m ë t©m çc mÆt bªn vµ gi÷a çc

c¹nh a.

¤ c¬ së m¹ng lËp ph−¬ng t©m khèi (a, b, c) vµ çc lç hæng (d).


Lo¹i bèn mÆt cã kÝch th−íc lín h¬n mét chót, b»ng 0,291 dng.t n»m ë 41 trªn c¹nh

nèi ®iÓm gi÷a çc c¹nh ®èi diÖn cña çc mÆt bªn.

→ m¹ng A2 cã nhiÒu lç hæng nh−ng kÝch th−íc ®Òu nhá (max ≤ 30% kÝch th−íc

nguyªn tö)

b. LËp ph−¬ng t©m mÆt A1

- Çc nguyªn tö n»m ë ®Ønh « m¹ng vµ t©m cña çc mÆt bªn

- sè nguyªn tö thuéc vÒ mét « m¹ng : 8 ®Ønh . 1/8 + 6 mÆt . 1/2 = 4

- ph−¬ng xÕp chÆt : ®−êng chÐo mÆt <110>,

- ®−êng kÝnh dng.t a.22

- Çc mÆt xÕp chÆt lµ hä {111}.

- Mv lµ 0,74 , lç trèng lµ 26%

- lç hæng h×nh bèn mÆt vµ h×nh t¸m mÆt

Lo¹i bèn mÆt cã kÝch th−íc 0,225 dng.t n»m ë 41 çc ®−êng chÐo khèi tÝnh tõ ®Ønh


Lo¹i lç hæng h×nh t¸m mÆt, ( kÝch th−íc lín nhÊt), b»ng 0,414dng.t, n»m ë trung t©m

khèi vµ gi÷a çc c¹nh a.

So s¸nh m¹ng A2, m¹ng A1 tuy dµy ®Æc h¬n song sè l−îng lç hæng l¹i Ýt h¬n kÝch

th−íc lç hæng lín → quyÕt ®Þnh cho sù hßa tan.

- §iÓn h×nh lµ Feγ, Ni, Al, Cu…..

c. S¸u ph−¬ng xÕp chÆt A3

- Çc kim lo¹i cã kiÓu m¹ng nµy Ýt th«ng dông h¬n lµ : Ti; Mg; Zn

- ¤ c¬ së lµ khèi l¨ng trô lôc gi¸c (gåm s¸u l¨ng trô tam gi¸c ®Òu ), çc nguyªn tö

n»m trªn 12 ®Ønh, t©m cña hai mÆt ®¸y vµ t©m cña ba khèi l¨ng trô tam gi¸c çch

nhau.

- nv = 12 ®Ønh . 1 / 6 + 2 gi÷a mÆt . 1 / 2 + 3 = 6 nguyªn tö

ac =

1,633. ( dao

®éng trong kho¶ng 1,57 ÷ 1,64 th× m¹ng ®−îc coi lµ xÕp chÆt)

- khi tû sè ac n»m ngoµi kho¶ng trªn th× m¹ng ®−îc coi lµ kh«ng xÕp chÆt.

- Mv= 74%).

a) b) c)


- Trong m¹ng A3 còng cã çc lç hæng bèn mÆt vµ t¸m mÆt.

1.4.2. ChÊt r¾n cã liªn kÕt ®ång hãa trÞ

- Mçi nguyªn tö tham gia liªn kÕt ®ång hãa trÞ →gãp chung mét ®iÖn tö hãa trÞ sao

cho líp ®iÖn tö ngoµi cïng ®ñ 8→ nÕu sè ®iÖn tö ngoµi cïng (hãa trÞ) tham gia liªn

kÕt lµ N th× mçi nguyªn tö cña nã ph¶i liªn kÕt víi 8- N nguyªn tö kh¸c ®Ó t¹o nªn

liªn kÕt ®ång hãa trÞ→ cã 8-N nguyªn tö çch ®Òu gÇn nhÊt → cã sè s¾p xÕp lµ 8-N.

a. Kim c−¬ng A4

- Kim c−¬ng lµ mét thï h×nh cña cacbon , sè ®iÖn tö líp L tham gia liªn kÕt lµ 4 ( N

= 4 ), sè s¾p xÕp sÏ lµ 4 tøc lµ mçi mét nguyªn tö cacbon cã 4 nguyªn tö bao

quanh gÇn nhÊt.

- « c¬ së A1 cã thªm bèn nguyªn tö bªn trong (nÕu chia « c¬ së A1 nµy thµnh t¸m

khèi lËp ph−¬ng nhá h¬n th× bèn nguyªn tö nµy n»m ë t©m cña bèn khèi çch nhau

trong sè t¸m khèi ®ã).

- Cø bèn nguyªn tö cacbon t¹o nªn mét khèi tø diÖn (bèn mÆt) tam gi¸c ®Òu. Çc

khèi xÕp chung ®Ønh t¹o nªn m¹ng kim c−¬ng.

- Gãc cè ®Þnh gi÷a çc liªn kÕt ®ång hãa trÞ trong m¹ng kim c−¬ng lµ 109,5o. Víi

çc nguyªn tö cacbon ®Òu cã liªn kÕt ®ång hãa trÞ víi n¨ng l−îng lín nªn kim c−¬ng

cã ®é cøng rÊt cao (cao nhÊt trong thang ®é cøng).

b. M¹ng grafit


- Grafit lµ d¹ng thï h×nh kh¸c cña cacbon, kh¸ phæ biÕn trong thiªn nhiªn vµ vËt liÖu

(gang).

- M¹ng tinh thÓ cña grafit lµ s¸u ph−¬ng líp , trong ®ã çc nguyªn tö ®−îc ph©n bè

trªn çc mÆt ph¼ng t¹i çc ®Ønh cña h×nh lôc gi¸c ®Òu, trong mÆt nµy mçi nguyªn tö

®Òu t¹o nªn liªn kÕt ®ång hãa trÞ m¹nh víi ba nguyªn tö bao quanh vµ çc gãc lÖch

lµ 120o

- Kho¶ng çch gi÷a çc líp lôc gi¸c ®Òu lín h¬n (c = 0,671nm ) víi liªn kÕt yÕu

Van der Waals. →grafit rÊt dÔ bÞ t¸ch líp , tÝnh chÊt gÇn nh− hoµn toµn tr¸i ng−îc

víi kim c−¬ng lµ rÊt mÒm, nã ®−îc coi nh− lµ mét trong nh÷ng chÊt r¾n cã ®é cøng

thÊp nhÊt.

c. CÊu tróc cña sîi cacbon vµ fullerene

§Æc ®iÓm râ rÖt cña sîi cacbon vµ fullerene lµ nh÷ng chÊt cÊu t¹o b»ng nguyªn tö

cacbon víi cÊu tróc m¹ng lµ çc mÆt lôc gi¸c ®Òu nh− cña grafit chØ gåm çc liªn

kÕt ®ång hãa trÞ (triÖt tiªu ®−îc liªn kÕt yÕu Van der Waals) nªn sÏ cho ®é bÒn cao

h¬n rÊt nhiÒu.

- ®−îc dïng lµm "cèt" trong compozit cho ®é bÒn cã thÓ gÊp ba lÇn song l¹i nhÑ h¬n

tíi bèn lÇn so víi thÐp

* Ph©n tö cacbon C60 gäi lµ fullerene do hai nhµ khoa häc H. Kroto (Anh) vµ R.

Smalley (Mü) tæng hîp ®−îc lÇn ®Çu tiªn vµo n¨m 1985 (c«ng tr×nh nµy ®· ®−îc

tÆng gi¶i Nobel n¨m 1995). CÊu tróc cña fullerene : 60 nguyªn tö cacbon s¾p xÕp

trªn mét mÆt cÇu theo ®Ønh cña 12 ngò gi¸c ®Òu vµ 20 lôc gi¸c ®Òu


- Mét ph©n tö fullerene C60 cã h×nh d¸ng gièng qu¶ bãng ®¸ nhiÒu mói. CÊu tróc ®èi

xøng trßn, øng víi ®é bÒn vµ ®é cøng rÊt cao cña nã ch¾c ch¾n høa hÑn sÏ cã nh÷ng

øng dông kú l¹ trong kü thuËt.

1.4.3. ChÊt r¾n cã liªn kÕt ion

CÊu tróc tinh thÓ cña hîp chÊt hãa häc cã liªn kÕt ion phô thuéc vµo hai yÕu tè:

• Tû sè cña sè l−îng ion ©m trªn sè l−îng ion d−¬ng : tû sè nµy lµ cè ®Þnh ®èi víi

tõng hîp chÊt, phô thuéc vµo sè l−îng ®iÖn tö tham gia liªn kÕt, ®¶m b¶o tÝnh trung

hßa vÒ ®iÖn cña hÖ thèng.

• T−¬ng quan kÝch th−íc gi÷a ion ©m vµ ion d−¬ng : liªn kÕt ion lµ lo¹i kh«ng ®Þnh

h−íng → çc ion lu«n cã xu h−íng s¾p xÕp sao cho ®¹t ®−îc ®é xÕp chÆt vµ tÝnh ®èi

xøng cao nhÊt.

- M¹ng tinh thÓ cña hîp chÊt víi liªn kÕt ion vÉn cã çc kiÓu m¹ng (A1, A2) nh−ng

sù ph©n bè çc ion trong ®ã kh¸ phøc t¹p → coi lµ cã m¹ng phøc t¹p.

- M¹ng tinh thÓ çc hîp chÊt hãa häc víi liªn kÕt ion t¹o thµnh trªn c¬ së cña « c¬

së cña ion ©m, çc ion d−¬ng cßn l¹i chiÕm mét phÇn hay toµn bé çc lç hæng.

1.4.5. D¹ng thï h×nh

- Thï h×nh lµ sù tån t¹i hai hay nhiÒu cÊu tróc m¹ng tinh thÓ kh¸c nhau cña cïng mét

nguyªn tè hay mét hîp chÊt hãa häc

- Theo chiÒu nhiÖt ®é t¨ng ký hiÖu d¹ng thï h×nh lÇn l−ît b»ng çc ch÷ çi Hy L¹p

α, β, γ, δ, ε....

- Qu¸ tr×nh thay ®æi cÊu tróc m¹ng tõ d¹ng nµy sang d¹ng kh¸c ®−îc gäi lµ chuyÓn

biÕn thï h×nh.

- Çc yÕu tè dÉn ®Õn chuyÓn biÕn thï h×nh : nhiÖt ®é, ¸p suÊt.

VD: C tån t¹i d−íi nhiÒu d¹ng thï h×nh: kim c−¬ng (A4), grafit (A9). sîi cacbon

(cÊu tróc líp cuén), fullerene (cÊu tróc mÆt cÇu C60). Grafit lµ d¹ng th−êng gÆp vµ æn

®Þnh nhÊt, cßn kim c−¬ng rÊt Ýt gÆp song cã thÓ chÕ t¹o kim c−¬ng (nh©n t¹o) b»ng

çch Ðp grafit ë nhiÖt ®é rÊt cao (hµng ngh×n ®é C) vµ ¸p suÊt cao (hµng ngh×n at).

Fe : < 911oC → Feα m¹ng A2

911 ÷ 1392oC → Feγ, m¹ng A1

1392oC - 1539oC → Feδ; m¹ng


chó ý : chuyÓn biÕn thï h×nh bao giê còng ®i kÌm víi sù thay ®æi vÒ thÓ tÝch (në hay

co) vµ c¬ tÝnh.

VÝ dô: khi nung nãng s¾t qua 911oC s¾t l¹i co l¹i ®ét ngét (do t¨ng mËt ®é xÕp tõ 68

lªn 74% khi chuyÓn tõ Feα → Feγ)

1.5. Sai lÖch m¹ng tinh thÓ

- Çc cÊu tróc tinh thÓ tr×nh bµy ë trªn lµ cÊu tróc cña tinh thÓ lý t−ëng → bá qua

dao ®éng nhiÖt vµ çc sai háng (lÖch l¹c) trong trËt tù s¾p xÕp → g©y nªn nh÷ng sai

háng ®−îc →sai lÖch m¹ng tinh thÓ hay khuyÕt tËt m¹ng.

- Sè nguyªn tö n»m lÖch vÞ trÝ quy ®Þnh chiÕm tû lÖ rÊt thÊp (chØ 1 ÷ 2%) → g©y ra

çc ¶nh h−ëng rÊt xÊu ®Õn çc hµnh vi cña tinh thÓ d−íi t¸c dông cña ngo¹i lùc

(biÕn d¹ng dÎo, biÕn cøng...) → ®é bÒn - chØ tiªu c¬ tÝnh hµng ®Çu

1.5.1. Sai lÖch ®iÓm

- §/n: §ã lµ lo¹i sai lÖch cã kÝch th−íc rÊt nhá (cì kÝch th−íc nguyªn tö) theo ba

chiÒu kh«ng gian

- Nót trèng vµ nguyªn tö tù xen kÏ

Do ba ®éng nhiÖt (ph©n bè n¨ng l−îng kh«ng ®Òu) mét sè nguyªn tö cã n¨ng l−îng

cao, biªn ®é dao ®éng lín → bøt khái nót m¹ng ®Ó l¹i nót kh«ng cã nguyªn tö gäi lµ

nót trèng.

Sau khi rêi khái nót m¹ng, nguyªn tö cã thÓ chuyÓn sang vÞ trÝ xen kÏ gi÷a çc nót

m¹ng trë thµnh nguyªn tö tù xen kÏ


Çc d¹ng sai lÖch ®iÓm: nót trèng vµ nguyªn tö

tù xen kÏ (a) vµ çc nguyªn tö t¹p chÊt (b).

- MËt ®é cña nót trèng phô thuéc vµo nhiÖt ®é → t¨ng rÊt nhanh theo nhiÖt ®é vµ cã

gi¸ trÞ lín nhÊt khi s¾p ch¶y láng ( 1-2%).

- Nguyªn tö t¹p chÊt

- Do sù sai kh¸c vÒ ®−êng kÝnh nguyªn tö gi÷a çc nguyªn tè nÒn vµ t¹p chÊt →

thay thÕ cho nhau bao giê còng lµm cho m¹ng gi·n në ra hay co rót l¹i → sai lÖch cã

d¹ng bao quanh mét ®iÓm.

khi xen kÏ (hay tù xen kÏ) bao giê còng lµm m¹ng nÒn gi·n ra v× kÝch th−íc lç hæng

lu«n nhá h¬n ®−êng kÝnh nguyªn tö. Çc nguyªn tö nÒn xung quanh lç hæng cã

khuynh h−íng xÝch l¹i gÇn nhau.

1.5.2. Sai lÖch ®−êng - LÖch

- §/n: Sai lÖch ®−êng lµ lo¹i cã kÝch th−íc nhá (cì kÝch th−íc nguyªn tö) theo hai

chiÒu vµ lín theo chiÒu thø ba, tøc cã d¹ng cña mét ®−êng (®−êng ë ®©y cã thÓ lµ

th¼ng, cong, xo¸y tr«n èc).

- Sai lÖch ®−êng cã thÓ lµ mét d·y çc sai lÖch ®iÓm kÓ trªn, song c¬ b¶n vµ chñ yÕu

vÉn lµ lÖch (dislocation) víi hai d¹ng lµ biªn vµ xo¾n.

a. LÖch biªn (edge dislocation hay dislocation line)

Cã thÓ h×nh dung lÖch biªn: chÌn thªm b¸n mÆt ABCD vµo nöa phÇn trªn cña m¹ng

tinh thÓ lý t−ëng, sù xuÊt hiÖn thªm cña b¸n mÆt lµm cho çc mÆt ph¼ng nguyªn tö

kh¸c n»m vÒ hai phÝa trë nªn kh«ng hoµn toµn song song

víi nhau → g©y ra vïng x« lÖch trong ®ã vïng bÞ x« lÖch kh¸ nhá - chØ 4 ÷ 5 th«ng


sè m¹ng trong ph¹m vi vßng trßn), râ rµng lµ sù x« lÖch nµy kÐo dµi theo ®−êng AD

®−îc gäi lµ trôc lÖch, nã chÝnh lµ biªn cña b¸n mÆt nªn cã tªn lµ lÖch biªn . Víi sù

ph©n bè nh− vËy nöa tinh thÓ cã chøa b¸n mÆt sÏ chÞu øng suÊt nÐn, nöa cßn l¹i chÞu

øng suÊt kÐo.

b. LÖch xo¾n (screw dislocation)

- Cã thÓ h×nh dung lÖch xo¾n : c¾t tinh thÓ lý t−ëng theo b¸n mÆt ABCD råi tr−ît

dÞch hai mÐp ngoµi ng−îc chiÒu nhau ®i mét h»ng sè m¹ng trªn ®−êng BC. §iÒu nµy

sÏ lµm cho c¸c nguyªn tö trong vïng hÑp gi÷a hai ®−êng AD vµ BC s¾p xÕp l¹i cã

d¹ng ®−êng xo¾n èc gièng nh− mÆt vÝt → lÖch xo¾n

- AD lµ t©m cña sù x« lÖch nªn ®−îc gäi lµ trôc lÖch.

LÖch xo¾n: m« h×nh t¹o thµnh (a), m« h×nh kh«ng gian (b) vµ sù s¾p xÕp nguyªn tö

trong vïng lÖch (c).

- LÖch biªn cã ¶nh h−ëng rÊt lín ®Õn qu¸ tr×nh biÕn d¹ng dÎo

- LÖch xo¾n gióp cho mÇm ph¸t triÓn nhanh khi kÕt tinh.


1.5.3. Sai lÖch mÆt

- Sai lÖch mÆt lµ lo¹i sai lÖch cã kÝch th−íc lín theo hai chiÒu ®o vµ nhá theo chiÒu

thø ba, tøc cã d¹ng cña mét mÆt (mÆt ë ®©y cã thÓ lµ ph¼ng, cong hay uèn l−în). Çc

d¹ng ®iÓn h×nh cña sai lÖch mÆt lµ:

+ biªn giíi h¹t vµ siªu h¹t (sÏ tr×nh bµy ë môc sau), + bÒ

mÆt tinh thÓ.

1.6. §¬n tinh thÓ vµ ®a tinh thÓ

1.6.1. §¬n tinh thÓ

- NÕu chÊt r¾n tinh thÓ chØ lµ mét khèi m¹ng ®ång nhÊt tøc cïng kiÓu vµ h»ng sè

m¹ng còng nh− ph−¬ng kh«ng ®æi h−íng trong toµn bé thÓ tÝch th× ®−îc gäi lµ ®¬n

tinh thÓ

- Çc ®¬n tinh thÓ kim lo¹i kh«ng tån t¹i trong tù nhiªn, muèn cã ph¶i dïng c«ng

nghÖ "nu«i" ®¬n tinh thÓ.

- §¬n tinh thÓ cã tÝnh chÊt rÊt ®Æc thï lµ dÞ h−íng v× theo çc ph−¬ng mËt ®é xÕp

chÆt nguyªn tö kh¸c nhau

- Trong s¶n xuÊt c¬ khÝ hÇu nh− kh«ng sö dông ®¬n tinh thÓ, nã ®−îc dïng réng r·i

trong c«ng nghiÖp ®iÖn tö ë d¹ng b¸n dÉn.

1.6.2. §a tinh thÓ

a. H¹t

- Trong thùc tÕ hÇu nh− chØ gÆp çc vËt liÖu ®a tinh thÓ.

- §a tinh thÓ gåm rÊt nhiÒu (®¬n) tinh thÓ nhá (cì μm) ®−îc gäi lµ h¹t tinh thÓ hay

®¬n gi¶n lµ h¹t , chóng tuy cã cïng cÊu tróc vµ th«ng sè m¹ng song ph−¬ng l¹i ®Þnh

h−íng kh¸c nhau (mang tÝnh ngÉu nhiªn) vµ liªn kÕt víi nhau qua vïng ranh giíi

®−îc gäi lµ biªn h¹t (hay biªn giíi h¹t)

- Çc h¹t tuy cã m¹ng vµ th«ng sè gièng nhau nh−ng cã ph−¬ng lÖch nhau tøc tÝnh

®ång nhÊt vÒ ph−¬ng m¹ng kh«ng gi÷ ®−îc trong toµn khèi m¹ng v× thÕ l¹i thÓ hiÖn

tÝnh ®¼ng h−íng (®«i khi cßn gäi lµ ®¼ng h−íng gi¶ v× mçi phÇn cña nã - h¹t vÉn thÓ

hiÖn tÝnh dÞ h−íng).


- Biªn h¹t chÞu ¶nh h−ëng quy luËt ph−¬ng m¹ng cña çc h¹t xung quanh nªn cã cÊu

tróc “hçn hîp” , s¾p xÕp kh«ng trËt tù (x« lÖch) nh− lµ v« ®Þnh h×nh, th−êng lµ kÐm

xÝt chÆt víi tÝnh chÊt kh¸c víi b¶n th©n h¹t.

b. §é h¹t

- H¹t to hay nhá ¶nh h−ëng rÊt lín ®Õn c¬ tÝnh → cÇn ®¸nh gi¸ chóng vÒ mÆt ®Þnh

l−îng.

- §Ó x¸c ®Þnh ®é h¹t ng−êi ta hay dïng çc cÊp h¹t theo tiªu chuÈn ASTM. Çc h¹t

cã ®é lín kh¸c nhau ®−îc ph©n thµnh 16 cÊp chÝnh ®¸nh sè tõ 00, 0, 1, 2...., 14 theo

trËt tù h¹t nhá dÇn, t¸m cÊp th−êng dïng lµ tõ 1 ®Õn 8.

- Ng−êi ta th−êng x¸c ®Þnh cÊp h¹t b»ng çch so s¸nh ë cïng ®é phãng ®¹i (th−êng

lµ x100) gi÷a tæ chøc tÕ vi víi thang ¶nh cÊp h¹t chuÈn


Thang ¶nh cÊp h¹t chuÈn øng víi ®é phãng ®¹i x100.

1.7. Sù kÕt tinh vµ h×nh thµnh tæ chøc cña kim lo¹i

1.7.1. §iÒu kiÖn x¶y ra kÕt tinh

a. CÊu tróckim lo¹i lë tr¹ng th¸i láng

- cã liªn kÕt KL vµ cã ®iÖn tö tù do

- chÊt láng chØ cã trËt tù gÇn (mµ kh«ng cã trËt tù xa) →cã nh÷ng nhãm

nguyªn tö s¾p xÕp trËt tù

- c¸c nhãm nµy tån t¹i trong thêi gian rÊt ng¾n, nhanh chãng tan ra råi l¹i

t¹o thµnh ë chç kh¸c.

→ ®iÒu nµy gióp nã kÕt tinh mét c¸ch dÔ dµng.


b. BiÕn ®æi n¨ng l−îng khi kÕt tinh

- Trong tù nhiªn mäi qu¸ tr×nh tù ph¸t ®Òu x¶y ra theo chiÒu h−íng gi¶m

n¨ng l−îng dù tr÷.

- §èi víi chuyÓn tr¹ng th¸i, ®éng lùc thóc ®Èy nã còng lµ n¨ng l−îng dù

tr÷ - chuyÓn ®éng cña nguyªn tö, ph©n tö, ion - ®−îc ®Æc tr−ng b»ng ®¹i

l−îng ®−îc gäi lµ n¨ng l−îng tù do F (ΔF).

- N¨ng l−îng tù do cña c¸c tr¹ng th¸i phô thuéc nhiÒu vµo nhiÖt ®é.

+ T > Ts , Fl < Fr → tån t¹i ë tr¹ng th¸i láng

+ T < Ts , Fr < Fl → tån t¹i ë tr¹ng th¸i r¾n

- Ts ®−îc gäi lµ nhiÖt ®é kÕt tinh (hay nãng ch¶y) nh−ng chØ cã tÝnh

lý thuyÕt → kÕt tinh thùc tÕ chØ x¶y ra ë nhiÖt ®é thÊp h¬n nhiÖt

®é kÕt tinh (lý thuyÕt) Ts kÓ trªn mét kho¶ng nhÊt ®Þnh ®Ó Fr<Fl

mét c¸ch râ rÖt.

→ ®iÒu kiÖn ®Ó x¶y ra kÕt tinh.

c. §é qu¸ nguéi

- HiÖu sè gi÷a nhiÖt ®é kÕt tinh lý thuyÕt Ts vµ nhiÖt ®é kÕt tinh thùc tÕ Tkt

lµ ®é qu¸ nguéi ΔT: ΔT = Ts - Tkt


- KÕt tinh chØ x¶y ra víi ®é qu¸ nguéi.

- §a sè kim lo¹i nguyªn chÊt kü thuËt cã thÓ kÕt tinh víi ®é qu¸ nguéi

thay ®æi tõ rÊt nhá (chØ 1 ÷ 2oC) ®Õn rÊt lín (hµng chôc, tr¨m ®Õn ngh×n oC) tïy theo tèc ®é lµm nguéi khi kÕt tinh lµ chËm hay nhanh.

- Còng víi lý luËn t−¬ng tù cho khi nung nãng: sù nãng ch¶y thùc tÕ sÏ

x¶y ra ë nhiÖt ®é Tch > Ts, ®é chªnh lÖch gi÷a chóng ®−îc gäi lµ ®é qu¸

nung.

1.7.2. Hai qu¸ tr×nh cña sù kÕt tinh ë

nhiÖt ®é T<Ts sù kÕt tinh x¶y ra do hai qu¸ tr×nh c¬ b¶n nèi tiÕp nhau x¶y

ra lµ t¹o mÇm vµ ph¸t triÓn mÇm.

a. T¹o mÇm

- MÇm lµ qu¸ tr×nh sinh ra çc phÇn tö r¾n cã cÊu tróc tinh thÓ tøc nh÷ng

nhãm trËt tù gÇn (lu«n cã s½n trong kim lo¹i láng) víi kÝch th−íc ®ñ lín,

®−îc cè ®Þnh l¹i, chóng kh«ng bÞ tan ®i → ph¸t triÓn lªn nh− lµ trung t©m

cña tinh thÓ (h¹t).

- cã 2 lo¹i mÇm : tù sinh vµ ký sinh.

MÇm tù sinh

- Lµ sù t¹o mÇm tõ kim lo¹i láng ®ång nhÊt (®ång thÓ) kh«ng cã sù trî

gióp cña çc phÇn tõ r¾n cã s½n ë trong nã.

- Nh÷ng nhãm nguyªn tö trËt tù gÇn nµo cã kÝch th−íc ®ñ lín r ≥ rth (gi¶

thiÕt chóng lµ çc khèi h×nh cÇu b¸n kÝnh r), theo tÝnh to¸n vÒ nhiÖt ®éng

häc rth = vf

2Δσ

trong ®ã:

rth - b¸n kÝnh tíi h¹n cña mÇm

¬ - søc c¨ng bÒ mÆt gi÷a r¾n vµ láng,

Δfv - ®é chªnh n¨ng l−îng tù do (Fl - Fr) tÝnh cho mét ®¬n vÞ thÓ tÝch.


- Khi r ≥ rth nhãm trËt tù gÇn trë nªn æn ®Þnh, kh«ng bÞ tan ®i, ph¸t triÓn

lªn thµnh h¹t. §ã lµ çc mÇm tù sinh.

- Khi kÕt tinh ë nhiÖt ®é cµng thÊp, ®é qu¸ nguéi ΔT cµng lín th× Δfv còng

cµng lín, rth cµng nhá→ cµng cã nhiÒu mÇm.

- MÇm ký sinh

- Lµ sù t¹o mÇm ë trªn bÒ mÆt ph©n tö r¾n cã s½n ë trong kim lo¹i láng

kh«ng ®ång nhÊt (dÞ thÓ) vµ lµ d¹ng t¹o mÇm thùc tÕ vµ ®¬n gi¶n h¬n

nhiÒu.

+ thùc tÕ ë chç kim lo¹i láng dï nguyªn chÊt ®Õn ®©u còng cßn t¹p chÊt

trong ®ã cã çc phÇn tö r¾n khã ch¶y nh−: bôi t−êng lß, bôi than, bôi chÊt

s¬n khu«n...vµ ngay c¶ thµnh khu«n.

+MÇm (nhãm trËt tù gÇn cã s½n trong kim lo¹i láng) sÏ g¾n lªn çc bÒ mÆt

cã s½n theo nh÷ng mÆt t−¬ng thÝch (cÊu tróc gÇn gièng nhau)

→ σ R-R << σ R-L → rth nhá ®i→dÔ dµng cho t¹o mÇm.

- Thùc tÕ lµ trong nhiÒu tr−êng hîp ng−êi ta cßn cè ý t¹o ra vµ ®−a çc

phÇn tö r¾n vµo ®Ó gióp kÕt tinh.

b. Ph¸t triÓn mÇm

- Khi ®¹t ®Õn kÝch th−íc tíi h¹n rth, sù ph¸t triÓn lªn vÒ kÝch th−íc cña

mÇm lµ qu¸ tr×nh tù nhiªn v× lµm gi¶m n¨ng l−îng tù do.

- trong qu¸ tr×nh ph¸t triÓn mÇm, lÖch xo¾n ®ãng vai trß quan träng nhê

bËc thang trªn bÒ mÆt kh«ng bao giê mÊt ®i, ®Ó çc nguyªn tö b¸m dùa

vµo mét çch ch¾c ch¾n.

1.7.3. Sù h×nh thµnh h¹t

H¹t lµ yÕu tè quan träng cña tæ chøc tinh thÓ.

a. TiÕn tr×nh kÕt tinh


- Khi çc mÇm sinh ra tr−íc ph¸t triÓn lªn th× trong kim lo¹i láng vÉn

tiÕp tôc sinh ra çc mÇm míi

- Qu¸ tr×nh x¶y ra nh− vËy cho ®Õn khi çc mÇm ®i ®Õn gÆp nhau vµ

kim lo¹i láng hÕt→cuèi cïng ®−îc tæ chøc ®a tinh thÓ gåm çc h¹t.

- Tõ mçi mÇm t¹o nªn mét h¹t

- Çc h¹t xuÊt ph¸t tõ mÇm sinh ra tr−íc cã nhiÒu thêi gian vµ kim

lo¹i láng bao quanh→ h¹t sÏ to h¬n; song th−êng sù chªnh lÖch nhá ( do τ

kÕt tinh ng¾n)

- Do çc mÇm ®Þnh h−íng khi kÕt tinh ngÉu nhiªn→çc h¹t cã ph−¬ng

m¹ng lÖch nhau → xuÊt hiÖn vïng biªn h¹t víi m¹ng tinh thÓ bÞ x« lÖch.

b. H×nh d¹ng h¹t

Do t−¬ng quan vÒ tèc ®é ph¸t triÓn mÇm theo çc ph−¬ng (phô thuéc

vµo b¶n chÊt KL vµ ®iÒu kiÖn t¶n nhiÖt) → h¹t t¹o nªn cã h×nh d¹ng kh¸c

nhau

- Khi tèc ®é ph¸t triÓn ®Òu theo mäi ph−¬ng → h¹t cã d¹ng ®a c¹nh

hay cÇu.

- Khi tèc ®é ph¸t triÓn m¹nh theo hai ph−¬ng (tøc theo mét mÆt) nµo

®ã, h¹t sÏ cã d¹ng tÊm, l¸, phiÕn (grafit trong gang x¸m)

- Khi tèc ®é ph¸t triÓn m¹nh theo mét ph−¬ng nµo ®ã, h¹t sÏ cã d¹ng

®òa, cét hay h×nh trô (VD: D¹ng tinh thÓ h×nh kim khi nhiÖt luyÖn).


Qu¸ tr×nh t¹o vµ ph¸t triÓn mÇm theo thêi gian

1.7.4. C¸c ph−¬ng ph¸p t¹o h¹t nhá khi ®óc

a. Nguyªn lý

- Sè mÇm ®−îc t¹o ra cµng nhiÒu → h¹t cµng nhá

- MÇm lín lªn (ph¸t triÓn) cµng nhanh → h¹t cµng lín.

→ nguyªn lý t¹o h¹t nhá khi ®óc lµ t¨ng tèc ®é sinh mÇm n vµ gi¶m tèc

®é ph¸t triÓn dµi v cña mÇm.

b. C¸c ph−¬ng ph¸p lµm h¹t nhá khi ®óc

Th−êng ¸p dông hai ph−¬ng ph¸p chÝnh lµ t¨ng ®é qu¸ nguéi vµ biÕn tÝnh.

T¨ng ®é qu¸ nguéi

- Khi t¨ng ®é qu¸ nguéi ΔT, n vµ v ®Òu t¨ng (h×nh 1.26) nh−ng n t¨ng

nhanh h¬n → vÉn lµm h¹t nhá ®i.


- §Ó t¨ng ®é qu¸ nguéi khi ®óc → ph¶i lµm nguéi nhanh b»ng çch thay

®æi vËt liÖu lµm khu«n.

¶nh h−ëng cña ®é qu¸ nguéi ΔT ®Õn n vµ v.

VD:

*§óc trong khu«n çt → nguéi chËm nhÊt

*§óc trong khu«n b»ng kim lo¹i (nh− gang, thÐp, ®ång) cã tÝnh dÉn nhiÖt

cao h¬n → tèc ®é nguéi t¨ng lªn mét çch ®¸ng kÓ → ®óc trong khu«n

kim lo¹i (vÜnh cöu) kh«ng nh÷ng kh«ng ph¶i lµm l¹i khu«n, cho n¨ng suÊt

cao h¬n → n©ng cao chÊt l−îng vËt ®óc

* Lµm nguéi thªm khu«n kim lo¹i b»ng n−íc, lµm t¨ng thªm tèc ®é nguéi

vµ ®é qu¸ nguéi : ®óc ly t©m, ®óc ¸p lùc, ®óc liªn tôc... → n¨ng suÊt rÊt

cao vµ chÊt l−îng tèt.

- T¨ng tèc ®é nguéi ®Ó lµm nhá h¹t → ®¬n gi¶n, hiÖu qu¶, ®−îc ¸p dông

rÊt réng r·i cho çc s¶n phÈm nhá vµ h×nh d¹ng ®¬n gi¶n.

- H¹n chÕ:

*Khi lµm nguéi qu¸ nhanh t¹o ra ®é chªnh nhiÖt ®é qu¸ lín gi÷a çc phÇn

cña vËt ®óc (h×nh d¹ng phøc t¹p, cã thµnh qu¸ dµy vµ qu¸ máng) → g©y ra

øng suÊt → lµm biÕn d¹ng, thËm chÝ nøt.


* Ph−¬ng ph¸p nµy kh«ng cã hiÖu qu¶ víi vËt ®óc (cã tiÕt diÖn) lín.

BiÕn tÝnh (modification)

- Lµ ph−¬ng ph¸p cho vµo kim lo¹i láng (tr−íc khi rãt khu«n) mét l−îng

rÊt nhá (< 0,1% KL láng → hÇu nh− kh«ng ¶nh h−ëng ®Õn thµnh phÇn

hãa häc) chÊt ®Æc biÖt → cã t¸c dông lµm nhá h¹t, thËm chÝ ®«i khi thay

®æi c¶ h×nh d¹ng h¹t.

VD:

- Khi hßa tan vµo kim lo¹i láng → kÕt hîp víi t¹p chÊt hoÆc khÝ hßa tan

→ t¹o ra çc hîp chÊt khã ch¶y, ë d¹ng çc phÇn tö r¾n nhá, l¬ löng, ph©n

t¸n ®Òu trong thÓ tÝch→ gióp cho sù t¹o mÇm ký sinh:Cho bét Al vµo thÐp

láng → kÕt hîp víi «xy, nit¬ → «xyt (Al2O3), nitrit (AlN

- BiÕn tÝnh hîp kim magiª b»ng manhªzit (kho¶ng 1% mÎ nÊu) cì h¹t

gi¶m tõ 0,2-0,3mm (cÊp 1) xuèng 0,01-0,02mm (cÊp 8).

1.7.5. CÊu t¹o tinh thÓ cña thái ®óc

- Thái ®óc lµ lo¹i cã d¹ng ®¬n gi¶n nhÊt ®Ó kh¶o s¸t→ lµm c¬ së ®Ó x¸c

®Þnh cho çc tr−êng hîp kh¸c.

a. Ba vïng tinh thÓ cña thái ®óc

-§èi víi mét thái thÐp ®óc ®iÓn h×nh (h×nh 1.25), tõ ngoµi vµo trong cã ba

vïng tinh.

*Vá ngoµi cïng - líp h¹t nhá ®¼ng trôc :

- Tho¹t tiªn kim lo¹i láng tiÕp xóc víi thµnh khu«n nguéi → kÕt tinh víi

ΔT lín + t¸c dông t¹o mÇm ký sinh cña bÒ mÆt khu«n → h¹t t¹o thµnh

kh¸ nhá mÞn.


Do thµnh khu«n cã ®é nhÊp nh« (nhê chÊt s¬n khu«n) → çc mÇm ®Þnh

h−íng theo çc ph−¬ng ngÉu nhiªn→ trôc h¹t ph¸t triÓn ®Òu theo mäi phÝa

(®¼ng trôc)

* Vïng tiÕp theo lµ líp h¹t t−¬ng ®èi lín h×nh trô:

D¹ng h¹t dµi vu«ng gãc víi thµnh khu«n: sau khi vá ngoµi ®· kÕt tinh

xong thµnh khu«n míi b¾t ®Çu nãng lªn→ ΔT ngµy cµng nhá →h¹t t¹o

thµnh cã khuynh h−íng ngµy cµng lín h¬n.

H¹t ph¸t triÓn m¹nh theo chiÒu ng−îc víi chiÒu t¶n nhiÖt→ cã ph−¬ng

vu«ng gãc víi thµnh khu«n (ph−¬ng tho¸t nhiÖt) →KÕt qu¶ nhËn ®−îc

vïng h¹t t−¬ng ®èi lín kÐo dµi (h×nh trô ) theo ph−¬ng vu«ng gãc víi

thµnh khu«n. H×nh 1.27. Ba vïng

tinh thÓ

cña thái

®óc

*Vïng

ë gi÷a

lµ vïng

çc h¹t

lín

®¼ng

trôc .

Thµnh

khu«n

®· nãng

lªn nhiÒu: dÉn ®Õn hai hiÖu øng :


+kim lo¹i láng kÕt tinh víi ΔT nhá h¬n n÷a → h¹t lín,

+ ph−¬ng t¶n nhiÖt qua thµnh khu«n kh«ng râ rµng → h¹t l¹i ph¸t triÓn

®Òu theo mäi ph−¬ng (®¼ng trôc).

Chó ý :

- vïng ngoµi cïng lu«n lu«n lµ líp vá máng

- hai vïng sau cã mèi t−¬ng quan víi nhau phô thuéc vµo ®iÒu kiÖn lµm

nguéi khu«n: Khi khu«n ®−îc lµm nguéi m·nh liÖt th× vïng 2 sÏ lÊn ¸t

vïng 3, thËm chÝ cã khi lµm mÊt h¼n vïng 3, →thái nh− lµ chØ cã vïng

tinh thÓ h×nh trô vu«ng gãc víi thµnh khu«n (tæ chøc nµy ®−îc gäi lµ

xuyªn tinh) →khã biÕn d¹ng dÎo kh«ng phï hîp víi thái çn.

b. Çc khuyÕt tËt cña vËt ®óc

Çc khuyÕt tËt khi ®óc lµm xÊu rÊt nhiÒu chÊt l−îng vËt ®óc. Cã çc

d¹ng khuyÕt tËt sau.

Rç co vµ lâm co

- Nguyªn nh©n lµ do thÓ tÝch kim lo¹i khi kÕt tinh bÞ co l¹i, h×nh thøc thÓ

hiÖn th× kh¸c nhau:

- Çc lç hæng nhá ®−îc ph©n bè r¶i r¸c trªn kh¾p vËt ®óc ®−îc gäi lµ rç

co. Rç co lµm gi¶m mËt ®é kim lo¹i, lµm xÊu c¬ tÝnh vËt ®óc, → qua gia

c«ng ¸p lùc (biÕn d¹ng dÎo) ë nhiÖt ®é cao th× chóng ®−îc hµn kÝn l¹i (bÑp

l¹i) vµ qu¸ tr×nh khuÕch t¸n lµm liÒn kÝn→ ¶nh h−ëng kh«ng ®¸ng kÓ ®Õn

c¬ tÝnh.

- PhÇn lç hæng ë trªn cïng vµ ë phÇn dµy nhÊt thái ®−îc gäi lµ lâm co (lµ

phÇn kÕt tinh sau cïng), b¶n th©n kim lo¹i láng ë ®©y ®· bï co cho çc

phÇn kÕt tinh tr−íc ë phÝa d−íi → t¹o ra lç hæng tËp trung →®−îc c¾t bá

triÖt ®Ó ( thÓ tÝch sö dông chØ cßn 85 ®Õn 95%)


Chó ý:

+§èi víi mçi kim lo¹i, hîp kim, l−îng (tû lÖ) co khi kÕt tinh lµ mét gi¸ trÞ

cè ®Þnh (nh− lµ h»ng sè vËt lý) → khi thÓ tÝch lâm co t¨ng lªn th× tæng thÓ

tÝch rç co gi¶m ®i vµ ng−îc l¹i → kh«ng thÓ lµm mÊt ®−îc d¹ng khuyÕt

tËt nµy ( b¶n chÊt cña kim lo¹i).

+Çch tèt nhÊt ®Ó lµm d¹ng khuyÕt tËt nµy n»m ngoµi s¶n phÈm ®óc lµ

®óc liªn tôc (khi kÕt tinh kim lo¹i bÞ co ®−îc bæ xung kÞp thêi) → nªn s¶n

phÈm ®óc ra cã cÊu tróc xÝt chÆt h¬n→ hiÖu qu¶ kinh tÕ - kü thuËt cao khi

®óc èng, thái thÐp nhá ®em çn.

Rç khÝ

Khi nÊu ch¶y, kim lo¹i láng cã kh¶ n¨ng hßa tan mét l−îng khÝ ®¸ng

kÓ→ khi kÕt tinh ®é hßa tan cña khÝ trong kim lo¹i r¾n gi¶m ®i ®ét ngét→

khÝ tho¸t ra kh«ng kÞp→ t¹o nªn çc tói rçng nhá (th−êng thÊy ®−îc b»ng

m¾t th−êng) gäi lµ rç khÝ hay bät khÝ.

So víi rç co, rç khÝ th−êng lµm gi¶m m¹nh mËt ®é vµ c¬ tÝnh m¹nh

h¬n do cã kÝch th−íc lín h¬n. Khi rç khÝ ph©n bè ë ngay d−íi líp vá cña

thái thÐp →nguy hiÓm h¬n do dÔ bÞ «xy hãa → khi bÞ biÕn d¹ng nãng

còng kh«ng thÓ hµn kÝn ®−îc →g©y ra trãc vá hoÆc nøt khi sö dông.

Ng¨n ngõa b»ng çch khö khÝ tèt tr−íc khi rãt khu«n, sÊy kh« khu«n

çt hoÆc ®óc trong ch©n kh«ng.

Thiªn tÝch (segregation)

Lµ sù kh«ng ®ång nhÊt vÒ thµnh phÇn vµ tæ chøc cña s¶n phÈm ®óc,

x¶y ra kh«ng nh÷ng ®èi víi hîp kim (khi thµnh phÇn phøc t¹p) mµ c¶ kim

lo¹i do tÝch tô t¹p chÊt.

Sù kh«ng ®ång nhÊt → sù sai kh¸c nhau vÒ tÝnh chÊt gi÷a çc phÇn,

sö dông kÐm hiÖu qu¶.


Ch−¬ng 2 biÕn d¹ng dÎo vµ c¬ tÝnh

- Çc hµnh vi cña vËt liÖu (chñ yÕu lµ kim lo¹i) d−íi t¸c dông cña lùc c¬

häc bªn ngoµi ( biÕn d¹ng dÎo vµ çc ®Æc tr−ng cña nã) → rót ra nh÷ng

nguyªn lý lµm cho vËt liÖu trë nªn bÒn h¬n, cã c¬ tÝnh phï hîp víi ®iÒu

kiÖn lµm viÖc vµ gia c«ng.

- §èi víi vËt liÖu, ®Æc biÖt lµ kim lo¹i, chñ yÕu sö dông çc b¸n thµnh

phÈm d¹ng d©y, thanh, h×nh, èng, tÊm,... nhê biÕn d¹ng dÎo (çn) hoÆc

qua rÌn ®Ó t¹o ph«i (cã d¹ng gÇn gièng víi s¶n phÈm) tr−íc khi c¾t gät→

ViÖc kh¶o s¸t biÕn d¹ng dÎo → hiÓu biÕt qu¸ tr×nh ®ã vµ lµm râ ®−îc b¶n

chÊt cña çc ®Æc tr−ng c¬ tÝnh → cïng çc biÖn ph¸p n©ng cao hoÆc kh¾c

phôc nh÷ng hiÖu øng kh«ng thuËn.

2.1. BiÕn d¹ng dÎo vµ ph¸ hñy

2.1.1. Kh¸i niÖm

Khi kÐo tõ tõ theo chiÒu trôc mét mÉu kim lo¹i trßn, dµi ta ®−îc biÓu ®å

kÐo → gäi lµ biÓu ®å t¶i träng (øng suÊt) - biÕn d¹ng (h×nh 2.1).

- Khi t¶i träng ®Æt vµo nhá, F < F®h → ®é biÕn d¹ng (®é gi·n dµi Δl) tû lÖ

bËc nhÊt víi t¶i träng, khi bá t¶i träng biÕn d¹ng mÊt ®i. → biÕn d¹ng

®µn håi.


VD: d−íi t¶i träng F1 mÉu bÞ dµi thªm ®o¹n O1, bá t¶i träng ®i → mÉu

l¹i trë l¹i kÝch th−íc ban ®Çu.

- Khi F > F®h , ®é biÕn d¹ng t¨ng nhanh theo t¶i träng, khi bá t¶i träng →

biÕn d¹ng kh«ng bÞ mÊt ®i mµ vÉn cßn l¹i mét phÇn. → biÕn d¹ng dÎo.

VD: khi ®Æt t¶i träng Fa mÉu bÞ kÐo dµi theo ®−êng Oea → bÞ dµi thªm

®o¹n Oa'', bá t¶i träng mÉu bÞ co l¹i theo ®−êng song song víi Oe → cuèi

cïng bÞ dµi thªm mét ®o¹n Oa'→ biÕn d¹ng dÎo hay d−, a'a'' lµ phÇn biÕn

d¹ng ®µn håi bÞ mÊt ®i sau qu¸ tr×nh.

- Nhê biÕn d¹ng dÎo → cã thÓ thay ®æi h×nh d¹ng, kÝch th−íc kim lo¹i

t¹o nªn nhiÒu chñng lo¹i , ®¸p øng yªu cÇu sö dông.

H×nh 2.1. S¬ ®å biÓu ®å t¶i träng - biÕn d¹ng ®iÓn h×nh cña kim lo¹i.


- NÕu F> Fb, trong kim lo¹i x¶y ra biÕn d¹ng côc bé (h×nh thµnh cæ th¾t),

sau ®ã, F gi¶m ®i mµ biÕn d¹ng vÉn t¨ng (cæ th¾t hÑp l¹i) dÉn ®Õn ®øt vµ

ph¸ hñy ë ®iÓm c.

- Sù biÕn ®æi vÒ m¹ng tinh thÓ ë ba tr¹ng th¸i trªn ®−îc tr×nh bµy ë h×nh

2.2.

H×nh 2.2. S¬ ®å biÕn ®æi m¹ng tinh thÓ khi lÇn l−ît t¨ng t¶i träng:

ban ®Çu (a), biÕn d¹ng ®µn håi (b), biÕn d¹ng dÎo (c), ph¸ hñy (d).

+Khi biÕn d¹ng ®µn håi çc nguyªn tö chØ dÞch chuyÓn ®i kho¶ng çch

nhá (kh«ng qu¸ mét th«ng sè m¹ng). BiÕn d¹ng ®µn håi x¶y ra do c¶ øng

suÊt tiÕp lÉn øng suÊt ph¸p.

+Khi biÕn d¹ng dÎo çc nguyªn tö dÞch chuyÓn ®i kho¶ng çch lín h¬n

(qu¸ mét th«ng sè m¹ng) → bá t¶i träng nã trë vÒ vÞ trÝ c©n b»ng míi.

BiÕn d¹ng dÎo chØ x¶y ra do øng suÊt tiÕp vµ th−êng x¶y ra b»ng çch

tr−ît

+Khi biÕn d¹ng ®µn håi vµ dÎo lùc liªn kÕt gi÷a çc nguyªn tö vÉn ®−îc

b¶o tån, cßn khi ph¸ hñy çc liªn kÕt bÞ hñy ho¹i dÉn ®Õn ®øt rêi.

2.1.2. Tr−ît ®¬n tinh thÓ


BiÕn d¹ng dÎo b¾t ®Çu tõ d¹ng ®¬n gi¶n nhÊt (hÇu nh− kh«ng gÆp

trong thùc tÕ) lµ tr−ît cña ®¬n tinh → më réng cho ®a tinh thÓ.

§/n: Tr−ît lµ sù chuyÓn dêi t−¬ng ®èi gi÷a çc phÇn cña tinh thÓ theo

nh÷ng mÆt vµ ph−¬ng nhÊt ®Þnh gäi lµ mÆt vµ ph−¬ng tr−ît nh− biÓu diÔn

ë h×nh 2.3.

a. Çc mÆt vµ ph−¬ng tr−ît

H×nh 2.3. S¬ ®å biÓu diÔn sù tr−ît:

a.h×nh d¹ng ®¬n tinh thÓ vµ m¹ng tinh

thÓ tr−íc khi tr−ît,

b. h×nh d¹ng ®¬n tinh thÓ vµ m¹ng tinh

thÓ sau khi tr−ît.

H×nh 2.4. Çc mÆt vµ ph−¬ng tr−ît c¬ b¶n cña kim

lo¹i :

a. lËp ph−¬ng t©m khèi,

b. lËp ph−¬ng t©m mÆt,

c. c. lôc gi¸c xÕp chÆt.

§/n: MÆt tr−ît lµ mÆt (t−ëng t−îng) ph©n çch gi÷a hai mÆt

nguyªn tö dµy ®Æc nhÊt mµ theo ®ã sù tr−ît x¶y ra.

- Çc mÆt çc mËt ®é nguyªn tö cao nhÊt tho¶ m·n 2 ®iÒu kiÖn:

+ Do mËt ®é nguyªn tö cao nhÊt ( kho¶ng çch gi÷a çc nguyªn tö nhá

nhÊt) → lùc liªn kÕt gi÷a çc nguyªn tö lín nhÊt

+Do mËt ®é khèi kh«ng ®æi →kho¶ng çch gi÷a 2 mÆt nµy lín nhÊt →

lùc liªn kÕt gi÷a chóng yÕu nhÊt→ dÔ bÞ ®øt → dÞch chuyÓn t−¬ng ®èi

víi nhau → liªn kÕt gi÷a çc nguyªn tö ®èi diÖn nhau sÏ bÞ ®øt ®i (trong


khi ®ã liªn kÕt gi÷a çc nguyªn tö c¹nh nhau trong mçi mÆt vÉn ®−îc b¶o

toµn)

- Khi tr−ît çc phÇn cña tinh thÓ sÏ dÞch chuyÓn t−¬ng ®èi víi nhau theo

çc mÆt tr−ît vµ trªn mÆt tr−ît (ph−¬ng cã mËt ®é lín nhÊt → liªn kÕt

m¹nh nhÊt).

- Tr−ît x¶y ra do sù kÕt hîp mét mÆt tr−ît víi mét ph−¬ng tr−ît →hÖ

tr−ît

- Çc mÆt, ph−¬ng xÝt chÆt nhÊt cña ba kiÓu m¹ng tinh thÓ kim lo¹i

th−êng gÆp ®−îc tr×nh bµy ë h×nh 2.4.

+ M¹ng lptk(A2): çc mÆt xÝt chÆt {110} →6 mÆt/ « c¬ së ph−¬ng xÝt

chÆt <111> →2ph−¬ng /mÆt

→ 6x2=12 hÖ tr−ît ( chÝnh ) +

+M¹ng lptm (A1): çc mÆt xÝt chÆt hä mÆt {111} →4 mÆt ph−¬ng xÝt

chÆt <110> →3 ph−¬ng /mÆt → A1 còng cã 12 ( 4 mÆt x 3 ph−¬ng) hÖ

tr−ît chÝnh kh¸c nhau.

+ M¹ng lgxc (A3): mÆt xÝt chÆt (0001) →2 mÆ

cã 3 ph−¬ng dµy xÝt chÆt /mÆt → cã 6 (2 mÆt x 3 ph−¬ng) hÖ tr−ît chÝnh

kh¸c nhau.

víi sù tr−ît cµng lín+ Ngoµi çc mÆt, ph−¬ng tr−ît chÝnh kÓ trªn,

trong thùc tÕ tinh thÓ cßn cã kh¶ n¨ng bÞ tr−ît theo çc mÆt, ph−¬ng dµy

®Æc kh¸c kÐm dµy ®Æc h¬n.

+ Kim lo¹i cã sè hÖ tr−ît cµng cao → cµng dÔ BD

+ Cïng hÖ tr−ît, KL nµo cã sè ph−¬ng tr−ît lín h¬n →dÎo h¬n


VD: m¹ng hÖ lËp ph−¬ng dÔ biÕn d¹ng dÎo h¬n hÖ lôc gi¸c. (Fe, Al,

Ag, Au, Cu dÎo h¬n Zn)

Al,Au,Ag dÎo h¬n Feα

b. øng suÊt g©y ra tr−ît

BiÕn d¹ng dÎo do øng suÊt tiÕp trªn ph−¬ng tr−ît g©y ra → H·y

tÝnh øng suÊt ®ã.

H×nh 2.5. Tr−ît trong ®¬n tinh thÓ :

a. ®Þnh h−íng cña hÖ tr−ît víi ngo¹i lùc,

b. tinh thÓ sau khi tr−ît víi bËc thang biÕn d¹ng d− (dÎo),

c. ®−êng tr−ît vµ d¶i tr−ît trªn tæ chøc tÕ vi

XÐt tr−êng hîp ®¬n gi¶n nhÊt :

- KÐo ®¬n tinh thÓ theo chiÒu trôc (h×nh 2.5a)→ Lùc kÐo F lµm víi ph¸p

tuyÕn cña mÆt tr−ît gãc χ vµ ph−¬ng tr−ît ®· cho gãc θ.

- NÕu mÆt c¾t ngang cña tinh thÓ cã diÖn tÝch S0


mÆt tr−ît S cã diÖn tÝch = S0/cosχ vµ øng suÊt tiÕp trªn ph−¬ng tr−ît lµ

τ = SF cosθ =

SF cosθ cosχ,

trong ®ã: - F/S0 lµ øng suÊt quy −íc σ0 - øng suÊt ph¸p do ngo¹i

lùc F t¸c dông lªn tiÕt diÖn ngang cña tinh thÓ cã gi¸ trÞ kh«ng ®æi, →

τ = σ0 cosθ cosχ

§ã lµ ®Þnh luËt Schmid.

- Khi τ ≥ τth (x¸c ®Þnh ®èi víi tõng kim lo¹i) → tr−ît míi x¶y ra.

- τ phô thuéc vµo cosθ cosχ ®−îc gäi lµ thõa sè Schmid.

- Tr−êng hîp χ = 90o hay θ = 90o → ngo¹i lùc song hay vu«ng gãc víi

mÆt tr−ît → τ=0 →lóc nµy tinh thÓ bÞ ph¸ hñy mµ kh«ng x¶y ra biÕn

d¹ng dÎo.

- øng suÊt tiÕp ®¹t cùc ®¹i τmax=1/2.σ0 khi θ = χ = 45o.

- HÖ tr−ît ®Þnh h−íng thuËn lîi nhÊt: θ, χ gÇn 45o nhÊt (gi¸ trÞ tíi h¹n

cña øng suÊt tiÕp ®¹t ®−îc sím nhÊt) → sÏ tr−ît tr−íc, sau ®ã khi t¶i

träng F t¨ng →c¸c hÖ Ýt thuËn lîi h¬n tr−ît sau.

c. TÝnh dÔ tr−ît - c¬ chÕ tr−ît

- Thùc tÕ, c¸c kim lo¹i τt.h cã gi¸ trÞ rÊt nhá (vÝ dô víi Al kho¶ng 1MPa)

→ nªn kim lo¹i rÊt dÔ tr−ît (dÔ dµng BDD) víi øng suÊt bÐ → cã ®é bÒn

thÊp→ §iÒu nµy cã liªn quan ®Õn m¹ng tinh thÓ còng nh− ®é hoµn thiÖn

cña nã.

- Khi m¹ng tinh thÓ cã s¾p xÕp lý t−ëng (kh«ng cã lÖch), khi tr−ît tÊt c¶

nguyªn tö ë hai bªn mÆt tr−ît b¾t buéc ph¶i dÞch chuyÓn ®ång thêi →


øng suÊt tiÕp rÊt lín (tÝnh to¸n τt.h ≈ π2

G , trong ®ã G lµ m«®un tr−ît)

→m« h×nh tr−ît lµ tr−ît cøng → τt.h t−¬ng øng víi ®é bÒn lý thuyÕt.

- M¹ng tinh thÓ thùc tÕ (cã chøa lÖch), tr−ît x¶y ra víi øng suÊt nhá h¬n

rÊt nhiÒu lÇn, tr−ît x¶y b»ng chuyÓn ®éng cña lÖch:

+Khi cã lÖch biªn (h×nh 2.6) çc nguyªn tö ë hai bªn b¸n mÆt bÞ x« lÖch

®µn håi ®èi xøng (øng suÊt hai bªn c©n b»ng nhau) →b¸n mÆt nµy rÊt dÔ

dÞch chuyÓn ®i mét kho¶ng çch nhá khi cã lùc t¸c dông.

VD: cã øng suÊt τ t¸c dông ( h×nh vÏ), b¸n mÆt sÏ dÞch chuyÓn mét

kho¶ng çch nhá sang ph¶i vµ liªn kÕt ®−îc víi nöa hµng däc nguyªn tö

ë phÝa d−íi thµnh mÆt tinh thÓ míi→b¸n mÆt míi t¹o thµnh vµ dÞch

chuyÓn dÇn qua ph¶i cho ®Õn khi b¸n mÆt tho¸t ra khái bÒ mÆt tinh thÓ→

t¹o ra ë ®ã bËc thang nguyªn tö.

H×nh 2.6. M« h×nh tr−ît trong m¹ng tinh thÓ thùc tÕ (cã lÖch biªn).


→ Nh− vËy ë tõng thêi ®iÓm chØ cã mét sè nguyªn tö h¹n chÕ tham gia

tr−ît, chuyÓn ®éng gièng nh− ch¹y tiÕp søc, do ®ã chØ ®ßi hái

øng suÊt tiÕp nhá, theo tÝnh to¸n τt.h ≈ 43 10.810.8G→

, t−¬ng øng

®−îc gäi lµ ®é bÒn thùc tÕ (nhá h¬n ®é bÒn lý thuyÕt tõ 100 ®Õn 1000

lÇn). → Râ rµng tiÒm n¨ng vÒ ®é bÒn cña vËt liÖu nãi chung vµ kim lo¹i

nãi riªng lµ rÊt lín, së dÜ ch−a khai th¸c ®−îc bao nhiªu lµ do tån t¹i

lÖch vµ çc khuyÕt tËt m¹ng mµ khoa häc ch−a t×m ®−îc gi¶i ph¸p lo¹i

trõ mét çch h÷u hiÖu.

2.1.3. Tr−ît ®a tinh thÓ

Trong thùc tÕ, biÕn d¹ng dÎo lu«n lu«n lµ tr−ît ®a tinh thÓ.

a. §Æc ®iÓm

1) Çc h¹t bÞ biÕn d¹ng kh«ng ®Òu. Ngay c¶ ®èi víi kim lo¹i nguyªn chÊt

çc h¹t cã m¹ng tinh thÓ gièng nhau nh−ng cã ®Þnh h−íng mÆt vµ ph−¬ng

kh¸c nhau→ chóng sÏ bÞ tr−ît kh¸c nhau: h¹t ®Þnh h−íng thuËn lîi →

tr−ît tr−íc víi øng suÊt bÐ, h¹t cã ®Þnh h−íng kh«ng thuËn lîi → tr−ît

sau víi øng suÊt lín h¬n, (cã h¹t kh«ng thÓ tr−ît ®−îc)

2) Cã tÝnh ®¼ng h−íng. Do sù ®Þnh h−íng ph−¬ng vµ mÆt cña çc h¹t

ngÉu nhiªn → kÕt qu¶ thö theo ph−¬ng nµo còng gièng nhau (tÝnh ®¼ng

h−íng). TÝnh chÊt nhËn ®−îc lµ trung b×nh tÝnh chÊt cña h¹t theo ph−¬ng

®ã

3) Cã ®é bÒn cao h¬n. Çc h¹t kh«ng rêi r¹c mµ g¾n bã víi nhau qua

vïng biªn giíi h¹t. Vïng biªn h¹t cã m¹ng tinh thÓ s¾p xÕp kh«ng trËt tù

rÊt khã t¹o nªn mÆt vµ ph−¬ng tr−ît → gièng nh− líp vá cøng c¶n


tr−ît→ do cã nhiÒu c¶n trë ®Ó tr−ît ®−îc ph¶i t¸c dông lùc cao h¬n→ ®é

bÒn cao h¬n ®é bÒn trung b×nh cña ®¬n tinh thÓ.

4) H¹t cµng nhá ®é bÒn vµ ®é dÎo cµng cao.

Do h¹t nhá cã tæng diÖn tÝch biªn h¹t lín h¬n→ sÏ c¶n tr−ît m¹nh h¬n

→ t¨ng ®é bÒn.

- §ång thêi h¹t nhá → nhiÒu h¹t cã ®Þnh h−íng thuËn lîi víi sù tr−ît →

dÎo t¨ng lªn.

HiÖu øng nµy rÊt quan träng: t¨ng c¶ ®é bÒn lÉn ®é dÎo nªn lµm t¨ng

m¹nh ®é dai, vËt liÖu khã bÞ ph¸ hñy gißn→ −u viÖt h¬n h¼n h¹t lín→

trong chÕ t¹o c¬ khÝ, luyÖn kim → yªu cÇu ®¹t h¹t nhá.

b. Tæ chøc vµ tÝnh chÊt cña kim lo¹i sau khi biÕn d¹ng dÎo

BiÕn d¹ng dÎo lµm thay ®æi rÊt m¹nh tæ chøc, tÝnh chÊt , ®Æc biÖt lµ c¬

tÝnh.

1) Trong vµ sau khi tr−ît m¹ng tinh thÓ ë xung quanh mÆt tr−ît bÞ x«

lÖch→ çc h¹t bÞ biÕn d¹ng kh«ng ®Òu, cã khuynh h−íng bÞ kÐo dµi, bÑt

ra theo ph−¬ng biÕn d¹ng.

VD: + Víi ®é biÕn d¹ng ε lín (40 ÷ 50%) → h¹t bÞ ph©n nhá ra, çc t¹p

chÊt vµ pha thø hai bÞ nhá vôn ra, kÐo dµi ra t¹o nªn thí

+ ε =70 ÷ 90% (Ýt gÆp) çc h¹t bÞ quay ®Õn møc çc mÆt vµ ph−¬ng cïng

chØ sè cña chóng trë nªn song song víi nhau (h×nh 2.7) → cÊu tróc

textua →¸p dông kh¸ réng r·i cho thÐp kü thuËt ®iÖn ®Ó lµm gi¶m tæn

thÊt tõ trong çc biÕn thÕ.


H×nh 2.7. Hai d¹ng textua biÕn d¹ng trong vËt liÖu tõ mÒm:

a. Fe-Si, textua { 110 } < 100 >, b. Fe-Ni, textua { 100 } < 100 >.

2) Sau BD dÎo trong kim lo¹i tån t¹i øng suÊt d− do x« lÖch m¹ng vµ BD

kh«ng ®Òu gi÷a c¸c h¹t.

øng suÊt bªn trong cã h¹i cho c¬ tÝnh, song còng cã tr−êng hîp ng−êi ta

cè ý t¹o nªn líp øng suÊt nÐn d− → n©ng cao giíi h¹n mái (l¨n Ðp, phun

bi ë b/m chi tiÕt)

3) Sau BD dÎo, do m¹ng tinh thÓ bÞ x« lÖch, c¬ tÝnh kim lo¹i thay ®æi rÊt

m¹nh theo h−íng:

- t¨ng ®é cøng ,

- t¨ng ®é bÒn (σ®h vµ σ0,2 t¨ng m¹nh h¬n)

→ cã xu h−íng biÕn cøng, hãa bÒn, lµm gi¶m dé dÎo vµ ®é dai, →cã xu

h−íng biÕn gißn →HiÖn t−îng gäi lµ hãa bÒn biÕn d¹ng

VD : BiÕn d¹ng dÎo cã thÓ lµm t¨ng σ, ®é cøng tõ 1,5 - 3 lÇn, σch 3 - 7

lÇn. C¸c vËt liÖu víi m¹ng A1 (Feγ, Al ;Cu…. cã hiÖu øng hãa bÒn biÕn

d¹ng m¹nh h¬n) → nªn th−êng ®−îc ¸p dông nhiÒu theo).


Ngoµi lµm thay ®æi c¬ tÝnh, biÕn d¹ng dÎo còng lµm thay ®æi lý, hãa tÝnh

trong ®ã ®¸ng chó ý lµ:

- lµm t¨ng ®iÖn trë (tr¸nh biÕn cøng d©y ®ång , nh«m),

- lµm gi¶m m¹nh tÝnh chèng ¨n mßn.

2.1.4. Ph¸ hñy

- Ph¸ hñy lµ d¹ng h− háng trÇm träng nhÊt, kh«ng thÓ kh«i phôc söa

ch÷a ®−îc, g©y tæn thÊt nghiªm träng vÒ kinh tÕ vµ cã thÓ g©y hËu

qu¶ vÒ sinh m¹ng.

- C¬ chÕ chung lµ: tr−íc hÕt bao giê còng xuÊt hiÖn vÕt nøt tÕ vi ®Çu

tiªn ë trªn bÒ mÆt hay ë s©u bªn trong, tiÕp theo vÕt nøt ®ã ph¸t

triÓn lªn råi cuèi cïng míi dÉn ®Õn t¸ch ®øt, rêi.

- XÐt sù ph¸ hñy trong nh÷ng ®iÒu kiÖn t¶i träng kh¸c nhau.

a. Trong ®iÒu kiÖn t¶i träng tÜnh

-T¶i träng tÜnh lµ t¶i träng t¸c dông (®Æt vµo) mét c¸ch chËm ch¹p,

ªm, tøc t¨ng lªn tõ tõ. Cã hai d¹ng ph¸ hñy: gißn vµ dÎo.

Ph¸ hñy gißn vµ ph¸ hñy dÎo

- Tïy theo vïng gÉy cã tiÕt diÖn biÕn ®æi hay kh«ng mµ ph©n biÖt hai

d¹ng nµy:

+ Ph¸ hñy kÌm theo biÕn d¹ng dÎo víi møc ®é râ rÖt → vïng gÉy vì

cã tiÕt diÖn biÕn ®æi ®−îc gäi lµ ph¸ hñy dÎo

+ Ph¸ huû kÌm theo biÕn d¹ng dÎo kh«ng râ rÖt → vïng gÉy vì cã tiÕt

diÖn hÇu nh− kh«ng biÕn ®æi ®−îc gäi lµ ph¸ hñy gißn.


H×nh 2.9. Çc d¹ng mÆt g·y khi

ph¸ hñy :

a) RÊt dÎo

b) VL dÎo

c) DÎo thÊp

d) Gißn

- Ph¸ hñy gißn lµ lo¹i kh«ng dù b¸o (kh«ng thÓ biÕt tr−íc tõ çc biÓu

hiÖn bªn ngoµi) → rÊt nguy hiÓm

- Ph¸ hñy dÎo ph¸t triÓn víi tèc ®é rÊt chËm , cÇn nhiÒu n¨ng l−îng,

trong khi ®ã ph¸ hñy gißn ph¸t triÓn víi tèc ®é rÊt lín (kho¶ng 1000m/s),

chØ cÇn n¨ng l−îng nhá.

- Ph¸ hñy ë d¹ng nµo chñ yÕu :

+ phô thuéc lo¹i vËt liÖu: vËt liÖu dÎo (thÐp) th−êng bÞ ph¸ hñy dÎo, cßn

vËt liÖu gißn (gang) th−êng bÞ ph¸ hñy gißn.

+ ngoµi ra cßn phô thuéc vµo nhiÖt ®é vµ tèc ®é ®Æt t¶i träng : khi h¹ thÊp

nhiÖt ®é vµ t¨ng tèc ®é ®Æt t¶i träng → vËt liÖu dÎo bÞ ph¸ hñy gißn.

→kh¸i niÖm gißn - dÎo chØ lµ quy −íc.

-Çc yÕu tè tËp trung øng suÊt nh− vÕt khÝa, nøt, tiÕt diÖn thay ®æi ®ét

ngét lµm øng suÊt côc bé t¨ng vät vµ ¬b gi¶m m¹nh→vËt liÖu cã xu

h−íng ph¸ hñy gißn.

C¬ chÕ ph¸ hñy

- Theo c¬ chÕ t¹o mÇm nøt vµ mÇm nøt ph¸t triÓn dÉn ®Õn t¸ch rêi, tuÇn

tù theo n¨m giai ®o¹n sau:


1) h×nh thµnh vÕt nøt ( tÕ vi ),

2) vÕt nøt tÕ vi ph¸t triÓn ®Õn kÝch th−íc d−íi tíi h¹n,

3) vÕt nøt tÕ vi ph¸t triÓn ®¹t ®Õn kÝch th−íc tíi h¹n,

4) vÕt nøt tíi h¹n ph¸t triÓn nhanh,

5) nøt chÊm døt vµ g·y rêi,

trong ®ã çc giai ®o¹n 1,2 vµ 4 ®−îc coi lµ quan träng nhÊt

- VÕt nøt tÕ vi cã thÓ lµ cã s½n nh− rç co, bät khÝ, nøt khi kÕt tinh, çc

pha cã ®é bÒn qu¸ thÊp nh− grafit trong gang..., chóng ®ãng vai trß cña

mÇm khi ph¸ hñy.

- Trong qu¸ tr×nh biÕn d¹ng dÎo, lÖch ph¸t sinh thªm (bëi nguån

Frank - Read) vµ chuyÓn ®éng trªn mÆt tr−ît vµ bÞ nghÏn l¹i ë çc

c¶n trë (biªn h¹t, pha thø hai) ( h×nh 2.11) : çc lÖch biªn cïng dÊu

s¸t nhau t¹o nªn mét kho¶ng trèng ngay d−íi çc b¸n mÆt→ nøt

ph¸t triÓn.

- Sù ph¸ hñy hoµn toµn phô thuéc vµo kh¶ n¨ng ph¸t triÓn cña vÕt

nøt tÕ vi : khi kÝch th−íc nøt tÕ ≤ kÝch th−íc tíi h¹n →kh«ng ph¸t

triÓn

- Khi kÝch th−íc ≥kt tíi h¹n →ph¸t triÓn: nÕu vÕt nøt ®Çu tiªn theo

ph−¬ng vu«ng gãc víi lùc t¸c dông →−s cÇn thiÕt ®Ó ph¸t

triÓn cµng nhá


b. Trong ®iÒu kiÖn t¶i träng thay ®æi theo chu kú ( ph¸ huû mái)

* §Æc ®iÓm:

+ Gi¸ trÞ vµ dÊu cña −s thay ®æi theo chu kú

+ Ph¸ hñy sau thêi gian dµi vµ t−¬ng ®èi dµi ( > 107 ÷ 108 chu kú ) → ph¸

hñy mái (nh− cÇu, trôc, b¸nh r¨ng chÞu t¶i träng kh«ng lín (<< ¬0,2)

+ MÆt g·y ë chç ph¸ hñy mái cã nh÷ng nÐt ®Æc biÖt: nã hÇu nh− kh«ng

biÕn d¹ng vµ cã ba vïng râ rÖt :

Vïng 1 rÊt nhá s¸t víi bÒ mÆt lµ nøt ®Çu tiªn

H×nh 2.11. Sù chuyÓn ®éng vµ tÝch tô lÖch tr−íc c¸c c¶n trë.


vïng 2 (vïng mái) lµ vïng nøt ph¸t triÓn chËm ch¹p tõ bÒ mÆt vµo bªn

trong, cã bÒ mÆt nh½n, ph¼ng víi nh÷ng d¶i ph©n çch çc giai ®o¹n ph¸t

triÓn cña vÕt nøt.

Nøt ph¸t triÓn tõ tõ cho ®Õn khi tiÕt diÖn cßn rÊt nhá → øng suÊt t¸c dông

trªn nã rÊt lín g©y ra ph¸ hñy tøc thêi lµ vïng 3 (vïng g·y) cã h×nh d¹ng

®Æc tr−ng nh− ph¸ hñy gißn hoÆc dÎo.

- C¬ chÕ : ph¸ hñy mái còng xuÊt ph¸t tõ vÕt nøt ®Çu tiªn (th−êng ë trªn

bÒ mÆt, chÞu øng suÊt kÐo → max), t¹o ®iÒu kiÖn thuËn lîi cho sù t¹o

thµnh vµ ph¸t triÓn vÕt nøt.

+ VÕt nøt tÕ vi trªn bÒ mÆt cã thÓ lµ cã s½n nh− rç co, bät khÝ, t¹p chÊt,

x−íc, låi lâm; → t¨ng ®é bãng bÒ mÆt khi gia c«ng c¾t cã ý nghÜa ®Æc

biÖt ®Ó chèng ph¸ hñy mái.

+Nøt cã thÓ sinh ra d−íi t¸c dông cña t¶i träng thay ®æi theo chu kú:

nöa chu kú ®Çu mÉu chÞu kÐo, lÖch dÞch chuyÓn trªn mÆt tr−ît, tho¸t ra ë

bÒ mÆt → t¹o ra ë ®ã bËc thang nhá, nöa chu kú tiÕp theo mÉu chÞu nÐn,

lÖch chuyÓn dêi ng−îc l¹i lµm bËc thang cò mÊt ®i, bÒ mÆt b»ng ph¼ng

nh− cò → Qu¸ tr×nh cø x¶y ra nh− vËy cho ®Õn khi sù trë vÒ kh«ng hoµn

toµn nh− cò → chç bËc thang cò cã mét hâm s©u b»ng th«ng sè m¹ng →

vÕt nøt ®Çu tiªn.

2.2. Çc ®Æc tr−ng c¬ tÝnh th«ng th−êng vµ ý nghÜa

- C¬ tÝnh cña vËt liÖu → biÓu thÞ b»ng çc ®Æc tr−ng c¬ häc →cho biÕt

kh¶ n¨ng chÞu t¶i cña vËt liÖu trong çc ®iÒu kiÖn kh¸c nhau→lµ c¬ së


cña çc tÝnh to¸n søc bÒn, kh¶ n¨ng sö dông vµo mét môc ®Ých nhÊt ®Þnh

vµ ®Ó so s¸nh çc lo¹i vËt liÖu víi nhau.

- §−îc x¸c ®Þnh trªn çc mÉu chuÈn vÒ h×nh d¹ng, kÝch th−íc →cho

trong çc s¸ch tra cøu nªn rÊt tiÖn lîi cho sö dông.

- Khi sö dông çc sè liÖu c¬ tÝnh cÇn chó ý:

+ vËt liÖu hoµn toµn nh− nhau nh−ng mÉu chuÈn kh¸c nhau vÒ h×nh d¹ng,

kÝch th−íc → th× c¬ tÝnh ®o ®−îc vÉn kh¸c nhau→ mÉu lín bao giê còng

cho c¬ tÝnh thÊp h¬n do x¸c suÊt cã khuyÕt tËt cao h¬n.

+ §iÒu kiÖn thö mÉu nãi chung lµ ®¬n gi¶n h¬n so víi thùc tÕ lµm viÖc

cña chi tiÕt

→ ngµy nay cã xu h−íng thö nghiÖm trong çc ®iÒu kiÖn gÇn gièng hay

gièng hoµn toµn víi ®iÒu kiÖn lµm viÖc cña chi tiÕt m¸y → sè liÖu chÝnh

x¸c song rÊt khã thùc hiÖn : ThiÕt bÞ lín, phøc t¹p, τ thö kÐo dµi.

+ MÉu chuÈn kh«ng ph¶n ¶nh ®óng 100% kh¶ n¨ng cña chi tiÕt thùc, →

cã nh÷ng hiÖu chØnh cÇn thiÕt vµ lµ c¬ së ®¸ng tin cËy nhÊt ®Ó suy ®o¸n,

tÝnh to¸n khi chän lùa vËt liÖu vµ thiÕt kÕ.

Çc chØ tiªu bao gåm:

2.2.1. §é bÒn (tÜnh)

- §é bÒn lµ tËp hîp çc ®Æc tr−ng c¬ häc ph¶n ¸nh søc chÞu ®ùng t¶i

träng c¬ häc tÜnh cña vËt liÖu

- X¸c ®Þnh b»ng øng suÊt quy −íc cña t¶i träng g©y ra çc ®ét biÕn vÒ

h×nh häc cho mÉu ®o.


- Tïy theo d¹ng cña t¶i träng t¸c dông ng−êi ta ph©n biÖt ®é bÒn kÐo,

nÐn, uèn, xo¾n...

- Th«ng th−êng çc sè liÖu ®o cho ®é bÒn vµ ®é dÎo lµ do thö kÐo nªn

kh«ng cÇn ph¶i ghi chó g× c¶, trong çc tr−êng hîp cßn l¹i ®Òu ph¶i ghi

chó lo¹i thö g× (nÐn hay uèn hay xo¾n ...).

a. Çc chØ tiªu

- §¬n vÞ : theo ®¬n vÞ cña øng suÊt: kG/mm2, Pa, MPa, N/mm2, psi, ksi

(trong çc s¸ch th−êng dïng MPa, TCVN hiÖn hµnh vÉn dïng kG/mm2).

1 kG/mm2 ≈ 10MPa ≈ 1,45ksi (1ksi = 103psi. )

(Hoa kú, Anh dïng hÖ riªng lµ psi)

1. Giíi h¹n ®µn håi ¬®h : lµ øng suÊt lín nhÊt t¸c dông lªn mÉu khi bá t¶i

träng mÉu kh«ng bÞ thay ®æi h×nh d¹ng vµ kÝch th−íc

V× rÊt khã x¸c ®Þnh ®−îc ®iÒu nµy → quy ®Þnh t¹o ra ®é ®é biÕn d¹ng d−

lµ 0,01-0,05% cña chiÒu dµi ban ®Çu → ký hiÖu lµ ¬0,01 hay ¬0,05 →

c«ng thøc:

0

dhdh S

F=σ Mpa, hay

0

01,001,0 S

F=σ Mpa, hay

0

05,005,0 S

F=σ Mpa,

trong ®ã:- F®h , F0,01, F0,05 - lÇn l−ît lµ t¶i träng ( lùc ) kÐo øng víi ®o¹n

n»m ngang trªn biÓu ®å kÐo vµ g©y nªn biÕn d¹ng d− rÊt nhá 0,01% hay

0,05%, tÝnh theo N,

So - diÖn tÝch mÆt c¾t ngang ban ®Çu cña mÉu, tÝnh theo mm2.

2. Giíi h¹n ch¶y vËt lý σch lµ øng suÊt t¹i ®ã vËt liÖu bÞ " ch¶y ", tøc lµ

øng suÊt bÐ nhÊt b¾t ®Çu g©y nªn biÕn d¹ng dÎo


- th−êng ®−îc x¸c ®Þnh øng víi ®o¹n n»m ngang trªn biÓu ®å kÐo. §èi

víi ®a sè kim lo¹i vµ hîp kim th−êng kh«ng cã ®o¹n n»m ngang nµy nªn

th−êng dïng giíi h¹n ch¶y quy −íc.

Giíi h¹n ch¶y quy −íc σ0,2 lµ øng suÊt d−íi t¸c dông cña nã sau khi bá

t¶i träng mÉu bÞ biÕn d¹ng d− lµ 0,20% cña chiÒu dµi ban ®Çu

0

2,02,0 S

F=σ MPa

trong ®ã:

- F0,2 - t¶i träng ( lùc ) kÐo øng víi t¹o ra ®é biÕn d¹ng d− lµ 0,20% cña

chiÒu dµi ban ®Çu cña mÉu, N.

3. Giíi h¹n bÒn ¬b lµ øng suÊt cao nhÊt g©y ra biÕn d¹ng côc bé råi dÉn

®Õn ph¸ hñy

0

bb S

F=σ MPa

trong ®ã:

- Fb - t¶i träng ( lùc ) kÐo cao nhÊt trªn biÓu ®å kÐo, N.

VD: +σ®h quan träng ®èi víi lßxo, nhÝp v× khi lµm viÖc > ¬®h → vËt liÖu

mÊt ®µn håi hoµn toµn

+σch rÊt quan träng víi c¸c chi tiÕt l¾p ghÐp, kh«ng cho phÐp lµm viÖc >

¬0,2 → vËt liÖu bÞ biÕn d¹ng dÎo

+ c¸c kÕt cÊu th«ng th−êng ®−îc tÝnh to¸n trªn c¬ së cña ¬b chØ víi yªu

cÇu kh«ng bÞ g·y, vì.


b. Çc yÕu tè ¶nh h−ëng

- §é bÒn ®−îc coi nh− chØ tiªu c¬ tÝnh quan träng nhÊt.

- N©ng cao ®é bÒn trong khi vÉn b¶o ®¶m tèt ®é dÎo, ®é dai lµ ph−¬ng

h−íng chñ yÕu cña vËt liÖu häc v× tháa m·n ®−îc çc yªu cÇu kinh tÕ - kü

thuËt quan träng nhÊt:

- t¨ng kh¶ n¨ng chÞu t¶i,

- t¨ng tuæi thä,

- gi¶m nhÑ khèi l−îng vËt liÖu sö dông,

→ ®Ó t¹o ra çc m¸y mãc, kÕt cÊu m¹nh h¬n, bÒn h¬n rÎ vµ nhá gän h¬n.

1. Nguyªn lý n©ng cao ®é bÒn:

- C¶n trë chuyÓn ®éng cña lÖch khi tr−ît b»ng çch gi¶m hoÆc t¨ng mËt

®é lÖch.

- Sù phô thuéc ®é bÒn vµo mËt ®é lÖch ( h×nh 2.16): Çc kim lo¹i nguyªn

chÊt ë tr¹ng th¸i ñ cã mËt ®é lÖch thÊp nhÊt, vµo kho¶ng 108cm-2 (tøc

trong 1cm3 cã 108cm trôc lÖch) vµ cã ®é bÒn thÊp nhÊt : lÖch cã tÝnh dÔ

tr−ît, víi mËt ®é nh− vËy chóng dÔ tr−ît nhÊt tøc tr−ît víi øng suÊt bÐ

nhÊt→ ®é bÒn thÊp nhÊt.

- <108cm-2 → ®é bÒn t¨ng lªn rÊt m¹nh do gi¶m nguån ph¸t sinh tr−ît vµ

nÕu kh«ng cã lÖch (m¹ng tinh thÓ lý t−ëng) ®é bÒn sÏ ®¹t ®−îc ®é bÒn lý

thuyÕt

VD: ®¬n tinh thÓ d¹ng sîi (r©u, whisker) rÊt m¶nh (dµy 0,5 ÷ 2 μm, dµi 2

÷ 10mm( chÕ t¹o b»ng ph−¬ng ph¸p ®Æc biÖt - ng−ng tô tõ tr¹ng th¸i h¬i

trong phßng thÝ nghiÖm) víi rÊt Ýt lÖch cã ®é bÒn gÇn tíi lý thuyÕt.


σ cña tinh thÓ d¹ng sîi Fe lµ 13000MPa, Fe kü thuËt ; 250MPa

×nh 2.16. Sù phô thuéc cña giíi h¹n bÒn vµo mËt ®é lÖch:

1. ®é bÒn lý thuyÕt,

2. ®¬n tinh thÓ d¹ng sîi (r©u),

3. kim lo¹i nguyªn chÊt, ñ,

4. hîp kim, biÕn d¹ng, nhiÖt luyÖn.

- Trong thùc tÕ chØ cã thÓ t¨ng ®é bÒn b»ng çch t¨ng mËt ®é lÖch lªn

qu¸ giíi h¹n kÓ trªn. Khi lµm cho mËt ®é lÖch t¨ng lªn, lÖch trë nªn qu¸

dµy ®Æc, çc trôc lÖch giao nhau t¹o nªn çc chèt rÊt æn ®Þnh c¶n trë

m¹nh chuyÓn ®éng cña lÖch → muèn g©y tr−ît ph¶i t¸c dông øng suÊt

lín h¬n → ®é bÒn t¨ng lªn. (mËt ®é lÖch lªn tíi gi¸ trÞ 109 ÷ 1012cm-2)


c. Çc biÖn ph¸p hãa bÒn vËt liÖu

BiÕn d¹ng dÎo.

- DËp, gß, uèn, gËp, kÐo, çn t¹o nªn biÕn cøng mµ ®é cøng ®é bÒn t¨ng

lªn nhiÒu lÇn : nhê hiÖu øng lµm t¨ng x« lÖch m¹ng nªn khã t¹o thµnh

mÆt tr−ît vµ t¨ng mËt ®é lÖch, lµm t¨ng ®é bÒn.

Hîp kim hãa (®−a thªm nguyªn tè thø hai vµo kim lo¹i nguyªn chÊt)→

trong nhiÒu tr−êng hîp cßn lµm gi¶m gi¸ thµnh t¹o nªn hiÖu qu¶ kinh tÕ -

kü thuËt cao. Ph−¬ng ph¸p nµy võa t¨ng ®é bÒn nh−ng kh«ng lµm xÊu

(tuy cã gi¶m) ®é dÎo, ®é dai.

T¹o çc pha cøng ph©n t¸n hay hãa bÒn tiÕt pha. §−a vµo hîp kim mét

nguyªn tè thø hai (th−êng víi l−îng nhá) ®Ó t¹o nªn çc phÇn tö cã ®é

cøng cao song cã kÝch th−íc rÊt nhá vµ ph©n t¸n→ chèt c¶n tr−ît trong

nÒn hîp kim→ t¨ng ®é bÒn

NhiÖt luyÖn t«i + ram : t¹o nªn sù qu¸ b·o hßa cao cña nguyªn tè thø hai

trong dung dÞch r¾n th«ng th−êng → t¨ng ®é bÒn cña hîp kim

Lµm nhá h¹t. Çc ph−¬ng ph¸p hãa bÒn kÓ trªn nãi chung ®Òu cã chung

nh−îc ®iÓm lµ Ýt nhiÒu lµm gi¶m ®é dÎo ®é dai, riªng ph−¬ng ph¸p lµm

h¹t nhá nµy lµm t¨ng tÊt c¶ çc chØ tiªu bÒn, dÎo, dai

- Nãi chung ®Ó ®¹t ®é bÒn cµng cao cµng → ¸p dông tæng hîp çc

ph−¬ng ph¸p hãa bÒn.

2.2.2. §é dÎo


- §/n: §é dÎo lµ tËp hîp cña çc chØ tiªu c¬ tÝnh ph¶n ¸nh ®é biÕn d¹ng

d− cña vËt liÖu khi bÞ ph¸ hñy d−íi t¶i träng tÜnh, → quyÕt ®Þnh kh¶ n¨ng

chÞu biÕn d¹ng dÎo, gia c«ng ¸p lùc cña vËt liÖu

a. Çc chØ tiªu

- Ng−êi ta ®¸nh gi¸ ®é dÎo b»ng 2 chØ tiªu: ®é gi·n dµi t−¬ng ®èi vµ ®é

th¾t tiÕt diÖn t−¬ng ®èi.

+ §é gi·n dµi t−¬ng ®èi δ% vµ ®é co th¾t tiÕt diÖn t−¬ng ®èi ψ% ®−îc

x¸c ®Þnh theo çc c«ng thøc

%100l

ll

0

01 −=δ , %100

SSS

0

10 −=ψ

trong ®ã:

- lo , So - chiÒu dµi, diÖn tÝch mÆt c¾t ngang ban ®Çu cña mÉu thö,

- l1 , S1 - chiÒu dµi, diÖn tÝch mÆt c¾t ngang sau khi ®øt cña mÉu thö.

b. TÝnh siªu dÎo

- VËt liÖu ®−îc coi lµ dÎo khi δ kho¶ng vµi chôc phÇn tr¨m, ë mét sè vËt

liÖu vµ trong mét sè ®iÒu kiÖn δ cã thÓ ®¹t tíi gi¸ trÞ > 100% (tõ 100 ÷

1000%) → siªu dÎo.

- VD: Hîp kim siªu dÎo →chÕ t¹o çc s¶n phÈm cã d¹ng rçng, dµi víi

tiÕt diÖn kh«ng ®ång ®Òu kiÓu nh− chai, lä, èng,

- Cã thÓ ®¹t ®−îc hiÖu øng siªu dÎo b»ng çch:

+ lµm cho h¹t thËt nhá mÞn (cì h¹t kho¶ng 10μm), ®¼ng trôc, ®ång ®Òu

vµ æn ®Þnh khi biÕn d¹ng, ®©y lµ yÕu tè quan träng nhÊt,


+biÕn d¹ng ë nhiÖt ®é cao cì (0,6 ÷ 0,85) Ts,

+ tèc ®é biÕn d¹ng cì 10-4 ÷ 10-3 s-1 (tøc 0,01 ÷ 0,1%/s ).

2.2.3. §é dai va ®Ëp

- Chi tiÕt m¸y lµm viÖc d−íi t¶i träng ®Æt vµo víi tèc ®é lín, ®ét ngét hay

nãi kh¸c ®i lµ chÞu va ®Ëp

VD: «t« khi gÆp ch−íng ng¹i, bÞ xãc hay phanh ®ét ngét.

- Mét çch ®¸nh gi¸ kh¶ n¨ng chèng ph¸ hñy cña vËt liÖu khi chÞu t¶i

träng ®éng → çch thö va ®Ëp b»ng çch uèn (®o c«ng ph¸ hñy hay ®é

dai va ®Ëp).

- Thö va ®Ëp b»ng çch dïng bóa r¬i kiÓu con l¾c ®Ó ph¸ vì mÉu chuÈn,

qua ®ã x¸c ®Þnh c«ng ph¸ hñy b»ng çch x¸c ®Þnh hiÖu thÕ n¨ng cña con

l¾c tr−íc vµ sau mét hµnh tr×nh r¬i (h×nh 1.18).

- Mét çch gÇn ®óng cã thÓ coi : ak= σxδ

- MÉu thö ®é dai va ®Ëp cã tiÕt diÖn 10x10mm dµi 55mm (mÉu Charpy)

vµ 75mm (Izod) víi r·nh khÝa h×nh ch÷ U hay ch÷ V (®Ó t¹o yÕu tè tËp

trung øng suÊt) réng 2mm vµ s©u 2mm

- TCVN chØ quy ®Þnh thö theo mÉu Charpy vµ ký hiÖu ®é dai va ®Ëp b»ng

aK lµ c«ng ph¸ hñy mét d¬n vÞ diÖn tÝch mÆt c¾t ngang mÉu, tÝnh theo

c«ng thøc S

Aa K

K = Nm/cm2 hay kJ/m2 hay kGm/cm2

trong ®ã: AK lµ c«ng ph¸ hñy mÆt c¾t ngang S h×nh ch÷ nhËt qua r·nh

khÝa 10x8mm.


§¬n vÞ ®o cò lµ kGm/cm2, hiÖn dïng ®¬n vÞ c«ng lµ J ( 1J = 1N.m ), quan

hÖ gi÷a chóng nh− sau:

1kGm/cm2 ≈ 10J/cm2 ;

- Çc n−íc ph−¬ng T©y th−êng kh«ng x¸c ®Þnh ®é dai va ®Ëp tÝnh cho

mét ®¬n vÞ diÖn tÝch nh− trªn mµ chØ ®¬n thuÇn b»ng c«ng ph¸ hñy AK ( J

hay kJ). CÇn ph¶i n¾m v÷ng khi so s¸nh çc sè liÖu ®é dai tõ çc nguån

t− liÖu kh¸c nhau.

VD: c«ng ph¸ hñy AK cña vËt liÖu cña mét n−íc ph−¬ng T©y lµ 100J sÏ

øng víi ®é dai va ®Ëp aK theo TCVN ( ΓOCT ) lµ:

===00008,0

kJ1,0m)008,0x01,0(

J100a 2K 1250kJ/m2

hay 12,5kGm/cm2


H×nh 2.18. M« h×nh x¸c ®Þnh ®é dai va ®Ëp.


- Çc chi tiÕt chÞu va ®Ëp ph¶i cã aK tèi thiÓu 200kJ/m2

- Çc chi tiÕt chÞu va ®Ëp cao ph¶i cã aK ≥ 1000kJ/m2.

- V× coi ®é dai va ®Ëp aK tû lÖ víi tÝch (σ0,2 x δ) → n©ng cao ®ång thêi hai

th«ng sè trªn sÏ lµm t¨ng rÊt m¹nh chØ tiªu c¬ tÝnh nµy.

- Çc yÕu tè ¶nh h−ëng ®Õn ®é dai va ®Ëp lµ:

+ Lµm cho h¹t nhá mÞn lµ ph−¬ng ph¸p t¸c ®éng tèt nhÊt ®Õn ®é dai va

®Ëp

+ H×nh d¹ng h¹t trßn, ®a c¹nh cã ®é dai cao h¬n khi h¹t cã d¹ng tÊm,

h×nh kim.

+ Sè l−îng, h×nh d¹ng, kÝch th−íc vµ sù ph©n bè cña çc pha gißn

2.2.4. §é dai ph¸ hñy biÕn d¹ng ph¼ng:

- Lµ chi tiªu ®¸nh gi¸ kh¶ n¨ng chèng ph¸ huû gißn cña vËt liÖu ( ®äc)

2.2.5. §é cøng

a.§Æc ®iÓm

- §o ®é cøng lµ ph−¬ng ph¸p x¸c ®Þnh c¬ tÝnh ®¬n gi¶n nhÊt (kh«ng cÇn

mÉu ®o , thö ngay trªn s¶n phÈm), nhanh nhÊt, ®−îc dïng phæ biÕn nhÊt

vµ còng cã nhiÒu ý nghÜa quan träng.

- Nguyªn lý: Ên (Ðp) mét t¶i träng x¸c ®Þnh lªn bÒ mÆt vËt liÖu cÇn ®o

th«ng qua mòi ®©m lµm b»ng vËt liÖu cøng (hÇu nh− kh«ng chÞu biÕn

d¹ng dÎo - thÐp t«i cøng, hîp kim cøng, kim c−¬ng) → bá t¶i träng →®Ó

l¹i trªn bÒ mÆt mét vÕt lâm; lâm cµng to hoÆc cµng s©u th× ®é cøng cµng

thÊp vµ ng−îc l¹i.

→VËy ®é cøng lµ kh¶ n¨ng chèng l¹i biÕn d¹ng dÎo côc bé cña vËt liÖu

th«ng qua mòi ®©m.


- §é cøng cã nh÷ng ®Æc ®iÓm sau:

+ ®é cøng chØ biÓu thÞ tÝnh chÊt cña bÒ mÆt mµ kh«ng biÓu thÞ chung cho

toµn s¶n phÈm (sù sai kh¸c gi÷a bÒ mÆt vµ lâi),

+ ®é cøng biÓu thÞ kh¶ n¨ng chèng mµi mßn cña vËt liÖu: ®é cøng cµng

cao tÝnh chèng mµi mßn cµng tèt,

+®èi víi vËt liÖu ®ång nhÊt (nh− ë tr¹ng th¸i ñ) ®é cøng cã quan hÖ x¸c

®Þnh víi giíi h¹n bÒn vµ kh¶ n¨ng gia c«ng c¾t: ®é cøng cµng cao giíi

h¹n bÒn cµng cao vµ tÝnh gia c«ng c¾t cµng kÐm,

+ ®o ®é cøng ®¬n gi¶n h¬n nhiÒu so víi c¸c ph−¬ng ph¸p trªn do:

* kh«ng ph¸ huû mÉu, cã thÓ thö ngay trªn s¶n phÈm,

*nhanh (thêi gian chØ vµi chôc gi©y, thËm chÝ ng¾n h¬n),

*cã thÓ thùc hiÖn trªn vËt máng,

*thiÕt bÞ thö nhá gän vµ rÎ h¬n.

→ ®o ®é cøng lµ viÖc lµm th−êng xuyªn cña s¶n xuÊt c¬ khÝ vµ c¶ trong

nghiªn cøu.

- Cã hai lo¹i ®é cøng: th« ®¹i vµ tÕ vi.

+th−êng dïng ®é cøng th« ®¹i → mòi ®©m vµ t¶i träng ®ñ lín ®Ó lµm

biÕn d¹ng nhiÒu h¹t vµ pha → kh¶ n¨ng chèng biÕn d¹ng dÎo cña

+khi ®o ®é cøng tÕ vi → ph¶i dïng mòi ®©m bÐ vµ ®Æc biÖt lµ t¶i träng

nhá t¸c dông vµo tõng h¹t, thËm chÝ tõng pha riªng rÏ víi sù trî gióp cña

kÝnh hiÓn vi quang häc (chØ dïng trong nghiªn cøu khoa häc).

- TÊt c¶ ®é cøng ®−îc ký hiÖu b¾t ®Çu b»ng ch÷ H (hardeness) víi ch÷

tiÕp theo chØ lo¹i.

- S¬ ®å cña c¸c ph−¬ng ph¸p thö ®é cøng tr×nh bµy ë h×nh 2.21.


H×nh 2.21. S¬ ®å t¸c dông t¶i träng cña c¸c ph−¬ng ph¸p ®o ®é cøng:

a. Brinen, b. R«cvel, c. Vicke.

b. §é cøng Brinen HB

- Ên mét t¶i träng F x¸c ®Þnh lªn bÒ mÆt ph¼ng vËt liÖu qua viªn bi cøng

cã ®−êng kÝnh D→ sau khi th«i t¸c dông, t¶i träng ®Ó l¹i trªn bÒ mÆt vÕt

lâm víi ®−êng kÝnh d (h×nh 2.21a).

22(2

dDDDF

SFHB

−−==

π kG/mm2,

t¶i träng F - diÖn tÝch mÆt lâm cã d¹ng chám cÇu S

thø nguyªn nh− cña øng suÊt, kG/mm2

Chó ý : ®èi víi thÐp, gang dïng bi cã D = 10mm, F = 3000kG, thêi gian

gi÷ t¶i träng 15s (víi c¸c vËt liÖu kh¸c cã quy ®Þnh kh¸c) → ®iÒu kiÖn

tiªu chuÈn, ký hiÖu b»ng HB (vÝ dô HB 229).


- Khi ®o ë çc ®iÒu kiÖn kh¸c b¾t buéc ph¶i ghi râ çc sè chØ lÇn l−ît çc

®iÒu kiÖn trªn, vÝ dô HB5/750/20 229 lµ gi¸ trÞ ®é cøng 229kG/mm2 ®o b»ng

bi 5mm, t¶i 750kG, gi÷ l©u 20s.

- HiÖn vÉn ch−a cã quy ®Þnh dïng ®¬n vÞ MPa cho HB, nÕu muèn dïng

®¬n vÞ nµy ph¶i ghi râ, vÝ dô HB 2290 MPa.

- −u ®iÓm lín nhÊt cña gi¸ trÞ HB lµ gi÷a nã víi ¬b cã quan hÖ bËc nhÊt

víi nhau → cã thÓ kh«ng cÇn thö kÐo vÉn cã thÓ ®o¸n ®−îc giíi h¹n bÒn:

σb= a.HB

+ ThÐp (trõ kh«ng gØ, bÒn nãng) σb ≈( 0,33-0,36) x HB,

+ §ång σb ≈ (0,48-0,53)xHB,

- Nh−îc ®iÓm:

+ kh«ng thÓ ®o çc vËt liÖu cã ®é cøng > HB 450 (v× bi chØ lµm b»ng thÐp

®−îc t«i cøng, lóc ®ã chÝnh bi còng bÞ mÐo, lµm sai kÕt qu¶ ®o, chØ dïng

®Ó ®o ®é cøng çc vËt liÖu cã ®é cøng thÊp vµ trung b×nh,

+ mÉu ®o ph¶i cã mÆt b»ng ph¼ng vµ ®ñ dµy, do vÕt lâm kh¸ to th−êng →

kh«ng ®o trªn thµnh phÈm,

+ kh«ng cho phÐp ®o trªn çc lo¹i trôc (v× cã mÆt cong), +

+t−¬ng ®èi chËm v× quy tr×nh h¬i dµi : ph¶i gi÷ t¶i träng vµi chôc gi©y, ®o

®−êng kÝnh vÕt lâm b»ng lóp sau ®ã tra b¶ng tÝnh míi ra kÕt qu¶.

ChÝnh v× vËy trong s¶n suÊt th−êng dïng çch ®o R«cvel h¬n .

c. §é cøng R«cvel HR ( HRC, HRA, HRB)

- Nguyªn lý : Ên t¶i träng F lªn mòi ®©m→bá t¶i→t¹o vÕt lâm: vÕt cµng

s©u th× ®é cøng cµng nhá.


- HR lµ lo¹i ®é cøng quy −íc (kh«ng cã thø nguyªn) x¸c ®Þnh bëi chiÒu

s©u d− quy −íc g©y ra . Qui −íc nh− sau : cø chiÒu s©u thùc h kÓ trªn

t¨ng thªm 0,002mm th× ®é cøng gi¶m ®i mét ®¬n vÞ so víi møc khëi tÝnh

(kh«ng kÓ chiÒu s©u do t¶i träng s¬ bé g©y ra):

HR = k - h/0,002

trong ®ã:

k -h»ng sè phô thuéc vµo mòi ®©m, k = 100 víi çc thang A,C - dïng

mòi kim c−¬ng , gãc ë ®Ønh 120o, k = 130 cho thang B - dïng mòi bi

thÐp,

- §é cøng R«cvel cã nhiÒu thang trong ®ã phæ biÕn h¬n c¶ cã ba thang

A, B, C.

+ HRC, HRA ®−îc ®o b»ng mòi h×nh nãn b»ng kim c−¬ng (lµ vËt liÖu

cøng nhÊt) → ®o ®−îc vËt liÖu cøng nh− thÐp t«i, líp hãa - nhiÖt luyÖn

...) T¶i träng chÝnh F = 140kG cho thang C vµ F = 50kG cho thang A.

(HRA cho thÐp víi çc líp thÊm máng nh− thÊm nit¬, cacbon-nit¬)

+ HRB ®−îc ®o b»ng mòi bi b»ng thÐp t«i, ®−êng kÝnh nhá, D =

1,588mm (1/16in.) nªn chØ cã thÓ ®o çc vËt liÖu cã ®é cøng võa ph¶i nh−

thÐp ñ, th−êng hãa, gang ®óc ... T¶i träng chÝnh F = 90kG.

- §o ®é cøng R«cvel HR (h×nh 2.21b) tiÖn lîi h¬n

+ do nhanh, kÕt qu¶ ®o cho ngay trªn m¸y

+ ®o ®−îc çc vËt liÖu tõ t−¬ng ®èi mÒm ®Õn cøng, vÕt lâm kh¸ nhá

th−êng kh«ng ¶nh h−ëng ®Õn bÒ mÆt lµm viÖc, cã thÓ ®o çc vËt máng,

líp hãa bÒn vµ ngay trªn thµnh phÈm.

+ thêi gian nhanh 15-20s, ®äc ngay trªn ®ång hå chØ thÞ


d. §é cøng Vicke HV ( ®äc)

e. ChuyÓn ®æi gi÷a çc thang ®é cøng

Gi÷a çc lo¹i, thang ®é cøng kÓ trªn HB, HRC, HRA, HRB, HV

kh«ng cã c«ng thøc chuyÓn ®æi b»ng to¸n häc. Muèn biÕt t−¬ng quan

gi÷a chóng ph¶i dïng b¶ng tra (trong tµi liÖu thÝ nghiÖm) ®−îc x¸c lËp

b»ng thùc nghiÖm.

2.3. Nung kim lo¹i ®· qua biÕn d¹ng dÎo - Th¶i bÒn - BiÕn d¹ng nãng

2.3.1. Tr¹ng th¸i kim lo¹i ®· qua biÕn d¹ng dÎo

- Sau khi biÕn d¹ng dÎo kim lo¹i bÞ biÕn cøng, hãa bÒn (do m¹ng tinh thÓ

bÞ x« lÖch víi mËt ®é lÖch cao, tån t¹i øng suÊt bªn trong ...) → tr¹ng th¸i

kh«ng c©n b»ng víi n¨ng l−îng dù tr÷ cao vµ cã xu h−íng trë vÒ tr¹ng

th¸i c©n b»ng

- Qu¸ tr×nh nµy x¶y ra rÊt chËm ë nhiÖt ®é th−êng, nung nãng lµm t¨ng

kh¶ n¨ng dÞch chuyÓn cña nguyªn tö, lµm qu¸ tr×nh trë vÒ ®ã nhanh h¬n.

→NÕu nh− biÕn ®æi tÝnh chÊt chñ yÕu khi biÕn d¹ng dÎo lµ hãa bÒn th×

khi nung nãng nã (kim lo¹i ®· qua biÕn d¹ng dÎo) lµ th¶i bÒn.

- Trong nhiÒu tr−êng hîp ng−êi ta ph¶i kh«i phôc l¹i tr¹ng th¸i ban ®Çu

H·y xÐt çc qu¸ tr×nh x¶y ra khi nung nãng kim lo¹i ®· qua biÕn

d¹ng dÎo.

2.3.2. Çc giai ®o¹n chuyÓn biÕn khi nung nãng

Theo nhiÖt ®é nung nãng t¨ng lªn, trong kim lo¹i ®· qua biÕn d¹ng dÎo

lÇn l−ît cã çc biÕn ®æi víi çc giai ®o¹n sau ®©y.

a. Håi phôc


- ë nhiÖt ®é thÊp (th«ng th−êng d−íi 0,1 ÷ 0,2 0ST ) → x¶y ra çc qu¸

tr×nh håi phôc, ®ã lµ çc biÕn ®æi nhá trong m¹ng tinh thÓ bÞ x« lÖch nh−

: gi¶m sai lÖch m¹ng (chñ yÕu lµ lo¹i ®iÓm vµ ®Æc biÖt lµ nót trèng), gi¶m

mËt ®é lÖch vµ øng suÊt bªn trong..., trong khi ®ã tæ chøc tÕ vi ch−a biÕn

®æi (vÉn lµ çc h¹t bÞ kÐo dµi víi nhiÒu ®−êng tr−ît).

TÝnh chÊt vËt lý cã thay ®æi chót Ýt (nh− gi¶m ®iÖn trë) song c¬ tÝnh th×

hÇu nh− ch−a thay ®æi: vÉn cßn ë tr¹ng th¸i hãa bÒn.

b. KÕt tinh l¹i (kÕt tinh l¹i lÇn thø nhÊt)

- Lµ giai ®o¹n quan träng nhÊt víi çc ®ét biÕn vÒ cÊu tróc m¹ng tinh thÓ,

tæ chøc tÕ vi vµ tÝnh chÊt.

B¶n chÊt kÕt tinh l¹i

- Khi nung nãng cao h¬n nhiÖt ®é nhÊt ®Þnh (gäi lµ Tktl) → trong m¹ng

tinh thÓ bÞ x« lÖch cã qu¸ tr×nh h×nh thµnh çc h¹t míi kh«ng cã çc sai

lÖch do biÕn d¹ng dÎo g©y ra theo c¬ chÕ t¹o mÇm vµ ph¸t triÓn mÇm nh−

kÕt tinh:

- MÇm lµ nh÷ng vïng kh«ng chøa sai lÖch do biÕn d¹ng dÎo; chóng sinh

ra chñ yÕu ë nh÷ng vïng bÞ x« lÖch m¹nh nhÊt, n¨ng l−îng dù tr÷ cao

nhÊt nªn kÐm æn ®Þnh nhÊt (nh− mÆt tr−ît, biªn h¹t) → dÔ trë vÒ tr¹ng

th¸i c©n b»ng víi Ýt sai lÖch nhÊt →kim lo¹i bÞ biÕn d¹ng dÎo cµng m¹nh,

mÇm kÕt tinh l¹i sÏ ®−îc t¹o nªn cµng nhiÒu nªn h¹t cµng nhá.

- Sù ph¸t triÓn tiÕp theo lµ qu¸ tr×nh tù nhiªn.

- Sau khi kÕt thóc kÕt tinh l¹i, cã çc h¹t hoµn toµn míi ®a c¹nh víi

m¹ng tinh thÓ Ýt sai lÖch nhÊt nh− tr−íc khi bÞ biÕn d¹ng dÎo vµ mäi tÝnh


chÊt trë l¹i møc nh− tr−íc khi bÞ biÕn d¹ng → qu¸ tr×nh th¶i bÒn: ®é dÎo

t¨ng lªn vµ ®é bÒn, ®é cøng gi¶m ®i mét çch ®ét ngét.

- Hai vÊn ®Ò ®¸ng quan t©m lµ nhiÖt ®é tiÕn hµnh qu¸ tr×nh nµy vµ kÝch

th−íc h¹t nhËn ®−îc.

NhiÖt ®é

- §/n: NhiÖt ®é kÕt tinh l¹i lµ nhiÖt ®é nhá nhÊt ( Tktl) t¹i ®ã x¶y ra qu¸

tr×nh kÕt tinh l¹i víi tèc ®é ®¸ng kÓ.

- C«ng thøc

0S

0ktl T.aT = (K)

trong ®ã : a phô thuéc vµo ®é s¹ch cña kim lo¹i, møc ®é biÕn d¹ng (ε) vµ

thêi gian gi÷ nhiÖt (τ) .

Trong th−êng gÆp nhÊt: ε > 40 ÷ 50% , τ kho¶ng 1h, → víi

kim lo¹i nguyªn chÊt kü thuËt a ≈ 0,4

kim lo¹i tinh khiÕt a ≈ 0,2 ÷ 0,3

hîp kim lµ dung dÞch r¾n a ≈ 0,5 ÷ 0,8.

§é biÕn d¹ng cµng lín, thêi gian ñ cµng dµi hÖ sè a t−¬ng øng cµng nhá.

→ Trªn c¬ së nµy cã thÓ tÝnh ®−îc nhiÖt ®é ñ ®Ó kh«i phôc çc tÝnh chÊt

ban ®Çu cho çc kim lo¹i vµ hîp kim

Tæ chøc tÕ vi vµ ®é h¹t Sau -

- KÕt tinh l¹i ®−îc çc h¹t míi ®a c¹nh, ®¼ng trôc, mÊt h¼n d¹ng h¹t kÐo

dµi; song ®iÒu cÇn bµn ë ®©y lµ ®é h¹t (h¹t cµng nhá cµng tèt) → H¹t sau

kÕt tinh l¹i phô thuéc chñ yÕu vµo ba yÕu tè :


- Møc ®é biÕn d¹ng. Nãi chung kim lo¹i bÞ biÕn d¹ng dÎo cµng m¹nh→

sau ñ kÕt tinh l¹i h¹t t¹o thµnh cµng nhá → do nhiÒu mÇm.

BiÕn d¹ng nhá víi l−îng Ðp 2 ÷ 8% → t¹o ra Ýt mÇm, h¹t t¹o thµnh rÊt

lín→ ®é biÕn d¹ng tíi h¹n, th−êng ph¶i tr¸nh.

- NhiÖt ®é ñ. NhiÖt ®é ñ cµng cao tèc ®é t¹o mÇm vµ ph¸t triÓn mÇm ®Òu

t¨ng nh−ng tèc ®é ph¸t triÓn t¨ng nhanh h¬n nªn h¹t to lªn.

- Thêi gian gi÷ nhiÖt. Thêi gian gi÷ nhiÖt t¹i nhiÖt ®é ñ cµng dµi cµng cã

®iÒu kiÖn cho h¹t ph¸t triÓn nªn h¹t cµng lín.

H×nh 2.22. Sù

biÕn ®æi cña tæ

chøc vµ c¬ tÝnh

cña kim lo¹i ®· qua biÕn d¹ng dÎo khi bÞ nung nãng.

c. KÕt tinh l¹i lÇn thø hai

- Sau khi kÕt tinh l¹i (kÕt tinh l¹i lÇn thø nhÊt) nÕu tiÕp tôc n©ng cao nhiÖt

®é hay kÐo dµi thêi gian gi÷ nhiÖt sÏ cã qu¸ tr×nh s¸t nhËp cña c¸c h¹t

nhá h¬n → h¹t lín.


- Sù ph¸t triÓn h¹t lµ qu¸ tr×nh tù nhiªn v× nã lµm gi¶m tæng biªn giíi h¹t

do ®ã lµm gi¶m tæng n¨ng l−îng dù tr÷.

- Qu¸ tr×nh nµy ®−îc gäi lµ kÕt tinh l¹i lÇn thø hai vµ th−êng ph¶i tr¸nh.

2.3.3. BiÕn d¹ng nãng

a. Kh¸i niÖm

- Khi gia c«ng kim lo¹i b»ng ¸p lùc cã ph©n biÖt ë tr¹ng th¸i nãng vµ

tr¹ng th¸i nguéi.

- BiÕn d¹ng nãng lµ biÕn d¹ng dÎo ë nhiÖt ®é cao h¬n nhiÖt ®é kÕt tinh

l¹i cña nã, cßn ë thÊp h¬n lµ biÕn d¹ng nguéi.

→ Nh− vËy kh«ng nhÊt thiÕt nung nãng lµ ®Æc tr−ng cho biÕn d¹ng nãng.

VÝ dô: biÕn d¹ng dÎo vonfram (W) ë nhiÖt ®é cao ®Õn 1000oC vÉn lµ

biÕn d¹ng nguéi v× vÉn cßn thÊp h¬n nhiÖt ®é kÕt tinh l¹i cña nã (1200oC)

- Th−êng biÕn d¹ng nãng ë nhiÖt ®é 0,7 ÷ 0,75 Ts

b. C¸c qu¸ tr×nh x¶y ra H·y -

- Khi biÕn d¹ng nãng bao giê còng cã hai qu¸ tr×nh ®èi lËp nhau x¶y ra:

+ biÕn d¹ng dÎo lµm x« lÖch m¹ng t¹o nªn hãa bÒn, biÕn cøng

+ kÕt tinh l¹i lµm mÊt x« lÖch m¹ng g©y ra th¶i bÒn, gi¶m ®é cøng.

→ sau biÕn d¹ng nãng c¬ tÝnh kim lo¹i sÏ thay ®æi theo chiÒu h−íng cña

qu¸ tr×nh m¹nh h¬n.

- Trong tr−êng hîp lý t−ëng, hiÖu øng th¶i bÒn ®ñ lín nhê nhiÖt ®é kÕt

thóc BD vÉn cßn cao h¬n nhiÖt ®é kÕt tinh l¹i vµ thêi gian tån t¹i ë

kho¶ng nhiÖt ®é nµy ®ñ dµi ®Ó hoµn thµnh qu¸ tr×nh kÕt tinh l¹i→ sau BD


nãng kim lo¹i vÉn gi÷ ®−îc ®é dÎo cao, ®é bÒn, ®é cøng thÊp (kh«ng bÞ

biÕn cøng).

- Trong thùc tÕ s¶n xuÊt khã ®¹t ®−îc çc ®iÒu kiÖn trªn (th−êng do

nguyªn nh©n c«ng nghÖ) → sau BD nãng kim lo¹i vÉn bÞ biÕn cøng mét

phÇn → ®Ó håi phôc ®é cøng vµ ®é dÎo → ñ kÕt tinh l¹i tiÕp theo

c. Çc ®Æc ®iÓm

- So víi biÕn d¹ng nguéi, biÕn d¹ng nãng cã nh÷ng −u, nh−îc ®iÓm nhÊt

®Þnh.

VÒ −u ®iÓm

+lç hæng bÑp l¹i trong qu¸ tr×nh, nhê nhiÖt ®é cao (gÇn nhiÖt ®é ch¶y

h¬n) khuÕch t¸n m¹nh nªn hµn kÝn l¹i, c¶i thiÖn ®−îc tæ chøc kim lo¹i,

+nhê nhiÖt ®é cao, tÝnh dÎo cao h¬n nªn khã bÞ nøt, kh«ng cÇn lùc Ðp lín

mµ vÉn ®¹t ®−îc l−îng Ðp lín→ cã n¨ng suÊt cao vµ gia c«ng ®−îc çc

ph«i lín vµ rÊt lín,

+ nhê kÕt tinh l¹i nªn kh«ng cã hoÆc gi¶m ®−îc biÕn cøng, cã thÓ kh«ng

ph¶i ñ ®Ó th¶i bÒn,

+ nhê l−îng Ðp lín, nhiÖt ®é ñ hîp lý cã thÓ c¶i thiÖn ®é h¹t → b¶o ®¶m

c¬ tÝnh tæng hîp tèt. (VD: th−êng tiÕn hµnh biÕn d¹ng liªn tôc ë nhiÖt ®é

cao víi l−îng Ðp lín, kh«ng kÕt thóc biÕn d¹ng ë nhiÖt ®é cao h¬n 0ktlT

nhiÒu)

VÒ nh−îc ®iÓm

+ khã khèng chÕ nhiÖt ®é ®ång ®Òu trªn ph«i, nhÊt lµ ph«i máng hoÆc

lín, do ®ã khã ®¹t ®−îc ®ång nhÊt vÒ tæ chøc vµ c¬ tÝnh,


+ khã khèng chÕ chÝnh x¸c h×nh d¹ng, kÝch th−íc s¶n phÈm víi ®é chÝnh

x¸c cao do cã sù gi·n në (khi nung) vµ co l¹i (khi nguéi),

+ chÊt l−îng bÒ mÆt kh«ng cao: ®é bãng kÐm do vÈy «xyt, cã thÓ cã

khuyÕt tËt (nh− víi thÐp: «xy hãa, tho¸t cacbon).

H×nh 2.23. Tæ chøc thí cña trôc khuûu theo çc ph−¬ng ph¸p chÕ t¹o kh¸c

nhau: a. t¹o ph«i b»ng dËp nãng (tèt), b. c¾t tõ mét thái thÐp nguyªn (xÊu).

C¶ khi biÕn d¹ng nguéi lÉn nãng ®Òu t¹o nªn thí. Khi biÕn d¹ng

dÎo çc t¹p chÊt («xyt, nitrit, sunfit ...) bÞ bÑp, nhá vôn ra, kÐo dµi theo

ph−¬ng biÕn d¹ng t¹o nªn bÒ mÆt ph©n çch gi÷a çc líp hay gäi lµ thí.

Khi thí ph©n bè hîp lý cã thÓ t¹o cho s¶n phÈm ®é bÒn cao. Nãi chung

yªu cÇu thí ph©n bè theo viÒn chu vi trong çc ph«i dËp nãng nh− b¸nh

r¨ng, trôc khuûu→tèt h¬n.


67

Ch−¬ng 3 Hîp kim vμ gi¶n ®å pha

- Trong thùc tÕ→ kh«ng dïng thuÇn kim lo¹i nguyªn chÊt, mµ

th−êng lµ tæ hîp çc chÊt c¬ b¶n trªn.

- Khi hßa trén çc nguyªn tè, hîp chÊt hãa häc → t−¬ng t¸c víi

nhau, t¹o nªn cÊu tróc míi vµ cã tÝnh chÊt kh¸c ®i→vËt liÖu trë

nªn ®a d¹ng h¬n, thÝch øng h¬n trong sö dông

- Çc nguyªn lý cho hîp kim còng hoµn toµn thÝch hîp vµ øng

dông ®−îc cho hÖ vËt liÖu v« c¬ - ceramic vµ cã thÓ c¶ cho hÖ vËt

liÖu h÷u c¬ - polyme.

3.1. CÊu tróc tinh thÓ cña hîp kim

3.1.1. Kh¸i niÖm vÒ hîp kim

a. §Þnh nghÜa

- §/n: Hîp kim lµ vËt thÓ cña nhiÒu nguyªn tè vµ mang tÝnh kim

lo¹i

- Hîp kim ®−îc t¹o thµnh gi÷a hai kim lo¹i víi nhau (lat«ng: Cu

vµ Zn); cã thÓ lµ gi÷a mét kim lo¹i víi mét ¸ kim (nh− thÐp, gang:

Fe vµ C); gi÷a nguyªn tè chÝnh lµ kim lo¹i víi hai hay nhiÒu

nguyªn tè kh¸c (hîp kim phøc t¹p)

- Nguyªn tè kim lo¹i chÝnh, chøa nhiÒu nhÊt (>50%) ®−îc gäi lµ

nÒn. Thµnh phÇn cña çc nguyªn tè trong hîp kim (vµ trong


68

ceramic) → phÇn tr¨m khèi l−îng, trong polyme ®−îc biÓu

thÞ b»ng phÇn tr¨m thÓ tÝch.

b. −u viÖt cña hîp kim

- çc vËt liÖu ®em dïng th−êng lµ hîp kim v× so víi çc kim lo¹i

nguyªn chÊt v× lý do sau:

1) Hîp kim cã ®é bÒn ( σb, σch, σ®h ) cao h¬n h¼n kim lo¹i nh−ng

vÉn gi÷ ®−îc ®é dÎo , dai cao

2) TÝnh c«ng nghÖ ®a d¹ng vµ thÝch hîp (kh¶ n¨ng chÕ biÕn VL).

( GCAL, ®óc, gia c«ng c¾t gät, nhiÖt luyÖn)→chÕ t¹o s¶n phÈm

cã kÝch th−íc, h×nh d¹ng chÝnh x¸c, bÒ mÆt nh½n bãng... víi n¨ng

suÊt cao.

3) Trong nhiÒu tr−êng hîp, luyÖn hîp kim ®¬n gi¶n vµ rÎ h¬n so

víi luyÖn kim lo¹i nguyªn chÊt, do kh«ng ph¶i chi phÝ ®Ó khö

nhiÒu nguyªn tè lÉn vµo.

VD: So víi luyÖn s¾t nguyªn chÊt, luyÖn hîp kim Fe-C (thÐp vµ

gang) ®¬n gi¶n h¬n do nhiÖt ®é ch¶y thÊp h¬n, kh«ng ph¶i hay Ýt

ph¶i khö bá cacbon trong s¶n phÈm cña lß cao.

c. Mét sè kh¸i niÖm

• CÊu tö lµ çc nguyªn tè (hay hîp chÊt hãa häc bÒn v÷ng) cÊu

t¹o nªn hîp kim.

VD: lat«ng (hîp kim Cu-Zn) cã hai cÊu tö lµ Cu vµ Zn.


69

Cã thÓ ph©n biÖt cÊu tö hßa tan víi cÊu tö dung m«i

• HÖ lµ tõ dïng ®Ó chØ mét tËp hîp vËt thÓ riªng biÖt cña hîp kim

trong ®iÒu kiÖn x¸c ®Þnh hoÆc lµ mét lo¹t hîp kim kh¸c nhau víi

çc cÊu tö gièng nhau.

VD: hÖ Cu- Zn

• Pha lµ nh÷ng phÇn ®ång nhÊt cña hÖ (hîp kim) cã cÊu tróc vµ

çc tÝnh chÊt c¬ - lý- hãa x¸c ®Þnh, gi÷a çc pha cã bÒ mÆt ph©n

çch.

VD: N−íc ë 00C lµ hÖ mét cÊu tö (hîp chÊt hãa häc bÒn v÷ng

H2O) vµ cã hai pha (pha r¾n: n−íc ®¸, pha láng: n−íc).

• Tr¹ng th¸i c©n b»ng (æn ®Þnh)

- HÖ ë tr¹ng th¸i c©n b»ng (æn ®Þnh) khi çc pha cña nã ®Òu cã

n¨ng l−îng tù do nhá nhÊt trong çc ®iÒu kiÖn vÒ nhiÖt ®é, ¸p suÊt

vµ thµnh phÇn x¸c ®Þnh vµ kh«ng biÕn ®æi theo thêi gian.

- HÖ víi çc pha ë tr¹ng th¸i c©n b»ng → cã ®é bÒn, ®é cøng

thÊp nhÊt, kh«ng cã øng suÊt bªn trong, x« lÖch m¹ng tinh thÓ Ýt

nhÊt vµ ®−îc h×nh thµnh khi lµm nguéi víi tèc ®é chËm.


70

H×nh 3.1. S¬ ®å biÓu thÞ c¸c vÞ trÝ æn ®Þnh (1), kh«ng æn ®Þnh (2)

vµ gi¶ æn ®Þnh (3).

• Tr¹ng th¸i kh«ng c©n b»ng (kh«ng æn ®Þnh)

- Lµ tr¹ng th¸i (tæ chøc) lu«n lu«n cã xu h−íng tù biÕn ®æi sang

tr¹ng th¸i c©n b»ng, æn ®Þnh, nhÊt lµ khi bÞ nung nãng→ n¨ng

l−îng tù do nhá h¬n.

- ë nhiÖt ®é th−êng qu¸ tr×nh biÕn ®æi chËm, khã nhËn thÊy →

trong thùc tÕ tr¹ng th¸i kh«ng c©n b»ng nµy vÉn tån t¹i l©u dµi (vÒ

mÆt lý thuyÕt kh«ng thÓ tån t¹i vÜnh viÔn).

- Tr¹ng th¸i kh«ng c©n b»ng cã ý nghÜa quan träng trong thùc tÕ v×

th−êng ®¸p øng ®−îc c¸c yªu cÇu c¬ tÝnh (bÒn, cøng) cao h¬n.

-Tr¹ng th¸i kh«ng c©n b»ng ®−îc h×nh thµnh víi tèc ®é nguéi

nhanh vµ rÊt nhiÒu hîp kim, ®Æc biÖt lµ thÐp ®−îc sö dông (lµm

viÖc) ë tr¹ng th¸i nµy.

• Tr¹ng th¸i gi¶ æn ®Þnh


71

- Gi¶ æn ®Þnh thùc chÊt lµ kh«ng æn ®Þnh nh−ng thùc tÕ l¹i tån t¹i

mét çch æn ®Þnh ngay c¶ khi bÞ nung nãng trong mét ph¹m vi

nµo ®ã.

d. Ph©n lo¹i çc t−¬ng t¸c

- Ph−¬ng ph¸p chÕ t¹o hîp kim th«ng dông nhÊt lµ hßa trén (nÊu

ch¶y råi lµm nguéi) çc cÊu tö.

- Hai tr−êng hîp x¶y ra: kh«ng vµ cã t−¬ng t¸c víi nhau.

* Khi hai cÊu tö A vµ B kh«ng t−¬ng t¸c víi nhau → çc nguyªn

tö, ion cña tõng cÊu tö kh«ng ®an xen vµo nhau, chóng gi÷ l¹i c¶

hai kiÓu m¹ng cña çc cÊu tö thµnh phÇn, d−íi d¹ng çc h¹t

riªng rÏ cña hai pha n»m c¹nh nhau, tæ chøc tÕ vi biÓu thÞ cña hçn

hîp A + B (h×nh a)

H×nh 3.2. Tæ chøc tÕ vi cña hîp kim cña hai kim lo¹i:

a.kh«ng t−¬ng t¸c víi nhau A+B, b. hßa tan víi nhau thµnh dung

dÞch r¾n A(B).


72

* Khi hai cÊu tö A vµ B cã t−¬ng t¸c víi nhau→ nguyªn tö cña

çc cÊu tö ®an xen vµo nhau t¹o nªn mét pha duy nhÊt, → cã thÓ

cã hai tr−êng hîp x¶y ra:

+ hßa tan thµnh dung dÞch r¾n: hîp kim gi÷ l¹i mét trong hai kiÓu

m¹ng ban ®Çu lµm nÒn, cã tæ chøc mét pha nh− kim lo¹i nguyªn

chÊt (h×nh 3.2b),

+ ph¶n øng hãa häc víi nhau thµnh hîp chÊt hãa häc, víi kiÓu

m¹ng míi kh¸c h¼n çc cÊu tö thµnh phÇn.

→ LÇn l−ît kh¶o s¸t hai kiÓu t−¬ng t¸c nµy.

3.1.2. Dung dÞch r¾n

a. Kh¸i niÖm - ph©n lo¹i

- CÊu tö gi÷ l¹i ®−îc kiÓu m¹ng → dung m«i (chiÕm ®a sè), cßn

çc nguyªn tö chÊt hßa tan (tû lÖ Ýt) s¾p xÕp trong m¹ng dung m«i

mét çch ®Òu ®Æn vµ ngÉu nhiªn→ t¹o thµnh pha ®ång nhÊt

- Thµnh phÇn (hay cßn gäi lµ nång ®é) cã thÓ thay ®æi trong mét

ph¹m vi mµ kh«ng lµm mÊt ®i sù ®ång nhÊt ®ã.

- Ký hiÖu : A(B) cã kiÓu m¹ng cña A lµ cÊu tö dung m«i, B lµ cÊu

tö hßa tan ; hoÆc lµ b»ng çc ch÷ çi Latinh: α, β, γ....

- Çc nguyªn tö hßa tan ®−îc s¾p xÕp trong m¹ng tinh thÓ dung

m«i theo hai kiÓu, t−¬ng øng víi hai lo¹i dung dÞch r¾n: thay thÕ


73

vµ xen kÏ (h×nh 3.3) →Râ rµng ë ®©y yÕu tè h×nh häc cã ý

nghÜa quan träng.

H×nh 3.3. S¬ ®å s¾p xÕp nguyªn tö hßa tan thay thÕ vµ xen kÏ

vµo dung m«i cã m¹ng lËp ph−¬ng t©m mÆt, mÆt (100)

b. Dung dÞch r¾n thay thÕ

- Çc nguyªn tö hßa tan chiÕm chç hay thay thÕ vµo ®óng çc vÞ

trÝ nót m¹ng cña kim lo¹i dung m«i → cã kiÓu m¹ng vµ sè nguyªn

tö trong « c¬ së ®óng nh− cña cÊu tö dung m«i.

- §iÒu kiÖn ®Ó t¹o thµnh dung dÞch r¾n thay thÕ :

ChØ x¶y ra víi çc nguyªn tè cã ®−êng kÝnh nguyªn tö gÇn gièng

nhau ( sai kh¸c kh«ng qu¸ 15%)

- V× kh«ng cã hai nguyªn tè nµo cã ®−êng kÝnh nguyªn tö hoµn

toµn gièng nhau→ thay thÕ sÏ g©y ra x« lÖch m¹ng

- V−ît qu¸ giíi h¹n nµo ®ã → thay thÕ lÉn nhau rÊt khã → m¹ng

x« lÖch qu¸ m¹nh, trë nªn mÊt æn ®Þnh→ cho ®Õn nång ®é b·o


74

t¹o nªn pha míi→ giíi h¹n hßa hßa mµ v−ît qu¸ giíi h¹n nµy sÏ

tan.

- Trong thùc tÕ cã mét sè cÆp kim lo¹i cã thÓ hßa tan v« h¹n vµo

nhau → t¹o nªn mét d·y çc dung dÞch r¾n cã nång ®é thay ®æi

mét çch liªn tôc : 100%A + 0%B qua 50%A + 50 %B cho ®Õn

0%A + 100%B nh− biÓu thÞ ë h×nh 3.4.

- §iÒu kiÖn ®Ó hoµ tan v« h¹n: (cã 4 yÕu tè)

H×nh 3.4. S¬ ®å thay thÕ ®Ó t¹o nªn d·y dung dÞch r¾n liªn tôc (hßa tan v« h¹n) gi÷a hai kim lo¹i A vµ B khi l−îng B t¨ng dÇn

• T−¬ng quan vÒ kiÓu m¹ng: nÕu cïng kiÓu m¹ng míi cã thÓ hßa

tan v« h¹n, kh¸c kiÓu m¹ng chØ cã thÓ hßa tan cã h¹n.

• T−¬ng quan vÒ kÝch th−íc: ®−êng kÝnh nguyªn tö sai kh¸c

nhau Ýt (< 8%) míi cã thÓ hßa tan v« h¹n, sai kh¸c nhau nhiÒu

(8 ÷ 15%) chØ cã thÓ hßa tan cã h¹n, sai kh¸c nhau rÊt nhiÒu

(>15%) cã kh¶ n¨ng kh«ng hßa tan lÉn nhau.

• T−¬ng quan vÒ nång ®é ®iÖn tö (sè l−îng ®iÖn tö hãa trÞ tÝnh

cho mét nguyªn tö) cã cïng ®iÖn tö ho¸ trÞ (çc nguyªn tè kh¸c

nhau vÒ hãa trÞ chØ cã thÓ hßa tan cã h¹n)


75

• T−¬ng quan vÒ tÝnh ©m ®iÖn. (kh¶ n¨ng t−¬ng t¸c hãa häc t¹o

thµnh ph©n tö) Cïng tÝnh ©m ®iÖn, dÔ hoµ tan vµo nhau. NÕu kh¸c

biÖt nhau rÊt nhiÒu dÔ t¹o nªn hîp chÊt hãa häc, pha trung gian

Hai t−¬ng quan sau lµ sù gÇn nhau trong b¶ng tuÇn hoµn

ChØ cÇn kh«ng ®¹t mét trong bèn yÕu tè → t¹o thµnh dd r¾n hoµ

tan cã h¹n.

VÝ dô: Ag - Au (m¹ng A1, Δr = 0,20%, cïng nhãm IB), Cu - Ni

(m¹ng A1, Δr = 2,70%, IB vµ VIII), Feα - Cr (m¹ng A2, Δr =

0,70%, VIB vµ VIII).

- Th−êng sù ph©n bè nguyªn tö hßa tan trong m¹ng dung m«i lµ

®Òu ®Æn, ngÉu nhiªn vµ ®−îc gäi lµ dung dÞch r¾n kh«ng trËt tù.

- Trong mét sè ®iÒu kiÖn (nhiÖt ®é, nång ®é) çc nguyªn tö hßa

tan ph©n bè ®Òu ®Æn song l¹i cã quy luËt → dung dÞch r¾n trËt tù

cã tÝnh chÊt gißn h¬n.

c. Dung dÞch r¾n xen kÏ

- Çc nguyªn tö hßa tan ph¶i cã kÝch th−íc bÐ h¬n h¼n ®Ó cã thÓ

“lät“ vµo lç hæng trong m¹ng cña kim dung m«i→ vÉn cã kiÓu

m¹ng nh− kim lo¹i chñ nh−ng sè nguyªn tö trong « c¬ së t¨ng lªn.

- Çc lç hæng ®Òu rÊt nhá → mét sè ¸ kim víi b¸n kÝnh nguyªn tö

bÐ nh−: Hy®r« (0,046nm), Nit¬ (0,071nm), C (0,077nm) vµ ®«i khi

c¶ B (0,091nm) →vcã kh¶ n¨ng hßa tan xen kÏ vµo çc kim lo¹i

chuyÓn tiÕp cã b¸n kÝnh nguyªn tö lín nh− Fe (0,1241nm),Cr


76

(0,1249nm), W(0,1371nm), Mo (0,136nm), V (0,132nm), Ti

(0,145nm)...

- Lç hæng lín nhÊt trong çc m¹ng tinh thÓ kim lo¹i lµ lo¹i t¸m

mÆt cña A1 d= 0,414dngt→ trõ H ra kh«ng cã ¸ kim nµo nhá ®Õn

møc võa kÝch th−íc nµy→ thùc tÕ, vÉn cã thÓ chen vµo ë mét sè

lç hæng, g©y ra x« lÖch m¹nh m¹ng (h×nh 3.5a) → dung dÞch r¾n

xen kÏ chØ cã thÓ lµ lo¹i hoµ tan cã h¹n (®é hßa tan th−êng lµ nhá

vµ rÊt nhá).

H×nh 3.5. Sù x« lÖch m¹ng trong dung dÞch r¾n:

a. hßa tan xen kÏ,

b. hßa tan thay thÕ khi rht > rchñ ,

c. hßa tan thay thÕ khi rht<rchñ.

d. Çc ®Æc tÝnh cña dung dÞch r¾n

1) M¹ng tinh thÓ cã çc kiÓu ®¬n gi¶n vµ xÝt chÆt (A1, A2...) cña

kim lo¹i víi liªn kÕt kim lo¹i.

2) Cã c¬ tÝnh nh− kim lo¹i chñ, ®ã lµ tÝnh dÎo, nh−ng theo h−íng:

- tÝnh dÎo tuy cã gi¶m ®i song vÉn ®ñ cao

- t¨ng ®é bÒn, ®é cøng, kh¶ n¨ng chÞu t¶i h¬n h¼n kim lo¹i nguyªn

chÊt.


77

- Sù biÕn ®æi tÝnh chÊt nh− trªn cµng m¹nh khi nång ®é chÊt tan

cµng lín, khi nång ®é nµy qu¸ lín, m¹ng bÞ x« lÖch qu¸ m¹nh, ®é

bÒn, ®é cøng tuy t¨ng lªn m¹nh nh−ng ®é dÎo còng bÞ gi¶m m¹nh

→ gißn, dÔ bÞ g·y, vì.

3) Dung dÞch r¾n tuy còng cã tÝnh dÉn nhiÖt, dÉn ®iÖn song kÐm

h¬n kim lo¹i nguyªn chÊt, cã thÓ lµm thay ®æi ®ét ngét ®iÖn thÕ

®iÖn cùc → cã ¶nh h−ëng tèt ®Õn tÝnh chèng ¨n mßn ®iÖn hãa

- Trong tÊt c¶ çc hîp kim kÕt cÊu, dung dÞch r¾n bao giê còng lµ

pha c¬ b¶n chiÕm trªn d−íi 90% thËm chÝ chØ cã pha nµy (100%) .

3.1.3. Pha trung gian

- Çc hîp chÊt hãa häc cã trong hîp kim th−êng ®−îc gäi lµ pha

trung gian bëi v× trªn gi¶n ®å pha nã cã vÞ trÝ ë gi÷a, trung gian

gi÷a çc dung dÞch r¾n cã h¹n ë hai ®Çu mót.

- §ã lµ çc pha cã tÝnh chÊt gÇn gièng çc hîp chÊt ho¸ häc

th−êng gÆp, nh−ng cã mét sè nÐt cña dung dÞch r¾n

a. B¶n chÊt vµ ph©n lo¹i

- §Æc ®iÓm

1) Cã m¹ng tinh thÓ phøc t¹p vµ kh¸c h¼n víi nguyªn tè thµnh

phÇn.

2) Lu«n lu«n cã tû lÖ kh¸ chÝnh x¸c gi÷a çc nguyªn tè vµ biÓu

diÔn b»ng c«ng thøc hãa häc AmBn

3) TÝnh chÊt kh¸c h¼n çc nguyªn tè thµnh phÇn víi ®Æc ®iÓm lµ

gißn (kh¸c h¼n víi kim lo¹i).


78

4) Cã nhiÖt ®é nãng ch¶y cè ®Þnh vµ khi t¹o thµnh táa ra mét

l−îng nhiÖt ®¸ng kÓ.

- PhÇn lín çc hîp chÊt hãa häc trong hîp kim cã nh÷ng ®Æc ®iÓm

kh¸c víi çc hîp chÊt hãa häc theo hãa trÞ:

+ kh«ng tu©n theo quy luËt hãa trÞ,

+ kh«ng cã thµnh phÇn hãa häc chÝnh x¸c (dao ®éng trong mét

kho¶ng quanh thµnh phÇn chÝnh x¸c theo c«ng thøc),

+ cã liªn kÕt kim lo¹i.

Çc pha trung gian trong hîp kim th−êng gÆp gåm cã: pha

xen kÏ, pha ®iÖn tö vµ pha Laves.

Th−êng gÆp pha xen kÏ, VD: cacbit, nitrit, hy®rit (vµ borit).

c«ng thøc M4X, M2X, MX hoÆc M3X, M7X3, M23X6.

(Çc nitrit Fe4N, Fe2N, Mo2N, Cr2N... ®−îc t¹o thµnh khi thÊm

Fe3C, Mn3C, Cr7C3, Cr23C6 )

3.2. Gi¶n ®å pha cña hÖ hai cÊu tö

- Gi¶n ®å pha chÝnh lµ gi¶n ®å biÓu thÞ sù biÕn ®æi tæ chøc pha

vµo nhiÖt ®é vµ thµnh phÇn cña hÖ ë tr¹ng th¸i c©n b»ng.

→ Nh− vËy nãi chung gi¶n ®å pha chØ hoµn toµn ®óng vµ phï hîp

víi hîp kim ë tr¹ng th¸i c©n b»ng (lµm nguéi rÊt chËm hay ë tr¹ng

th¸i ñ), cßn trong tr−êng hîp lµm nguéi th«ng th−êng (trong

kh«ng khÝ) → g©y ra Ýt nhiÒu sai kh¸c, tuy nhiªn gi¶n ®å pha vÉn


79

lµ c¬ së x¸c ®Þnh cÊu tróc cña hîp kim ®· cho ( sai lÖch xuÊt

hiÖn hoµn toµn cã thÓ lý gi¶i ®−îc).

→ V× vËy gi¶n ®å pha lµ c«ng cô quan träng ®Ó kh¶o s¸t hîp kim

(vµ ceramic), qua ®ã cã thÓ biÕt ®iÒu chÝnh yÕu nhÊt lµ cÊu tróc.

3.2.1. Gi¶n ®å pha vµ c«ng dông

- Gi¶n ®å pha ®−îc x©y dùng chØ b»ng thùc nghiÖm.

- HÖ mét cÊu tö kh«ng cã sù biÕn ®æi thµnh phÇn → gi¶n ®å pha

chØ cã mét trôc ( trôc tung) trªn ®ã ®¸nh dÊu nhiÖt ®é ch¶y (kÕt

tinh) vµ çc nhiÖt ®é chuyÓn biÕn thï h×nh (nÕu cã)

VD: Fe

- HÖ hai cÊu tö cã hai trôc: trôc tung → nhiÖt ®é, trôc hoµnh →

thµnh phÇn (% khèi l−îng) víi nh÷ng ®−êng ph©n chia çc khu

vùc pha theo theo çc nguyªn t¾c sau:

* Xen gi÷a hai khu vùc mét pha lµ khu vùc hai pha t−¬ng øng.

* Mçi ®iÓm trªn trôc hoµnh biÓu thÞ mét thµnh phÇn x¸c ®Þnh

cña hÖ. ( Tr¸i sang ph¶i : tû lÖ cÊu tö B t¨ng lªn, A gi¶mn, hai ®Çu

mót t−¬ng øng víi hai cÊu tö nguyªn chÊt: A (tr¸i), B (ph¶i).

VD: §iÓm C øng víi thµnh phÇn cã 30%B , 70%A),

§iÓm D: 80%B + 20%A.


80

H×nh 3.6. Gi¶n ®å pha

cña s¾t.

H×nh 3.7. Çc trôc cña gi¶n ®å pha hÖ

hai cÊu tö.

- §−êng th¼ng ®øng bÊt kú biÓu thÞ mét thµnh phÇn x¸c ®Þnh

nh−ng ë çc nhiÖt ®é kh¸c nhau.

- Gi¶n ®å pha cña hÖ hai cÊu tö dÔ dµng x¸c ®Þnh ®−îc çc th«ng

sè sau ®©y cho mét thµnh phÇn x¸c ®Þnh ë nhiÖt ®é nµo ®ã:

• Çc pha tån t¹i. C¨n cø vµo ®iÓm nhiÖt ®é - thµnh phÇn ®· cho

(täa ®é) n»m trong vïng nµo → sÏ cã tæ chøc pha t−¬ng øng víi

vïng ®ã: n»m ë vïng mét pha, hîp kim cã tæ chøc mét pha; n»m

trong vïng hai pha - cã tæ chøc hai pha.

• Thµnh phÇn pha.

NÕu täa ®é n»m trong vïng mét pha th× thµnh phÇn cña pha cÊu

t¹o nªn hîp kim b»ng chÝnh thµnh phÇn cña hîp kim ®· chän.


81

Khi täa ®é n»m trong vïng hai pha viÖc x¸c ®Þnh nh− sau: kÎ

®−êng n»m ngang (®¼ng nhiÖt) qua täa ®é nµy, hai giao ®iÓm cña

nã víi hai ®−êng biªn giíi víi hai vïng mét pha gÇn nhÊt sÏ chØ râ

thµnh phÇn cña tõng pha t−¬ng øng.

• Tû lÖ (vÒ sè l−îng) gi÷a c¸c pha hoÆc tæ chøc ®−îc x¸c ®Þnh

b»ng quy t¾c c¸nh tay ®ßn:

l−îng pha tr¸i ®é dµi ®o¹n th¼ng ph¶i (®ßn bªn ph¶i)

------------------ = --------------------------------------------------

l−îng pha ph¶i ®é dµi ®o¹n th¼ng tr¸i (®ßn bªn tr¸i)

gièng nh− sù c©n b»ng cña ®ßn bÈy

H×nh 3.8. Sù c©n b»ng cña ®ßn bÈy.

• Suy ®o¸n tÝnh chÊt cña hîp kim.

Theo quy t¾c kÕt hîp th× tÝnh chÊt cña hîp kim lµ tæng hîp tÝnh

chÊt cña tõng pha cÊu t¹o nªn HK theo tû lÖ bËc nhÊt

• NhiÖt ®é ch¶y (kÕt tinh): th−êng hîp kim nãng ch¶y (kÕt tinh)

trong mét kho¶ng nhiÖt ®é (b¾t ®Çu vµ kÕt thóc) t−¬ng øng víi hai

®−êng ch¹y ngang suèt gi¶n ®å, ®−êng ch¹y ngang trªn ®−îc gäi

lµ ®−êng láng (ë cao h¬n ®−êng nµy hîp kim hoµn toµn ë tr¹ng


82

d−íi ®−îc gäi lµ ®−êng r¾n (hay th¸i láng), ®−êng ngang s¸t ë

®−êng ®Æc) (ë thÊp h¬n ®−êng nµy hîp kim hoµn toµn ë tr¹ng th¸i

r¾n).

• Çc chuyÓn biÕn pha. Sù xuÊt hiÖn hoÆc biÕn mÊt cña çc pha

(khi nung vµ khi nguéi chËm) còng nh− theo nhiÖt ®é x¶y ra,

t−¬ng øng víi çc ®−êng ë d−íi ®−êng ®Æc.

• Dù ®o¸n çc tæ chøc t¹o thµnh ë tr¹ng th¸i kh«ng c©n b»ng (khi

nguéi nhanh).

3.2.2. Gi¶n ®å lo¹i I

H×nh 3.9. D¹ng tæng qu¸t cña gi¶n ®å pha lo¹i I (a) vµ gi¶n ®å pha

Pb - Sb (b).

- HÖ hai cÊu tö kh«ng cã bÊt kú t−¬ng t¸c nµo →chóng t¹o nªn

hçn hîp riªng rÏ cña hai cÊu tö

VD: HÖ Pb - Sb


83

3.2.3. Gi¶n ®å lo¹i II

H×nh 3.10. D¹ng tæng qu¸t cña gi¶n ®å pha lo¹i II (a) vµ c¸c gi¶n ®å

pha hÖ Cu - Ni (b)

- HÖ hai cÊu tö víi t−¬ng t¸c hßa tan v« h¹n vµo nhau

VD: HÖ Cu - Ni

3.2.4. Gi¶n ®å lo¹i III

- HÖ hai cÊu tö víi t−¬ng

t¸c hßa tan cã h¹n vµo

nhau,

VD: HÖ Pb - Sn


84

H×nh 3.12. gi¶n ®å pha hÖ Pb - Sn- tæ chøc khi kÕt tinh ë

tr¹ng th¸i c©n b»ng cña hîp kim 40%Sn (b).

+ AEB lµ ®−êng láng

+ ACEDB - ®−êng ®Æc

+ E ®iÓm cïng tinh: L→(α+ β) ( hîp kim cïng tinh)

Tr−íc E : HK tr−íc cïng tinh

Sau E: HK sau cïng tinh

+ CF; DG lµ ®−êng giíi h¹n hoµ tan cña dung dÞch r¾n: lín nhÊt ë

nhiÖt ®é cïng tinh, gi¶m m¹nh ë nhiÖt ®é thÊp

+ Cã thÓ chia HK cña hÖ thµnh 3 nhãm:

• Nhãm chøa rÊt Ýt cÊu tö thø hai (bªn tr¸i F, bªn ph¶i G), sau khi

kÕt tinh xong chØ cã mét dung dÞch r¾n α hoÆc β, cã ®Æc tÝnh nh−

gi¶n ®å lo¹i II.

• Nhãm chøa mét l−îng h¹n chÕ cÊu tö thø hai (tõ F ®Õn C’ vµ D’

®Õn G), ban ®Çu kÕt tinh ra dung dÞch r¾n, song khi nhiÖt ®é h¹

xuèng thÊp h¬n CF vµ DG chóng trë nªn qu¸ b·o hßa → tiÕt ra

l−îng cÊu tö hßa tan thõa d−íi d¹ng dung dÞch r¾n thø cÊp (α thõa

B tiÕt ra pha βII giµu B, β thõa A tiÕt ra pha αII giµu A).

• Nhãm chøa l−îng lín cÊu tö thø hai [tõ C (C’) ®Õn D (D’)], ban

®Çu kÕt tinh ra dung dÞch r¾n (αC hay βD), pha láng cßn l¹i biÕn

®æi thµnh phÇn theo ®−êng láng ®Õn ®iÓm E→kÕt tinh cña cïng

tinh


85

VÝ dô xÐt HK tr−íc cïng tinh 40%Sn cña hÖ Pb - Sn

- T>245oC hîp kim hoµn toµn ë tr¹ng th¸i láng.

- T= 245oC hîp kim b¾t ®Çu kÕt tinh ra α2’ víi 13,3%Sn→ khi lµm

nguéi α tiÕp tôc ®−îc t¹o thµnh vµ pha láng Ýt dÇn

VD: ë 200oC pha α chøa 18,5%Sn (a’) vµ L chøa 57%Sn (a’’)

tû lÖ gi÷a chóng lµ : αa’ / La’’ = (57 - 40) / (40 - 18,5) = 17 / 21,5

vËy pha αa’ chiÕm tû lÖ 44,2%

La’’ - 55,8%.

- §Õn nhiÖt ®é cïng tinh 183oC, tr−íc khi kÕt tinh cïng tinh tû lÖ

gi÷a hai pha nµy lµ

αC / LE = (61,9 - 40) / (40 - 19,2) = 21,9 / 20,8.

Còng t¹i nhiÖt ®é nµy sau ph¶n øng cïng tinh LE ⎯→ (αC + βD),

hîp kim cã tæ chøc αC + (αC + βD) víi tû lÖ

αC / (αC + βD) còng b»ng 21,9 / 20,8.

Nh− vËy trong tæ chøc cuèi cïng cña hîp kim cã hai lo¹i dung

dÞch r¾n α : lo¹i kÕt tinh ®éc lËp ë trong vïng α + L (ë cao h¬n

183oC) vµ lo¹i cïng kÕt tinh víi β ë nhiÖt ®é kh«ng ®æi (183oC) vµ

®−îc gäi lµ α cïng tinh.

NÕu tÝnh tû lÖ gi÷a hai pha β (chØ cã trong cïng tinh) vµ α (gåm

c¶ lo¹i ®éc lËp lÉn c¶ lo¹i cïng tinh) th× ë 183oC cã

β / α = (40 - 19,2) / (97,5 - 40) = 20,8 / 57,5,


86

→ β chiÕm tû lÖ 26,6%, α chiÕm tû lÖ 73,4%.

3.3. Gi¶n ®å pha Fe - C (Fe - Fe3C)

- Gi¶n ®å pha Fe - C cã t−¬ng t¸c kh¸ phøc t¹p, rÊt ®iÓn h×nh →

viÖc nghiªn cøu cã ý nghÜa võa thùc tÕ vµ khoa häc

- Thùc tÕ chØ kh¶o s¸t mét phÇn (phÇn giµu Fe) víi l−îng cacbon

®Õn 6,67 % (hÖ Fe - Fe3C) → ®−îc coi lµ c©n b»ng gi¶ æn ®Þnh

3.3.1. T−¬ng t¸c gi÷a Fe vµ C

• S¾t: S¾t nguyªn chÊt kü thuËt cã c¬ tÝnh nh− sau:

HB ≈ 80; ¬b ≈ 250MPa; ¬0,2 ≈ 120MPa; δ ≈ 50%;

Ψ ≈ 85%; aK ≈ 2500kJ/m2

cã thï h×nh víi 2 kiÓu m¹ng tinh thÓ : lptk vµ lptm

a. T−¬ng t¸c gi÷a Fe vµ C:

- Cã nhiÒu t−¬ng t¸c víi nhau vµ rÊt ®iÓn h×nh: T¹o ra c¶ dung

dÞch r¾n, pha trung gian vµ hçn hîp c¬ häc

1. Dung dÞch r¾n xen kÏ cña C trong Fe

- Do kÝch th−íc nguyªn tö nhá (rC = 0,077nm, rFe = 0,1241nm) →

C hßa tan cã h¹n vµo Fe ë d¹ng dd r¾n xen kÏ.

- Víi m¹ng Feα vµ Feδ ( m¹ng lptk- A2) mËt ®é xÕp thÊp, cã

nhiÒu lç hæng, mçi lç hæng l¹i cã kÝch th−íc qu¸ nhá (lç t¸m mÆt

cã r = 0,154rFe , lç bèn mÆt lín h¬n cã r = 0,291rFe),

chØ b»ng gÇn mét nöa kÝch th−íc nguyªn tö C → Do vËy vÒ


87

nguyªn lý Feα vµ Feδ kh«ng cã kh¶ n¨ng hßa tan C hay ®é hßa

tan cacbon trong chóng lµ kh«ng ®¸ng kÓ (cã thÓ coi b»ng kh«ng).

- Thùc tÕ cã thÓ hoµ tan mét l−îng nhá C ( 0,02% ë 727 0c v víi

Feα vµ 0,1% ë 14990C víi Feδ do C n»m ë c¸c vïng sai lÖch m¹ng,

chñ yÕu trªn biªn giíi h¹t

- Víi Feγ - m¹ng lptm (A1) cã kÝch th−íc lç hæng lín h¬n (lç

t¸m mÆt r = 0,414rFe), vÉn nhá h¬n C mét chót → nªn cã kh¶

chøa nguyªn tö C vµ g©y x« lÖch m¹ng (tèi ®a cã thÓ ®Õn

2,14%C), v−ît qu¸ giíi h¹n trrne sÏ lµm m¹ng qu¸ x« lªch vµ trë

nªn kÐm æn ®Þnh.

2. C¸c bÝt Fe (xementit)

- Khi l−îng C ®−a vµo Fe v−ît qu¸ giíi h¹n hßa tan nãi trªn, C

thõa ra sÏ kÕt hîp víi Fe thµnh Fe3C gäi lµ xªmentit.

- Fe3C lµ pha xen kÏ víi kiÓu m¹ng phøc t¹p, cã thµnh phÇn

6,67%C + 93,33%Fe.

- Lµ pha kh«ng æn ®Þnh, trong mét sè ®iÒu kiÖn l¹i bÞ phan ho¸

thµnh Fe vµ C ( graphit)

3. Hçn hîp c¬ häc:

- Hîp kim Fe-C th−êng cã cÊu t¹o tinh thÓ lµ hçn hîp c¬ häc cña

dd r¾n cña Fe vµ Xe, nhÊt lµ ë nhiÖt ®é th−êng

- Hai d¹ng hçn hîp ®iÓm h×nh lµ cïng tinh vµ cïng tÝch

3.3.2. Gi¶n ®å pha Fe - Fe3C


88

a. Gi¶n ®å pha Fe - Fe3C

Gi¶n ®å pha Fe - C (Fe - Fe3C) ®−îc tr×nh bµy ë h×nh 3.18

víi c¸c ký hiÖu c¸c täa ®é (nhiÖt ®é, oC - thµnh phÇn cacbon, %)

®· ®−îc quèc tÕ hãa nh− sau:

A (1539 - 0); B (1499 - 0,5); C (1147 - 4,3);

D (~1250 - 6,67); E (1147 - 2,14); F (1147 - 6,67);

G (911 - 0); H (1499 - 0,10); J (1499 - 0,16);

K (727 - 6,67); L (0 - 6,67) ; N (1392 - 0);

P (727 - 0,02); Q (0 - 0,006); S (727 - 0,80).

Mét sè ®−êng cã ý nghÜa thùc tÕ rÊt quan träng nh− sau:

- ABCD lµ ®−êng láng ®Ó x¸c ®Þnh nhiÖt ®é ch¶y láng hoµn toµn

hay b¾t ®Çu kÕt tinh.

- AHJECF lµ ®−êng r¾n ®Ó x¸c ®Þnh nhiÖt ®é b¾t ®Çu ch¶y hay kÕt

thóc kÕt tinh.

- ECF (1147oC) lµ ®−êng cïng tinh, x¶y ra ph¶n øng cïng tinh

(eutectic).

- PSK (727oC) lµ ®−êng cïng tÝch, x¶y ra ph¶n øng cïng tÝch

(eutectoid).

- ES - giíi h¹n hßa tan cacbon trong Feγ.

- PQ - giíi h¹n hßa tan cacbon trong Feα.


89

H×nh 3.18. Gi¶n ®å pha Fe - C (Fe - Fe3C).

b. C¸c chuyÓn biÕn khi lµm nguéi chËm

- ChuyÓn biÕn bao tinh x¶y ra ë 1499oC trong c¸c hîp kim cã 0,10

÷ 0,50%C (®−êng HJB)

δH + LB ⎯→ γH hay δ0,10 + L0,50 ⎯→ γ0,16

(3.1) song Ýt ®Ó ý ®Õn ph¶n øng nµy v× x¶y ra ë nhiÖt ®é qu¸ cao vµ


90

kh«ng cã ¶nh h−ëng g× ®Õn tæ chøc cña thÐp khi gia c«ng vµ

sö dông.

- ChuyÓn biÕn cïng tinh x¶y ra ë 1147oC trong çc hîp kim

cã>2,14%C (®−êng ECF)

LC → (γE + Fe3CF) hay L4,3 → (γ2,14 + Fe3C6,67) (3.2)

- ChuyÓn biÕn cïng tÝch x¶y ra ë 727oC hÇu nh− víi mäi hîp kim

(®−êng PSK)

γS ⎯→ [αP + Fe3CK] hay γ0,8 ⎯→ [α0,02 + Fe3C6,67] (3.3)

- Sù tiÕt pha Fe3C d− ra khái dung dÞch r¾n cña cacbon trong çc

dung dÞch r¾n: trong Feγ theo ®−êng ES vµ trong Feα theo ®−êng

PQ.

c. Çc tæ chøc mét pha

ë tr¹ng th¸i r¾n cã thÓ gÆp bèn pha sau.

*Ferit (cã thÓ ký hiÖu b»ng α hay F hay Feα)

- lµ dung dÞch r¾n xen kÏ cña cacbon trong Feα víi m¹ng lptk (a =

0,286 ÷ 0,291nm)

- l−îng hßa tan C qu¸ nhá (lín nhÊt lµ 0,02%C ë 727oC - ®iÓm P,

ë nhiÖt ®é th−êng thÊp nhÊt chØ cßn 0,006%C - ®iÓm Q) → coi

Feα nh− Fe nguyªn chÊt , cã tÝnh s¾t tõ nh−ng chØ ®Õn 768oC.

- Trªn gi¶n ®å nã tån t¹i trong vïng GPQ , c¬ tÝnh cña ferit chÝnh

lµ cña s¾t nguyªn chÊt: dÎo, dai, mÒm vµ kÐm bÒn.

- Ferit cã thÓ hßa tan Si, Mn, P, Cr... nªn sÏ cøng vµ bÒn h¬n song

còng kÐm dÎo dai ®i.


91

- Ferit lµ mét trong hai pha tån t¹i ë nhiÖt ®é th−êng vµ khi sö

dông (< 727oC), song víi tû lÖ cao nhÊt (trªn d−íi 90%) →®ãng

gãp mét tû lÖ quan träng trong c¬ tÝnh cña hîp kim Fe - C.

- Tæ chøc tÕ vi cña ferit tr×nh bµy ë h×nh 3.19a cã d¹ng c¸c h¹t

s¸ng, ®a c¹nh.

H×nh 3.19. Tæ chøc tÕ vi cña ferit (a) vµ austenit (b) (x500).

*Austenit [ cã thÓ ký hiÖu b»ng γ, A, Feγ(C) ]

- Lµ dung dÞch r¾n xen kÏ cña C trong Feγ víi m¹ng lptm (a ≈

0,364nm)

- L−îng hßa tan ®¸ng kÓ cacbon (cao nhÊt tíi 2,14% hay kho¶ng

8,5% vÒ sè nguyªn tö ë 1147oC - ®iÓm E, ë 727oC chØ cßn 0,80%C

- ®iÓm S).

- Kh«ng cã tÝnh s¾t tõ mµ cã tÝnh thuËn tõ, nã chØ tån t¹i ë nhiÖt

®é cao (> 727oC) trong vïng NJESG (tiÕp gi¸p víi Feγ trªn trôc

s¾t)


92

- RÊt Ýt khi quan s¸t thÊy ë nhiÖt ®é th−êng

- Kh«ng tham gia quyÕt ®Þnh tÝnh chÊt cña hîp kim khi lµm viÖc ¶

nh−ng l¹i cã vai trß quyÕt ®Þnh trong biÕn d¹ng nãng vµ nhiÖt

luyÖn v× nã lµ trung gian ®Ó tõ ®ã nhËn ®−îc çc tæ chøc theo yªu

cÇu

- Tæ chøc tÕ vi cña austenit tr×nh bµy ë h×nh 3.19b cã çc h¹t s¸ng,

cã thÓ víi mµu ®Ëm nh¹t kh¸c nhau ®«i chót (do ®Þnh h−íng khi

tÈm thùc) vµ çc ®−êng song tinh (song song) c¾t ngang h¹t (thÓ

hiÖn tÝnh dÎo cao).

*Xªmentit (cã thÓ ký hiÖu b»ng Xe, Fe3C)

-Lµ pha xen kÏ víi kiÓu m¹ng phøc t¹p, c«ng thøc Fe3C, 6,67%C,

(®−êng th¼ng ®øng DFKL trªn gi¶n ®å)

- Cøng ( 800HB) vµ gißn, cïng víi F nã t¹o nªn çc tæ chøc kh¸c

nhau cña hîp kim Fe - C.

- Cã 4 lo¹i xªmenntit:

• Xªmentit thø nhÊt (XeI):

- ®−îc t¹o thµnh tõ pha láng do gi¶m nång ®é C trong hîp kim

láng theo DC khi h¹ nhiÖt ®é

- chØ cã ë hîp kim cã > 4,3%C.

- do t¹o thµnh ë nhiÖt ®é cao (> 1147oC) → XeI cã d¹ng th¼ng, th«

to (h×nh 3.24b) ®«i khi cã thÓ thÊy ®−îc b»ng m¾t th−êng.

- Xªmentit thø hai (XeII) :


93

®é C trong γ theo ®−êng ES khi - ®−îc t¹o thµnh do gi¶m nång

h¹ nhiÖt ®é

- th−êng thÊy rÊt râ ë hîp kim cã 0,80 - 2,14%C.

- do t¹o thµnh ë nhiÖt ®é t−¬ng ®èi cao (> 727oC) → t¹o ®iÒu kiÖn

cho sù tËp trung ë biªn giíi h¹t→ khi XeII víi l−îng ®ñ lín → t¹o

thµnh l−íi liªn tôc bao quanh çc h¹t austenit (peclit) (h×nh 3.23)

→ t¹o ra khung gißn, lµm gi¶m m¹nh tÝnh dÎo vµ dai cña hîp kim.

* Xªmentit thø ba (XeIII) :

- ®−îc t¹o thµnh do gi¶m nång ®é C trong F theo ®−êng PQ khi

h¹ nhiÖt ®é

- sè l−îng (tû lÖ) rÊt nhá (nhiÒu nhÊt còng chØ lµ 2o/oo) nªn rÊt khã

ph¸t hiÖn trªn tæ chøc tÕ vi vµ th−êng ®−îc bá qua. -

*Xªmentit cïng tÝch ®−îc t¹o thµnh do chuyÓn biÕn cïng tÝch

austenit → peclit. Lo¹i xªmentit nµy cã vai trß rÊt quan träng,

®−îc tr×nh bµy ë môc tiÕp theo.

d. Çc tæ chøc hai pha

*Peclit (cã thÓ ký hiÖu b»ng P, [Feα + Fe3C]).

- Lµ hçn hîp cïng tÝch cña F vµ Xe ®−îc t¹o thµnh tõ

austenit (0,80%C) vµ ë 727oC

- Trong P cã 88% F vµ 12% Xe ph©n bè ®Òu trong nhau→ peclit

lµ tæ chøc kh¸ bÒn, cøng, ®ñ dÎo, dai ®¸p øng rÊt tèt çc yªu cÇu

cña vËt liÖu kÕt cÊu vµ c«ng cô.


94

- Peclit vµ çc biÕn thÓ cña nã (xoocbit, tr«xtit, bainit) cã mÆt

trong hÇu hÕt çc hîp kim Fe - C.

Ng−êi ta ph©n biÖt hai lo¹i peclit tÊm vµ peclit h¹t.

+

H×nh 3.20. Tæ chøc tÕ vi cña peclit tÊm (a) vµ peclit h¹t (b) (x500).

Peclit tÊm (h×nh 3.20a) th−êng gÆp h¬n c¶, cã cÊu tróc tÊm (líp

phiÕn), hai pha F vµ Xe ®Òu ë d¹ng tÊm n»m ®an xen nhau, (çc

v¹ch tèi máng -víi l−îng Ýt h¬n) lµ Xe, v¹ch s¸ng dµy (víi l−îng

nhiÒu h¬n, gäi lµ nÒn) lµ F

Peclit h¹t (h×nh 3.20b) Ýt gÆp h¬n, cã cÊu tróc h¹t : Xe ë d¹ng thu

gän nhÊt (bÒ mÆt Ýt nhÊt), ph©n bè ®Òu trªn nÒn ferit.


95

- Gi÷a hai lo¹i nµy cã sù kh¸c biÖt nhá vÒ c¬ tÝnh: so víi P h¹t,

P tÊm cã ®é bÒn, ®é cøng thap h¬n, ®é dÎo, ®é dai thÊp h¬n ®«i

chót. γ ®ång nhÊt dÔ t¹o thµnh P tÊm,

γ kÐm ®ång nhÊt dÔ t¹o thµnh P h¹t.

P h¹t æn ®Þnh h¬n PtÊm nªn khi nung l©u ë nhiÖt ®é t−¬ng ®èi cao

(vÝ dô 600 ÷ 700oC) P tÊm cã xu h−íng chuyÓn thµnh Ph¹t.

*Lª®ªburit [ cã thÓ ký hiÖu b»ng Le, hay (γ + Xe) hay (P + Xe) ].

H×nh 3.21. Tæ chøc tÕ vi

cña lª®ªburit - (P+Xe)

(x500).

- Lª lµ hçn hîp cïng tinh cña γ vµ XeI ( víi 4,3%C ë 1147oC) nhê

ph¶n øng cïng tinh;

-Khi lµm nguéi tiÕp tôc l¹i cã ph¶n øng cïng tÝch (727 0C) ®Ó γ

chuyÓn biÕn thµnh P nªn tæ chøc tÕ vi cuèi cïng quan s¸t ®−îc

→ lµ hçn hîp cña P tÊm (c¸c h¹t tèi nhá) trªn nÒn Xe s¸ng.

- Lª cøng vµ gißn (tíi 2/3, lµ xªmentit - 600HB) vµ chØ cã trong

hîp kim Fe - C ë d¹ng gang tr¾ng, Ýt gÆp.


96

3.3.3. Ph©n lo¹i

a. Kh¸i niÖm chung vÒ thÐp, gang

- ThÐp vµ gang ®Òu lµ hîp kim Fe - C (ngoµi ra cã thÓ cã Ýt nhiÒu

çc nguyªn tè kh¸c), trong ®ã ph©n biÖt < 2,14%C lµ thÐp,

>2,14%C lµ gang( bªn tr¸i E lµ thÐp, bªn ph¶i E lµ gang)

→gi¶i thÝch ®−îc çc ®Æc ®iÓm c¬ b¶n kh¸c nhau gi÷a chóng.

-TÊt c¶ çc thÐp dï víi l−îng C, tæ chøc vµ c¬ tÝnh rÊt kh¸c nhau ë

nhiÖt ®é th−êng, khi nung nãng cao h¬n ®−êng GSE → chØ cã mét

pha lµ γ víi ®é dÎo rÊt cao nªn rÊt dÔ biÕn d¹ng → thÐp ®−îc coi

lµ vËt liÖu dÎo

- ®−îc cung cÊp d−íi d¹ng b¸n thµnh phÈm çn nãng (d©y, thanh,

èng, tÊm, h×nh...) rÊt tiÖn lîi cho sö dông.

-TÝnh ®óc cña thÐp nãi chung lµ thÊp (do nhiÖt ®é ch¶y cao, kh«ng

cã tæ chøc cïng tinh) vµ Ýt ®−îc sö dông ®Ó chÕ t¹o vËt ®óc.

- TÊt c¶ çc gang khi nung nãng, gang kh«ng thÓ ®¹t ®−îc tæ

chøc mét pha γ mµ bao giê còng cßn Xe (hay grafit) → kh«ng thÓ

®em biÕn d¹ng nguéi lÉn nãng

- Cã nhiÖt ®é ch¶y thÊp h¬n, trong tæ chøc cã cïng tinh víi kh¶

n¨ng ®iÒn ®Çy khu«n cao→gang lµ vËt liÖu ®óc, chØ ®−îc cung cÊp


97

d−íi d¹ng vËt ®óc (çc s¶n phÈm ®Þnh h×nh nh− chi tiÕt

m¸y phøc t¹p: th©n bÖ, hép, vá hay ®¬n gi¶n nh− èng ...).

- Gang cã thµnh phÇn cµng gÇn cïng tinh tÝnh ®óc cµng cao.

- TÝnh dÎo cña gang rÊt thÊp (kh«ng bao giê ®−îc ®em biÕn d¹ng

dÎo).

d. Çc lo¹i thÐp, gang theo gi¶n ®å pha Fe - C

- C¨n cø vµo tæ chøc kh¸c nhau trªn gi¶n ®å pha ta cã ba lo¹i thÐp

vµ ba lo¹i gang kh¸c nhau.

* ThÐp (t−¬ng øng víi gi¶n ®å pha Fe - C)

- lµ lo¹i hîp kim ngoµi Fe víi C < 2,14% cã chøa l−îng kh«ng

®¸ng kÓ çc nguyªn tè kh¸c, ®−îc gäi lµ thÐp cacbon hay thÐp

th−êng, gåm ba lo¹i nhá sau ®©y.

+ ThÐp tr−íc cïng tÝch ( tct) víi l−îng C tõ 0,10 - 0,70% (bªn

tr¸i ®iÓm S )

cã tæ chøc F(s¸ng) + P (tèi) (h×nh 3.22)

Th«ng dông lµ çc lo¹i thÐp ≤ 0,20%C; 0,30 ÷ 0,40%C.

Khi l−îng cacbon t¨ng lªn th× trªn tæ chøc tÕ vi tû lÖ phÇn peclit

(mµu tèi) còng t¨ng lªn, cßn phÇn ferit (mµu s¸ng) gi¶m ®i. VD:

Víi 0,10%C (h×nh 3.22a) phÇn tèi (peclit tÊm) chiÕm kho¶ng 1/8,


98

Víi 0,40%C (h×nh 3.22b) lµ 1/2

- ThÐp cïng tÝch víi thµnh phÇn 0,80%C (cã thÓ xª dÞch mét

chót) tøc øng víi ®iÓm S cã tæ chøc chØ gåm peclit.

H×nh 3.22. Tæ chøc tÕ vi cña c¸c thÐp tr−íc cïng tÝch

(x500): a. 0,10%C, b. 0,40%C, c. 0,60%C


99

H×nh 3.23. Tæ chøc tÕ vi cña thÐp sau cïng tÝch

(1,20%C) (x500).

- ThÐp sau cïng tÝch ( ≥ 0,90%C )(th−êng chØ tíi 1,50%, c¸ biÖt

cã thÓ tíi 2.0 ÷ 2,2%) - bªn ph¶i ®iÓm S cã tæ chøc P + XeII

th−êng ë d¹ng l−íi s¸ng bao bäc lÊy P tÊm nh− ë h×nh 3.23.

* Gang t−¬ng øng víi gi¶n ®å pha Fe - C (Fe - Fe3C) lµ gang

tr¾ng, rÊt Ýt ®−îc sö dông do qu¸ cøng, gißn, kh«ng thÓ gia c«ng

c¾t ®−îc . Theo sù kh¸c nhau vÒ tæ chøc ta gÆp ba lo¹i gang tr¾ng

sau.

- Gang tr¾ng tr−íc cïng tinh (< 4,3% - bªn tr¸i ®iÓm C)

cã tæ chøc P + XeII + Lª (h×nh 3.24a).

- Gang tr¾ng cïng tinh (4,3%C - ®iÓm C hay l©n cËn)

tæ chøc chØ lµ Lª (h×nh 3.21).

- Gang tr¾ng sau cïng tinh ( > 4,3%C - bªn ph¶i ®iÓm C)

cã tæ chøc Lª + XeI (h×nh 3.24b).


100

H×nh 3.24. Tæ chøc tÕ vi cña gang tr¾ng (x500):

tr−íc cïng tinh (a) vµ sau cïng tinh (b)

c. Çc ®iÓm tíi h¹n cña thÐp

- Nh− thÊy râ tõ gi¶n ®å pha Fe - C, trong khu vùc cña thÐp cã rÊt

nhiÒu ®−êng øng víi çc chuyÓn biÕn pha kh¸c nhau.

- §Ó ®¬n gi¶n hãa viÖc gäi tªn çc chuyÓn biÕn pha → ký hiÖu çc

®−êng t−¬ng øng b»ng ch÷ A

- Khi cã chuyÓn biÕn pha nhiÖt ®é biÕn ®æi chËm l¹i ®«i khi dõng

h¼n) → gäi lµ çc ®iÓm (hay nhiÖt ®é) tíi h¹n.

- Çc ®iÓm tíi h¹n th−êng dïng nhÊt gåm :


101

víi chuyÓn biÕn γ ↔P, cã trong + A1 - ®−êng PSK (727oC) øng

mäi lo¹i thÐp.

+A3 - ®−êng GS (911 ÷ 727oC) øng víi b¾t ®Çu tiÕt ra F khái γ khi

lµm nguéi hay kÕt thóc hßa tan F vµo γ khi nung nãng, chØ cã

trong thÐp tct. Acm

- §−êng ES (1147 ÷ 727oC) øng víi b¾t ®Çu tiÕt ra Xe khái γ khi

lµm nguéi hay kÕt thóc hßa tan Xe vµo γ khi nung nãng, chØ cã

trong thÐp sct.

+ Cã thÓ dÔ dµng x¸c ®Þnh (gÇn ®óng) gi¸ trÞ cña A3 vµ Acm cña

theo gi¶n ®å pha Fe - C

+ §Ó ph©n biÖt cïng mét ®iÓm tíi h¹n cho hai tr−êng hîp: nung

nãng vµ lµm nguéi, ng−êi ta thªm ch÷ c (chauffage) khi nung

nãng, thªm ch÷ r (refroidissement) khi lµm nguéi.

Víi cïng mét thÐp bao giê còng cã: Ac1 > A1 > Ar1; Ac3 > A3 >

Ar3..., (trong ®ã A tÝnh theo gi¶n ®å pha cßn Ac cao h¬n vµ phô

thuéc vµo tèc ®é nung, Ar thÊp h¬n vµ phô thuéc vµo tèc ®é

nguéi, tèc ®é cµng cao sù sai kh¸c cµng m¹nh)


Ch−¬ng 4 nhiÖt luyÖn thÐp

- ë ch−¬ng nµy sÏ nghiªn cøu nh÷ng biÕn ®æi vÒ tæ chøc vµ c¬

tÝnh t−¬ng øng cña thÐp khi nung nãng råi lµm nguéi tiÕp theo→

khi nhiÖt luyÖn.

- ThÐp lµ vËt liÖu rÊt th«ng dông vµ lµ hîp kim nh¹y c¶m nhÊt víi

nhiÖt luyÖn vµ c«ng nghÖ nµy rÊt phæ biÕn trong chÕ t¹o c¬ khÝ

4.1. Kh¸i niÖm vÒ nhiÖt luyÖn thÐp

4.1.1. S¬ l−îc vÒ nhiÖt luyÖn

a. §/n

- NhiÖt luyÖn lµ c«ng nghÖ nung nãng kim lo¹i, hîp kim ®Õn nhiÖt

®é x¸c ®Þnh, gi÷ nhiÖt t¹i ®ã mét thêi gian thÝch hîp råi sau ®ã

lµm nguéi víi tèc ®é nhÊt ®Þnh → lµm thay ®æi tæ chøc→ biÕn ®æi

c¬ tÝnh vµ c¸c tÝnh chÊt kh¸c theo ph−¬ng h−íng ®· chän tr−íc

- NhiÖt luyÖn lµ ph−¬ng ph¸p gia c«ng (treatment) cã nh÷ng ®Æc

®iÓm riªng kh¸c víi c¸c nguyªn c«ng gia c«ng c¬ khÝ kh¸c:

+ ®óc, hµn → nung nãng ®Õn tr¹ng th¸i láng, nhiÖt luyÖn lu«n ë

tr¹ng th¸i r¾n (nhiÖt ®é nung thÊp h¬n ®−êng r¾n).

+ kh¸c víi c¾t gät, biÕn d¹ng dÎo (rÌn, dËp) khi nhiÖt luyÖn (trõ c¬

- nhiÖt luyÖn) h×nh d¹ng vµ kÝch th−íc s¶n phÈm kh«ng thay ®æi

hay thay ®æi kh«ng ®¸ng kÓ.


+ kÕt qu¶ cña nhiÖt luyÖn ®−îc ®¸nh gi¸ b»ng biÕn ®æi cña tæ chøc

tÕ vi vµ c¬ tÝnh, kh«ng thÓ kiÓm tra b»ng vÎ ngoµi b»ng m¾t

th−êng.

b. Çc yÕu tè ®Æc tr−ng cho nhiÖt luyÖn

- Ýt nhÊt còng ®−îc ®Æc tr−ng b»ng ba th«ng

+ NhiÖt ®é nung nãng 0nT : nhiÖt ®é cao nhÊt mµ qu¸ tr×nh ph¶i ®¹t

®Õn.

+ Thêi gian gi÷ nhiÖt tgn: thêi gian ng−ng ë nhiÖt ®é nung nãng.

+ Tèc ®é nguéi Vnguéi sau khi gi÷ nhiÖt.

→ ®Æc tr−ng t−¬ng øng víi ba giai ®o¹n nèi tiÕp nhau cña qu¸

tr×nh nhiÖt luyÖn: nung nãng, gi÷ nhiÖt vµ lµm nguéi.

- KÕt qu¶ nhiÖt luyÖn ®−îc ®¸nh gi¸ b»ng çc chØ tiªu sau:

+ Tæ chøc tÕ vi bao gåm cÊu t¹o pha, kÝch th−íc h¹t, chiÒu s©u líp

hãa bÒn... ®©y lµ chØ tiªu gèc, c¬ b¶n nhÊt

+ §é cøng lµ chØ tiªu c¬ tÝnh dÔ x¸c ®Þnh vµ còng cã liªn quan ®Õn

çc chØ tiªu kh¸c nh− ®é bÒn, ®é dÎo, ®é dai, th«ng th−êng ®−îc

kiÓm tra theo tû lÖ (quan träng cã thÓ ph¶i kiÓm tra c¶ 100%),

nhÊt thiÕt ph¶i thùc hiÖn

+ §é cong vªnh, biÕn d¹ng: tr−êng hîp quan träng yªu cÇu nµy rÊt

kh¾t khe, nÕu v−ît qu¸ ph¹m vi cho phÐp còng kh«ng thÓ sö dông

®−îc.

c. Ph©n lo¹i nhiÖt luyÖn thÐp


S¬ bé cã thÓ ph©n lo¹i çc ph−¬ng ph¸p nhiÖt luyÖn thÐp víi

nh÷ng ®Æc ®iÓm chñ yÕu nh− sau:

NhiÖt luyÖn, th−êng gÆp nhÊt: chØ dïng çch thay ®æi nhiÖt ®é

(kh«ng cã biÕn ®æi thµnh phÇn vµ biÕn d¹ng dÎo) ®Ó biÕn ®æi tæ

chøc trªn toµn tiÕt diÖn→gåm nhiÒu ph−¬ng ph¸p:

NhiÖt luyÖn s¬ bé :môc ®Ých lµ lµm mÒm thÐp ®Ó dÔ gia c«ng c¾t

vµ dËp nguéi, gåm ñ vµ th−êng ho¸

NhiÖt luyÖn kÕt thóc: t¹o c¬ tÝnh phï hîp víi yªu cÇu lµm viÖc cô

thÓ, gåm t«i ( thÓ tÝch hoÆc bÒ mÆt) vµ ram→lµ hai nguyªn c«ng ®i

kÌm nhau

Hãa - nhiÖt luyÖn: dïng çch thay ®æi nhiÖt ®é vµ biÕn ®æi thµnh

phÇn hãa häc ë bÒ mÆt lµm vïng nµy cã biÕn ®æi tæ chøc vµ c¬

tÝnh m¹nh h¬n.

th−êng tiÕn hµnh b»ng çch thÊm, khuÕch t¸n mét hay nhiÒu

nguyªn tè nhÊt ®Þnh.

• ThÊm ®¬n nguyªn tè cã: thÊm cacbon, thÊm nit¬...

• ThÊm ®a nguyªn tè cã: thÊm cacbon - nit¬, thÊm cacbon - nit¬ -

l−u huúnh...

C¬ - nhiÖt luyÖn: dïng çch thay ®æi nhiÖt ®é vµ biÕn d¹ng dÎo

®Ó biÕn ®æi tæ chøc vµ c¬ tÝnh trªn toµn tiÕt diÖn m¹nh h¬n khi

nhiÖt luyÖn ®¬n thuÇn.

3.1.2. T¸c dông cña nhiÖt luyÖn ®èi víi s¶n xuÊt c¬ khÝ


- NhiÖt luyÖn lµ kh©u quan träng vµ kh«ng thÓ thiÕu ®−îc ®èi víi

chÕ t¹o c¬ khÝ v× :

a. T¨ng ®é cøng, tÝnh chèng mµi mßn vµ ®é bÒn cña thÐp

- Môc tiªu cña s¶n xuÊt c¬ khÝ lµ s¶n xuÊt ra çc c¬ cÊu vµ m¸y

bÒn h¬n, nhÑ h¬n, kháe h¬n víi çc tÝnh n¨ng tèt h¬n.

Sau t«i + ram, t«i bÒ mÆt, thÊm cacbon, thÊm cacbon - nit¬... ®é

bÒn vµ ®é cøng cña thÐp cã thÓ t¨ng lªn tõ 3 ®Õn 6 lÇn → m¸y hay

kÕt cÊu cã thÓ nhÑ ®i→ tiÕt kiÖm kim lo¹i (h¹ gi¸ thµnh), n¨ng

l−îng (nhiªn liÖu) khi vËn hµnh.

- ChÊt l−îng cña m¸y, thiÕt bÞ còng nh− phô tïng thay thÕ phô

thuéc rÊt nhiÒu vµo çch sö dông vËt liÖu ®óng vµ nhiÖt luyÖn b¶o

®¶m.

b. C¶i thiÖn tÝnh c«ng nghÖ

- cÇn mÒm ®Ó dÔ c¾t hoÆc dÎo ®Ó dÔ biÕn d¹ng nguéi.

c. NhiÖt luyÖn trong nhµ m¸y c¬ khÝ

- ë çc nhµ m¸y c¬ khÝ víi quy m« nhá vµ trung b×nh, bé phËn

nhiÖt luyÖn kh«ng lín vµ th−êng ®Æt tËp trung.

- ë çc nhµ m¸y c¬ khÝ cã quy m« lín vµ rÊt lín, çc chi tiÕt m¸y

®−îc gia c«ng hoµn chØnh tõ kh©u ®Çu ®Õn kh©u cuèi trªn d©y

chuyÒn c¬ khÝ hãa hoÆc tù ®éng hãa trong ®ã bao gåm c¶ nguyªn

c«ng nhiÖt luyÖn.

4.2. Çc tæ chøc ®¹t ®−îc khi nung nãng vµ lµm nguéi thÐp


- B¶n chÊt cña nhiÖt luyÖn lµ biÕn ®æi tæ chøc, chuyÓn pha, vËy

ph¶i xÐt xem nung nãng thÐp, lµm nguéi....

- C¬ së lµ thÐp t−¬ng øng víi gi¶n ®å pha Fe -C, ®i tõ lo¹i thÐp cã

tæ chøc ®¬n gi¶n nhÊt - P ( thÐp cïng tÝch) víi 0,80%C råi më

réng ra cho çc lo¹i thÐp cßn l¹i (tr−íc vµ sau cïng tÝch).

4.2.1. Çc chuyÓn biÕn x¶y ra khi nung nãng thÐp - Sù t¹o

thµnh austenit

a. C¬ së x¸c ®Þnh chuyÓn biÕn khi nung

- Lµ gi¶n ®å pha Fe – C (giíi h¹n ë khu vùc thÐp vµ ë tr¹ng th¸i

r¾n )

- Tæ chøc cña thÐp cïng tÝch : P ( hçn hîp c¬ häc cña F vµ Xe)

- Çc thÐp tr−íc vµ sau cïng tÝch cã tæ chøc phøc t¹p h¬n: P+F

hoÆc P+XeII.

→Tæ chøc c¬ b¶n cña mäi thÐp lµ F vµ Xe

• Khi T< Ac1 trong mäi thÐp vÉn ch−a cã chuyÓn biÕn → sau ®ã

lµm nguéi kh«ng cã biÕn ®æi g×.

• Khi T= Ac1, P trong mäi lo¹i thÐp chuyÓn biÕn thµnh Feγ (As)

theo ph¶n øng: P =

[Feα + Fe3C]0,80%C ⎯→ Feγ(C)0,80%C

trong khi ®ã F vµ XeII cña çc thÐp tr−íc vµ sau ct ch−a chuyÓn

biÕn.


→ nung nãng qu¸ nhiÖt ®é Ac1 mét chót:

ThÐp ct ®· chuyÓn biÕn hoµn toµn: hoµn toµn γ

ThÐp tr−íc vµ sau ct cã chuyÓn biÕn kh«ng hoµn toµn(γ)

•Nung ®Õn Ac3 (thÐp tct) vµ Accm (thÐp sct)→ sÏ cã sù hßa tan F

vµ XeII cßn d− vµo γ, T0 cµng cao → l−îng hai pha ngµy mét Ýt ®i

• Khi T> Ac3 vµ Accm : sù hoµ tan F vµ XeII d− vµo γ ë c¸c thÐp

tr−íc vµ sau ct kÕt thóc vµ chØ cßn mét pha hoµn toµn γ.

→ khi nung nãng trªn GSE mäi thÐp (dï cã cacbon cao, thÊp) ®Òu

cã duy nhÊt dung dÞch r¾n γ víi nång ®é cacbon kh¸c nhau vµ

b»ng chÝnh thµnh phÇn cacbon cña thÐp.

H×nh 4.2. Gi¶n ®å pha Fe - C (phÇn thÐp).


- Trong çc chuyÓn biÕn khi nung nãng → chuyÓn biÕn P thµnh γ

lµ c¬ së vµ lµ môc tiªu ph¶i ®¹t tíi ®èi víi phÇn lín qu¸ tr×nh nhiÖt

luyÖn →

b. §Æc ®iÓm cña chuyÓn biÕn peclit thµnh austenit

NhiÖt ®é chuyÓn biÕn

- chuyÓn biÕn γ x¶y ra ë A1 = 727oC, ®iÒu nµy chØ ®óng khi nung

nãng v« cïng chËm, thùc tÕ tèc ®é nung lín h¬n nhiÒu → T

chuyÓn biÕn ph¶i cao h¬n, v nung cµng lín, T chuyÓn biÕn cµng

cao.

- Dïng çch nung nãng ®¼ng nhiÖt ®Ó x¸c ®Þnh thêi gian x¶y ra

chuyÓn biÕn ë çc nhiÖt ®é kh¸c nhau → “Gi¶n ®å chuyÓn

biÕn ®¼ng nhiÖt P→γ” : nung nhiÒumÉu ë çc nhiÖt ®é kh¸c nhau,

gi÷ kh«ng ®æi ë nhiÖt ®é ®ã, x¸c ®Þnh thêi gian b¾t ®Çu vµ kÕt thóc

chuyÓn biÕn.


- Gi¶n ®å chuyÓn biÕn ®¼ng nhiÖt P→γ cña thÐp ct cã d¹ng cña

hai ®−êng cong , ®−êng 1- thêi ®iÓm b¾t ®Çu vµ ®−êng 2- kÕt thóc

chuyÓn biÕn

→ nhiÖt ®é nung (®¼ng nhiÖt) cµng cao, thêi gian b¾t ®Çu vµ

kÕt thóc (tÝnh b»ng kho¶ng c¸ch trªn trôc hoµnh) vµ thêi gian ®Ó

hoµn thµnh chuyÓn biÕn cµng ng¾n.

VD: Nung víi V2 > V1 → τ2 < τ1

Trong thùc tÕ, khi nung chËm (ñ), ®Ó ®¹t ®−îc chuyÓn biÕn ph¶i

nung nãng qu¸ nhiÖt ®é tíi h¹n t−¬ng øng Ýt nhÊt lµ 20 ÷ 30oC vµ

khi nung nhanh cã thÓ tíi hµng tr¨m oC (nung c¶m øng).

KÝch th−íc h¹t austenit


- austenit kh«ng tån t¹i ë T th−êng, nh−ng c¸c s¶n phÈm t¹o

thµnh tõ c¸c γ h¹t nhá dÎo, ®é dai h¬n so víi tõ h¹t lín→ trong

bÊt kú tr−êng hîp nµo ph¶i ®¹t ®−îc γ h¹t nhá

- ChuyÓn biÕn P→γ còng theo c¬ chÕ: t¹o vµ ph¸t triÓn mÇm nh−

kÕt tinh: MÇm γ ®−îc t¹o nªn gi÷a b/m F vµ Xe cña P, bÒ mÆt

ph©n chia gi÷a chóng rÊt nhiÒu → mÇm t¹o thµnh rÊt nhiÒu→ h¹t

austenit lóc míi t¹o thµnh rÊt nhá mÞn (cã thÓ nhá h¬n cÊp 8, tíi

cÊp 9, 10

- HiÖu øng nµy cÇn ®−îc tËn dông triÖt ®Ó trong nhiÖt luyÖn.

- H¹t γ t¹o thµnh cµng nhá mÞn khi P ban ®Çu cã ®é ph©n t¸n cµng

cao (tøc Xe trong nã cµng nhá mÞn) vµ tèc ®é nung nãng cµng lín.

- ë nhiÖt ®é Ac1, lóc míi t¹o thµnh h¹t austenit kh¸ nhá mÞn, →

tiÕp tôc t¨ng nhiÖt ®é hoÆc gi÷ nhiÖt l©u sÏ lµm cho h¹t lín lªn.

§©y lµ qu¸ tr×nh tù nhiªn, lµm gi¶m n¨ng l−îng dù tr÷ → Khi lµm

nguéi, kÝch th−íc h¹t austenit kh«ng gi¶m ®i, vÉn gi÷ nguyªn cÊp

h¹t lín nhÊt ®· ®¹t tr−íc ®ã.

- §Æc tÝnh ph¸t triÓn cña h¹t austenit cßn do hai lo¹i thÐp: thÐp b¶n

chÊt (di truyÒn) h¹t lín vµ nhá


• ThÐp b¶n chÊt h¹t lín → h¹t γ ph¸t triÓn nhanh vµ ®Òu ®Æn ë

mäi nhiÖt ®é → khi nung nãng dÔ t¹o thµnh γ lín→lµm nguéi

t¹o ra çc s¶n phÈm gißn.

• ThÐp b¶n chÊt h¹t nhá → h¹t austenit ph¸t triÓn chËm lóc ban

®Çu, chØ khi > 930 ÷ 950oC h¹t míi ph¸t triÓn nhanh vµ rÊt

nhanh → nhiÖt luyÖn th«ng dông, nhiÖt ®é th−êng <900oC (930

÷ 950oC) → thÐp b¶n chÊt h¹t nhá

• ThÐp b¶n chÊt h¹t nhá lµ do cã tån t¹i nh÷ng yÕu tè c¶n trë sù

ph¸t triÓn cña h¹t

• VD: NÕu thÐp ®−îc khö «xy b»ng Al, t¹o thµnh Al2O3, AlN

n»m ë biªn giíi nh− lµ hµng rµo, ng¨n c¶n kh«ng cho çc h¹t

austenit "nhËp" l¹i víi nhau.

4.2.2. Çc chuyÓn biÕn x¶y ra khi gi÷ nhiÖt

- Kh«ng x¶y ra çc chuyÓn biÕn míi song l¹i lµ cÇn thiÕt ®Ó:

+ Lµm ®Òu nhiÖt ®é trªn tiÕt diÖn, ®Ó cho lâi còng cã chuyÓn biÕn

nh− ë bÒ mÆt.

+ Cã ®ñ thêi gian ®Ó hoµn thµnh çc chuyÓn biÕn khi nung nãng.

+Lµm ®ång ®Òu thµnh phÇn hãa häc cña γ v× lóc ®Çu h¹t cã thµnh

phÇn kh«ng ®ång nhÊt: n¬i tr−íc lµ F nghÌo C, Xe sÏ giµu C.

Trong giai ®o¹n nµy C (vµ nguyªn tè hîp kim) sÏ san b»ng nång

®é.

+ Thêi gian gi÷ nhiÖt chØ cÇn võa ®ñ nÕu kÐo dµi → h¹t lín

4.2.3. Çc chuyÓn biÕn cña austenit khi lµm nguéi chËm


- Khi lµm nguéi, austenit sÏ chuyÓn biÕn thµnh tæ chøc nµo víi c¬

tÝnh ra sao → quyÕt ®Þnh c¬ tÝnh cña thÐp khi lµm viÖc hay gia

c«ng tiÕp theo

- Tr−íc tiªn xÐt cho tr−êng hîp nguéi chËm: kh¶o s¸t lµm nguéi

®¼ng nhiÖt cho thÐp ct (0,80%C) (tæ chøc ban ®Çu P).

a. Gi¶n ®å chuyÓn biÕn ®¼ng nhiÖt cña austenit qu¸ nguéi

(gi¶n ®å T - T - T) cña thÐp cïng tÝch

- Tõ gi¶n ®å pha Fe - C, khi lµm nguéi, γ → P ë 727oC (tøc ΔT =

0) khi nguéi rÊt chËm→ kh«ng x¶y ra trong thùc tÕ.

-Khi lµm nguéi ®¼ng nhiÖt (Ýt gÆp trong thùc tÕ): lµm nguéi nhanh

γ xuèng d−íi Ar1 →gi÷ nhiÖt ë ®ã →®o thêi gian b¾t ®Çu vµ kÕt

thóc chuyÓn biÕn tõ γ →[F+ Xe]

*Gi¶n ®å T - T - T

- TiÕn hµnh cho thÐp ct → tËp hîp cña c¸c ®iÓm b¾t ®Çu


vµ kÕt thóc chuyÓn biÕn →gi¶n ®å chuyÓn biÕn ®¼ng nhiÖt cña As

(gi¶n ®å T - T - T) (transformation- temperature-

time)

- Ch÷ "C" bªn tr¸i → biÓu thÞ sù b¾t ®Çu, cßn ch÷ "C" thø hai biÓu

thÞ sù kÕt thóc cña chuyÓn biÕn

- §©y lµ gi¶n ®å rÊt quan träng ®èi víi nhiÖt luyÖn thÐp vµ ®−îc sö

dông rÊt nhiÒu ®Ó x¸c ®Þnh tæ chøc sau khi lµm nguéi γ, cÇn n¾m

v÷ng.

*C¸c s¶n phÈm cña sù ph©n hãa ®¼ng nhiÖt cña austenit qu¸ nguéi


- Khi γ bÞ nguéi (tøc thêi) xuèng d−íi 727oC → ch−a chuyÓn biÕn

ngay sau mét thêi gian nhÊt ®Þnh, tr−íc khi chuyÓn biÕn, → γ qu¸

nguéi - kh«ng æn ®Þnh ( trªn 727oC lµ lo¹i æn ®Þnh).

- Trªn gi¶n ®å cã n¨m khu vùc:

+ ë trªn 727oC → γ æn ®Þnh,

+ bªn tr¸i ch÷ "C" ®Çu tiªn - γ qu¸ nguéi,

+ gi÷a hai ch÷ "C" - γ → [F + Xe]

+ bªn ph¶i ch÷ "C" thø hai - c¸c s¶n phÈm ph©n hãa ®¼ng nhiÖt γ

qu¸ nguéi → hçn hîp [F + Xe] cã møc ®é nhá mÞn kh¸c nhau,

+ d−íi ®−êng Ms (~ 220 ÷ 240oC) → M + γ

Lµm nguéi ®¼ng nhiÖt austenit víi c¸c møc ®é qu¸ nguéi kh¸c

nhau

• Qu¸ nguéi γ xuèng s¸t A1 (trªn d−íi 700oC), sau thêi gian dµi

(~ 100s) → b¾t ®Çu ph©n hãa →kÕt thóc chuyÓn biÕn (sau ~

2000s). T¹o thµnh hçn hîp F - Xe tÊm th« to → P (tÊm), ®é

cøng thÊp nhÊt, HRC 10 ÷ 15 (HB 180 ÷ 220)

• Qu¸ nguéi γ ë T thÊp h¬n (trªn d−íi 650oC), →b¾t ®Çu vµ kÕt

thóc ph©n hãa sau thêi gian ng¾n h¬n râ rÖt (sau gÇn 3 vµ

100s). Hçn hîp F-Xe tÊm sÏ mÞn (nhá) h¬n → xoocbit, ®é cøng

cao h¬n, cì HRC 25 ÷ 35.


• Qu¸ nguéi γ ë nhiÖt ®é thÊp h¬n n÷a (®Ønh låi ch÷ “C“) (γ kÐm

æn ®Þnh nhÊt, T= 500 ÷ 600oC), → chuyÓn biÕn rÊt nhanh (sau

kho¶ng 0,5 ÷ 0,8 vµ 8s). Hçn hîp F- Xe tÊm nhá mÞn h¬n n÷a.

→ gäi lµ tr«xtit , víi ®é cøng cao h¬n, cì HRC 40.

3 chuyÓn biÕn trªn ®Òu lµ chuyÓn biÕn P, cßn X, T ®−îc coi lµ c¸c

d¹ng ph©n t¸n cña P.

• Qu¸ nguéi γ ë nhiÖt ®é thÊp h¬n n÷a (®o¹n d−íi cña ch÷ "C"),

kho¶ng 450 ÷ 250oC, τ chuyÓn biÕn l¹i kÐo dµi ra→ c¬ chÕ thay

®æi chót Ýt→ tæ chøc gäi lµ bainit (B), cã thÓ coi bainit lµ hçn

hîp F - Xe tÊm song cßn mÞn h¬n n÷a (h¬n c¶ T) víi ®é cøng

cao h¬n, cì HRC 50 ÷ 55, song cã ®iÓm h¬i kh¸c nhau (nhiÒu

khi cã thÓ bá qua) nh− sau:

+ F h¬i qu¸ b·o hßa C (0,10%)

+ cacbit s¾t cã c«ng thøc ch−a h¼n lµ Fe3C (gÇn lµ FexC víi

x=2,4÷3,0)

+ ngoµi ra cßn mét l−îng nhá γ (d−).

(gièng víi chuyÓn biÕn M → chuyÓn biÕn B lµ chuyÓn biÕn trung

gian)

- VËy vÒ c¬ b¶n cã thÓ coi peclit (tÊm), xoocbit, tr«xtit vµ c¶

bainit cã b¶n chÊt gièng nhau lµ hçn hîp c¬ häc cïng tÝch cña F

vµ Xe tÊm song trong ®ã theo thø tù tÊm cµng nhá mÞn h¬n vµ ®é

cøng cµng cao h¬n.


- Sau khi lµm nguéi ®¼ng nhiÖt tæ chøc nhËn ®−îc lµ ®ång nhÊt

trªn tiÕt diÖn.

b. Sù ph©n hãa cña austenit khi lµm nguéi liªn tôc

- Thùc tÕ th−êng lµm nguéi liªn tôc, → cã thÓ sñ dông gi¶n ®å

chuyÓn biÕn ®¼ng nhiÖt → x¸c ®Þnh tæ chøc t¹o thµnh khi lµm

nguéi víi tèc ®é kh¸c nhau

Tèc ®é nguéi V1 < V2 < V3 < V4 <V5.

§Æc ®iÓm cña sù ph©n hãa austenit khi lµm nguéi liªn tôc:

1) Víi çc v nguéi kh¸c nhau, γ bÞ qu¸ nguéi ®Õn çc nhiÖt ®é

kh¸c nhau (tÝnh tíi ®iÓm gÆp çc ®−êng cong ch÷ "C") vµ ph©n

hãa thµnh çc tæ chøc t−¬ng øng víi çc nhiÖt ®é ®ã. VD:

+ Lµm nguéi chËm cïng lß - vect¬ V1, c¾t çc ®−êng cong ch÷

"C" ë s¸t A1: →P tÊm víi ®é cøng thÊp nhÊt.


+ Lµm nguéi trong kh«ng khÝ tÜnh - vect¬ V2, c¾t çc ®−êng cong

ch÷ "C" ë phÇn gi÷a cña nh¸nh trªn → xoocbit.

+ Lµm nguéi trong kh«ng khÝ nÐn - vect¬ V3, c¾t çc ®−êng cong

ch÷ "C" ë phÇn →tr«xtit.

+ Lµm nguéi trong dÇu - vect¬ V4, chØ c¾t phÇn låi cña ®−êng

cong ch÷ "C" thø nhÊt→ mét phÇn thµnh T vµ phÇn cßn l¹i sÏ

chuyÓn biÕn thµnh M, (T+M),

- Lµm nguéi trong n−íc l¹nh - vect¬ V5, kh«ng c¾t ®−êng cong

ch÷ "C" nµo, chuyÓn biÕn → M.

2) Tæ chøc ®¹t ®−îc th−êng lµ kh«ng ®ång nhÊt trªn toµn tiÕt diÖn

(ngoµi nguéi nhanh h¬n trong lâi nªn th−êng cã tæ chøc víi ®é

cøng cao h¬n.

3) Kh«ng ®¹t ®−îc tæ chøc hoµn toµn B

4) Nh÷ng ®iÒu trªn chØ ®óng víi thÐp C, víi thÐp hîp kim vÞ trÝ

cña ®−êng cong ch÷ "C" dÞch sang ph¶i (møc ®é kh¸c nhau)

c. Gi¶n ®å T - T - T cña çc thÐp kh¸c cïng tÝch

- Còng cã d¹ng cña hai ch÷ “C“ nh−ng cã thªm nh¸nh phô ë phÝa

trªn, bªn tr¸i cña ch÷ "C" thø nhÊt → tiÕt ra F hoÆc Xe II (thÐp

tr−íc hay sau ct) vµ mét ®−êng ngang A3 hay Acm.

- Cã ba ®Æc ®iÓm kh¸c biÖt sau ®©y.

1) VÞ trÝ cña çc ®−êng cong (ch÷ "C" vµ nh¸nh phô) dÞch sang

tr¸i mét chót, cµng xa cïng tÝch sù lÖch nµy cµng nhiÒu. (tÝnh æn


®Þnh cña As qu¸ nguéi kÐm h¬n thÐp cïng tÝch) → khi nung khã

®¹t ®−îc As ®ång nhÊt.

Gi¶n ®å T -T - T cña thÐp kh¸c cïng tÝch.

2) Khi lµm nguéi ®¼ng nhiÖt víi ®é qu¸ nguéi nhá (®−êng 1) hay

lµm nguéi chËm liªn tôc (®−êng 2), →As tiÕt ra F (®èi víi thÐp

tct) vµ Xe II (®èi víi thÐp sct) → gÆp nh¸nh phô→ hçn hîp F -

Xe.

S¶n phÈm cña sù ph©n ho¸: F + P (®«i khi F + X) (tct) vµ P + XeII

(®«i khi X + XeII)(sct)


Sù tiÕt ra F hay Xe II khi lµm nguéi ®¼ng nhiÖt víi ®é qu¸ nguéi nhá (1) vµ chËm liªn tôc (2).

3) Khi lµm nguéi ®¼ng nhiÖt víi ®é qu¸ nguéi ®ñ lín hay nguéi ®ñ

nhanh ®Ó vect¬ nguéi kh«ng gÆp nh¸nh phô→As ph©n hãa ngay

[F+Xe] víi %C ≠0,80 → cïng tÝch gi¶.

4.2.4. ChuyÓn biÕn cña austenit khi lµm nguéi nhanh -

ChuyÓn biÕn mactenxit (khi t«i)

- NÕu nguéi nhanh As víi v thÝch hîp sao → vect¬ nguéi kh«ng

c¾t ®−êng cong ch÷ "C"→ kh«ng kÞp chuyÓn biÕn thµnh [F+Xe],

mµ chØ cã chuyÓn biÕn thï h×nh (chuyÓn kiÓu m¹ng tinh thÓ) tõ

Feγ sang Feα (kh«ng cã sù tËp trung cña cacbon ®Ó t¹o nªn

xªmentit Fe3C) x¶y ra ë nhiÖt ®é thÊp (tõ 250 ÷ 220oC trë xuèng)

→ mactenxit( gäi lµ t«i)


Gi¶n ®å T - T - T vµ tèc ®é t«i tíi h¹n Vth (τm vµ 0mT thêi gian vµ nhiÖt

®é øng víi As kÐm æn ®Þnh nhÊt). - v nguéi nhá nhÊt ®Ó g©y ra chuyÓn biÕn nµy → Vth (vect¬ tiÕp

xóc víi l−ng cña ®−êng "C")

- khi lµm nguéi nhanh liªn tôc As (v≥vth) nhËn ®−îc mactenxit

a. B¶n chÊt cña mactenxit

- §/n : M lµ dd r¾n xen kÏ qu¸ b·o hßa cña cacbon trong Feα víi

nång ®é cacbon nh− cña As, cã kiÓu m¹ng chÝnh ph−¬ng t©m khèi

vµ cã ®é cøng cao.

- Gi¶i thÝch çc ®Æc tÝnh cña M:

+ Do lµm nguéi nhanh, C trong Feγ (As) kh«ng kÞp tiÕt ra (Xe), →

®Õn nhiÖt ®é t−¬ng ®èi thÊp →chuyÓn m¹ng cña Feγ (t©m mÆt)

sang Feα (t©m khèi):

Feγ (C) ⎯→ Feα (C) (M)

( nång ®é C trong hai pha nµy b»ng nhau)

+ Feα qu¸ b·o hßa C (®é hßa tan C trong F rÊt thÊp :0,006 ÷

0,02%).

+ Nguyªn tö C hßa tan vµo Feα b»ng çch xen kÏ vµo çc lç hæng

t¸m mÆt cña m¹ng (ë gi÷a çc mÆt bªn hay ë gi÷a çc c¹nh cña «

c¬ së) → kÐo dµi mét c¹nh ra m¹nh h¬n so víi hai c¹nh kia, lµm

cho m¹ng tõ lptk (cña Feα) → chÝnh ph−¬ng t©m khèi. Tû sè c/a

®−îc gäi lµ ®é chÝnh ph−¬ng cña M

tm


« c¬ së cña m¹ng tinh thÓ mactenxit.

b. Çc ®Æc ®iÓm cña chuyÓn biÕn mactenxit

1) ChØ x¶y ra khi lµm nguéi nhanh vµ liªn tôc As víi V≥ Vth.

(kh«ng x¶y ra khi lµm nguéi ®¼ng nhiÖt)

2) ChuyÓn biÕn kh«ng khuÕch t¸n: C hÇu nh− gi÷ nguyªn vÞ trÝ,

cßn Fe chuyÓn dêi vÞ trÝ → t¹o kiÓu m¹ng míi chÝnh ph−¬ng t©m

khèi

3) Lµ qu¸ tr×nh t¹o ra çc tinh thÓ míi víi tèc ®é ph¸t triÓn rÊt lín,

tíi hµng ngh×n m/s. Tinh thÓ M cã d¹ng h×nh kim, ®Çu nhän lµm

víi nhau çc gãc 60 hay 120o.

4) ChØ x¶y ra trong kho¶ng gi÷a hai nhiÖt ®é (®iÓm) b¾t ®Çu Ms vµ

kÕt thóc Mf (start-s; finish -f). Ngoµi kho¶ng ®ã As qu¸ nguéi

kh«ng chuyÓn biÕn thµnh mactenxit.


VÞ trÝ cña hai ®iÓm nµy phô thuéc vµo thµnh phÇn C vµ HK cña

As

5) ChuyÓn biÕn x¶y ra kh«ng hoµn toµn. kh«ng bao giê ®¹t ®−îc

tû lÖ 100% M, mµ vÉn cßn l¹i mét l−îng nhÊt ®Þnh pha As

(austenit d−.)

- Nguyªn nh©n tån t¹i As d−: do sù kh¸c nhau vÒ thÓ tÝch riªng

cña hai pha: VM > Vγ → phÇn As ch−a chuyÓn biÕn bÞ søc Ðp ngµy

mét t¨ng ®Õn møc kh«ng thÓ chuyÓn biÕn hÕt ®−îc.

L−îng As d− tån t¹i trong thÐp t«i phô thuéc vµo:

+ L−îng nguyªn tè hîp kim trong As nhiÒu →t¨ng l−îng As d−,

gi¶m Ms vµ Mf

+ L−îng C trong M cµng nhiÒu thÓ tÝch riªng cña nã cµng lín →

lµm l−îng As d− cµng nhiÒu.

c. C¬ tÝnh cña mactenxit

- M lµ quyÕt ®Þnh c¬ tÝnh cña thÐp t«i. C¬ tÝnh næi bËt cña nã lµ

cøng vµ gißn.

§é cøng cao

→ C hßa tan xen kÏ lµm x« lÖch m¹ng tinh thÓ Fe, → C qu¸ b·o

hßa cµng cao, x« lÖch m¹ng cµng m¹nh

VD: +M Ýt C ≤ 0,25%, ®é cøng kh«ng cao ≤ HRC 40,

+ M víi C trung b×nh, 0,40 ÷ 0,50%, ®é cøng t−¬ng ®èi cao, HRC

≥ 50,


+ M chøa C cao, ≥ 0,60%, ®é cøng cao, HRC ≥ 60.

Chó ý: cÇn ph©n biÖt ®é cøng cña pha M vµ ®é cøng cña thÐp t«i

v× hai ®¹i l−îng nµy kh«ng ph¶i lóc nµo còng ®ång nhÊt víi nhau.

§é cøng cao → n©ng cao tÝnh chèng mµi mßn vµ chØ ph¸t huy

®−îc ë nh÷ng thÐp cã ≥ 0,40%C.

TÝnh gißn

- Lµ nh−îc ®iÓm cña M → h¹n chÕ sö dông

- Do x« lÖch m¹ng vµ øng suÊt d− (hay øng suÊt bªn trong)

- §é cøng cµng cao tÝnh gißn còng cµng cao vµ cã thÓ biÕn ®éng

trong ph¹m vi kh¸ réng phô thuéc vµo:

+ Kim M cµng nhá tÝnh → gißn cµng thÊp

+ øng suÊt bªn trong cµng nhá tÝnh gißn cµng thÊp.

4.2.5. ChuyÓn biÕn khi nung nãng thÐp ®· t«i (khi ram)

- Sau khi t«i: M +As d− →thÐp cã ®é cøng cao, gißn lín, tån t¹i

øng suÊt bªn trong→tæ chøc kh«ng æn ®Þnh → cã nguyªn c«ng

®iÒu chØnh : nung nãng l¹i → ram.

a) TÝnh kh«ng æn ®Þnh cña mactenxit vµ austenit

- < 727oC tæ chøc æn ®Þnh cña thÐp lµ [F+Xe] tøc P→M+As d− lµ

c¸c pha kh«ng æn ®Þnh→ cã khuynh h−íng chuyÓn biÕn thµnh hçn

hîp nµy.


- M kh«ng æn ®Þnh do qu¸ b·o hßa C → C thõa sÏ tiÕt ra ë d¹ng

Xe vµ phÇn cßn l¹i mÊt hÕt C trë thµnh F:

Feα(C) ⎯→ Fe3C + Feα

- As kh«ng tån t¹i æn ®Þnh d−íi 727oC → cã khuynh h−íng

chuyÓn biÕn thµnh:

Feγ(C) ⎯→ Fe3C + Feα

- Chó ý: T th−êng x¶y ra rÊt chËm (khã nhËn thÊy) → nung nãng

®Ó thóc ®Èy qu¸ tr×nh chuyÓn biÕn nµy.

- Hai pha nµy kh«ng chuyÓn biÕn ngay thµnh [F+Xe] mµ qua tæ

chøc trung gian lµ M ram theo s¬ ®å:

mactenxit

Mram ⎯→ [F + Xe].

austenit d−

b. Çc chuyÓn biÕn x¶y ra khi ram

Theo sù t¨ng cña nhiÖt ®é nung nãng, thÐp cïng tÝch (0,80%C) ®·

t«i víi tæ chøc M+As d− lÇn l−ît qua çc giai ®o¹n víi çc chuyÓn

biÕn:

Giai ®o¹n I (< 200oC)

As d− ch−a chuyÓn biÕn

ChØ cã M chuyÓn biÕn:

(M t«i) Feα(C)0,8 ⎯→ [Feα(C)0,25 ÷ 0,40 + Fe2 ÷ 2,4C] → M ram

- cuèi giai ®o¹n thÐp t«i cã tæ chøc: M ram vµ As d−.


Giai ®o¹n II (200 ÷ 260oC)

- C vÉn tiÕp tôc tiÕt ra khái M → C trong dd r¾n chØ cßn kho¶ng

0,15 ÷ 0,20%

-As d− → M ram:

(As d−) Feγ(C)0,8 ⎯→ [Feα(C)0,15 ÷ 0,20 + Fe2 ÷ 2,4C] → Mram

- Cuèi giai ®o¹n, tæ chøc M ram = ε + M nghÌo C (0,15 ÷ 0,20%).

- M ram lµ tæ chøc cøng kh«ng kÐm M t«i nhiÒu ( 1-2 HRC), song

l¹i Ýt gißn h¬n do gi¶m ®−îc øng suÊt bªn trong (do C tiÕt bít ra

khái dd r¾n gi¶m chót Ýt x« lÖch m¹ng).

Giai ®o¹n III (260 ÷ 400oC)

C¶ hai pha ®Òu chuyÓn biÕn:

- TÊt c¶ C qu¸ b·o hßa ®−îc tiÕt hÕt ra khái M d−íi d¹ng cacbit,

®é chÝnh ph−¬ng kh«ng cßn, M nghÌo C trë thµnh F.

- Cacbit ε (Fe2 ÷ 2,4C) ë d¹ng tÊm máng biÕn thµnh xªmentit Fe3C

ë d¹ng h¹t.

- S¬ ®å chuyÓn biÕn nh− sau:

Feα (C)0,15 ÷ 0,20 ⎯→ Feα + Fe3Ch¹t hçn hîp

Fe2 ÷ 2,4C ⎯→ Fe3Ch¹t F-Xe

- Cuèi giai ®o¹n, tæ chøc : hçn hîp F - Xe ë d¹ng h¹t rÊt nhá mÞn

vµ ph©n t¸n, ®−îc gäi lµ tr«xtit ram.

- Do C ®· tiÕt hÕt ra khái ddr¾n (M) →


+§é cøng gi¶m ®i râ rÖt song vÉn cßn t−¬ng ®èi cao (HRC 45 víi

thÐp cïng tÝch).

+ MÊt hoµn toµn −s bªn trong→t¨ng m¹nh tÝnh ®µn håi→σ®h max.

Giai ®o¹n IV (> 400oC)

Khi T > 400OC , kh«ng cã chuyÓn biÕn g× míi, chØ cã qu¸ tr×nh kÕt

tô (s¸t nhËp, lín lªn) cña c¸c phÇn tö Xe ë d¹ng h¹t.

- ë 500 ÷ 650oC → hçn hîp F+Xe h¹t nhá mÞn vµ kh¸ ph©n t¸n

®−îc gäi lµ X ram víi ®Æc tÝnh lµ cã σch vµ ak max

- ë gÇn A1 (727oC) ®−îc hçn hîp F+Xe h¹t → P h¹t.

Do Xe kÕt tô → ®é cøng cña thÐp t«i gi¶m ®i m¹nh→dÔ gia c«ng

c¾t.

Khi T > Ac1 sÏ xuÊt hiÖn As æn ®Þnh ( gièng gi¶n ®å pha)

→ khi ram kh«ng ®−îc nung nãng qu¸ A1.

4.3. ñ vµ th−êng hãa thÐp

-Lµ nhiÖt luyÖn s¬ bé, lµm mÒm thÐp, chuÈn bÞ tæ chøc cho gia

c«ng (c¾t, dËp nguéi, nhiÖt luyÖn) tiÕp theo

4.3.1. ñ thÐp

a. §Þnh nghÜa vµ môc ®Ých

§Þnh nghÜa

- ñ lµ ph−¬ng ph¸p nung nãng thÐp ®Õn nhiÖt ®é nhÊt ®Þnh, gi÷

nhiÖt l©u råi lµm nguéi chËm cïng lß ®Ó ®¹t ®−îc tæ chøc æn ®Þnh


P (®óng víi gi¶n ®å pha Fe - C) víi ®é cøng thÊp nhÊt vµ ®é dÎo

cao.

- §Æc tr−ng cña ñ: T kh«ng cã quy luËt tæng qu¸t vµ lµm nguéi

víi tèc ®é chËm ®Ó ®¹t tæ chøc c©n b»ng.

Môc ®Ých

- Cã nhiÒu ph−¬ng ph¸p ñ mµ mçi ph−¬ng ph¸p chØ ®¹t ®−îc mét,

2 hay 3 trong sè 5 môc ®Ých sau:

1) Gi¶m ®é cøng (lµm mÒm) thÐp → dÔ gia c«ng c¾t.

2) Lµm t¨ng ®é dÎo →dÔ biÕn d¹ng (dËp, c¸n, kÐo) nguéi.

3) Lµm gi¶m hay lµm mÊt øng suÊt bªn trong g©y nªn bëi gia

c«ng c¾t, ®óc, hµn, biÕn d¹ng dÎo.

4) Lµm ®ång ®Òu thµnh phÇn hãa häc trªn vËt ®óc bÞ thiªn tÝch.

5) Lµm nhá h¹t thÐp.

Theo chuyÓn biÕn pha P → As x¶y ra khi nung nãng→chia ra hai

nhãm ñ: cã vµ kh«ng cã chuyÓn biÕn pha.

a)C¸c ph−¬ng ph¸p ñ kh«ng cã chuyÓn biÕn pha

-Tñ <Ac1 → kh«ng cã chuyÓn biÕn P → As khi nung nãng→

kh«ng lµm biÕn ®æi tæ chøc cña thÐp.

- Cã hai ph−¬ng ph¸p : ñ thÊp vµ ñ kÕt tinh l¹i.

ñ thÊp (ñ non) : T0= 200 ÷ 600oC


- môc ®Ých lµm gi¶m hay khö bá −s ë vËt ®óc hay s¶n phÈm qua

gia c«ng c¬ khÝ (c¾t gät hay dËp nguéi).

T= 200 ÷ 300oC → khö bá mét phÇn −s (tøc chØ lµm gi¶m), T=

450 ÷ 600oC →khö bá hoµn toµn øs bªn trong.

VD: - VËt ®óc gang quan träng nh− th©n m¸y c¾t → ph¶i khö bá

phÇn lín (70 ÷ 80%) øs bªn trong ®Ó kh«ng lµm cong, biÕn d¹ng

sèng tr−ît → §Ó l©u trong kho hay ngoµi trêi (T th−êng), øs gi¶m

dÇn

+ ñ ë 450 ÷ 600oC trong 1 ÷ 2h sÏ khö bá hoµn toµn øs.

- Sau khi gia c«ng c¬ øs bªn trong sÏ t¨ng lªn→ ph¶i ®−îc ñ ë T =

200 ®Õn 450oC

ñ kÕt tinh l¹i

- ñ kÕt tinh l¹i →c¸c thÐp qua biÕn d¹ng nguéi, bÞ biÕn cøng cÇn

kh«i phôc tÝnh dÎo, ®é cøng ë møc nh− tr−íc bÞ biÕn d¹ng.

VD: §èi víi thÐp cacbon, T ñ KTL= 600 ÷ 700oC →gi¶m ®é cøng

vµ lµm thay ®æi kÝch th−íc h¹t.

c. C¸c ph−¬ng ph¸p ñ cã chuyÓn biÕn pha

- Thùc tÕ th−êng gÆp lo¹i ñ cã chuyÓn biÕn pha →nhiÖt ®é ñ cao

h¬n Ac1 → x¶y ra chuyÓn biÕn P → As khi nung nãng víi hiÖu

øng lµm nhá h¹t→ khi lµm nguéi chËm As h¹t nhá → P víi kÝch

th−íc h¹t nhá.


Cã c¸c ph−¬ng ph¸p

ñ hoµn toµn

- ¸p dông cho thÐp tct víi (% C = 0,30 ÷ 0,65%) → nung tíi tr¹ng

th¸i hoµn toµn lµ As ( cao h¬n Ac3):

0uT = Ac3 + (20 ÷ 30oC)

Môc ®Ých:

- Lµm nhá h¹t: nung qu¸ Ac3 kho¶ng 20 ÷ 30oC th× h¹t As vÉn

nhá, nªn khi lµm nguéi tiÕp theo nhËn ®−îc F + P h¹t nhá.

- Lµm gi¶m ®é cøng vµ t¨ng ®é dÎo → dÔ c¾t gät vµ dËp nguéi (

HB 160 ÷ 200)

- Nung nãng ®Ó ñ hoµn toµn → As ®ång nhÊt → lµm nguéi nhËn

®−îc F+ P ( P ë d¹ng tÊm)

ñ kh«ng hoµn toµn vµ ñ cÇu hãa

- ¸p dông cho thÐp dông cô cã thµnh phÇn cacbon cao ≥ 0,70% (

tÊt c¶ c¸c thÐp ct, sct vµ thÐp tct víi 0,70%C ) → nung nãng

thÐp tíi tr¹ng th¸i kh«ng hoµn toµn As ( > Ac1 ,

< Accm ): 0uT = Ac1 + (20 ÷ 30oC) = 750 ÷ 760oC

víi mäi thÐp

- Tæ chøc t¹o →P h¹t (kh«ng ph¶i lµ P tÊm):NÕu ñ hoµn toµn →

As ®ång nhÊt→ P tÊm ( HB > 200 ÷ 220) vµ Xe II ë d¹ng l−íi →

thÐp gißn.→thÐp sct kh«ng ñ hoµn toµn


- ñ kh«ng hoµn toµn →T > Ac1 mét chót →As ch−a kÞp ®ång ®Òu

hãa thµnh phÇn (cßn çc phÇn tö Xe cña P ch−a chuyÓn biÕn xong

hoÆc cßn XeII) →t¹o thµnh P h¹t dÔ dµng ( HB < 220).

* ñ cÇu hãa → d¹ng ®Æc biÖt cña ñ kht → T nung dao ®éng trªn

d−íi Ac1 : nung lªn 750 ÷ 760oC gi÷ nhiÖt kho¶ng 5min (phót) råi

lµm nguéi xuèng 650 ÷ 660oC gi÷ nhiÖt kho¶ng 5min..., víi lÆp

l¹i nhiÒu lÇn → xóc tiÕn nhanh qu¸ tr×nh cÇu hãa Xe → P h¹t

ñ ®¼ng nhiÖt →thÐp HK cao do ®−êng cong ch÷ " C " dÞch sang

ph¶i rÊt m¹nh→ lµm nguéi chËm cïng lß còng kh«ng ®¹t ®−îc tæ

chøc P →Muèn ®¹t ®−îc P→ lµm nguéi ®¼ng nhiÖt ë nhiÖt ®é <

Ar1 kho¶ng 50oC → sÏ nhËn ®−îc tæ chøc peclit.

ñ khuÕch t¸n

- T cao 1100 ÷ 1150oC trong nhiÒu giê (10 ÷ 15h) ®Ó lµm t¨ng kh¶

n¨ng khuÕch t¸n, → lµm ®Òu thµnh phÇn hãa häc gi÷a çc vïng

trong b¶n th©n mçi h¹t.

- ¸p dông cho thÐp HK cao khi ®óc bÞ thiªn tÝch ph¶i lµm ®Òu

thµnh phÇn.

- Sau khi ñ khuÕch t¸n h¹t rÊt to → BD nãng (çn nãng) hoÆc ñ l¹i

theo mét trong ba ph−¬ng ph¸p ñ lµm nhá h¹t kÓ trªn.

CÇn chó ý: ®èi víi mäi tr−êng hîp cña ñ cã chuyÓn biÕn pha, chØ

cÇn lµm nguéi trong lß ®Õn 600 ÷ 650oC→vËt phÈm ra khái lß, ®Ó

nguéi ngoµi kh«ng khÝ


4.3.2. Th−êng hãa thÐp

a. §Þnh nghÜa

- Lµ ph−¬ng ph¸p nung nãng thÐp ®Õn tr¹ng th¸i hoµn toµn lµ As

(> Ac3 hay Accm), gi÷ nhiÖt → lµm nguéi tiÕp theo trong kh«ng

khÝ tÜnh → ®Ó As ph©n hãa thµnh tæ chøc gÇn æn ®Þnh: P ph©n t¸n

hay X víi ®é cøng t−¬ng ®èi thÊp (cao h¬n ñ mét chót).

- C¸c nÐt ®Æc tr−ng cña th−êng hãa so víi ñ lµ:

+ NhiÖt ®é: gièng nh− ñ hoµn toµn toµn nh−ng ®−îc ¸p dông cho

c¶ thÐp sct: 0thT = Ac3 + (30 ÷ 50oC) cho thÐp tct

0thT = Accm + (30 ÷ 50oC) cho thÐp sct.

+ Tèc ®é nguéi: nhanh h¬n ®«i chót→kh«ng ph¶i dïng lß khi lµm

nguéi nªn kinh tÕ h¬n ñ.

+ Tæ chøc vµ c¬ tÝnh: tæ chøc ®¹t ®−îc lµ gÇn c©n b»ng víi ®é

cøng cao h¬n ñ ®«i chót.

b. Môc ®Ých vµ lÜnh vùc ¸p dông

Nh»m vµo ba môc ®Ých sau.

1)

§¹t

®é

cøng

thÝch


hîp ®Ó gia c«ng c¾t cho thÐp cacbon thÊp (≤ 0,25%). (Lo¹i thÐp

nµy nÕu ñ hoµn toµn sÏ ®¹t ®é cøng qu¸ thÊp (HB < 140 ÷ 160) →

qu¸ dÎo, phoi khã g·y, khã c¾t gät)

Chó ý: ®Ó b¶o ®¶m tÝnh gia c«ng c¾t:

+ thÐp ≤ 0,25%C → th−êng hãa,

+ thÐp 0,30 ÷ 0,65%C → ñ hoµn toµn,

+ thÐp ≥ 0,70%C → ñ kh«ng hoµn toµn (ñ cÇu hãa).

2) Lµm nhá xªmentit chuÈn bÞ cho nhiÖt luyÖn kÕt thóc.

3) Lµm mÊt l−íi xªmentit II cña thÐp sau cïng tÝch.

4.4. T«i thÐp

4.4.1. §Þnh nghÜa vµ môc ®Ých

a. §Þnh nghÜa

- T«i thÐp lµ ph−¬ng ph¸p NL bao gåm: nung thÐp lªn cao qu¸

nhiÖt ®é tíi h¹n Ac1 ®Ó lµm xuÊt hiÖn As, gi÷ nhiÖt råi lµm nguéi


nhanh thÝch hîp ®Ó biÕn nã thµnh M hay çc tæ chøc kh«ng æn

®Þnh kh¸c víi ®é cøng cao.

- §Æc tr−ng cña t«i:

+ T t«i > Ac1 ®Ó cã As (cã thÓ gièng ñ hoÆc th−êng hãa).

+Tèc ®é lµm nguéi nhanh → −s nhiÖt còng nh− −s tæ chøc ®Òu

lín, dÔ g©y nøt, biÕn d¹ng, cong vªnh.

+ Tæ chøc t¹o thµnh cøng vµ kh«ng æn ®Þnh.

b. Môc ®Ých

§¹t çc yªu cÇu sau ®©y.

1) N©ng cao ®é cøng vµ tÝnh chèng mµi mßn (kÕt hîp víi ram thÊp

→ t¨ng tuæi thä cña çc chi tiÕt m¸y, dông cô .

Çc thÐp C ≤ 0,35%C khi t«i ®é cøng ≤ HRC 50→ chèng mµi

mßn kh«ng ®¸ng kÓ.

2) N©ng cao ®é bÒn vµ søc chÞu t¶i cña chi tiÕt m¸y. NÕu çc thÐp

C ≤ 0,10%→ hiÖu qu¶ t¨ng ®é bÒn thÊp

- §©y lµ nguyªn c«ng gÇn nh− cuèi cïng, thùc hiÖn trªn chi tiÕt

gÇn thµnh phÈm → nguéi nhanh → dÔ biÕn d¹ng, thËm chÝ cã khi

nøt, vì g©y l·ng phÝ nghiªm träng

4.4.2. Chän nhiÖt ®é t«i thÐp

a. §èi víi thÐp tr−íc cïng tÝch vµ cïng tÝch (≤ 0,80%C)

- T t«i > Ac3 (tr¹ng th¸i hoµn toµn lµ As)


0tT = Ac3 + (30 ÷ 50oC)

Sau t«i → M + As d−.

b. §èi víi thÐp sau cïng tÝch (≥ 0,90%C)

- T t«i > Ac1 (tr¹ng th¸i kh«ng hoµn toµn As: (γ + XeII)

0tT = Ac1 + (30 ÷ 50oC) ≈ 760 ÷ 780oC

Sau t«i → M + XeII +As d−.

c. Gi¶i thÝch

- §èi víi thÐp tct, nÕu t«i kh«ng hoµn toµn (tøc < Ac3):

γ + α → M + α , α lµ pha mÒm → lµm thÊp ®é cøng cña thÐp t«i

nã cßn g©y ra ®iÓm mÒm → xÊu tíi c¬ tÝnh

- thÐp sct, nÕu t«i hoµn toµn (>Am) → hoµn toµn As → cøng

nh−ng h¹t As lín → gißn, chØ cÇn >A1 → As+XeII →t«i

→M+XeII →cøng, h¹t nhá

Chó ý

- C¸ch chän T t«i nh− trªn theo gi¶n ®å pha Fe - C chØ ¸p dông

cho thÐp C.

- §èi víi thÐp HK

+ §èi víi thÐp HK thÊp (vÝ dô 0,40%C + 1,00%Cr) →gÇn gièng,

th−êng t¨ng lªn (10 ÷ 20oC).

+ §èi víi thÐp HK trung b×nh vµ cao, T t«i kh¸c nhiÒu víi thÐp C

t−¬ng ®−¬ng, → ph¶i tra trong c¸c s¸ch tra cøu


4.4.3. Tèc ®é t«i tíi h¹n vµ ®é thÊm t«i

a. Tèc ®é t«i tíi h¹n

- V tíi h¹n → tèc ®é nguéi nhá nhÊt cÇn thiÕt ®Ó As chuyÓn biÕn

thµnh M.

- V tíi h¹n cña thÐp cµng nhá cµng dÔ t«i, → kh«ng cÇn nguéi

nhanh còng ®¹t ®−îc M→ biÕn d¹ng nhá vµ kh«ng bÞ nøt→ quan

träng víi çc chi tiÕt cã h×nh d¹ng phøc t¹p.

b. Çc yÕu tè ¶nh h−ëng ®Õn tèc ®é t«i tíi h¹n

+ Thµnh phÇn HK cña As→ quan träng nhÊt. as cµng giµu NTHK

(trõ Co) ®−êng "C" cµng dÞch sang ph¶i→ Vth cµng nhá

VD: thÐp víi 2 ÷ 3% NTHK Vth ≈ 100oC/s,

víi 5 ÷ 7% NTHK Vth ≈ 25oC/s.

- Çc phÇn tö r¾n ch−a tan hÕt vµo As thóc ®Èy → t¹o thµnh hçn

hîp F- Xe, lµm t¨ng Vth.

+ As cµng ®ång nhÊt cµng dÔ biÕn thµnh M, As ®ång nhÊt → gi¶m

Vth.


c. §é thÊm t«i

- Khi lµm nguéi (trªn chi tiÕt cã ®−êng kÝnh D), tèc ®é nguéi ph©n

bè trªn ®−êng kÝnh cã d¹ng Parabol

- ChØ cã líp bÒ mÆt cã chiÒu dµy δ ®−îc t«i: Vng>Vth

- PhÇn lâi cã Vlâi < Vth : Kh«ng ®−îc t«i

- NÕu Vlâi > Vth → chi tiÕt ®−îc t«i thÊu

Chó ý :

NÕu lµm nguéi nhanh → ®−êng Parabol ®−îc n©ng cao → giao

víi Vth cµng gÇn lâi → ®é thÊm t«i t¨ng

d.ý nghÜa cña ®é thÊm t«i

- Sau t«i ®é bÒn, ®é cøng cña thÐp t¨ng lªn nhiÒu lÇn→ líp t«i qu¸

máng (®é thÊm t«i nhá) th× hiÖu qu¶ nµy lµ kh«ng ®¸ng kÓ


- Khi líp t«i dµy (®é thÊm t«i s©u) → søc chÞu t¶i cña chi tiÕt t¨ng.

§Æc biÖt khi t«i thÊu → c¬ tÝnh cao vµ ®ång nhÊt trªn toµn tiÕt

diÖn→®Æc biÖt quan träng ®èi víi çc chi tiÕt lín chÞu t¶i nÆng.

- Chän çc m¸c thÐp phï hîp víi kÝch th−íc cña s¶n phÈm →tr¸nh

l·ng phÝ vËt liÖu.

e. TÝnh thÊm t«i vµ tÝnh t«i cøng

- TÝnh t«i (tÝnh t«i cøng) lµ kh¶ n¨ng ®¹t ®é cøng cao khi t«i, →

phô thuéc chñ yÕu vµo l−îng C cña As ( Ýt phô thuéc vµo l−îng

NTHK) → ThÐp cã C cµng cao tÝnh t«i cøng cµng lín.

- TÝnh thÊm t«i lµ kh¶ n¨ng t¨ng chiÒu dµy cña líp t«i cøng, →

phô thuéc chñ yÕu vµo møc ®é hîp kim hãa cña As (Ýt phô thuéc

vµo l−îng C) → ThÐp HK cµng cao → tÝnh thÊm t«i cµng lín.

4.4.4. Çc ph−¬ng ph¸p t«i thÓ tÝch vµ c«ng dông. Çc m«i

tr−êng t«i (t«i thÓ tÝch)

- Kh«ng thÓ lµm nguéi thÐp víi tèc ®é tïy ý→ ®−a thÐp vµo trong

m«i tr−êng nµo ®ã (th−êng lµ chÊt láng) → sè ph−¬ng thøc lµm

nguéi khi t«i còng lµ cã h¹n.

- Theo ph−¬ng thøc lµm nguéi (çch sö dông m«i tr−êng nguéi-

m«i tr−êng t«i) cã mét sè ph−¬ng ph¸p sau


H×nh 4.18.

Ph−¬ng thøc

lµm nguéi trong

çc ph−¬ng ph¸p t«i:

a. trong mét m«i tr−êng,

b. trong hai m«i tr−êng,

c. ph©n cÊp,

d. ®¼ng nhiÖt. a. T«i trong mét m«i tr−êng vµ çc m«i tr−êng t«i th−êng

dïng

- Lµ ph−¬ng ph¸p t«i ®−îc dïng réng r·i nhÊt.

- Lµm nguéi khi t«i nh− biÓu diÔn bëi ®−êng a , nhóng chi tiÕt

vµo trong m«i tr−êng lµm nguéi nhanh thÝch hîp →cho ®Õn khi

thÐp ®−îc nguéi h¼n.

- Chän m«i tr−êng lµm nguéi - m«i tr−êng t«i cã ý nghÜa quyÕt

®Þnh.

Yªu cÇu ®èi víi m«i tr−êng t«i

* M«i tr−êng t«i ph¶i ®¹t ®−îc çc yªu cÇu:


+ ph¶i lµm nguéi nhanh thÐp → ®¹t ®−îc tæ chøc M +

kh«ng lµm thÐp bÞ nøt hay biÕn d¹ng (biÕn d¹ng nhá trong ph¹m

vi cho phÐp),

+ tÝnh ®Õn c¸c yÕu tè kinh tÕ, an toµn vµ b¶o vÖ m«i tr−êng

§−êng cong lý t−ëng lµm nguéi khi t«i.

- M«i tr−êng t«i ®em dïng ph¶i cã kh¶ n¨ng lµm nguéi kh¸c nhau

ë c¸c kho¶ng nhiÖt ®é → biÓu diÔn b»ng vect¬ nguéi t−¬ng quan

víi gi¶n ®å T - T - T cña thÐp

1) Lµm nguéi nhanh thÐp ë trong kho¶ng As kÐm æn ®Þnh nhÊt 500

÷ 600oC ( kh«ng kÞp ph©n hãa thµnh hçn hîp F - Xe) → m«i

tr−êng t«i ph¶i cã kh¶ n¨ng lµm nguéi thÐp víi >Vth

2) Lµm nguéi chËm thÐp ë ngoµi kho¶ng nhiÖt ®é trªn - kho¶ng

nhiÖt ®é b¾t ®Çu x¶y ra chuyÓn biÕn M (300 ÷ 200oC). → gi¶m

nhiÖ

t ®é


øng suÊt tæ chøc khi x¶y ra chuyÓn biÕn nµy→b¶o ®¶m thÐp t«i

kh«ng bÞ nøt vµ Ýt cong vªnh.

- Trong thùc tÕ ch−a t×m ®−îc m«i t−êng t«i nµo tháa m·n tèt c¶

hai yªu cÇu chÝnh kÓ trªn.

Çc m«i tr−êng t«i th−êng dïng

• N−íc

- lµ m«i tr−êng t«i m¹nh, an toµn, rÎ, dÔ kiÕm vµ th−êng dïng.

- N−íc l¹nh (10 ÷ 30oC) →lµm nguéi thÐp kh¸ nhanh ë c¶ hai

kho¶ng nhiÖt ®é → ®é cøng cao khi t«i nh−ng dÔ g©y ra nøt, biÕn

d¹ng.

- N−íc trong bÓ t«i bÞ nãng lªn (> 40oC) lµm gi¶m m¹nh tèc ®é

nguéi ë nhiÖt ®é cao (tõ 500 ÷ 600 xuèng cßn cã 100oC/s khi n−íc

bÞ nãng lªn 50oC, nã cßn lµm nguéi chËm h¬n c¶ dÇu) → gi¶m

m¹nh kh¶ n¨ng t«i cøng→gi÷ cho n−íc ë bÓ t«i ®−îc l¹nh b»ng

çch tuÇn hoµn n−íc

-N−íc (l¹nh) lµ m«i tr−êng t«i cho thÐp cacbon, kh«ng thÝch hîp

cho chi tiÕt cã h×nh d¹ng phøc t¹p.

• DÇu

- Lµ m«i tr−êng t«i th−êng dïng → cã çc ®Æc tÝnh hÇu nh− ®èi

lËp víi n−íc.

- DÇu lµm nguéi chËm thÐp ë c¶ hai kho¶ng nhiÖt ®é → Ýt g©y

biÕn d¹ng, nøt nh−ng kh¶ n¨ng t«i cøng l¹i kÐm.


- DÇu nãng vµ dÇu nguéi cã kh¶ n¨ng t«i gièng nhau → th−êng t«i

trong dÇu nãng, 60 ÷ 80oC→®Ó cã ®é lo·ng (linh ®éng) tèt kh«ng

b¸m nhiÒu vµo bÒ mÆt thÐp sau khi t«i.

- Nh−îc ®iÓm : th−êng khi qu¸ nãng (> 150oC) sÏ bèc ch¸y→lµm

nguéi dÇu. Ngoµi ra dÇu bèc mïi g©y « nhiÔm m«i tr−êng, h¹i cho

søc kháe ng−êi.

- DÇu lµ m«i tr−êng t«i cho thÐp hîp kim (lo¹i cã Vth nhá, < 150oC

/ s), c¸c chi tiÕt cã h×nh d¹ng phøc t¹p.

Quy t¾c t«i dÇu cho thÐp HK, t«i n−íc cho thÐp C còng cã thÓ cã

ngo¹i lÖ.

- Chi tiÕt tuy b»ng thÐp C víi tiÕt diÖn nhá (φ < 10) vµ h×nh d¹ng

®¬n gi¶n (nh− trôc tr¬n) cã thÓ ®em t«i dÇu.

- Chi tiÕt tiÕt diÖn nhá song h×nh d¹ng phøc t¹p vÒ mÆt ®é bÒn

chän thÐp cacbon → chuyÓn sang lµm b»ng thÐp HK ®Ó t«i dÇu.

- Chi tiÕt tuy lµm b»ng thÐp HK cã tiÕt diÖn lín, h×nh d¹ng ®¬n

gi¶n nÕu t«i dÇu kh«ng ®¹t ®é cøng cã thÓ chuyÓn sang t«i n−íc.

T«i trong mét m«i tr−êng rÊt phæ biÕn do dÔ ¸p dông c¬ khÝ hãa,

tù ®éng hãa, gi¶m nhÑ ®iÒu kiÖn lao ®éng nÆng nhäc.

b. T«i trong hai m«i tr−êng (n−íc qua dÇu)

- Ph−¬ng thøc lµm nguéi nh− biÓu thÞ b»ng ®−êng b


- TËn dông ®−îc −u ®iÓm cña c¶ n−íc lÉn dÇu: nguéi nhanh trong

m«i tr−êng t«i m¹nh - n−íc (n−íc pha muèi, xót) → s¾p x¶y ra

chuyÓn biÕn mactenxit (300 ÷ 400oC) → chuyÓn sang lµm nguéi

chËm trong dÇu (hay kh«ng khÝ) → cho ®Õn khi nguéi h¼n .

- B¶o ®¶m ®é cøng cao cho thÐp võa Ýt g©y biÕn d¹ng, nøt.

- Nh−îc ®iÓm : khã x¸c ®Þnh thêi ®iÓm chuyÓn m«i tr−êng

(th−êng lµ rÊt ng¾n, chØ vµi gi©y vµ ph¶i xö lý chÝnh x¸c) → nÕu

qu¸ sím (nhiÖt ®é cña thÐp cßn cao) kh«ng thÓ ®¹t ®é cøng cao

(chuyÓn biÕn thµnh hçn hîp F-Xe) , nÕu qu¸ muén th× chuyÓn

biÕn M sÏ x¶y ra trong m«i tr−êng t«i m¹nh→ g©y nøt biÕn d¹ng

→ Th−êng x¸c ®Þnh theo kinh nghiÖm

c. T«i ph©n cÊp

- C¸ch lµm nguéi nh− biÓu thÞ b»ng ®−êng c → kh¾c phôc ®−îc

khã kh¨n vÒ x¸c ®Þnh thêi ®iÓm chuyÓn m«i tr−êng cña c¸ch t«i

trªn.

- Khi t«i, thÐp nung nãng ®−îc nhóng vµo m«i tr−êng láng (muèi

nãng ch¶y) cã nhiÖt ®é cao h¬n ®iÓm Ms kho¶ng 50 ÷ 100oC vµ

gi÷ nhiÖt (kho¶ng 3 ÷ 5min) ®Ó ®ång ®Òu nhiÖt ®é trªn tiÕt diÖn →

nhÊc ra lµm nguéi trong kh«ng khÝ ®Ó chuyÓn biÕn mactenxit.

- −u ®iÓm: ®¹t ®é cøng cao song cã øng suÊt bªn trong rÊt nhá, ®é

biÕn d¹ng thÊp nhÊt

d. T«i ®¼ng nhiÖt


- Lµm nguéi nh− biÓu thÞ b»ng ®−êng d, kh¸c t«i ph©n cÊp ë chç

gi÷ ®¼ng nhiÖt l©u h¬n (hµng h) còng trong m«i tr−êng láng (muèi

nãng ch¶y) ®Ó As qu¸ nguéi ph©n hãa hoµn toµn thµnh hçn hîp F-

Xe nhá mÞn cã ®é cøng t−¬ng ®èi cao, ®é dai tèt.

- Tïy theo nhiÖt ®é gi÷ ®¼ng nhiÖt sÏ ®−îc c¸c tæ chøc kh¸c nhau:

250 ÷ 400oC - bainit, 500 ÷ 600oC - tr«xtit.

- Sau khi t«i ®¼ng nhiÖt kh«ng ph¶i ram.

- Mét sè dông cô cã yªu cÇu cao vÒ ®é biÕn d¹ng cho phÐp vµ

kh«ng yªu cÇu ®é cøng cao nh− gang cÇu

e. Gia c«ng l¹nh

- NhiÒu thÐp dông cô hîp kim: l−îng C cao vµ ®−îc HK cao, →

Ms vµ Mf qu¸ thÊp nªn khi lµm nguéi ®Õn nhiÖt ®é th−êng → cßn

nhiÒu austenit d−, lµm cho ®é cøng thÊp.

- §Ó ®¹t ®−îc ®é cøng cao → tiÕp tôc lµm nguéi (l¹nh) ®Õn nhiÖt

®é ©m (-50 hay -70oC) ®Ó As tiÕp tôc chuyÓn biÕn thµnh M →gia

c«ng l¹nh.

- Sau khi gia c«ng l¹nh ®é cøng cã thÓ t¨ng thªm 1 ÷ 10 ®¬n vÞ

HRC tïy theo l−îng As d− sau khi t«i Ýt hay nhiÒu.

- Gia c«ng l¹nh ®−îc ¸p dông cho chi tiÕt m¸y, dông cô cÇn ®é

cøng cao nh− æ l¨n, vßi phun cao ¸p , dao c¾t kim lo¹i.

4.5. Ram thÐp

Ram thÐp lµ nguyªn c«ng b¾t buéc khi t«i thÐp thµnh M.


4.5.1. Môc ®Ých vµ ®Þnh nghÜa

a. §Þnh nghÜa

- Ram lµ ph−¬ng ph¸p nhiÖt luyÖn nung nãng thÐp ®· t«i thµnh M

lªn ®Õn çc nhiÖt ®é thÊp h¬n Ac1, ®Ó M vµ As d− ph©n hãa thµnh

çc tæ chøc cã c¬ tÝnh phï hîp víi ®iÒu kiÖn lµm viÖc quy ®Þnh.

b. Môc ®Ých cña ram:

- gi¶m vµ khö øng suÊt bªn trong ®Õn møc kh«ng lµm thÐp qu¸

gißn,

- ®iÒu chØnh c¬ tÝnh cho phï hîp víi ®iÒu kiÖn lµm viÖc cô thÓ cña

chi tiÕt m¸y vµ dông cô.

VD: cïng mét thÐp sau khi t«i nÕu ram ë çc nhiÖt ®é kh¸c nhau

cã thÓ ®¹t ®−îc çc chØ tiªu c¬ tÝnh kh¸ kh¸c nhau

4.5.2. Çc ph−¬ng ph¸p ram

- Theo nhiÖt ®é ram, yÕu tè quyÕt ®Þnh tæ chøc vµ c¬ tÝnh t¹o

thµnh, ng−êi ta chia ra ba lo¹i ram: thÊp, trung b×nh vµ cao.

a. Ram thÊp (150 ÷ 250oC)

- Tæ chøc ®¹t ®−îc lµ M ram.

- Sau khi ram thÊp → ®é cøng kh«ng gi¶m ®i hoÆc chØ gi¶m rÊt Ýt

(chØ 1 - 2 HRC), ç biÖt cã tr−êng hîp l¹i t¨ng lªn (khi mét l−îng

lín As d− → M),øng suÊt bªn trong gi¶m ®i ®¸ng kÓ → dÎo, dai

tèt h¬n, khã bÞ ph¸ hñy gißn h¬n.


- Ram thÊp ¸p dông cho dông cô vµ chi tiÕt m¸y cÇn ®é cøng vµ

tÝnh chèng mµi mßn cao nh−: toµn bé dao c¾t, chi tiÕt thÊm

cacbon, æ l¨n, trôc, chèt... vµ c¸c chi tiÕt qua t«i bÒ mÆt.

b. Ram trung b×nh (300 ÷ 450oC)

- NhiÖt ®é khi ram trung b×nh lµ 300 - 450oC, tæ chøc lµ T ram.

- So víi thÐp t«i, sau ram TB ®é cøng gi¶m ®i râ rÖt, nh−ng vÉn

cßn kh¸ cøng: víi thÐp 0,55 ÷ 0,65%C HRC cßn kho¶ng 40 ÷ 45,

øng suÊt bªn trong ®−îc khö bá hoµn toµn, σ®h max , ®é dÎo, ®é

dai t¨ng lªn.

- ¸p dông cho chi tiÕt m¸y, dông cô cÇn ®é cøng t−¬ng ®èi cao vµ

®µn håi nh− khu«n dËp nãng, khu«n rÌn, lßxo, nhÝp...

c. Ram cao (500 ÷ 650oC)

- T ram cao lµ 500 ÷ 650oC, tæ chøc ®¹t ®−îc lµ X ram.

- Sau ram cao ®é cøng gi¶m ®i rÊt m¹nh, thÐp trë nªn t−¬ng ®èi

mÒm: víi thÐp 0,40%C HB n»m trong kho¶ng 200 ÷ 300 (HRC 15

÷ 25), tuy ®é bÒn cã gi¶m nh−ng ®¹t ®−îc ak max .

+ NhiÖt luyÖn t«i + ram cao → c¬ tÝnh tæng hîp tèt nhÊt → gäi lµ

nhiÖt luyÖn hãa tèt (hãa tèt)

d. Ram mµu

nh×n mµu khi nung chi tiÕt sau t«i ®Ó ®¸nh gi¸ nhiÖt ®é ram


trªn mÆt thÐp xuÊt hiÖn líp «xyt máng víi chiÒu dµy kh¸c nhau

cã mµu s¾c ®Æc tr−ng nh−:

Mµu vµng nh¹t : 180-200 0C

Mµu vµng ®Ëm : 200-240 0C

Mµu tÝm: 270-2900 C

Mµu xanh tÝm: 300-3200 C

e. ¶nh h−ëng cña thêi gian ram

- Thêi gian còng cã ¶nh h−ëng ®Õn chuyÓn biÕn khi ram tuy

kh«ng m¹nh b»ng nhiÖt ®é.

- KÐo dµi thêi gian khi ram còng cã t¸c dông nh− t¨ng nhiÖt ®é

VD: kÐo dµi τ ram thÊp hµng chôc h còng ®¹t ®−îc chuyÓn biÕn

nh− khi ram trung b×nh víi thêi gian b×nh th−êng (1 ÷ 2h).

- CÇn chó ý lµ sau khi t«i nªn ram ngay ®Ó võa tr¸nh nøt x¶y ra

sau khi t«i võa ®Ó tr¸nh hiÖn t−îng æn ®Þnh hãa As.

4.6. C¸c khuyÕt tËt x¶y ra khi nhiÖt luyÖn thÐp

1. BiÕn d¹ng vµ nøt:

−s >σb → nøt → háng kh«ng söa ch÷a ®−îc

−s >σc → cong vªnh

Ng¨n ngõa:......

2. ¤xy ho¸ vµ tho¸t c¸c bon: → t¹o v¶y vµ mÊt C ë líp bÒ mÆt

- Nguyªn nh©n: →nung trong m«i tr−êng cã oxy, CO2, h¬i n−íc

→ g©y OXH víi Fe vµ C

• OXH → lµm xÊu bÒ mÆt chi tiÕt thÐp


• Tho¸t C → gi¶m ®é cøng

Ng¨n ngõa: Nung trong kh«ng khÝ kh«ng cã t¸c dông

OXH vµ tho¸t C

• KhÝ b¶o vÖ: Tõ h¬i ®èt thiªn nhiªn → cã c¸c thµnh ph©n ®èi

lËp: OXH vµ hoµn nguyªn

CO/CO2 ; H2/H2O ......

• KhÝ quyÓn trung tÝnh:

Ni t¬ tinh khiÕt

Argon (Ar) → chØ dïng trong phßng thÝ nghiÖm (®¾t)

• Nung trong ch©n kh«ng: 10-4- 10-5 mmHg

• Ph−¬ng ph¸p thñ c«ng: Nung trong hép ®ùng than cñi hoÆc

r¾c than trªn ®¸y lß....

3. §é cøng kh«ng ®¹t:

- §é cøng cao

- §é cøng thÊp

4. Gißn cao :

- H¹t lín

4.7. T«i bÒ mÆt:

Nguyªn l ý chung: bÒ mÆt ®−îc nung nhanh ®Õn T0 t«i, lâi vÉn

nguéi → lµm nguéi nhanh, bÒ mÆt ®−îc t«i , lâi mÒm

4.7.1. T«i c¶m øng:

→ ¸p dông réng r·i → chØ tiªu kinh tÕ kü thuËt cao

1. Nguyªn l ý: HiÖn t−îng c¶m øng ®iÖn tõ


• VËt dÉn cã dßng ®iÖn ®i qua → tõ tr−êng biÕn thiªn →

chi tiÕt ®Æt vµo tõ tr−êng cã s®® → dßng c¶m øng (cïng

tÇn sè) →nung nhanh bÒ mÆt

• TÇn sè cµng cao → chiÒu s©u líp nung cµng máng

( hµng v¹n Hz)

2. Vßng c¶m øng :

• lµ bé phËn g©y dßng c¶m øng

• b»ng ®ång, rçng, h×nh d¹ng bao lÊy chi tiÕt

• Cã thÓ t«i : - MÆt ngoµi

- MÆt trong

- MÆt ph¼ng

3. Tæ chøc vµ tÝnh chÊt thÐp t«i c¶m øng:

• %C : 0,4-0,6

•NhiÖt ®é: Do nung nhanh → chuyÓn biÕn x¶y ra ë To cao vµ τ

ng¾n ( h¬n th«ng th−êng 100-2000C)

• Tæ chøc: γ nhá mÞn → M kim nhá mÞn

th−êng tr−íc t«i tÇn sè → t«i + ram cao ( Xram )


→ BÒ mÆt cøng : 56-58HRC/ lâi dÎo dai: 10-15 HRC

( b¸nh r¨ng , trôc khuûu)

4. −u ®iÓm: • N¨ng suÊt cao

• ChÊt l−îng tèt

•DÔ tù ®éng ho¸

Nh−îc ®iÓm: kh«ng ¸p dông cho chi tiÕt phøc t¹p

Ho¸ nhiÖt luyÖn → HiÖu qu¶ ho¸ bÒn b/m h¬n t«i c¶m øng & ®−îc øng dông réng r·i

Nguyªn l ý chung: 1. §/n: →lµm b·o hoµ vµo b/m thÐp mét hay nhiÒu nguyªn tè

→thay ®æi thµnh phÇn ho¸ häc →lµm biÕn ®æi tæ chøc vµ tÝnh chÊt theo h−íng ®· ®Þnh

2. Môc ®Ých:

• N©ng cao ®é cøng, tÝnh chèng mµi mßn vµ bÒn mái (thÊm C. N, C-N, B) •N©ng cao tÝnh chèng ¨n mßn ®iÖn ho¸ vµ ho¸ häc(thÊm Cr,Al, Si)

3. C¸c giai ®o¹n cña ho¸ NL: • Ph©n ho¸: t¹o nguyªn tö ho¹t cña nguyªn tè cÇn thÊm • HÊp phô: nguyªn tö ho¹t ®−îc hÊp thô vµo b/m chi tiÕt cÇn thÊm →t¹o ra gradien nång ®é chÊt thÊm • KhuyÕch t¸n ( giai ®o¹n quan träng nhÊt)

4. ¶nh h−ëng cña nhiÖt ®é vµ thêi gian: • NhiÖt ®é : T0 cµng cao → Vkt cña c¸c nguyªn tö cµng lín → líp thÊm chãng ®¹t ®−îc chiÒu s©u qui ®Þnh (T0 kh«ng ®−îc qu¸ cao)


• Thêi gian: T=const, thêi gian cµng dµi → chiÒu s©u líp thÊm t¨ng (chËm)

ThÊm çc bon: 1. §/n: →lµm b·o hoµ çc bn vµo b/m thÐp C thÊp ( 0,1-0,25%)

→ t«i vµ ram tiÕp theo→b/m cã ®é cøng cao cßn lâi th× dÎo dai

2. Môc ®Ých: • B/m thÐp cøng ( 60-62 HRC), chèng mµi mßn cao, chÞu mái, lâi dÎo dai • ¸p dông cho chi tiÕt chÞu t¶i vµ va ®Ëp

3. Yªu cÇu ( sau thÊm):

• %C bÒ mÆt 0,8-1,0 %→ sau t«i + ram thÊp , tæ chøc : M kim nhá mÞn + çcbit nhá mÞn, ph©n t¸n • Lâi: h¹t nhá, M kim nhá mÞn ®é cøng 30-40 HRC ( kh«ng cã F tù do)

4. NhiÖt ®é: • T0 → thÐp ë tr¹ng th¸i hoµn toµn γ (trªn A3): 900-9500C

5. Thêi gian: phô thuéc vµo 2 yÕu tè

• ChiÒu dµy líp thÊm: th−êng tõ 0,5-1,8 mm ( chiÕm 0,1-0,15 Dct) • Tèc ®é thÊm: VthÊm thÎ láng> VthÊm thÎ khÝ> VthÊm thÎ r¾n

VD: thÓ r¾n : 0,1mm chiÒu s©u/1h nung gi÷ thÓ khÝ: 0,2mm chiÒu s©u/1h nung gi÷

6. ChÊt thÊm :


• ThÓ r¾n: 80-95% than gç + Na2CO3, hoÆc Ba CO3( xóc

t¸c)

Ph¶n øng: 2C + O2 → 2CO ( khi thiÕu «xy)

2CO → CO2+ Cngtö

Cngtö → khuyÕch t¸n vµo b/m thÐp ( nång ®é t¨ng dÇn)

T¸c dông cña xóc t¸c: Ba CO3 → BaO + CO2

CO2 + Cthan → 2CO

2CO → CO2 + Cnguyªn tö → b/m thÐp

- ThÊm cacbon ë thÓ r¾n song qu¸ tr×nh x¶y ra l¹i th«ng qua

pha khÝ

Nh−îc ®iÓm :

+Bôi

+ %C : 1,2-1,3

• ThÓ khÝ:

- Cã thÓ dïng trùc tiÕp c¸c khÝ cã kh¶ n¨ng sinh ra cacbon

nguyªn tö nh− CO, CH4 ®Ó thÊm → chÕ t¹o khÝ thÊm cacbon

tõ khÝ ®èt thiªn nhiªn, thµnh phÇn chñ yÕu lµ mªtan CH4 cã

t¸c dông thÊm rÊt m¹nh.

- Thµnh phÇn: CO 95-97%; CH4 3-5 %

CH4 → 2H2+ Cnguyªn tö

−u ®iÓm:

+ %C : 0,8- 1,0 (cã thÓ pha lo·ng vµ pha chÕ khÝ thiªn nhiªn

sao cho cã nång ®é thÝch hîp → t¹o ra l−îng cacbon nguyªn

→−u ®iÓm næi bËt )


+ dÔ c¬ khÝ ho¸ vµ ®iÒu chØnh

- Khi kh«ng cã khÝ thiªn nhiªn ng−êi ta cã thÓ dïng dÇu háa

hay cån

• ThÓ láng ( Ýt dïng)

7. NhiÖt luyÖn sau thÊm: → nhÊt thiÕt ph¶i T«i + Ram

• T«i trùc tiÕp : Sau thÊm → h¹ nhiÖt ®é ®Õn 850-860 0C →

t«i

¦u ®iÓm : BD nhá

• T«i 2 lÇn :

LÇn 1: cho lâi → T> A3 : 880-9000C

LÇn 2: T> A1 : 760-780 0C

Nh−îc ®iÓm : BD lín ( do nung nhiÒu lÇn) → Ýt dïng

¸p dông cho thÐp C vµ HK cã yªu cÇu cao vÒ c¬ tÝnh

• T«i 1 lÇn :

NhiÖt ®é t«i trung gian cho c¶ bÒ mÆt vµ lâi:

yªu cÇu ®é cøng b/m: T= 820-8500 C

yªu cÇu ®é cøng lâi : T= 860-8800 C

• Ram: 180-2000C τ= 1-1,5 h

So s¸nh: t«i bÒ mÆt thÊm C

b/m 56-60HRC 60-62 HRC

lâi: 15-20 HRC 30-40 HRC

ThÊm Ni t¬:


1. §/n: →b·o hoµ Nit¬ vµo bÒ mÆt thÐp →n©ng cao ®é cøng, tÝnh

chèng mµi mßn ( m¹nh h¬n C), t¹o ra øng suÊt d− nÐn, chèng rØ

tèt.

2. cÊu t¹o líp thÊm N:

- C¬ së ®Ó x¸c ®Þnh tæ chøc líp thÊm nit¬ vµo thÐp lµ gi¶n ®å pha

Fe - N : Líp thÊm giµu nit¬, nÕu tÝnh tõ ngoµi vµo sÏ cã c¸c pha

sau: ε - pha xen kÏ Fe2N,

γ‘ - pha xen kÏ Fe4N,

α - ferit nit¬ (hay dung dÞch r¾n cña nit¬ trong Feα).

• Nitrit víi ®é cøng rÊt cao, nhá mÞn (ph©n t¸n) : ®é cøng cao 65-

70 HRC → sau thÊm N kh«ng ph¶i nhiÖt luyÖn

3. §Æc ®iÓm cña thÊm N:

• T= 480-6500C, khÝ NH3

Ph¶n øng : 2NH3→ 3H2+2Nngt−

• Do T0 thÊp →khuyÕch t¸n khã → thêi gian dµi →líp thÊm

máng

VD: T=5200C, τ= 24 h →δ= 0,25-0,3 mm

• Sau thÊm kh«ng ph¶i t«i : do b¶n chÊt cña líp thÊm lµ

Nitrit cã ®é cøng cao

• Líp thÊm cã thÓ gi÷ ®é cøng khi T>5000C ( <6000C)

4. C«ng dông:

• Chi tiÕt chÞu t¶i kh«ng lín cÇn cã ®é cøng cao, chèng mµi

mßn lµm viÖc ë 500 - 6000C

• N©ng cao ®é bÒn mái ( trôc khuûu )


ThÊm C-N:

1. §Þnh nghÜa: → b·o hoµ ®ång thêi C-N vµo b/m thÐp → n©ng

cao ®é cøng vµ tÝnh chèng mµi mßn

2. Môc ®Ých :gièng thÊm C &N , tèt h¬n thÊm C

3. §Æc ®iÓm: TthÊm ≈ 8500C → chñ yÕu thÊm C

TthÊm ≈ 5600C → chñ yÕu thÊm N

4. ThÊm C-N thÓ láng: ®éc, Ýt dïng

Thµnh phÇn: NaCN, KCN → chÊt thÊm

NaCl, Na2CO3 →pha lo·ng

•T0C thÊp: 50% NaCN + Na2CO3, NaCl

HoÆc NaCN+ KCN tû lÖ 1:1

• T0C cao: < 30% hoÆc 10% NaCN hoÆc KCN

5. ThÊm C-N thÓ khÝ:

So víi thÊm C thÓ khÝ cã −u ®iÓm h¬n h¼n:

- dïng chung thiÕt bÞ víi thÊm C thÓ khÝ ( thªm vµo 5-10%

NH3)

- tæ chøc líp thÊm C¸c bit-Nitrit ( 60-65HRC ), tÝnh chèng mµi

mßn t¨ng ( 50-100%)

- - Do chèng mµi mßn t¨ng lªn m¹nh, líp thÊm cã thÓ máng

h¬n líp thÊm cacbon kho¶ng 20 ÷ 30%.

- VÝ dô b¸nh r¨ng khi thÊm cacbon s©u 0,90 ÷ 1,20mm, khi

thÊm cacbon - nit¬ chØ cÇn 0,50 ÷ 0,80mm → τ ng¾n h¬n

→ gi¶m nªn ®é biÕn d¹ng chi tiÕt , t¨ng ®−îc tuæi thä cña lß.


- líp thÊm máng h¬n thÊm C kh«ng t¹o muéi (NH3) → t¨ng tèc

®é thÊm

→ChØ cÇn thÊm ë 840-860 0C ≈ 9300C thÊm

- Sau thÊm : T«i (trùc tiÕp )+ ram


Ch−¬ng 5 thÐp vμ gang

5.1. Kh¸i niÖm chung vÒ thÐp:

- Lµ vËt liÖu cã c¬ tÝnh tæng hîp cao nhÊt→ chÞu t¶i träng phøc

t¹p vµ nÆng - lµ vËt liÖu chñ yÕu cña chÕ t¹o m¸y

- D¹ng cung cÊp: tÊm, thanh nhiÒu d¹ng

5.1.1. Kh¸i niÖm vÒ thÐp C:

I. Thµnh phÇn ho¸ häc:

Ngoµi Fe vµ C (<2,14%) → cã t¹p chÊt

- T¹p chÊt cã lîi : Mn, Si (≤0,1%)

- Cã h¹i : P vµ S

- Ngoµi ra cßn cã thÓ cã mét sè t¹p chÊt kh¸c :

Cr, Ni, Cu (≤0,2), W,Mo,Ti (≤0,1) → l ý do ?

H2, O2, N2

Thµnh phÇn thÐp c¸c bon th«ng th−êng theo qui ®Þnh:

C ≤ 2,0 % , Μn ≤ 0,8%, Si ≤ 0,5 %, P ≤ 0,05 %, S ≤ 0,05 %

II. ¶nh h−ëng cña C vµ t¹p chÊt ®Õn tæ chøc vµ tÝnh chÊt thÐp C: 1. C¸c bon:

lµ nguyªn tè quan träng nhÊt quyÕt ®Þnh tæ chøc vµ c¬ tÝnh (thÐp C vµ HK)

• l−îng C t¨ng → ®é cøng t¨ng, dÎo dai gi¶m ( qui luËt bËc nhÊt )

VD: C t¨ng 1% → HB t¨ng 20-25 ak gi¶m 200KJ/m2 σ t¨ng 40-50 N/mm2( chØ ®Õn 0,8%C)


• ®é bÒn biÕn ®æi kh«ng tuyÕn theo l−îng C

c. C«ng dông cña thÐp theo thµnh phÇn C: •ThÐp víi hµm l−îng C thÊp ( ≤ 0,25%) : →kÕt cÊu trong x©y dùng

- dÎo dai, bÒn, cøng ®Òu thÊp ( → thÊm) - hiÖu qu¶ t«i vµ ram kh«ng cao

• ThÐp hµm l−îng C trung b×nh ( 0,3-0,5%): → chi tiÕt m¸y - dÎo dai, bÒn, cøng kh¸ cao

- hiÖu qu¶ t«i vµ ram tèt • ThÐp hµm l−îng C t−¬ng ®èi cao ( 0,5-0,65%)

- §é cøng cao, σ®h max → chi tiÕt ®µn håi, lß so

• ThÐp hµm l−îng C cao ( ≥ 0,7%) - §é cøng, tÝnh chèng mµi mßn cao → dông c¾t, khu«n dËp 2. Man gan: - do : tõ quÆng vµ khö «xy b»ng fero Mn FeO + Mn → MnO + Fe - Hoµ tan vµo F → n©ng cao ®é bÒn vµ cøng → c¬ tÝnh thÐp t¨ng - %Mn: 0,5-0,8 3. Silic: - do : tõ quÆng vµ khö «xy b»ng fero silic 2FeO + Si → SiO2 + Fe - Hoµ tan vµo F → n©ng cao ®é bÒn vµ cøng → c¬ tÝnh thÐp t¨ng - %Si: 0,4 - 0,5

4.Phèt pho:

- Hoµ tan vµo F ( ®Õn 1,2%), ho¸ bÒn F vµ thiªn tÝch m¹nh (0,1%) - P ≥ 1,2% → t¹o ra Fe3P cøng vµ gißn


→ c¶ 2 pha trªn ®Òu gi¶m m¹nh dÎo dai vµ t¨ng ®é gißn ë T0

th−êng→ gißn nguéi - Tr¸nh gißn: P ≤ 0,05% 5. L−u huúnh:

- Cïng tinh :( FeS+Fe) ch¶y ë T0 thÊp (9880C), kÕt tinh sau cïng → ë biªn giíi h¹t →nung ( çn) →biªn giíi ch¶y tr−íc → ®øt →hiÖn t−îng bë nãng (gißn nãng) - %S ≤ 0,06

III. Ph©n lo¹i :

1. Theo chÊt l−îng: ( nÊu luyÖn) → møc ®é ®ång nhÊt çc

nguyªn tè vµ khö çc t¹p chÊt cã h¹i:

- ThÐp chÊt l−îng th−êng: ≤ 0,06% S ≤ 0,07%P

- ThÐp chÊt l−îng tèt : ≤ 0,04% S ≤ 0,035 %P

- ThÐp chÊt l−îng cao : ≤ 0,025% S ≤ 0,035 %P

- ThÐp chÊt l−îng ®Æc biÖt cao: ≤ 0,015% S ≤ 0,025

%P

+thÐp C cã 3 chÊt l−îng ®Çu

+thÐp HK cã 3 chÊt l−îng sau

2. Theo ph−¬ng ph¸p khö «xy:

• thÐp s«i ( khö «xy kh«ng triÖt ®Ó – Fero Mn)

FeO + C → Fe+ CO↑

BÒ mÆt s«i → t¹o thµnh bät khÝ trong thái ®óc ( khi çn sÏ

hÕt)→kh«ng cã lâm co

→ Ýt Si nªn dÎo →dËp s©u

• thÐp lÆng : khö «xy triÖt ®Ó ( Fero Mn +Fero Si + Al)


→ kh«ng cßn FeO → bÒ mÆt thÐp ph¼ng lÆng → lâm

co lín

→ cøng h¬n thÐp trªn ( Si) vµ thÝch hîp víi hµn

• thÐp nöa lÆng: (khö «xy b»ng Fero Mn + Al)

- ThÐp C thÊp : c¶ 3 lo¹i trªn

- ThÐp C trung b×nh : lÆng vµ n−¶ lÆng

- ThÐp Ccao vµ HK : lÆng

3. Theo c«ng dông:

- thÐp çn nãng th«ng dông

- thÐp kÕt cÊu

- thÐp dông cô

- thÐp cã c«ng dông riªng

IV. Ký hiÖu vµ c«ng dông cña çc nhãm thÐp C:

Theo qui t¾c:

• thÐp th«ng dông, kh«ng cÇn nhiÖt luyÖn khi sö dông → ký hiÖu

theo c¬ tÝnh (ë tr¹ng th¸i cung cÊp)

• thÐp ph¶i qua nhiÒu kh©u gia c«ng chÕ t¹o → ký hiÖu theo thµnh

phÇn ho¸ häc

1. ThÐp çn nãng th«ng dông ( thÐp C chÊt l−îng th−êng)

• ChiÕm 80% l−îng thÐp sö dông ( tr¹ng th¸i çn nãng)

• Theo TCVN 1765-75 : K ý hiÖu CT - σkÐo tèi thiÓu (

KG/mm2)

• Chia ra lµm 3 nhãm:


∗Nhãm A:

- qui ®Þnh vÒ c¬ tÝnh, kh«ng qui ®Þnh vÒ thµnh phÇn ho¸ häc

CT38 σkÐo= 38 KG/mm2

- lµm çc chi tiÕt kh«ng ph¶i qua gia c«ng nhiÖt : b¶o toµn tæ

chøc ban ®Çu vµ c¬ tÝnh theo tiªu chuÈn

∗ Nhãm B:

- qui ®Þnh vÒ thµnh phÇn ho¸ häc, kh«ng qui ®Þnh vÒ c¬ tÝnh

BCT38: 0,14-0,22%C

- lµm çc chi tiÕt ph¶i qua gia c«ng nãng

∗NhãmC:

- qui ®Þnh c¶ vÒ c¬ tÝnh vµ thµnh phÇn ho¸ häc

CCT38: σkÐo= 38 KG/mm2, 0,14-0,22%C

- lµm çc chi tiÕt võa ph¶i qua gia c«ng nãng, võa ph¶i biÕt c¬

tÝnh ban ®Çu

2. Nhãm thÐp kÕt cÊu:( thÐp C chÊt l−îng tèt)

- qui ®Þnh c¶ vÒ c¬ tÝnh vµ thµnh phÇn ho¸ häc

- theo TCVN 1766-75, k ý hiÖu : C- con sè chØ hµm l−îng C

trung b×nh phÇn v¹n

C40 ; C40s; C40n

3.Nhãm thÐp dông cô: ( chÊt l−îng tèt)

- Thµnh phÇn C≥0,7%

- lµm dông cô cã n¨ng suÊt thÊp vµ TB


theo TCVN 1822-76: k ý hiÖu CD- con sè chØ hµm l−îng C

trung b×nh phÇn v¹n

CD70

4. Nhãm thÐp cã c«ng dông riªng:

- thÐp lß so

- thÐp dËp nguéi...

V. −u nh−îc ®iÓm cña thÐp C:

• −u ®iÓm:

- rÎ tiÒn, dÔ nÊu luyÖn

- c¬ tÝnh nhÊt ®Þnh, tÝnh c«ng nghÖ tèt

• nh−îc ®iÓm:

- ®é bÒn ë tr¹ng th¸i cung cÊp thÊp, σ®h=70KG/mm2 ( thÊp), dÎo

dai kÐm

- ®é thÊm t«i thÊp ( ≈15 mm)

- >3000C ®é bÒn vµ cøng thÊp

- chèng mµi mßn kÐm ( so víi thÐp HK cïng %C)

5.1.2. ThÐp hîp kim:

I. Thµnh phÇn vµ ®Æc ®iÓm cña thÐp hîp kim:

1. Nguyªn tè hîp kim:

• Ngoµi Fe,C, t¹p chÊt + c¸c nguyªn tè víi l−îng nhÊt

®Þnh→thay ®æi

tæ chøc, tÝnh chÊt theo yªu cÇu


•Çc nguyªn tè ®−îc coi lµ hîp kim khi: ( nhá h¬n ®−îc coi lµ

t¹p chÊt)

Mn≥0,8-1,0 % Ni≥0,5-0,8 %

Si≥0,5-0,8 % W≥0,1-0,5 %

Cr ≥0,5-0,8 % Mo≥0,05-0,2 %

Ti,V,Nb,Zr,Cu ≥ 0,1 B ≥ 0,002

2. Çc ®Æc tÝnh cña thÐp HK:

• C¬ tÝnh:

- ®é thÊm t«i cao h¬n thÐp C → σ cao h¬n (sau t«i +ram)

Khi sö dông cÇn l−u ý

- §é bÒn t¨ng → ®é dÎo dai gi¶m

- % NTHK cµng lín → dÎo dai vµ tÝnh c«ng nghÖ kÐm

• TÝnh chÞu nhiÖt ®é cao: mét sè thÐp khi bÞ OXH→«xyt xÝt

chÆt ( Cr,Si)

• Çc tÝnh chÊt l ý ho¸ ®Æc biÖt: kh«ng gØ, gi·n në nhiÖt, tõ

tÝnh ®Æc iÖt

• Nh−îc ®iÓm: khã nÊu luyÖn, ®¾t, tÝnh c«ng nghÖ kÐm

II. T¸c dông cña nguyªn tè hîp kim:

1. T¸c dông ®èi víi dung dÞch r¾n vµ gi¶n ®å pha:

ThÐp C+ NTHK → ThÐp HK → ¶nh h−ëng cña NTHK ®Õn

gi¶n ®å pha Fe-C

• Dung dÞch r¾n: PhÇn lín çc NTHK lµ KL cã m¹ng gièng γ, α →


t¹o dung dÞch r¾n:

- Mn, Ni lµ c¸c nguyªn tè cã kiÓu m¹ng lptm ®iÓn h×nh t¹o víi γ

dung dÞch r¾n hoµ tan v« h¹n → më réng vïng γ (cña gi¶n ®å Fe-

C) → h¹ thÊp A1, A3, Am→γ cã thÓ tån t¹i ë T0 th−êng →thÐp γ

- Cr lµ nguyªn tè cã kiÓu m¹ng lptk → t¹o víi α dung dÞch r¾n hµ

tan v« h¹n → thu hep vïng γ, më réng α → n©ng cao A1, A3, Am

→α cã tån t¹i ë T0 cao →thÐp α

- §©y lµ c¸c thÐp kh«ng cã chuyÓn biÕn pha

- §−êng SE dÞch sang tr¸i→ thÐp cïng tÝch < 0,8% C ;

thÐp HK< 2,14 % C → ®· cã Lª

VD: thÐp 7%W: S → 0,2% C

E → 0,5%C

•T¸c dông ®Õn c¬ tÝnh cña F ( trong thÐp HK chiÕm 90%):

- % NTHK t¨ng →x« lÖch m¹ng t¨ng →σ, cøng t¨ng, dÎo dai

gi¶m

- Nguyªn tè HK →¶nh h−ëng kh¸c nhau ( Mn,Si, Cr, Ni):

+ Mn,Si→t¨ng m¹nh ®é bÒn vµ cøng cña F, gi¶m m¹nh dÎo

dai→thÐp gißn →1-2% Si; 2-3%Mn

+ Cr, Ni →ho¸ bÒn F nh−ng l¹i kh«ng lµm gi¶m dÎo dai

>3%Cr →xÊu ®é dai

Ni →c¶i thiÖn ®é dÎo dai

- Th−êng hîp kim ho¸ ®ång thêi Cr, Ni


2. T¸c dông t¹o thµnh ÇcbÝt:

a. Ni, Si, Al, Co,Cu → kh«ng t¹o çc bÝt

b. Mn, Cr, Mo, W, V, Zr, Ti, Nb →t¹o çc bÝt :

- Mn, Cr →nguyªn tè t¹o çc bÝt yÕu

- Mo, W→ nguyªn tè t¹o çc bÝt trung b×nh

- V → nguyªn tè t¹o çc bÝt m¹nh

- Zr, Ti, Nb → nguyªn tè t¹o çc bÝt rÊt m¹nh

c. Çc d¹ng çc bÝt :

• XªmentÝt hîp kim:

• Çc bÝt víi kiÓu m¹ng phøc t¹p: Mn3C, Cr7C3, Cr23C6

•Çc bÝt kiÓu Me6C

• Çc bÝt víi kiÓu m¹ng ®¬n gi¶n ( VC, TiC, WC..)

T¸c dông:

-Çc bÝt HK cã ®é cøng cao h¬n Xe

- æn ®Þnh vµ hoµ tan vµo γ khã h¬n ( Tch cao)

- T¸c dông:

∗ Lµm t¨ng ®é bÒn, cøng vµ chèng mµi mßn m¹nh h¬n Xe

∗ Khã hoµ tan vµo γ → T0 t«i t¨ng, gi÷ nhá h¹t khi nung

∗ Khi ram → tiÕt ra khái M vµ kÕt tô ë T0 cao h¬n Xe →gi÷

®−îc ®é cøng cao ë T0 cao

III. ¶nh h−ëng cña nguyªn tè hîp kim ®Õn qu¸ tr×nh nhÖt

luyÖn: → ¶nh h−ëng lín


1. ChuyÓn biÕn khi nung ®Ó t«i:

• hoµ tan çc bÝt vµo γ khã → T0 t«i t¨ng, τ gi÷ dµi h¬n ( so

víi Xe)

VD : ThÐp 1%C → T0 t«i = 7800C ( Fe3C)

ThÐp 1%C, 1,5 %Cr → T0 t«i = 830- 850 0C ( (Fe,Cr)3C

• khã hoµ tan → n»m ë biªn giíi gi÷ cho h¹t nhá khi nung

m¹nh nhÊt Ti,Zr, Nb; yÕu h¬n: W,V

riªng Mn → h¹t γ ph¸t triÓn m¹nh

2. Sù ph©n ho¸ ®¼ng nhiÖt cña γ vµ ®é thÊm t«i:

• Sù ph©n ho¸ ®¼ng nhiÖt cña γ qu¸ nguéi:

- tÊt c¶ çc NTHK ( trõ Co) khi hßa tan vµo γ→ ®−êng ch÷

"C" dÞch sang ph¶i → gi¶m tèc ®é t«i tíi h¹n

- víi cïng hµm l−îng NTHK → hîp kim ho¸ phøc t¹p hiÖu qu¶

tèt h¬n hîp kim ho¸ ®¬n gi¶n

• §é thÊm t«i:

- tÊt c¶ çc NTHK ( trõ Co) ®Òu lµm t¨ng ®é thÊm t«i

Cã thÓ cã çc tr−êng hîp :

- Vth< Vlâi → t«i thÊu

- Vkh«ng khÝ > Vth → nguéi trong kh«ng khÝ → nhËn ®−îc M

(tù t«i)

• HiÖu qu¶ do t«i+ ram:

- n©ng cao søc chÞu t¶i cho chi tiÕt


- tiÕt diÖn lín → sö dông thÐp HK cã hiÖu qu¶

- nguéi chËm → Ýt biÕn d¹ng, nøt (chi tiÕt phøc t¹p)

3. ChuyÓn biÕn M¸ctenxit

• Khi hoµ tan vµo γ, çc NTHK ( trõ Co, Al, Si) → h¹ thÊp

Ms → sau t«i, l−îng γ d− t¨ng → ®é cøng cã thÓ gi¶m 1-10

HRC → ph¶i GCL hoÆc ram nhiÒu lÇn →®é cøng t¨ng

4. ChuyÓn biÕn khi ram:

• ¶nh h−ëng ®Õn 3 qu¸ tr×nh:

- ph©n ho¸ M

- chuyÓn biÕn γ d− → M

- kÕt tô ÇcbÝt

→ ®Òu x¶y ra ë T0 cao h¬n ( çc NTHK c¶n trë sù khuyÕch t¸n C )

VD: TiÕt ra Xe ( tõ M) → 2000C

Xªmmtit hîp kim →250-3000C

Çc bÝt Cr →400-450

TiC → kh«ng hoµ tan khi nung, kh«ng kÕt tô khi ram

NhËn xÐt:

+ N©ng cao tÝnh chÞu nhiÖt

+ Çc bÝt t¹o thµnh nhá mÞn, ph©n t¸n → ®é cøng, tÝnh

chèng mµi mßn t¨ng →ho¸ cøng ph©n t¸n

IV. KhuyÕt tËt cña thÐp HK:

1. Thiªn tÝch


2. Gißn ram:

HiÖn t−îng ak gi¶m ®ét ngét khi ram ë 2 kho¶ng nhiÖt ®é

• Lo¹i I: ( ram ë 280-3500C)

ch−a râ nguyªn nh©n - kh«ng kh¾c phôc ®−îc (kh«ng

thuËn nghÞch)

• Lo¹i II: ( ram ë 500-6000C vµ lµm nguéi chËm)

- th−êng gÆp ë thÐp Cr, Mn, Cr-Ni, Cr-Mn

- kh¾c phôc ®−îc (thuËn nghÞch) → lµm nguéi nhanh (

n−íc hoÆc dÇu) hoÆc hîp kim ho¸ thªm W hoÆc Mo

V. Ph©n lo¹i vµ k ý hiÖu:

1. Ph©n lo¹i:

a. Theo tæ chøc tÕ vi:

• theo tæ chøc c©n b»ng:

thÐp tct ( P+ F); thÐp ct (P); thÐp sct (P+ c¸cbÝt);

thÐp Lª; thÐp γ; thÐp F


b. Theo nguyªn tè hîp kim: dùa vµo tªn cña NTHK chÝnh

thÐp Cr

→tÝnh chÊt cña HK do NTHK chÝnh quyÕt ®Þnh

c. Theo tæng l−îng çc NTHK:

- thÐp HK thÊp : < 2,5%

- thÐp HK trung b×nh: 2,5-10%

- thÐp HK cao: >10%

→ biÕt gi¸ trÞ cña thÐp

d. Theo c«ng dông: ( 4 nhãm gièng thÐp C)

5. K ý hiÖu:

• ViÖt nam: theo hÖ thèng ch÷ vµ sè

Ch÷ : theo k ý hiÖu çc nguyªn tè ho¸ häc

Sè : sè ®Çu → hµm l−îng C (trung b×nh phÇn v¹n)

sè sau mçi nguyªn tè → hµm l−îng nguyªn tè ®ã (trung

b×nh phÇn tr¨m)

nguyªn tè cã hµm l−îng < 1% → kh«ng ghi con sè

18CrMnTi , 60Si2

•Çc n−íc kh¸c nhau → ký hiÖu kh¸c nhau

160Cr12Mo → X12M →D2 → SKD11→STD11

5.1.3. ThÐp kÕt cÊu:

I. Kh¸i niÖm:

1. Yªu cÇu:


• C¬ tÝnh : cao→ chÞu t¶i tèt → gän nhÑ

-ak cao → chi tiÕt chÞu t¶i träng ®éng →lµm viÖc tin cËy

-σ, σmái ,cøng cao

- chèng mµi mßn cao

• TÝnh c«ng nghÖ tèt :

- Gia c«ng ¸p lùc tèt

- C¾t gät tèt

- Hµn tèt ( ®«i khi)

- NhiÖt luyÖn tèt →t¹o c¬ tÝnh

• TÝnh kinh tÕ: rÎ ( thµnh phÇn vµ biÖn ph¸p NL)

2.Thµnh phÇn hãa häc cña thÐp kÕt cÊu:

a. ThÐp kÕt cÊu C:

- %C : 0,1-0,6

- %C cµng cao c¬ tÝnh cao → tÝnh c«ng nghÖ xÊu

- Nãi chung nhãm nµy cã tÝnh c«ng nghÖ tèt vµ rÎ

- Nh−îc ®iÓm:

®é thÊm t«i thÊp, bÒn thÊp → chi tiÕt nhá

tÝnh cøng nãng kÐm ( <2000C)

b. ThÐp kÕt cÊu hîp kim :

• §¾t h¬n thÐp C vµ cã ®é bÒn cao h¬n do:

®é thÊm t«i cao, ho¸ bÒ ferit, t¹o cacbit ph©n t¸n vµ gi÷ h¹t nhá

• Theo t¸c dông vµ sè l−îng chia thµnh 2 nhãm:


- nguyªn tè HK chÝnh:

∗ chiÕm tû lÖ chÝnh trong çc NTHK, th−êng lµ Cr,Mn,Si ( cã thÓ

Ni)

∗ rÎ, 1-2% ( ç biÖt 6-7%)

∗víi tæng nh− nhau th× dïng nhiÒu nguyªn tè h¬n lµ mét nguyªt tè

∗ çc cÆp th−êng dïng: Cr-Mn; Cr-Ni; Cr-Mn-Si; Cr-Ni-Mn

- nguyªn tè hîp kim phô:

∗l−îng rÊt Ýt ( <0,1%) nhiÒu nhÊt chØ 0,5-0,8% →c¶i thiÖn mét tÝnh

chÊt nµo ®ã

∗th−êng lµ Ti; W; Mo ( ®¾t)

Ti →gi÷ nhá h¹t khi nung trong thÐp Cr-Mn

Mo ( 0,2), W(0,5-0,8) →tr¸nh gißn ram lo¹i 2 ë thÐp Cr-Mn

II. ThÐp thÊm C:

- %C: 0,1-0,25% ( cã thÓ ®Õn 0,3%)

- øng dông cho çc chi tiÕt lµm viÖc trong ®iÒu kiÖn chÞu mµi mßn

vµ va ®Ëp ( b¸nh r¨ng, cam, chèt...)

- thÐp ph¶i thÊm →t«i + ram

1. Thµnh phÇn ho¸ häc:

• C: 0,1-0,25 % ( 0,25-0,3 %)

• Hîp kim: nguyªn tè cã t¸c dông thóc ®Èy qu¸ tr×nh thÊm, n©ng

cao ®é bÒn →kh«ng dïng thÐp cã Si (g©y tho¸t C), Ýt Mn (h¹t lín)

• Th−êng dïng çc nhãm: Cr; Cr- Ni; Cr-Mn-Ti


•−u ®iÓm cña thÐp thÊm hîp kim:

- thÊm t«i cao h¬n ( thÐp C)

- Ýt biÕn d¹ng khi t«i →lµm chi tiÕt lín vµ phøc t¹p

- chèng mµi mßn cao h¬n ( t¹o çc bÝt hîp kim )

- cã kh¶ n¨ng n©ng cao T0 thÊm →rót ng¾n τ thÊm

2. Çc m¸c thÐp vµ ®Æc ®iÓm:

a. ThÐp C: C10;C15; C20; C25 vµ ®«i khi CT38

- sau t«i +ram: ®é cøng 60-62HRC

- σ thÊp ( 500 MPa)

- TthÊm≤9000C →h¹t lín ( sau thÊm th−êng ph¶i th−êng ho¸)

- t«i n−íc → chi tiÕt nhá, ®¬n gi¶n

b. ThÐp Cr: 15Cr; 20Cr; 15CrV

- ®é cøng gièng thÐp C, nh−ng chèng mµi mßn cao h¬n

- σ cao h¬n ( 700 - 800MPa)

- T0= 900-920 → tèc ®é thÊm t¨ng ( do Cr cã ¸i lùc víi C)

- nh−îc ®iÓm: qu¸ b·o hoµ C

- ¸p dông cho chi tiÕt Φ= 20-40mm

c. ThÐp Cr-Ni:

d. ThÐp Cr-Mn-Ti (Mo):

- kh¾c phôc çc nh−îc ®iÓm cña thÐp Cr-Ni

- m¸c thÐp 18CrMnTi; 25CrMnTi; 30CrMnTi, 25CrMnMo

( 0,1-0,09% Ti)


- T0 thÊm=950

- −u ®iÓm: rÎ, gia c«ng dÔ, NL ®¬n gi¶n

III. ThÐp ho¸ tèt:

1. §Æc ®iÓm:

- %C trung b×nh: 0,3-0,5 ( th−êng dïng 0,35-0,45)

- ChÕ t¹o çc chi tiÕt chÞu t¶i träng tÜnh, b/m bÞ mµi mßn → muèn

cã c¬ tÝnh tæng hîp cao → nhiÖt luyÖn ho¸ tèt

- Hîp kim:

- çc nhãm : Cr, Cr- Mn, Cr- Mn- Si, Cr- Ni, Cr-Ni- Mo

2. NhiÖt luyÖn:

- §Ó n©ng cao c¬ tÝnh tæng hîp ( σch¶y, ak) → Xram → T«i + ram

cao

- Xram cßn cã −u ®iÓm:

• ®é cøng 220-260 HB →gia c«ng c¾t tinh → t¨ng ®é bãng b/m

• tæ chøc F+Xe nhá mÞn → t«i c¶m øng tiÕp theo →M h¹t nhá

mÞn → c¬ tÝnh bÒ mÆt tèt

3. Çc m¸c thÐp vµ ®Æc ®iÓm:

a. ThÐp C: C35, C40, C45, C50

- ®¹t ®−îc çc yªu cÇu ®Ò ra ë møc thÊp

( ®é thÊm t«i ≈ 10mm, σ= 750 MPa, chi tiÕt ®¬n gi¶n, t«i

n−íc, rÎ, tÝnh CN tèt)

- lµm trôc truyÒn, khuûu trong ®éng c¬ nhá, b¸nh r¨ng tèc ®é nhá

b. ThÐp Cr: 35Cr, 40Cr, 45Cr, 50Cr , 40CrB ( ≈ 1% Cr)


- ®¹t çc yªu ë møc cao h¬n thÐp C

( ®é thÊm t«i ≈ 20mm, σ= 950 MPa, t«i dÇu)

- sau ram → nguéi nhanh

-40Cr th−êng lµm trôc vµ b¸nh r¨ng m¸y c¾t KL

c. ThÐp Cr-Mn ( Cr-Mn-Si) :

d. ThÐp Cr-Ni

- dÎo dai cao (Ni/Cr=3 → cho ®é dai cao nhÊt)

III. ThÐp ®µn håi: %C 0,55-0,65

1.§iÒu kiÖn lµm viÖc vµ yªu cÇu víi lß xo, nhÝp:

• ChÞ t¶i träng tÜnh vµ va ®Ëp mµ kh«ng ®−îc BD dÎo

• → giíi h¹n ®µn håi cao ( kh¶ n¨ng chèng BD dÎo lín)

• ®é cøng cao, dÎo dai thÊp ®Ó kh«ng cã BD d− (35-45HRC)

• giíi h¹n mái cao


• môc ®Ých ®−a çc NTHK:

- n©ng cao giíi h¹n ®µn håi, cøng ( Mn, Si nhiÒu qu¸ g©y gißn)

- n©ng cao ®é thÊm t«i → ®ång ®Òu trªn toµn tiÕt diÖn (Cr)

• nhiÖt luyÖn: → tæ chøc Tram

∗®Æc biÖt chó ý b/m ( chÊt l−îng vµ tho¸t C )

3.Çc m¸c thÐp:

a. ThÐp th−êng vµ thÐp Mn: C65, C70, 65Mn, 70Mn

- ®Æc ®iÓm: σ®h = 800N/mm2


- ®é thÊm t«i thÊp

- lµm b¸n thµnh phÈm d¹ng d©y, b¨ng máng→ ®· t«i+ramTB

→t¹o s¶n phÈm →ñ khö −.s

b. ThÐp Si: 55Si2, 60Si2

- σ®h cao, rÎ

- ®é thÊm t«i ≈ 20mm

- dÔ tho¸t C khi nung t«i

( Φ≤ 5,5mm →t«i +ramTB tr−íc chÕ t¹o, Φ≥5,5mm →t«i

+ramTB sau chÕ t¹o)

c. ThÐp ®µn håi chÞu nhiÖt: 50CrV, 50CrMnV

-thÊm t«i cao ( h¬n lo¹i trªn)

- chèng ram tèt ( 5200C), gi÷ ®−îc tÝnh ®µn håi ë 3000C

- dïng lµm lß so sup¸p x¶

V. ThÐp kÕt cÊu cã c«ng dông riªng:

1. ThÐp dËp nguéi: C5, C8s,

- %C ≈ 0,05-0,2; Si ≈0,07, h¹t nhá vµ ®Òu (cÊp 6-8)

- tæ chøc F ( rÊt Ýt P)

2. ThÐp dÔ c¾t: 12S, 20S, 30S

- %C ≈0,1-0,4, P≈ 0,08-0,15, S ≈0,15-0,35, Mn≈0,8-1

5.2. ThÐp dông cô vµ ®Æc biÖt:

5.2.1. ThÐp dông cô:


•Kh¸i niÖm: dïng víi khèi l−îng Ýt ( 0,1% l−îng thÐp

dïng)→quyÕt ®Þnh sè l−¬ng vµ chÊt l−îng s¶n phÈm.

•ChØ tiªu chÊt l−îng quan träng nhÊt → ®é cøng cao, chèng mµi

mßn →%C cao, chÕ ®é NL phøc t¹p

I. ThÐp vµ HK lµm dao c¾t:

1. §iÒu kiÖn lµm viÖc cña dao:

•L−ìi c¾t chÞu ¸p lùc lín khi ph¸ huû KL (t¹o phoi)

•Dao bÞ mµi s¸t → bÞ mßn m¹nh

•C«ng t¸ch phoi vµ mµi s¸t → nhiÖt → tËp trung vµ nung nãng

phÇn l−ìi dao → xÊu kh¶ n¨ng c¾t gät

2. Yªu cÇu c¬ tÝnh cña dao:

•§é cøng cao: cao h¬n ®é cøng cña ph«i

thÐp,gang th−êng, thÐp HK thÊp (200-220HB)

→®é cøng dao ≥ 60HRC

thÐp,gang®Æc biÖt, thÐp HK cao(250-300HB)

→®é cøng dao ≥ 65HRC

• TÝnh chèng mµi mßn cao:→n©ng cao tuæi thä dao ( ®é chÝnh x¸c

cña chi tiÕt gia c«ng), phô thuéc vµo:

+ ®é cøng cao →chèng mµi mßn cµng tèt

®é cøng > 60HRC th× cø t¨ng thªm 1HRC, tuæi thä dao t¨ng30%

+ hai thÐp cã cïng ®é cøng → thÐp cã nhiÒu c¸c bÝt ph©n t¸n →

chèng mµi mßn cao h¬n


• TÝnh cøng nãng: → kh¶ gi÷ ®−îc ®é cøng cao khi lµm viÖc ë T0

cao

VD: dao c¾t víi tèc ®é lín →yªu cÇu tÝnh cøng nãng cao

• Ngoµi ra cßn yªu cÇu:

σ (σuèn khi tiÖn; σxo¾n khi khoan), ®é dai( tr¸nh mÎ,gÉy)

3. ThÐp lµm dao c¾t n¨ng suÊt thÊp: ( vc¾t = 5-10m/phót)

a. ThÐp c¸c bon: CD70, CD80 (W1, W2 - Mü; Y7, Y8- Nga

§Æc ®iÓm:

• Sau t«i + ram thÊp: ≥ 60HRC

• CD70; CD80 t«i hoµn toµn: T0= 800-820; 780-800

• CD90; CD130 t«i kh«ng hoµn toµn: T0= 760-780

Nh−îc ®iÓm:

- dao nhá

- h×nh d¸ng ®¬n gi¶n

- tèc ®é c¾t thÊp (≈5m/ph)

b. ThÐp hîp kim thÊp:

• Thµnh phÇn: C ≈ 1% ( cao)

Cr ≈ 1%; Si; W; Mn

• Chia ra 2 nhãm:

∗ cã ®é thÊm t«i cao ( h¬n thÐp C): 100Cr2; 90CrSi

( X, 9XC - Nga)


+ Cr= 1-2 % →t¨ng ®é thÊm t«i →t«i dÇu →dao cã h×nh d¹ng

phøc t¹p vµ c¶i thiÖn mét chót tÝnh cøng nãng

+Cr,Si chèng ram ®Õn 250 0C →gi÷ ®−îc tÝnh cøng nãng→t¨ng tèc

®é c¾t ®Õn 10-14 m/ph

+ T0 t«i = 830-860; ram 150-2000C →62-64 HRC

∗ cã tÝnh chèng mµi mßn cao: 130Cr0,5; 140CrW5

Cr ≈1%; C ≈1,5%; W≈ 4 - 5%;

§Æc ®iÓm:

+ tæ chøc ®iÓn h×nh cã l−îng c¸c bÝt lín: 20-30%→cøng cao,

chèng mµi mßn cao

+NL:

ThÐp 130Cr0,5 : t«i T0= 780-810 , ram 100-1200C →65-66HRC

øng dông: dao c¹o rµ KL, dao c¹o r©u

4. thÐp lµm dao c¾t n¨ng suÊt cao: ( thÐp giã )

a. Kh¸i niÖm: so víi thÐp C dông cô vµ thÐp HK thÊp:

•C¾t gät víi n¨ng suÊt cao ( 2-4 lÇn); Vc¾t= 25-35 m/ph

•Tuæi thä cao gÊp 8-10 lÇn

•TÝnh cøng nãng 560-6000C

• T«i thÊu tiÕt diÖn bÊt kú

b.Mét sè m¸c thÐp:

Nhãm n¨ng suÊt th−êng ( 25m/ph)

80W18Cr4V (P18)


90W9V2 (P9)

Nhãm n¨ng suÊt cao ( 35m/ph)

90W18V2 (P18Φ2)

90W18Co5V2 (P18K5Φ2)

c.T¸c dông cña çc NTHK:

C: 0,7-1,5% →kÕt hîp vãi çc nguyªn tè t¹o çc bÝt m¹nh

lµ W, V→chèng mµi mßn cao

Cr: 4% trong mäi thÐp giã →t¨ng ®é thÊm t«i

( Cr+W+Mo) >15% →tù t«i

W: 6-18% → NTHK quan träng nhÊt →t¹o tÝnh cøng nãng:

Çc bÝt d¹ng Me6C chñ yÕu →khi nung tan vµo γ → t«i : M

chøa nhiÒu W →ram Me6C tiÕt ra khái M ë 560-5700C→

gi÷ ®−îc ®é cøng ®Õn ≈ 6000C

Mo: dïng thay thÕ W ( gièng kiÓu m¹ng vµ dngtö) theo tû lÖ

1:1;

V: cã Ýt nhÊt 1-2% →t¹o VC (m¹nh) nhá mÞn, ph©n t¸n →

Ýt hoµ tan khi nung→gi÷ h¹t nhá vµ t¨ng tÝnh chèng mµi

mßn

nÕu %V lín h¬n →tÝnh mµi kÐm vµ ph¶i t¨ng thªm %C

→nÕu kh«ng M mÒm

e. NhiÖt luyÖn:

•T«i: 1280-12900C


+ThÊp h¬n →ch−a ®ñ b·o hoµ W→cøng nãng kÐm

+ Cao h¬n →ch¶y biªn giíi h¹t

nguyªn lý chän nhiÖt ®é: → hoµ tan nhiÒu W nhÊt

kh¸ nhiÒu Fe3W3C vµVC ch−a tan

•Tæ chøc tÕ vi sau t«i: M+ γd− (30%)+ c¸cbÝt (15-20%) →

62 HRC

•Ram: Khö −s. d−; γd−; t¨ng ®é cøng 2-3 HRC

To= 550-5700C , 3 lÇn , 1h/lÇn

ChuyÓn biÕn khi ram:

+ Khi T0 ≥ 550 → Fe3W3C tiÕt ra khái dung dÞch r¾n → γd−

nghÌo NTHK →M® n©ng cao, øng suÊt d− nÐn lªn γd− gi¶m

→lµm nguéi khi ram →chuyÓn biÕn thµnh M →®é cøng

t¨ng

+ Sau 3 lÇn ram cßn kho¶ng 2% γd−

g.C«ng dông:

• lµm dao c¾t cã h×nh d¹ng phøc t¹p + chèng mµi mßn cao

•lo¹i n¨ng suÊt th−êng : tÝnh cøng nãng ≤6000C →25m/ph

•lo¹i n¨ng suÊt cao: ≈ 630-6400C →35m/ph

•thÐp giã ®¾t →l−ìi thÐp giã, th©n thÐp C45

II. ThÐp lµm khu«n dËp nguéi:

1. Kh¸i niÖm: →dïng biÕn d¹ng nguéi thÐp (®ét,c¾t,dËp..)

2. §iÒu kiÖn lµm viÖc cña khu«n dËp :


•chÞu ¸p lùc lín

•chÞu øng suÊt uèn

•lùc va ®Ëp vµ ma s¸t

3. Yªu cÇu ®èi víi thÐp :

•§é cøng cao: 56-62 ( tuú theo lo¹i khu«n vµ chiÒu dµy thÐp

dËp)

(>62 →mÎ)

•Chèng mµi mßn cao ( tuæi thä khu«n)

•§é bÒn, dai→chÞu t¶i träng lín vµ va ®Ëp

•§é thÊm t«i vµ æn ®Þnh kÝch th−íc

4. C¸c thÐp lµm khu«n dËp:

a. Thµnh phÇn:

• C ≈ 1% (cao)

khi chÞu va ®Ëp m¹nh →% C gi¶m ( 0,4-0,5%)

khi chÞu mµi mßn m¹nh →% C t¨ng ( 1,5-2%)

• NTHK:

+tuú thuéc vµo kÝch th−íc, h×nh d¹ng, tÝnh chèng mµi mßn,

→n©ng cao tÝnh thÊm t«i, c¸c bÝt → Cr, Mn, Si, W ( 1% mçi

lo¹i);

cã thÓ ®Õn 12%Cr ( chèng mµi mßn cao)

•NhiÖt luyÖn: T«i+ ram thÊp


b.ThÐp lµm khu«n dËp nhá: h×nh d¹ng ®¬n gi¶n, chÞu t¶i träng

nhá

• CD100; CD120 ( Y10; Y12) →t«i n−íc

mÆt ngoµi t«i cøng, lâi dÎo dai ( ®é thÊm t«i nhá)→chÞu va

®Ëp

c.ThÐp lµm khu«n trung b×nh: 75-100mm (hoÆc bÐ h×nh d¹ng

phøc t¹p, chÞu t¶i lín)→thÐp hîp kim thÊp

• 100Cr; 100CrWMn; 100CrWSiMn (X, XBΓ; XBCΓ )

≈ 1%C ; Cr, Mn, Si, W : 1% mçi nguyªn tè ( t¨ng ®é thÊm t«i)

- cã thÓ t«i ph©n cÊp ( khu«n nhá) hoÆc t«i 2 m«i tr−êng ( khu«n

TB) →tr¸nh biÕn d¹ng

- thiªn tÝch çc bÝt lín→g©y nøt →kiÓm tra cÊp çc bÝt (lín →rÌn)

d.ThÐp lµm khu«n lín vµ chèng mµi mßn cao: 200-300mm

• %C cao ( 1,3-2,0%) ; Cr cao (12%)

•200Cr12 (X12); 150Cr12Mo ( X12M); 130Cr12V( X12Φ1)

• %C çc bÝt d− nhiÒu (Fe,Cr)7C3 →chèng mµi mßn cao

•®é thÊm t«i lín →t«i dÇu


•cã thÓ cã nhiÒu chÕ ®é NL:(®¶m b¶o c¬ tÝnh vµ æn ®Þnh kÝch

th−íc)

III. ThÐp lµm khu«n dËp nãng:

1. Kh¸i niÖm: dïng ®Ó biÕn d¹ng nãng thÐp nh− rÌn, chån, Ðp...

2. §iÒu kiÖn lµm viÖc:

•TiÕp xóc víi ph«i nãng( 10000C) →khu«n nãng( 500-7000C)

theo chu kú

• §é cøng kh«ng cÇn cao do ph«i mÒm


•Khu«n lín, t¶i träng lín ( vµi tr¨m ngµn tÊn)

3. Yªu cÇu vËt liÖu:

•§é bÒn, dai, cøng võa ph¶i: 35-45 HRC (®é dai ®¶m b¶o)

•TÝnh chèng mµi mßn cao →Tuæi thä cao

•BÒn nhiÖt, chèng mái nhiÖt →T0thay ®æi theo chu kú

4. ThÐp lµm khu«n dËp nãng:

a. Thµnh phÇn:

• % C trung b×nh: 0,3-0,5

• NTHK: ®¶m b¶o thÊm t«i : Cr ; Ni

chÞu nhiÖt vµ chèng ram: W

•NhiÖt luyÖn: t«i +ram →T hoÆc Xram

b. Khu«n rÌn:

•§Æc ®iÓm:

kÝch th−íc lín, chÞu t¶i träng lín, va ®Ëp

T0 nung ( 500-550), thêi gian ng¾n

%C ≈0,5%; HKH : Cr;Ni

•M¸c thÐp: 50CrNiMo; 50CrNiW ( 5XMH; 5XNB)

c.Khu«n chån, Ðp:

•§Æc ®iÓm;

kÝch th−íc nhá, ¸p suÊt cao, va ®Ëp nhá

T0 cao

•Thµnh phÇn : tæng NTHK ≈10% (cao):


W≈ 5-8%; Mo≈1%; Cr≈ 2-5%; V≈ 0,5%

•M¸c thÐp: 30Cr2W8; 30Cr2W8V ( 3X2B8; 3X2B8V)

5.2.2. ThÐp ®Æc biÖt:

Kh¸i niÖm:

•Lµ thÐp cã tÝnh chÊt ho¸ lý ®Æc biÖt

•Thµnh phÇn C rÊt cao (>1,2%) hoÆc rÊt thÊp (<0,1%);

•NTHK cao (>13- 20%) víi tæ chøc M, γ, F

• Kh«ng thÓ thiÕu ®−îc trong CN ho¸ häc ; nhiÖt ®é cao; ®iÖn tõ....

I. ThÐp kh«ng gØ:

1. Kh¸i niÖm :

• ThÐp C vµ HK th−êng →bÞ gØ trong kh«ng khÝ vµ ho¸ chÊt

•ThÐp kh«ng gØ kh«ng trong gØ trong kh«ng khÝ, cã tÝnh

chèng ¨n

mßn cao trong m«i tr−êng ¨n mßn →chia ra 3 cÊp:

kh«ng gØ hoµn toµn; kh«ng gØ; bÞ gØ

2.Sù ¨n mßn kim lo¹i:

•Sù ¨n mßn phæ biÕn lµ ¨n mßn ®iÖn ho¸: x¶y ra trong dung dÞch

®iÖn ly vµ ph¸t sinh dßng ®iÖn.

•Nguyªn lý ¨n mßn: +Khi tiÕp xóc víi dung dÞch ®iÖn ly →KL t¹o

thµnh ion chuyÓn vµo dung dÞch, ®Ó l¹i ®iÖn tö thõa cho KL→t¹o

thµnh líp ®iÖn tÝch kÐp→®iÖn thÕ ®iÖn cùc (®t®c)


+ Nhóng 2 KL cã ®t®c kh¸c nhau vµo cïng 1 dung dÞch vµ

nèi víi nhau b»ng d©y dÉn→pin ¨n mßn: KL nµo cã ®t®c

©m h¬n→bÞ ¨n mßn

3.Nguyªn lý cña thÐp kh«ng gØ:

• Trong kh«ng khÝ trªn bÒ mÆt thÐp →mµng n−íc hßa tan CO2,

SO2, H2S →dung dÞch ®iÖn ly

• ThÐp ( çc bon) th−êng cã 2 pha: F+ Xe→t¹o ra pin ¨n mßn( F

cã ®t®c ©m h¬n. L−îng Xe cµng nhiÒu→cµng nhiÒu cÆp pin ¨n

mßn m¹nh →2 nguyªn lý:

+ Lµm cho thÐp cã tæ chøc 1 pha F hoÆc γ →lo¹i trõ pin tÕ vi;

th−êng lµ γ ( hoµ tan nhiÒu C) , F Ýt C →khã

+ N©ng cao ϕF ≈ ϕçc bÝt →dßng ¨n mßn nhá

→ ThÐp kh«ng gØ cã ®Æc ®iÓm:

• Thµnh phÇn C thÊp →Ýt çc bÝt

• Thµnh phÇn Cr vµ HK cao ( Cr>12,5% vµ Ni,Mn...) →1 pha

1. ThÐp kh«ng gØ 2 pha:

• Thµnh phÇn: %C ≈ 0,1-0,4; %Cr≈13

•Tæ chøc: F ( hoµ tan Cr cao) + Çc bÝt Cr

+ khi F hoµ tan ®Õn 12,5% Cr →ϕF tõ gi¸ trÞ t¨ng vät ≈0,2v ( ≈ϕXe)

→thÐp 13% Cr chèng ¨n mßn


•M¸c thÐp: 12Cr13; 20Cr13; 30Cr13; 40Cr13 ( 12X13; 20X13;

30X13; 40X13)

•Do t¸c dông cña Cr cao: ®iÓm cïng tÝch →0,3% C →

Vng (trong kh«ng khÝ) > Vth → thÐp M

•12Cr13; 20Cr13 : thÐp tct →dÎo dai, chÞu BD, hµn ®−îc →lµm

chi tiÕt chÞu ¨n mßn vµ lµm viÖc ë T0cao (tua bin h¬i)

• 30Cr13; 40Cr13: thÐp ct vµ sct →bÒn, dÎo dai kÐm, kh«ng BD vµ

hµn ®−îc →chi tiÕt cÇn ®µn håi: dao mæ, lß so chÞu ¨n mßn)

2. ThÐp kh«ng gØ 1 pha:( γ)

%Cr= 18%; Ni =9-10% →cã tæ chøc 1 pha γ

•C¸c m¸c thÐp: 12Cr18Ni9Ti; 12Cr18Ni9; 17Cr18Ni9

( 12X18H9T; 12X19H9; 17X18H9)

•§Æc ®iÓm:

+ → tÝnh chèng ¨n mßn cao ( h¬n 2 pha)

VD: trong m«i tr−êng a xÝt : HNO3 mäi nång ®é , mäi nhiÖt ®é

H2SO4 mäi nång ®é ,nhiÖt ®é phßng

+ T«i ®Ó nhËn ®−îc tæ chøc 1 pha ( lo¹i trõ c¸c bÝt)

+ DÎo dai, chÞu BD, hµn ®−îc ë tr¹ng th¸i nguéi

+ Nh−îc ®iÓm : bÞ ¨n mßn tinh giíi khi lµm viÖc l©u ë T0=

400-800

( hoÆc phÇn chi tiÕt ®· qua hµn hay nung nãng →lµm viÖc

trong m«i tr−êng ¨n mßn →bÞ ¨n mßn)


nguyªn nh©n:

T0= 400-800 →çc bÝt Cr tiÕt ra ë biªn giíi h¹t→%Cr <12,5%

→ mÊt mµng thô ®éng→bÞ ¨n mßn

T0< 400 0C →kh«ng tiÕt ra cac bÝt

T0> 8000 C →Cr ë trong h¹t khuyÕch t¸n ra kÞp →biªn giíi cã

%Cr > 12,5% →lu«n tån t¹i mµng thô ®éng

kh¾c phôc:- gi¶m %C trong thÐp (0,05-0,08) →tr¸nh t¹o çc

bÝt

- HKH thªm nguyªn tè t¹o çc bÝt m¹nh( Ti) →kh«ng t¹o

çc bÝt Cr

II. ThÐp chèng mµi mßn:

1. §Æc ®iÓm:

•Dïng lµm gµu xóc, bi nghiÒn, xÝch xe t¨ng→lµm viÖc trong

®iÒu kiÖn mµi mßn vµ va ®Ëp ( kh«ng thÓ dïng thÐp C → gißn

→vì )

•Tæ chøc ®Æc biÖt cã kh¶ n¨ng tù biÕn cøng hay tù b«i tr¬n

2. ThÐp Man gan ( Hatfind)

•Thµnh phÇn: %C=1,3 %Mn=13%

•M¸c thÐp: 130Mn13§

•Sö dông ë tr¹ng th¸i ®óc; tæ chøc γ; cøng thÊp ( 200HB); dÎo

cao


•Khi chÞu ma s¸t d−íi ¸p lùc lín vµ va ®Ëp: →bÒ mÆt bÞ BD

dÎo :

+ BiÕn cøng: m¹ng γ bÞ x« lÖch →nhá h¹t vµ siªu h¹t

+ T¹o thµnh M¸ctenxit: d−íi t¸c dông cña −.s cao, mét phÇn

→γ chuyÓn biÕn thµnh M ( %C= 1,3%→cao) →®é cøng bÒ

mÆt t¨ng (600HB)→líp nµy mßn →líp kh¸c l¹i t¹o thµnh

•TÝnh chèng mµi mßn cao nhÊt khi tæ chøc 1 pha γ →t«i ( khi

®óc nguéi chËm →c¸c bÝt Mn3C )

•Kh«ng gia c«ng c¾t gät ®−îc, chØ söa b»ng mµi

5.3. Gang:

Kh¸i niÖm:

- lµ vËt liÖu phæ biÕn trong CTM

- c¬ tÝnh kÐm thÐp nh−ng tÝnh ®óc tèt

- cã 4 lo¹i gang ( gang tr¾ng →gi¶n ®å Fe-C, gang kh¸c→h×nh

dang GraphÝt)


5.3.1.Gang x¸m:

- Phæ biÕn nhÊt trong c¸c lo¹i gang

- Tæ chøc tÕ vi: Gr tÊm + nÒn ( F+P; P; P+Xe) :

∗PhÇn lín C ë d¹ng tù do ( Gr tÊm)

∗PhÇn nhá cßn l¹i liªn kÕt víi Fe →

Xe (hoÆc kh«ng cã) →F (GX Ferit)

Ýt Xe → F+ P (GX F-P)

nhiÒu Xe→P (GX P)

I. §iÒu kiÖn ®Ó t¹o thµnh Gr trong gang x¸m:

a. Thµnh phÇn ho¸ häc:

•Ngoµi Fe-C:

- Si lµ nguyªn tè thóc ®Èy sù t¹o Gr

- Mn lµ nguyªn tè c¶n trë sù t¹o Gr

→Kh¶ n¨ng t¹o Gr ®−îc ®¸nh gi¸ b»ng tæng (%C+%Si)

∗ (C+Si) ≥ 6% → Gr ho¸ m¹nh ( nÒn F)


∗ (C+Si) 5-6% → Gr ho¸ TB ( nÒn F+P)

∗ (C+Si) 4-5% → Gr ho¸ yÕu ( nÒn P)

(C+Si) < 4-4,2% → gang tr¾ng

b.Tèc ®é nguéi:

• Lµm nguéi chËm → t¹o ®iÒu kiÖn cho sù khuyÕch t¸n vµ tËp

trung C → Gr

c.Gr d¹ng tÊm lµ dÔ nhÊt do cÊu tróc cña Gr lµ cÊu tróc líp

III. C¸c lo¹i gang x¸m:


- C%: 2,8-3,5 , nhiÒu → Gr ho¸ cµng m¹nh, T0 ch¶y thÊp nh−ng

c¬ tÝnh kÐm

- Si: 1,5-3,0% ( gi¶m dÇn tõ gang x¸m F→P)

- Mn: 0,5-1,0 →ho¸ tr¾ng gang, t¨ng bÒn, cøng

- P: 0,1-0,2, t¨ng tÝnh ch¶y lo·ng, chèng mµi mßn, kh«ng ¶nh

h−ëng ®Õn Gr

- S: 0,08-0,12%, c¶n trë Gr hãa, xÊu tÝnh ch¶y lo·ng

2. C¬ tÝnh vµ c¸c yÕu tè ¶nh h−ëng:

a. C¬ tÝnh:

- thÊp h¬n so víi thÐp cã cïng tæ chøc nÒn: ( do Gr)

σb gang= 1/3-1/5 σbthÐp

- cã t¸c dông tù b«i tr¬n →t¨ng tÝnh chèng mµi mßn

- ®é cøng thÊp: 150-250 HB →dÔ c¾t gät, gißn


b. Çc yÕu tè ¶nh h−ëng:

- Gr: sè l−îng, h×nh d¹ng, ®é lín vµ sù ph©n bè

- NÒn KL: cã c¬ tÝnh cµng cao →c¬ tÝnh gang cµng cao →tèt nhÊt

lµ nÒn P

c. Çc biÖn ph¸p n©ng cao c¬ tÝnh:

- gi¶m l−îng C → gi¶m Gr ( →t¨ng T0 ch¶y cña gang)

- biÕn tÝnh Gr nhá mÞn vµ ®Òu: hçn hîp : 65% feroSi + 35%Al

- hîp kim hãa : t¨ng c¬ tÝnh nÒn

- nhiÖt luyÖn: nÒn cã c¬ tÝnh theo yªu cÇu ( M, B, T,X)

3. Çc m¸c gang x¸m vµ c«ng dông:

K ý hiÖu : GX- σb kÐo min( KG/mm2)

GX10 ( gang x¸m F) →vá n¾p m¸y

GX15 ( gang x¸m F-P) →vá hép gi¶m tèc, mÆt bÝch

GX21( gang x¸m P) → çc chi tiÕt chÞu t¶i, th©n m¸y

quan träng,

b¸nh ®µ

GX32 →Gr nhá mÞn, chÞu t¶i cao →vá b¬m thuû lùc,

b¸nh r¨ng

GX biÕn tr¾ng: bi nghiÒn , trôc nghiÒn

5.3. 2.Gang cÇu:

- Cã ®é bÒn cao nhÊt trong çc lo¹i gang →Gr d¹ng cÇu

- Tæ chøc tÕ vi: Gr d¹ng cÇu+ nÒn KL

I.Thµnh phÇn vµ çch chÕ t¹o:


a.thµnh phÇn:

- dïng GX ®Ó chÕ t¹o GC →thµnh phÇn gièng GX

- (%C+Si)≈5% →®¶m b¶o Gr ho¸

- kh«ng cã ( hoÆc cã kh«ng ®¸ng kÓ çc nguyªn tè c¶n trë cÇu

ho¸: Ti, Al, Sn, Pb, Zn...

- ph¶i cã mét l−îng nhá chÊt biÕn tÝnh ®Ó cÇu ho¸ Gr:

0,04-0,08% Mg hoÆc Ce

- çc nguyªn tè n©ng cao c¬ tÝnh: Ni( 2%), Mn( 1%)

b. chÕ t¹o:

- nÊu ch¶y GX ( T0= 1450) vµ khö S ®Õn 0,01%

- biÕn tÝnh: dïng Mg nguyªn chÊt hoÆc hîp kim trung gian cña Mg

→kh«ng chÕ ®óng l−îng Mg cßn l¹i

Mg< 0,04% → GX; Mg>0,08% →gang tr¾ng

II.C¬ tÝnh vµ çc biÖn ph¸p n©ng cao c¬ tÝnh:

1. C¬ tÝnh : Gr d¹ng cÇu → d¹ng gän vµ Ýt chia c¾t nÒn nhÊt →Ýt

lµm gi¶m c¬ tÝnh nÒn KL

- σbgang cÇu = 79-90% thÐp cïng nÒn

- σbgang cÇu cao ( 400-1000MPa →t−¬ng ®−¬ng thÐp CT38,C45)

- dÎo cao( δ=5-15%), dai cao ak= 300-600KJ/m2

- cøng võa ph¶i (≈ 200HB)

2. biÖn ph¸p n©ng cao c¬ tÝnh:

-biÕn tÝnh → h¹t trßn, nhá, ph©n bè ®Òu


- ho¸ bÒn nÒn

- NL : t«i d¼ng nhiÖt ra B →σb= 700-1000MPa

3. çc m¸c gang th«ng dông:

K ý hiÖu: GC- σb kÐo min ( KG/mm2)- δ %

GC45-05 ( GC ferit ) dïng thay thÕ thÐp

GC50- 02; GC60-02 ( GC Peclit) →®é bÒn ë tr¹ng th¸i ®óc

→ trôc khuûu, trôc çn

GC70-03, GC100-04 : t«i ®¼ng nhiÖt ra tæ chøc nÒn B

→lµm çc chi tiÕt quan träng

C«ng dông næi bËt: lµm trôc khuûu( h×nh d¹ng phøc t¹p,

chÞu t¶i lín, va ®Ëp)

5.3.3.Gang dÎo:

-Gr d¹ng côm b«ng ( trung gian gi÷a tÊm vµ cÇu) + nÒn KL

- Kh¸c víi 2 gang trªn : Gr kh«ng t¹o thµnh tõ kÕt tinh mµ t¹o

thµnh tõ ñ gang tr¾ng ( tr¹ng th¸i r¾n)


- c¬ b¶n gièng gang tr¾ng → yªu cÇu kh¾t khe: tr¾ng hoµn toµn

- %C lÊy thÊp: 2,2-2,8% →Ýt Gr →tÝnh dÎo cao

- l−îng Si võa ®ñ →biÕn tr¾ng hoµn toµn, ®ång thêi thóc ®Èy Gr

hãa

(%C+Si=3,5)

- vËt ®óc máng ®Ó nguéi nhanh( 10-20mm)

2. ChÕ t¹o : Phøc t¹p- chu tr×nh ñ dµi - tÝnh kinh tÕ kÐm ( ®¾t)


Tæng thêi gian ñ 75 h

3. C¬ tÝnh : trung gian gi÷a GX-GC

4. M¸c gang vµ c«ng dông: GZ- σb kÐo min ( KG/mm2)- δ %

GZ 30-06 ( GZ ferit)

GZ45-06 (GZ Peclit)

øng dông : chØ dïng trong tr−êng hîp ( 3 yªu cÇu ®ång

thêi)

- h×nh d¹ng phøc t¹p, thµnh máng, chÞu va ®Ëp

- lµm trôc khuûu, guèc phanh.


Ch−¬ng 6. Hîp kim mμu

Kim lo¹i ®en→ Fe & HK Fe-C

Kim lo¹i mµu →KL cßn l¹i & HK cña chóng

§¾t h¬n KL ®en

6.1. Hîp kim nh«m:

−u ®iÓm: ( so víi Fe vµ HK Fe-C)

- nhÑ ( h¬n 3 lÇn)

- t−¬ng ®èi bÒn ( HK siªu bÒn ≈ thÐpkÕt cÊu)

- tÝnh chèng ¨n mßn cao

- tr÷ l−îng lín

→§−îc sö dông réng r·i

6.1.1. Nh«m nguyªn chÊt:

1. §Æc tÝnh:

•kiÓu m¹ng lptm

•khèi l−îng riªng nhá( 2,7g/cm3)

•tÝnh chèng ¨n mßn tèt ( Al2O3 trªn bÒ mÆt máng vµ xÝt chÆt)

•dÉn ®iÖn, nhiÖt tèt

•T0 ch¶y thÊp

•®é bÒn thÊp, mÒm ( σb= 60MPa; 25HB)

2. C¸c m¸c nh«m nguyªn chÊt :

•T¹p chÊt : Fe, Si ( Fe →Fe3Al gißn →cã h¹i)

•Chia ra 3 nhãm:


- S¹ch ®Æc biÖt: A999 ( 99,999%)

- S¹ch cao: A995

- S¹ch kü thuËt: A85, A8; A7…..A0 →dông cô gia ®×nh

3. Ph©n lo¹i: theo gi¶n ®å pha Al- NTHK→chia ra 2 nhãm

a. HK Al biÕn d¹ng:

•thµnh phÇn: bªn tr¸i C’ →dÔ biÕn d¹ng dÎo

•bªn tr¸i F ( chØ cã pha α)→kh«ng ho¸ bÒn b»ng NL

•bªn ph¶i F ( α+ pha thø 2) →ho¸ bÒn b»ng NL

b. HK Al ®óc:

•%Me cao →tæ chøc chøa chñ yÕu lµ cïng tinh

c. Ngoµi ra gÇn ®©y cßn dïng HK bét Al+ Al2O3 thiªu kÕt

6.1.2. Hîp kim nh«m biÕn d¹ng : (ho¸ bÒn b»ng NL)

1. HK Al- 4% Cu:

•Lµ c¬ së cña hÇu hÕt HK Al biÕn d¹ng


•T0= 548 → 5,65%Cu tan vµo AL

T0 th−êng →0,5%Cu

•→Khi nguéi Cu tiÕt ra d−íi d¹ng CuAl2 (tõ dung dÞch r¾n)

•→HK Al-4%Cu ë T0 th−êng : α( Al(0,5% Cu)) + CuAl2 ( ≈7%)

σb= 200MPa

•Khi t«i (>5200C) →dung dÞch r¾n qu¸ b·o hoµ Cu →σb= 250MPa

( t¨ng Ýt)

•Sau t«i 5-7 ngµy →σb t¨ng m¹nh ≥ 400MPa →ho¸ giµ tù nhiªn

( sau t«i →söa n¾n ®−îc)

•C¬ chÕ ho¸ giµ: ( Gunier vµ Preston)

Dung dÞch r¾n qbh sau t«i kh«ng æn ®Þnh →vÒ tr¹ng th¸i c©n

b»ng→tiÕt ra Cu vµ tËp trung l¹i →CuAl2 →3 giai ®o¹n:

+ giai ®o¹n 1: Cu >4% ë mét sè vïng ( vïng GP)→kÝch th−íc bÐ,

h×nh ®Üa( r=5n.m)→x« lÖch m¹ng cao →cøng, bÒn cao


+ giai ®o¹n 2: Cu trong vïng GP tiÕp tôc tËp trung →®¹t ®Õn 1Cu-

2Al →GP lín lªn ( r=10n.m)→θ’’( cã ®é bÒn cao nhÊt) →sau ®ã

thµnh pha θ’(®é bÒn gi¶m ®i)

ë T0 th−êng qu¸ tr×nh dõng ë giai ®o¹n nµy ( 5-7 ngµy) vµ duy

tr× m·i

+ giai ®o¹n 3: T0 >50-1000, θ’ →θ ( CuAl2): tr¹ng th¸i c©n b»ng,

kÝch th−íc lín →mÒm

•Pha CuAl2 lµ pha ho¸ bÒn

•NL ho¸ bÒn lµ T«i + ho¸ giµ :

ho¸ giµ tù nhiªn 5-7 ngµy

ho¸ giµ nh©n t¹o T= 100-2000C, τ≈ hµng chôc giê

2. Hîp kim Dura:→sö dông réng r·i nhÊt

a. Thµnh phÇn ho¸ häc:

•Al- 4% Cu- 1%Mg

•Cu, Mg →n©ng cao hiÖu qu¶ ho¸ bÒn b»ng NL+Ho¸ giµ

•Ngoµi ra cã Fe,Si vµ Mn(t¨ng tÝnh chèng ¨n mßn)

b. Tæ chøc tÕ vi:

•cã c¸c pha CuAl2; Mg2Al3; CuMgAl2; CuMg5Al5 →hoµ tan

cã h¹n vao ddr¾n khi t«i →tiÕt ra khi ho¸ giµ→ho¸ bÒn

c. C¸c m¸c HK nh«m :

AlCu 4,5Mg0,5MnSi

AlCu4,5Mg1,5Mn0,5


→®é bÒn cao ( 420-470MPa), khèi l−îng riªng nhá→vËt liÖu

m¸y bay

6.1.3. Hîp kim nh«m ®óc: HK trªn c¬ së Al-Si→Silumin

1. Silumin ®¬n gi¶n :

•ChØ gåm Al-Si; 10-13% Si

•Tæ chøc : cïng tinh Al-Si →tÝnh ®óc tèt

•BiÕn tÝnh ®Ó nhËn ®−îc Cïng tinh nhá mÞn ( 2/3NaF+

1/3NaCl) víi tû lÖ 1% HK láng

2. Silumin phøc t¹p:

•TÝnh ®óc tèt

•Cã thªm Cu, Mg →cã t¸c dông NL ho¸ bÒn ( t«i+ho¸ giµ)

•Thµnh phÇn: ( thay ®æi ): 4-30% Si ; <1% Mg; 1-7% Cu

•C¬ tÝnh n©ng cao b»ng biÕn tÝnh, ®óc ¸p lùc vµ t«i+ho¸ giµ

•M¸c nh«m ®iÓn h×nh: AlSi12CuMg1Mn0,6Ni1§

→chÕ t¹o Piston cña ®éng c¬ ®èt trong

6.2. Hîp kim ®ång:

6.2.1. §ång nguyªn chÊt :

1. §Æc tÝnh:

•kiÓu m¹ng lptm

•khèi l−îng riªng lín ( 8,94 g/cm3)

•®¾t

•dÉn ®iÖn vµ nhiÖt cao


•T0 ch¶y = 1083

•dÔ c¸n, kÐo

•σb= 160 MPa ; sau BD : σb= 450 MPa

2. C¸c m¸c ®ång nguyªn chÊt :

Cu99,99; Cu99,97; Cu99,95; Cu99,90

3. Ph©n lo¹i HK Cu :

•C¬ tÝnh cao; tÝnh CN tèt, Ýt ma s¸t, dÉn ®iÖn, nhiÖt tèt, dÎo

•Theo tÝnh CN chia ra: HK biÕn d¹ng vµ ®óc

•Theo thµnh phÇn ho¸ häc : Lat«ng vµ Br«ng ( th−êng gÆp)

6.2.2. Lat«ng: Hîp kim Cu- Zn ( chñ yÕu)

1. Lat«ng ®¬n gi¶n:

• chØ gåm Cu-Zn

• thùc tÕ chØ dïng < 45% Zn→ chØ cã 2 pha ( α+ β)

a. Dung dÞch r¾n Cu( Zn):

•T0 th−êng → hoµ tan ®Õn 39% Zn → Cu( Zn) →lµ pha c¬

b¶n cña Lat«ng Ýt Zn


•Zn lµm t¨ng ®é bÒn vµ dÎo cña Cu(Zn) ( Ýt gÆp trong thùc tÕ)

→cao nhÊt Zn = 30%

b.Pha β:

•Pha ®iÖn tö ( CuZn )

• Cøng vµ gißn , T thÊp → trËt tù ho¸ ( pha β’) → gißn h¬n

→kh«ng dïng %Zn >45 ( chØ cã 1 pha β)

c. Lat«ng 1 pha: (< 39% Zn)

•→dÎo, bÒn t−¬ng ®èi cao, rÎ ( h¬n ®ång nguyªn chÊt )

•M¸c : LCuZn30; LCuZn 32 →dËp s©u ( vá ®¹n)

d.Lat«ng 2 pha: 39<Zn<45%

•C¸n nãng >4680C (β’ → β) dÎo

•M¸c LCuZn40

2.Lat«ng phøc t¹p:

•Ngoµi Cu, Zn , cãn cã Pb, Al, Sn, Ni → c¶i thiÖn mét sè tÝnh

chÊt :

→Pb : t¨ng tÝnh c¾t gät

→Sn : t¨ng tÝnh chèng ¨n mßm trong n−íc biÓn

VD : m¸c LCu60Zn36Al2Ni2

6.2.3. Br«ng:

•HK cña Cu víi c¸c NTHK kh¸c ( trõ Zn)

•Tªn gäi theo tªn NTHK ( Br«ng thiÕc, br«ng nh«m)

a. Br«ng Sn:


•NTHK: chñ yÕu Sn

• %Sn <15% →2 pha chÝnh ( α+δ)

•α : Cu(Sn) →dÎo

•δ: pha ®iÖn tö →cøng, gißn

• §Æc ®iÓm:

+ bÒn cao, dÎo cao, chèng ¨n mßn ®Æc biÖt trong khÝ quyÓn

+ tÝnh ®óc tèt ( Ýt lâm co ) →®å mü nghÖ

•Cã 2 lo¹i :

+ Br«ng Sn biÕn d¹ng: BCuZn4Zn4Pb4 (b¹c lãt, b¸nh r¨ng)

+ Br«ng Sn ®óc: BCuZn5Zn5Pb5 ( vßi n−íc, b¬m..)

b. Br«ng Berili:

• Giíi h¹n ®µn håi cao ( Kh«ng kÐm thÐp - 1000MPa)

•Cøng cao, chèng mµi mßn cao

•%Be=2% →BCuBe2 → chi tiÕt quan träng dÉn ®iÖn cao, dao

cô lµm viÖc ë má

6.4. Hîp kim bét:

6.4.1. Kh¸i niÖm chung: chÕ t¹o c¸c chi tiÕt kh¸c víi ph−¬ng

ph¸p truyÒn thèng

I. Ph−¬ng ph¸p chÕ t¹o:

• T¹o bét KL vµ HK cã thµnh phÇn ®óng víi yªu cÇu →trén

®Òu

• T¹o h×nh: Ðp , nÐn víi ¸p lùc cao: 100-1000MPa ( tuú theo

yªu cÇu khèi l−îng riªng cña chi tiÕt)


•Thiªu kÕt: →çc h¹t bét liªn kÕt bÒn v÷ng víi nhau vµ t¨ng

c¬ l ý tÝnh cho s¶n phÈm ®Õn gi¸ trÞ mong muèn

II. §Æc ®iÓm cña ph−¬ng ph¸p:

•VÒ kinh tÕ: nguyªn liÖu ®−îc sö dông triÖt ®Ó, kh«ng hoÆc Ýt

ph¶i gia c«ng ( söa hoÆc c¾t), sÏ kinh tÕ khi s¶n l−îng cao

•VÒ chÊt l−îng: dÔ ®¶m b¶o ®ång nhÊt vÒ thµnh phÇn, tæ chøc,

kÝch th−íc →trén ®Òu

•VÒ tæ chøc tÕ vi: cÊu tróc kh«ng xÝt chÆt, lu«n cã lç hæng ( 2-

50%), c¬ tÝnh kh«ng cao

6.4.2. VËt liÖu c¾t vµ mµi:→øng dông lín nhÊt cña VL bét

hiÖn nay

I. Hîp kim cøng:

•TÝnh cøng nãng cao: 800-10000C

•Tèc ®é c¾t ®Õn hµng tr¨m m/ph

•§é cøng : 70-75HRC

•Thµnh phÇn: 3 lo¹i

+ Lo¹i 1 çcbÝt: bét WC+ bét Co ( dÝnh kÕt) →c¾t

gang,sø...(phoi vôn)

+ Lo¹i 2 çcbÝt: bét WC+TiC + bét Co→gia c«ng tinh thÐp

+ Lo¹i 3 çcbÝt: WC+ TiC+ TaC+ bét Co→gia c«ng th« thái

®óc,rÌn,çn

II. §Üa c¾t:


•Lµ VËt liÖu siªu cøng: 8000-10.000HV

•Çc d¹ng:

+ Bét kim c−¬ng : 1-2% bét B, Be, Si →Ðp d−íi ¸p lùc lín

Tthiªu kÕt=30000C

+ Bét kim c−¬ng ( hoÆc BN) tr¶i trªn bÒ mÆt HK cøng →Ðp

d−íi ¸p lùc lín; Tthiªu kÕt=18000C

+ Bét kim c−¬ng hoÆc BN trén víi bét KL( 20-30%);

Tthiªu kÕt=1200-16000C ; →dao c¾t ®¸

+ Dao b»ng BN −u viÖt h¬n dao kim c−¬ng (tèc ®é c¾t gang

x¸m ®Õn 1800-2000m/phót)

III. Bét mµi: h¹t cøng , th−êng lµ:

+ çt ( SiO2); bét Al2O3; SiC; kim c−¬ng

+ çc d¹ng : giÊy, v¶i, khèi, bét tù do


Ch−¬ng 7. VËt liÖu phi kim

7.1. VËt liÖu v« c¬:

7.1.1. Kh¸i niÖm: →t¹o thµnh tõ çc hîp chÊt cña nguyªn tè KL kÕt hîp

víi nguyªn tè kh«ng ph¶i lµ KL ( hoÆc çc nguyªn tè kh«ng ph¶i

KL kÕt hîp víi nhau)

VD: kim lo¹i (Me) víi çc ¸ kim B, C, N, O vµ Si (b¸n kim lo¹i hay

b¸n dÉn) → çc borit, cacbit, nitrit, «xyt, silixit kim lo¹i hay

- çc ¸ kim kÕt hîp víi nhau → çc cacbit, nitrit, «xyt (SiC, BN,

SiO2)

→ gèm, vËt liÖu chÞu löa, thuû tinh, xim¨ng....

7.1.2. §Æc ®iÓm:

I. CÊu tróc:

•Cã thÓ ë çc tr¹ng th¸i kh¸c nhau:

-Tinh thÓ ( gèm SiC, gèm ®¬n «xÝt)

-V« ®Þnh h×nh ( thuû tinh) ( kh«ng trËt tù →n¨ng l−îng cao→kh«ng

bÒn vÒ mÆt nhiÖt ®éng)

-Tinh thÓ + V§H (gèm thuû tinh)


•M¹ng tinh thÓ : D¹ng MX, MX2: m¹ng cña çc ion ( cation vµ anion

ë vÞ trÝ çc nót m¹ng vµ çc lç hæng m¹ng tinh thÓ cña çc « c¬ së

nh− lptk hay lptm)

« c¬ së m¹ng tinh thÓ NaCl.

« c¬ së m¹ng tinh thÓ CsCl.

« c¬ së m¹ng tinh thÓ ZnS. « c¬ së m¹ng tinh thÓ kim c−¬ng.


VD:+ M¹ng tinh thÓ NaCl → m¹ng lËp ph−¬ng t©m mÆt cña çc

anion Cl−, cation Na+ n»m vµo çc lç hæng t¸m mÆt , vÞ trÝ trung t©m

cña khèi vµ çc c¹nh bªn cña h×nh lËp ph−¬ng

+ M¹ng ZnS: çc anion S2− h×nh thµnh m¹ng lËp ph−¬ng t©m mÆt, cßn

çc cation Zn2+ n»m trªn 1/4 çc ®−êng chÐo khèi cña h×nh lËp

ph−¬ng

M¹ng tinh thÓ CaF2, CuO2, TiO2

• V« ®Þnh h×nh :


- Tinh thÓ th¹ch anh SiO2 ®−îc t¹o thµnh tõ m¹ng l−íi kh«ng gian

ba chiÒu cña çc khèi bèn mÆt [SiO4]4− (trªn h×nh kh«ng gian hai

chiÒu), çc khèi nµy liªn kÕt víi nhau qua ®Ønh, s¾p xÕp mét çch

cã quy luËt, trËt tù, cã çc yÕu tè ®èi xøng cao (a).

- Ng−îc l¹i khi ë tr¹ng th¸i v« ®Þnh h×nh → s¾p xÕp kh«ng theo quy

luËt: chóng bÞ x« lÖch nh− ë thñy tinh th¹ch anh (b), hay çc ion

cña chÊt cho thªm (Na+ cña NaO) ph©n bè vµo çc vÞ trÝ trèng

trong m¹ng ®· bÞ x« lÖch → thñy tinh silicat (Na2O - SiO2) (c),

lµm gi¶m møc ®é liªn kÕt cña khung thñy tinh thËm chÝ g©y ®øt

m¹ng.

•Liªn kÕt : kÕt hîp liªn kÕt ion vµ ®ång ho¸ trÞ (kh«ng cã liªn kÕt

KL)

VD: tû lÖ liªn kÕt ion cña çc nguyªn tè K, Mg víi «xy lÇn l−ît lµ

90, 80% (phÇn cßn l¹i lµ liªn kÕt ®ång hãa trÞ). → n¨ng l−îng liªn kÕt

t−¬ng ®èi lín (≈ 100 ÷ 500kJ/mol ; KL≈ 60 ÷ 250kJ/mol) → Tch cao,

mËt ®é cao, cøng, gißn, trong suèt vµ çch ®iÖn cao.

•PhÇn lín VLVC lµ ®a pha: Tinh thÓ( pha chÝnh) + V§H + bät khÝ

xen lÉn (do ®iÒu kiÖn c«ng nghÖ hoÆc cè t×nh ®−a vµo)

VD: gèm xèp, thuû tinh xèp

•Do ®iÒu kiÖn CN →lµ ®a tinh thÓ (kh«ng thÓ lµ ®¬n tinh thÓ)→çc

h¹t cã cïng thµnh phÇn hoÆc kh¸c thµnh phÇn vµ cã nhiÒu khuyÕt tËt

II. TÝnh chÊt:

•TÝnh chÊt chung: BÒn ho¸ häc, bÒn nhiÖt, çch nhiÖt tèt , mét sè cã

tÝnh quang häc ®Æc biÖt


•Lµ vËt liÖu ®µn håi ®iÓn h×nh ( >σ®h →ph¸ huû ngay mµ kh«ng cã

BD dÎo)

Chó ý:

Ceramic tinh thÓ

- Gièng nh− kim lo¹i lµ vËt liÖu tinh thÓ, víi ceramic tinh thÓ biÕn

d¹ng dÎo → chuyÓn cña lÖch. - Nguyªn nh©n lµm cho ®é cøng vµ

tÝnh gißn cao cña vËt liÖu → khã tr−ît do lÖch khã chuyÓn ®éng v×

qu¸ Ýt hÖ tr−ît.

- Sù khã tr−ît cßn do nguyªn nh©n vÒ liªn kÕt ion, ban ®Çu mçi ion

®Òu ®−îc bao bäc bëi çc ion kh¸c dÊu nªn cã lùc hót, khi tr−ît ®i

mét kho¶ng çch nguyªn tö, çc ion cïng dÊu l¹i ®øng ®èi diÖn

nhau nªn l¹i n¶y sinh lùc ®Èy→thay ®æi b¶n chÊt liªn kÕt nªn

kh«ng x¶y ra tr−ît (®iÒu nµy kh«ng cã ¶nh h−ëng g× trong VL kim

lo¹i v× çc nót m¹ng ®Òu lµ çc ion cïng dÊu – cation vµ lu«n ®Æt

trong kh«ng gian chung cña e tù do).


Ceramic v« ®Þnh h×nh

- §èi víi ceramic v« ®Þnh h×nh, biÕn d¹ng dÎo kh«ng x¶y ra do

kh«ng cã s¾p xÕp nguyªn tö trËt tù

- vËt liÖu bÞ biÕn d¹ng b»ng ch¶y nhít gièng nh− sù biÕn d¹ng cña

chÊt láng: tèc ®é biÕn d¹ng tû lÖ thuËn víi øng suÊt ®Æt vµo. D−íi

t¸c dông cña øng suÊt tiÕp, çc nguyªn tö vµ ion ®−îc tr−ît dÞch ®i

víi nhau b»ng çch ph¸ vì vµ h×nh thµnh l¹i liªn kÕt gi÷a çc

nguyªn tö

•Cã ®é bÒn nãi chung thÊp : σthùc tÕ << σl thuyÕt do tån t¹i nhiÒu vÕt nøt

( trong vµ trªn bÒ mÆt)

•Ngoµi ra c¬ tÝnh cßn phô thuéc vµo h×nh d¹ng vµ sè l−îng bät khÝ:

bät khÝ dµi →σ gi¶m m¹nh h¬n vµ ph¹m vi thay ®æi m¹nh

7.1.3. Thuû tinh vµ gèm thuû tinh:

I. Thuû tinh:

•NhËn ®−îc b»ng çch: lµm nguéi mét hîp chÊt v« c¬ tõ tr¹ng th¸i

nãng ch¶y hoµn toµn (T cao)→tr¹ng th¸i r¾n V§H

•Nguyªn liÖu: SiO2; CaO; Na2O; B2O3; Al2O3...→ CN: nÊu ch¶y →t¹o

h×nh b»ng ph−¬ng ph¸p kÐo ( tÊm, èng, sîi), çn , Ðp, dËp, thæi, ®óc

•§Æc ®iÓm : tÝnh quang häc ®Æc biÖt, bÒn ho¸ häc cao, chÞu nhiÖt kh¸

cao, çch ®iÖn tèt


•S¬ ®å chÕ t¹o: Phèi liÖu → trén ®Òu → nÊu ch¶y (1400-15000C) →

t¹o h×nh s¶n phÈm → ñ khö −.s ( 500-6000C) →nguéi chËm →mµi

(®¸nh bãng)

•Mét sè nhãm thuû tinh:

1. Silicat-kiÒm-kiÒm thæ ( SiO2- CaO- Na2O)

Na2O →h¹ thÊp T0 ch¶y

- ë mäi tr¹ng th¸i thñy tinh ®Òu lµ v« ®Þnh h×nh→ nung nãng hay lµm

nguéi kh«ng cã thay ®æi thÓ tÝch râ rÖt

- Trong khi vËt liÖu tinh thÓ cã nhiÖt ®é kÕt tinh (nãng ch¶y) Ts x¸c ®Þnh

øng (thay ®æi ®ét ngét vÒ thÓ tÝch)

- Khi lµm nguéi, thñy tinh ngµy mét nhít (sÖt) h¬n vµ thÓ tÝch gi¶m ®i

liªn tôc, ®iÓm mµ tõ ®ã thÓ tÝch b¾t ®Çu gi¶m víi tèc ®é chËm h¬n

®−îc gäi lµ nhiÖt ®é thñy tinh hãa Tg. D−íi nhiÖt ®é nµy vËt liÖu ®−îc


coi lµ thñy tinh, cao h¬n nhiÖt ®é nµy lÇn l−ît lµ chÊt láng nhít vµ chÊt

láng.

- ë nhiÖt ®é t¹o h×nh dÔ biÕn d¹ng thñy tinh b»ng çch Ðp, thæi, kÐo.

- Ðp lµ ph−¬ng ph¸p t¹o h×nh gÇn nh− dËp nãng trong khu«n cèi b»ng

gang ®óc bäc grafit, dïng ®Ó chÕ t¹o çc s¶n phÈm cã thµnh t−¬ng ®èi

dµy.

- Thæi lµ ph−¬ng ph¸p t¹o h×nh çc s¶n phÈm rçng, thµnh máng nh−

bãng ®Ìn, phÝch n−íc, chai, lä, ®å mü nghÖ...

- KÐo lµ ph−¬ng ph¸p dïng ®Ó s¶n xuÊt çc s¶n phÈm dµi nh− tÊm

máng, thanh, èng vµ sîi, cã tiÕt diÖn ngang kh«ng ®æi. ( ChÕ t¹o kÝnh

tÊm)

- Sau ®ã nguéi chËm hay ñ → mÊt øng suÊt bªn trong (do lµm nguéi vµ

co kh«ng ®Òu gi÷a çc phÇn cña s¶n phÈm) → v× øng suÊt bªn trong lµm

gi¶m rÊt m¹nh ®é bÒn xung nhiÖt (thermal shock) dÔ ®−a ®Õn g·y, vì.

- §é bÒn cña thñy tinh sÏ t¨ng nÕu t¹o nªn líp øng suÊt nÐn d− trªn bÒ

mÆt→ t«i (gièng t«i thÐp) : Thñy tinh ®−îc nung nãng T>Tg ( < T hãa

mÒm) →lµm nguéi trong kh«ng khÝ hay kh«ng khÝ nÐn hay trong dÇu.

Gi¶i thÝch : Tho¹t tiªn bÒ mÆt bÞ kÐo do ®−îc nguéi nhanh h¬n vµ khi

xuèng d−íi Tg → trë nªn cøng, ch¾c kh«ng co vµo ®−îc do lâi nguéi

chËm h¬n vÉn ë T0 > Tg nªn vÉn cßn dÎo. Khi nguéi tiÕp theo, lâi cè co

l¹i nh−ng ®· bÞ vá ngoµi cøng c¶n trë → vá ngoµi bÞ kÐo co vµo trong

nªn chÞu øng suÊt nÐn, lâi bÞ kÐo gi·n ra ngoµi →chÞu øng suÊt kÐo.


- Sù ph¸ hñy ceramic th−êng xuÊt ph¸t tõ vÕt nøt ë bÒ mÆt vµ ph¸t triÓn

lªn do øng suÊt kÐo→ thñy tinh ®· qua t«i cã øng suÊt nÐn triÖt tiªu mét

phÇn øng suÊt kÐo →cho phÐp chÞu −s kÐo lín h¬n

- Giíi h¹n bÒn kÐo cña thñy tinh th−êng kh«ng qu¸ 10MPa, sau khi t«i

dÔ dµng ®¹t tíi 50MPa.

*øng dông: kÝnh XD, dông cô ho¸ chÊt, mµn h×nh TV

2.Borosilicat vµ alumosilicat:

SiO2 - B2O3 - Na2O

SiO2 - Al2O3 - Na2O

+hÖ sè gi·n në nhiÖt rÊt nhá, bÒn nhiÖt vµ xung nhiÖt

+dông cô ®o l−êng, th¸p ph¶n øng, nåi ch¶o ®un nÊu....

II.Gèm thuû tinh:

1. Kh¸i niÖm: tæ chøc kÕt hîp V§H+ tinh thÓ ( mét sè pha tinh thÓ +

nÒn V§H)

2. ChÕ t¹o: Tõ thuû tinh (1 pha tinh thÓ)→t¹o h×nh s¶n phÈm →xö lÝ

nhiÖt ®Ó t¹o mÇm vµ kÕt tinh→vi tinh thÓ + nÒn V§H ( ®iÒu khiÓn

qu¸ tr×nh nµy )→ çc lo¹i gèm thuû tinh kh¸c nhau

- §Ó t¹o mÇm ph¶i chän thñy tinh gèc phï hîp vµ cho thªm çc chÊt

xóc t¸c t¹o mÇm nh Pt, TiO2, ZrO2, SnO2, sunfit, fluorit

- cã thÓ t¹o nªn çc pha tinh thÓ kh¸c nhau víi tû lÖ, kÝch th−íc, h×nh

d¹ng vµ sù ph©n bè kh¸c nhau→ cã çc tÝnh chÊt ®a d¹ng phï hîp

víi mong muèn

3. TÝnh chÊt:

+ kh«ng gi·n në nhiÖt


+ ®é bÒn c¬ häc cao, chÞu mµi mßn (σkÐo = 150-600MPa;

σuèn=1000MPa )

→lµm vËt liÖu chÕ t¹o m¸y, æ l¨n kh«ng cÇn b«i tr¬n

+ gia c«ng = c¬ khÝ ( tiÖn...)

+ tÝnh chÊt ®iÖn, tõ ®Æc biÖt

+ tÝnh chÊt sinh häc →ghÐp cÊy trªn c¬ thÓ ng−êi : x−¬ng, c¬....

→TÝnh chÊt kh¸c nhau tuú theo thµnh phÇn chÕ t¹o

7.1.4. Gèm vµ vËt liÖu chÞu löa:

I.Gèm: VL trªn c¬ së «xyt vµ kh«ng ph¶i «xyt (SiC)

• Tæ chøc ®iÓn h×nh: ®a pha, ®a tinh thÓ( TT+V§H) vµ pha khÝ

- Hai pha chÝnh t¹o nªn gèm lµ pha tinh thÓ vµ pha v« ®Þnh h×nh, tû lÖ

gi÷a hai pha nµy trong çc s¶n phÈm sÏ kh¸c nhau,

VD: pha V§H trong g¹ch ngãi lµ 20 ÷ 40%, trong sø - 50 ÷ 65%,

gèm Al2O3 < 1%.

- Ngoµi hai pha chÝnh ra trong gèm lu«n lu«n cã lç xèp (trong g¹ch:

10 ÷ 50%, gèm nhÑ: > 40%, sø: < 5%) mµ tû lÖ, h×nh d¹ng, kÝch

th−íc vµ sù ph©n bè cã ¶nh h−ëng râ rÖt ®Õn çc tÝnh chÊt nh− ®é bÒn

c¬ häc, ®é dÉn nhiÖt, kh¶ n¨ng hót n−íc.

•Ph−¬ng ph¸p CN ®iÓn h×nh: thiªu kÕt bét

•Çc nhãm:

+ Gèm Silicat ( tõ SiO2) : gèm truyÒn thèng lµ lo¹i chÕ t¹o tõ çc vËt

liÖu silicat thiªn nhiªn ®é s¹ch thÊp, chñ yÕu tõ ®Êt sÐt vµ cao lanh → s¶n


phÈm gèm x©y dùng (g¹ch, ngãi, èng dÉn, sø vÖ sinh...), gèm gia dông (Êm

chÐn, b¸t ®Üa) vµ gèm c«ng nghiÖp (çch ®iÖn, bÒn hãa, nhiÖt).

§Êt sÐt lµ silicat nh«m gåm cã Al2O3, SiO2 vµ n−íc ngËm. TÝnh chÊt cña

nã biÕn ®æi réng phô thuéc vµo l−îng t¹p chÊt mµ chñ yÕu lµ çc «xyt (Fe,

Ba, Ca, Na, K...) vµ mét Ýt chÊt h÷u c¬. Cao lanh (kaolinite) lµ kho¸ng phæ

biÕn nhÊt cña ®Êt sÐt cã c«ng thøc Al2(Si2O5)(OH)4 hay Al2O3.2SiO2.2H2O.

Ngoµi ®Êt sÐt, cao lanh cßn dïng çc nguyªn liÖu phô nh− th¹ch anh SiO2

lµm chÊt ®én, trµng th¹ch KAlSi3O8 lµm trî dung.

VD: sø ®iÓn h×nh chøa 50% ®Êt sÐt (cao lanh), 25% th¹ch anh, 25% trµng

th¹ch.

→g¹ch ngãi, b¸t ®Üa, gèm sø bÒn nhiÖt....

+ Gèm «xyt : cã thµnh phÇn hãa häc lµ mét ®¬n «xyt (Al2O3 hoÆc TiO2)

hoÆc mét «xyt phøc x¸c ®Þnh (vÝ dô MgO.Al2O3, BaO.TiO2) (trong thµnh

phÇn kh«ng cã SiO2)

- gèm «xyt cã ®é tinh khiÕt hãa häc cao (tû lÖ t¹p chÊt rÊt thÊp) (kh¸c víi

gèm silicat) vµ tû lÖ pha tinh thÓ còng cao (tû lÖ pha v« ®Þnh h×nh rÊt thÊp)

®Ó lµm vËt liÖu kü thuËt cã ®é bÒn nhiÖt vµ ®é bÒn c¬ häc rÊt cao, cã çc

tÝnh chÊt ®iÖn vµ tõ ®Æc biÖt.

Cã thÓ chia thµnh ba nhãm nhá.

a. Gèm «xyt trªn c¬ së çc «xyt cã nhiÖt ®é nãng ch¶y cao

Víi çc «xyt cã nhiÖt ®é ch¶y cao tiªu biÓu lµ Al2O3 (2050oC), MgO

(2850oC), ZrO2 (2500 ÷ 2600oC), MgO.Al2O3 (2135oC) b»ng c«ng nghÖ

gèm tinh (víi ®é tinh khiÕt > 98%), thiªu kÕt ë nhiÖt ®é cao víi tæ chøc

tinh mÞn vµ hÇu nh− toµn bé lµ tæ chøc mét pha.


Chóng bao gåm çc lo¹i sau:

Gèm corindon (Al2O3 ë d¹ng thï h×nh α) víi T sö dông kho¶ng 1900oC

®−îc dïng lµm chÐn, nåi nÊu kim lo¹i; víi ®é cøng HB 2000 ®−îc dïng

lµm vËt liÖu c¾t, h¹t mµi, thËm chÝ cÊy ghÐp vµo x−¬ng.

Gèm pericla (MgO) víi T sö dông cao tíi 2400oC vµ cã tÝnh kiÒm ®−îc

dïng lµm nåi nÊu ch¶y kim lo¹i, bÒn víi muèi clorit vµ fluorit nãng ch¶y.

Gèm ziªcona (ZrO2) víi nhiÖt ®é sö dông cao (2300oC), gi·n në nhiÖt Ýt,

20.10-7/oK, vµ gèm spinel (MgO.Al2O3) ®−îc dïng vµo çc môc ®Ých ®Æc

biÖt ë nhiÖt ®é cao.

b. Gèm trªn c¬ së TiO2

Gèm trªn c¬ së TiO2 cã çc tÝnh chÊt ®Æc biÖt (®iÖn m«i, s¾t tõ, ¸p ®iÖn)

®−îc sö dông réng r·i trong kü thuËt ®iÖn vµ ®iÖn tö.

Cã thÓ chØ lµ ®¬n «xyt nh− gèm rutil (TiO2) hay cã pha thªm çc «xyt kh¸c

®Ó ®iÒu chØnh çc tÝnh chÊt ®iÖn tõ.

c. Gèm trªn c¬ së Fe2O3 vµ «xyt kim lo¹i nÆng

Gèm trªn c¬ së Fe2O3 vµ çc «xyt kim lo¹i nÆng kh¸c thuéc nhãm Fe t¹o

ra çc vËt liÖu b¸n dÉn vµ vËt liÖu tõ.

MeO.Fe2O3 (trong ®ã Me cã thÓ lµ Mn, Zn, Ni, Mg, Co, Cu, Cd, Ti...) ®−îc

gäi lµ ferit tõ hay ®¬n gi¶n lµ ferit, thuéc lo¹i vËt liÖu tõ mÒm, dßng fuc«

sinh ra rÊt nhá, tæn thÊt ®iÖn rÊt nhá ( lâi biÕn thÕ)

II.VËt liÖu chÞu löa:

• X©y lß vµ çc thiÕt bÞ CN lµm viÖc ë nhiÖt ®é cao


•VËt liÖu ®−îc coi lµ chÞu löa : T>15200C ( mÉu thö kh«ng bÞ gôc) vµ

®¶m b¶o tÝnh chÊt c¬, ho¸, æn ®Þnh kÝch th−íc

•Çc VL chÞu löa quan träng ®Òu lµ gèm, chÕ t¹o theo CN gèm th«

•Çc lo¹i VL chÝnh:

§inat (silica) : > 93% SiO2 ®−îc s¶n xuÊt b»ng ph−¬ng ph¸p thiªu kÕt bét.

G¹ch ®inat cã tÝnh axit víi T lµm viÖc cao (> 1550oC) → x©y lß coke,

vßm lß thñy tinh, çc vïng nung trong lß tuynen, mét sè lß luyÖn kim.

Sam«t lµ gèm th« Al2O3 - SiO2: nguyªn liÖu chÝnh lµ ®Êt sÐt, cao lanh.

Thµnh phÇn hãa häc cã : sam«t th−êng (30 ÷ 40% Al2O3)

trung tÝnh vµ sam«t b¸n axit (chØ chøa 20 ÷ 30%

Al2O3).

§é chÞu löa t−¬ng ®èi tèt (~ 1400oC) tïy tõng lo¹i

§−îc dïng trong lß nung clinke, khÝ hãa, h¬i vµ mét sè lß luyÖn kim.

Cao alumin : còng thuéc hÖ Al2O3 - SiO2 nh− sam«t nh−ng víi hµm l−îng

Al2O3 cao h¬n (45 ÷ 95%) nªn ®é chÞu löa cao h¬n (≥ 1600oC), ®−îc sö

dông khi cã yªu cÇu cao vÒ ®é chÞu löa mµ sam«t kh«ng ®¸p øng næi.

G¹ch kiÒm tÝnh lµ hÖ g¹ch chÞu löa cã MgO víi çc thµnh phÇn kh¸c nhau:

pericla hay manhªzit (MgO), pericla - cr«mit hay cr«m - manhªzit (Cr2O3 -

MgO), ®«l«mit (MgO - CaO)...

RÊt bÒn víi xØ kiÒm lµ yªu cÇu rÊt quan träng víi luyÖn thÐp vµ mét sè kim

lo¹i ®Ó cã thÓ t¹o ra xØ kiÒm (CaO), khö t¹p chÊt cã h¹i vµ còng ®−îc dïng

trong mét sè lß kh¸c.


→ Nh− vËy vÒ c«ng dông çc g¹ch chÞu löa kh«ng cã sù kh¸c nhau lín vÒ

®é chÞu löa mµ chñ yÕu lµ ë m«i tr−êng lµm viÖc (axit, kiÒm hay trung

tÝnh).

VËt liÖu çch nhiÖt: gèc sam«t, cao lanh + 45-50% bät khÝ

7.1.5 Bªt«ng vµ xim¨ng:

+ B¶n chÊt

•VL v« c¬ ®a pha →pha r¾n ( ®¸ d¨m hoÆc sái) dÝnh kÕt víi nhau ë T

th−êng nhê chÊt dÝnh kÕt (xi m¨ng Pooclan)

( Ngoµi çc ph−¬ng ph¸p chÕ t¹o ngoµi thiªu kÕt bét vµ nÊu ch¶y ®· tr×nh

bµy)

→ Nguyªn lý chÕ t¹o bªt«ng: çc cèt liÖu r¾n (sái, çt) víi xim¨ng poclan

vµ n−íc lµ chÊt dÝnh kÕt theo tû lÖ x¸c ®Þnh ®−îc hßa trén ®Ó cã hçn hîp ë

thÓ nh·o (v÷a bªt«ng), sau khi xim¨ng ®· ®ãng r¾n khèi vËt liÖu trë nªn

liÒn khèi vµ v÷ng ch¾c.

+ Xim¨ng

- Xim¨ng (cement) lµ chÊt kÕt dÝnh thñy lùc → t¸c dông víi n−íc t¹o ra

çc hîp chÊt cã tÝnh kÕt dÝnh; çc hîp chÊt nµy ®ãng r¾n trong n−íc vµ çc

s¶n phÈm ®ãng r¾n bÒn trong n−íc.

- Cã çc lo¹i xim¨ng chÝnh sau:

Poclan, trªn c¬ së hÖ CaO - SiO2 chøa thªm Al2O3, Fe2O3 víi nhiÒu lo¹i

biÕn thÓ

VD: Th«ng dông: XM Pooclan PC30 →σnÐn=30KG/mm2

- Alumin, trªn c¬ së hÖ CaO - Al2O3 chøa thªm SiO2, Fe2O3,


- XØ lß cao, chøa thªm th¹ch cao hoÆc v«i,

trong ®ã xim¨ng poclan lµ phæ th«ng nhÊt.

•Bªt«ng: hçn hîp Sái, ®¸+ XM (tû lÖ tuú theo ®é bÒn yªu cÇu)

VD: gåm sái hoÆc ®¸ d¨m kÝch th−íc 1 ÷ 4cm, çt vµng cì h¹t 0,1÷

0,2mm, xim¨ng cì h¹t 0,5 ÷ 50μm) → ®Ó t¹o ra mËt ®é cao cho bªt«ng:

h¹t çt ®iÒn ®Çy vµo chç trèng gi÷a çc viªn sái, ®¸ d¨m, cßn çc h¹t

xim¨ng sÏ chen vµo kho¶ng trèng gi÷a çc h¹t çt. Ngoµi ra, bÒ mÆt cña

çc h¹t çt, sái, ®¸ d¨m sÏ xóc tiÕn t¹o mÇm ký sinh (dÞ thÓ) cho qu¸ tr×nh

kÕt tinh cña çc hîp chÊt hy®rat cña xim¨ng→ bªt«ng lµ mét lo¹i

compozit

•Nh−îc ®iÓm: ( gièng çc lo¹i VL v« c¬ kh¸c) σbnÐn cao; σbkÐo thÊp

Giíi h¹n bÒn nÐn cña bªt«ng biÕn ®æi rÊt réng tïy thuéc tû lÖ trong hçn

hîp, b¶o d−ìng..., trong kho¶ng 5 ÷ 60MPa, cßn giíi h¹n bÒn kÐo chØ

b»ng 1/8 ÷ 1/10 giíi h¹n bÒn nÐn (do sù cã mÆt cña v« sè vÕt nøt lç hæng,

kªnh chøa n−íc).

→kh¾c phôc: cèt thÐp

7.2. VËt liÖu h÷u c¬ ( Polymer)

7.2.1.Çc kh¸i niÖm:

I. §Þnh nghÜa vµ ph©n lo¹i:

1. §/n: Polyme ( chÊt dÎo) lµ hîp chÊt →h×nh thµnh do sù lÆp l¹i

nhiÒu lÇn cña mét lo¹i hay nhiÒu lo¹i nguyªn tö ( hoÆc mét nhãm

nguyªn tö) →liªn kÕt víi sè l−îng lín→t¹o nªn mét lo¹t tÝnh chÊt


mµ thªm vµo hay bít ®i mét vµi ®¬n vÞ cÊu t¹o →çc tÝnh chÊt nµy

kh«ng ®æi

H H ⏐ ⏐ C ═ C, trong ®ã: ⎯ lµ liªn kÕt ®¬n ⏐ ⏐ H H ═ lµ liªn kÕt ®«i (hay hai liªn kÕt ®¬n).

7.2.2. CÊu t¹o Polyme:

1. Ph©n tö polyme:

•Chñ yÕu tõ C vµ H

• D¹ng m¹ch dµi ,mÒm dÎo, m¹ch chÝnh C, m¹ch nh¸nh cã thÓ cã liªn

kÕt ®«i ( nguyªn tö hay nhãm nguyªn tö) ⎟ ⎟ ⎟ ⎟ ⎟ ⎟ ⎟ ⎟

⎯ C ⎯ C ⎯ C ⎯ C ⎯ C ⎯ C ⎯ C ⎯ C ⎯ ⎟ ⎟ ⏐ ⎟ ⎟ ⎟ ⎟ ⎟

• Trong ph©n tö nµy, çc nguyªn tö ®−îc liªn kÕt b»ng liªn kÕt ®ång

hãa trÞ

•H×nh thµnh tõ çc ®¬n vÞ cÊu tróc : m¾t xÝch (me) vµ lÆp l¹i nhiÒu lÇn

Me ®¬n gi¶n nhÊt ®−îc gäi lµ monome (tøc ph©n tö chØ gåm mét me),

cßn polyme cã nghÜa lµ nhiÒu me.

• Ph©n tö polyme tæng hîp víi kÝch th−íc vµ khèi l−îng ph©n tö lín

→ cao ph©n tö.

•Khi m¾t xÝch cïng lo¹i →homopolyme,

m¾t xÝch kh¸c lo¹i →copolyme


VD: PE (polyªtylen) Etylen CH2=CH2

→ (- CH2- CH2-)n - CH2- CH2- → §¬n vÞ m«n«me

Tõ çc ph©n tö ªtylen C2H4 (ë d¹ng h¬i) d−íi t¸c dông cña xóc t¸c, nhiÖt

®é, ¸p suÊt thÝch hîp, liªn kÕt ®«i bÞ g·y, më vÒ hai phÝa vµ sù hîp nhÊt l¹i

cña chóng sÏ t¹o nªn m¹ch vµ ph©n tö polyªtylen (PE)

• CÊu tróc ph©n tö cña çc polyme th−êng gÆp

NÕu cø mét trong bèn nguyªn tö hy®r« cña me trong PE - polyªtylen ®−îc

thay thÕ bëi nguyªn tö Cl, gèc mªtyl CH3, gèc benzyl (m¹ch vßng) sÏ lÇn

l−ît ®−îc PVC - polyvinyl clorit (h×nh a), PP - polypr«pylen (h×nh b), PS -

polystyren (h×mh c).

H H H H H H H CH3 ⎟ ⎟ ⎟ ⎟ ⎟ ⎟ ⎟ ⎟

⎯ C ⎯ C ⎯ ⎯ C ⎯ C ⎯ ⎯ C ⎯ C ⎯ ⎯ C ⎯ C ⎯ ⎟ ⎟ ⎟ ⎟ ⎟ ⎟ ⎟ ⎟

H Cl H CH3 H H C ⎯ O ⎯ CH3 ⏐⏐ O a) PVC b) PP c) PS d) PMMA

NÕu cø hai trong bèn nguyªn tö hy®r« trong PE ®−îc thay thÕ bëi gèc

metyl CH3 vµ gèc C2H3O sÏ ®−îc PMMA - polymetyl metacrylat cßn

gäi lµ thñy tinh h÷u c¬ hay plexiglass

2. Khèi l−îng ph©n tö

CÊu tróc ph©n tö (me) cña çc polyme th−êng gÆp ( gÇn gièng PE) a. PVC (polyvinyl clorit), b. PP (polypr«pylen), c. PS (polystyren), d. PMMA (polymªtyn metacrylat) - thñy tinh h÷u c¬,


• Çc ph©n tö polyme cã khèi l−îng (chiÒu dµi) hÕt søc kh¸c nhau:

mét sè ph©n tö t−¬ng ®èi nhá (m¹ch ng¾n), mét sè lín (m¹ch dµi), cßn

®a sè lµ trung b×nh.

•§é dµi cña m¹ch cã ¶nh h−ëng lín ®Õn çc nhiÖt ®é ch¶y vµ biÕn

mÒm:

çc T t¨ng khi t¨ng cña khèi l−îng ph©n tö ( chiÒu dµi m¹ch t¨ng)

VD:

- polyme víi khèi l−îng ph©n tö thÊp (~ 100g/mol) ë T phßng tån t¹i ë

d¹ng láng hay khÝ, - - trung b×nh (~ 1000g/mol) ë d¹ng s¸p hay cao su

mÒm

- cao (tõ > 10000 tíi hµng triÖu g/mol) ë d¹ng chÊt r¾n → môc tiªu cÇn

®¹t tíi.

• Sù ph©n bè khèi l−îng ph©n tö theo tõng nhãm gi¸ trÞ cã vai trß quan

träng: sù ph©n bè ®ã cµng réng cµng kh«ng tèt v× cã mét tû lÖ cao çc

ph©n tö víi khèi l−îng thÊp, ë tr¹ng th¸i láng cã t¸c dông b«i tr¬n

gi÷a çc ph©n tö lín lµm cho vËt liÖu polyme trë nªn mÒm vµ dÔ bÞ

ch¶y khi chÞu t¶i→ cè g¾ng t¹o nªn polyme víi khèi l−îng ph©n tö lín

vµ ®ång ®Òu ®Õn møc cã thÓ.

3.CÊu tróc m¹ch:

• M¹ch th¼ng : →thùc tÕ gãc liªn kÕt gi÷a C lµ 109,50, cã thÓ quay

hoÆc uèn


H×nh d¹ng m¹ch quyÕt ®Þnh çc tÝnh chÊt quan träng cña polyme

trong ®ã næi bËt lµ tÝnh ®µn håi cao nh− cña cao su

VD: Çc tÝnh chÊt c¬ - nhiÖt phô thuéc vµo kh¶ n¨ng quay cña çc

®o¹n m¹ch khi cã øng suÊt vµ nhiÖt ®é thay ®æi.

§é ®µn håi phô thuéc nhiÒu vµo cÊu tróc vµ b¶n chÊt çc me: Trong

çc vïng cã liªn kÕt ®«i hay cã m¹ch vßng sù quay sÏ khã kh¨n h¬n

- Çc polyme th«ng dông cã cÊu tróc m¹ch th¼ng lµ PE, PVC, PS,

th−êng lµ nguyªn liÖu chÝnh ®Ó chÕ t¹o polyme víi çc kiÓu m¹ch

kh¸c.

• M¹ch nh¸nh: cã nh÷ng m¹ch ng¾n h¬n (gäi lµ m¹ch nh¸nh) nèi vµo

m¹ch chÝnh vµ ®−îc h×nh thµnh tõ ph¶n øng phô trong qu¸ tr×nh tæng

hîp polyme

• M¹ng l−íi: qu¸ tr×nh t¹o m¹ch l−íi ®−îc thùc hiÖn b»ng çch cho

thªm çc nguyªn tö hoÆc ph©n tö cã thÓ t¹o nªn liªn kÕt ®ång hãa trÞ

víi m¹ch chÝnh (VD: cao su cã lo¹i m¹ch nµy nhê l−u hãa)

• Kh«ng gian: Çc polyme kh«ng gian cã tÝnh chÊt c¬, nhiÖt ®Æc biÖt,

®iÓn h×nh lµ nhùa ªpoxy vµ bakªlit


4. Polyme ®ång trïng hîp (copolymer)

- Çc polyme cã çc me ®Òu gièng nhau → polyme ®ång thÓ

(homopolymer →tÝnh chÊt kh«ng ®¸p øng hÕt ®−îc çc yªu cÇu kü thuËt

- Ng−êi ta ®· t×m çch “ghÐp“ çc lo¹i monome víi nhau → t¹o nªn polyme ®ång trïng hîp → tÝnh chÊt ®a d¹ng h¬n nhiÒu→ (copolymer)


VD: cã hai lo¹i monome ®−îc biÓu diÔn b»ng o vµ •, tïy thuéc vµo qu¸

tr×nh trïng hîp vµ tû lÖ gi÷a çc lo¹i monome, chóng cã thÓ cã çc çch

s¾p xÕp kh¸c nhau trong m¹ch. Cã thÓ thÊy cã bèn lo¹i polyme ®ång trïng

hîp:

- ngÉu nhiªn (h×nh a), çc monome ph©n bè kh«ng theo quy luËt,

- xen kÏ (h×nh b), çc monome ph©n bè nèi tiÕp lÉn cho nhau,

- khèi (h×nh c), çc monome thø nhÊt ph¶n øng víi nhau thµnh khèi, liªn

kÕt víi khèi cña monome thø hai,

- ghÐp (h×nh d), m¹ch chÝnh lµ mét monome, cßn çc nh¸nh lµ thuéc

monome kh¸c.

4. CÊu tróc tinh thÓ cña PLM:

• Khi tån t¹i ë d¹ng tinh thÓ, trËt tù s¾p xÕp cña polyme kh«ng ph¶i

lµ cña ion, nguyªn tö, ph©n tö nh− ë çc nhãm vËt liÖu kh¸c mµ lµ

cña m¹ch ph©n tö.

• Trong polyme tinh thÓ çc m¹ch sÏ s¾p xÕp sao cho çc nguyªn tö

ë trong mét trËt tù nhÊt ®Þnh vµ t¹o nªn « c¬ së


VD:

• møc ®é kÕt tinh tõ 0→95%

• Møc phô thuéc vµo tèc ®é lµm nguéi khi ®«ng r¾n vµ h×nh th¸i

cÊu t¹o cña m¹ch:

+ nguéi chËm →c¸c m¹ch cã thêi gian chuyÓn ®éng vµ s¾p xÕp l¹i

theo trËt tù →dÔ kÕt tinh

+ m¹ch th¼ng dÔ kÕt tinh : c¸c polyme víi me ®¬n gi¶n nh− PE,

PTFE cã thÓ kÕt tinh ngay c¶ khi lµm nguéi nhanh

+ M¹ch nh¸nh g©y khã kh¨n cho qu¸ tr×nh dÞch chuyÓn s¾p xÕp l¹i

nªn kh«ng bao giê cã møc ®é kÕt tinh cao; nÕu m¹ch nh¸nh qu¸

nhiÒu polyme hoµn toµn kh«ng kÕt tinh.

+ Polyme l−íi cã thÓ kÕt tinh víi møc ®é thÊp

+ Polyme kh«ng gian lµ hoµn toµn v« ®Þnh h×nh.

M¹ng tinh thÓ PE vµ « c¬ së. CÊu tróc m¹ch gÊp cña tÊm polyme tinh thÓ.


+ TÝnh chÊt cña polyme bÞ ¶nh h−ëng cña møc ®é kÕt tinh. Polyme

tinh thÓ bÒn h¬n vµ nãng ch¶y ë nhiÖt ®é cao h¬n, cã khèi l−îng

riªng cao h¬n so víi polyme v« ®Þnh h×nh.

7.2.3. TÝnh chÊt cña PLM:

1. BiÕn d¹ng d−íi t¸c dông cña lùc: cã 3 lo¹i biÕn d¹ng

• BD ®µn håi vµ sau ®ã bÞ ph¸ huû ngay( nhiÖt r¾n- PLM gißn) (A)

• BD gièng KL: ®µn håi - BD dÎo-ph¸ huû ( NhiÖt dÎo- PLM dÎo)

(B)

• BD hoµn toµn ®µn håi ( cao su)- lo¹i biÕn d¹ng lín g©y ra do øng

suÊt thÊp song håi phôc ®−îc - hoµn toµn bÞ mÊt ®i khi bá t¶i träng

(®−êng C)

• C¬ tÝnh cña mét sè polyme : So víi thÐp, polyme cã ®é bÒn thÊp:

BiÓu ®å kÐo cña vËt liÖu polyme gißn (®−êng A), dÎo (®−êng B) vµ ®µn håi cao (®−êng C).

¶nh h−ëng cña nhiÖt ®é ®Õn biÓu ®å øng suÊt - biÕn d¹ng cña PMMA (plexiglass).


+ m«®un ®µn håi E ≈7MPa víi lo¹i ®µn håi, max≈ 4000MPa víi lo¹i

cøng, trong khi ®ã thÐp th−êng lµ 30GPa

+ giíi h¹n bÒn σb chØ kho¶ng 50MPa thÊp h¬n thÐp th−êng kho¶ng 10

lÇn.

+ vÒ ®é dÎo cao: nhiÒu polyme cã ®é gi·n dµi δ > 100% (cã thÓ tíi

1000%), trong khi ®ã thÐp th−êng chØ lµ vµi chôc %.

C¬ - lý tÝnh ë nhiÖt ®é th−êng cña c¸c polyme th«ng dông.

VËt liÖu Khèi l−îng riªng, g/cm3 E, GPa σb, MPa δ, %

NhiÖt ®é, 0C

thñy tinh hãa

ch¶y

PE khèi l−îng riªng thÊp, 40-50% t.thÓ

0,917-0,932 0,17-0,28 8,3-31,0 100-650 -110 98-115

PE khèi l−îng riªng cao, 70-80% t.thÓ

0,952-0,965 1,07-1,09 22-31 10-1200 -90 130-170

PVC v« ®Þnh h×nh

1,30-1,58 2,4- 4,1 41-52 40-80 75- 105 212

PP 50-60% t.thÓ

0,90-0,91 1,14-1,55 31-41 100-600 -20 168-175

PS v« ®Þnh h×nh

1,04-1,05 2,28-3,28 36-52 1,2-2,5 74- 105 -

PMMA v« ®Þnh h×nh

1,17-1,20 2,24-3,24 48-76 2-10 85- 105 -

Bakªlit 1,24-1.32 2,8- 4,8 34-62 1,5-2,0 - -

Nylon 6,6 30-40% t.thÓ

1,13-1,15 1,58-3,79 76-94 15- 300 57 255-265

Polycacbonat v« ®Þnh h×nh

1,20 2-38 65,6 110 150 -

ªpoxy m¹ng kh«ng gian, v« ®Þnh h×nh

1,11-1,40 2,41 28-90 3-6 - -


- §iÒu quan träng (kh¸c víi çc vËt liÖu ®· häc): c¬ tÝnh cña vËt liÖu

polyme rÊt nh¹y c¶m víi sù thay ®æi nhiÖt ®é, ngay c¶ ë kho¶ng nhiÖt

®é th−êng (trªn d−íi 20oC)

VD: PMMA ë 4oC lµ vËt liÖu gißn, cßn ë 50 ÷ 60oC lµ vËt liÖu ®µn håi.

- Tèc ®é biÕn d¹ng còng cã ¶nh h−ëng ®Õn c¬ tÝnh, theo quy luËt chung

gi¶m tèc ®é biÕn d¹ng còng cã t¸c dông t−¬ng tù nh− t¨ng nhiÖt ®é.

2. C¬ chÕ biÕn d¹ng

M« h×nh biÕn d¹ng dÎo polyme b¸n tinh thÓ: a. tr−íc khi biÕn d¹ng, b. tr−ît gi÷a çc m¹ch trong çc tÊm tinh thÓ, c. ph©n chia çc tÊm tinh thÓ thµnh çc nhãm nhá, d. s¾p xÕp l¹i cña çc nhãm nhá tinh thÓ vµ m¹ch nèi v« ®Þnh h×nh.


- Polyme nãi chung cã cÊu tróc hçn hîp: çc tÊm cã cÊu tróc tinh thÓ vµ

vïng v« ®Þnh h×nh ®an xen nhau.

- C¬ chÕ biÕn d¹ng dÎo lµ kÕt qu¶ cña t−¬ng t¸c gi÷a tÊm vµ vïng v«

®Þnh h×nh d−íi t¸c dông cña t¶i träng kÐo ®Æt vµo.

- Qu¸ tr×nh x¶y ra theo mét sè giai ®o¹n:

+ Giai ®o¹n ®Çu: sù biÕn ®æi chØ t¸c ®éng ®Õn vïng v« ®Þnh h×nh→ çc

m¹ch nèi cña nã duçi c¨ng ra (kh«ng ®−îc vÏ trªn h×nh).

+ Trong giai ®o¹n hai (h×nh b) cã sù tr−ît nhÊt ®Þnh song song víi trôc

m¹ch x¶y ra trong çc tÊm tinh thÓ d−íi t¸c dông cña çc m¹ch v« ®Þnh

h×nh ®· bÞ kÐo c¨ng m¹nh.

+ Trong giai ®o¹n ba (h×nh c) cã sù ph©n chia çc tÊm tinh thÓ d−íi t¸c

dông cña øng suÊt tiÕp (c¾t) thµnh çc nhãm nhá (block).

+ ë giai ®o¹n bèn (h×nh d) çc nhãm nhá tinh thÓ cïng víi çc m¹ch nèi

v« ®Þnh h×nh t¸ch rêi h¼n nhau vµ s¾p xÕp l¹i.

→Nh− vËy sau biÕn d¹ng, polyme b¸n tinh thÓ sÏ cã cÊu tróc ®Þnh h−íng

cao→®©y còng lµ biÖn ph¸p n©ng cao ®é bÒn cña vËt liÖu nµy (t−¬ng tù

nh− hãa bÒn biÕn d¹ng cho kim lo¹i).

VD: BiÕn d¹ng tr−íc b»ng kÐo th−êng ®−îc dïng ®Ó n©ng cao ®é bÒn cña

vËt liÖu sîi.

2.Nãng ch¶y vµ hiÖn t−îng thñy tinh ho¸:

• Còng gièng nh− ceramic, vËt liÖu polyme còng lµ lo¹i b¸n tinh thÓ hay

nãi kh¸c ®i lµ víi cÊu tróc tinh thÓ vµ v« ®Þnh h×nh biÕn ®æi rÊt réng

→®Æc tÝnh nãng ch¶y gièng KL hoÆc thuû tinh hoÆc trung gian:


- ®−êng A : V§H →thÓ tÝch riªng thay ®æi liªn tôc vµ kh«ng cã T râ rÖt

khi chuyÓn tr¹ng th¸i

- ®−êng B: b¸n tinh thÓ (gi¶m nhÑ ®é nghiªng cña ®−êng cong, nhiÖt ®é

®ã còng ®−îc gäi lµ thñy tinh hãa Tgo )

- ®−êng C: tinh thÓ →thay ®æi thÓ tÝch râ rÖt ( T ch¶y)

- Nh×n chung Tgo ≈ 2/3Ts

o

Sù thay ®æi thÓ tÝch riªng trong ba lo¹i polyme: v« ®Þnh h×nh (®−êng A), b¸n tinh thÓ (®−êng B), vµ tinh thÓ (®−êng C).

•Tg: nhiÖt ®é thuû tinh ho¸ ( gãc nghiªng cña ®å thÞ thay ®æi) →

< Tg : vËt r¾n V§H

> Tg: vËt r¾n d¹ng cao su

• C¸c yÕu tè ¶nh h−ëng ®Õn Tgo vµ Ts

o

- M¹ch nh¸nh lµm gi¶m hiÖu qu¶ s¾p xÕp cña m¹ch, gi¶m liªn kÕt gi÷a

chóng → mËt ®é m¹ch nh¸nh t¨ng, Ts gi¶m.

- Khèi l−îng ph©n tö t¨ng → t¨ng Ts lµ do phÇn cuèi cña m¹ch lµ phÇn tù

do dao ®éng, nÕu chiÒu dµi m¹ch t¨ng lªn, sè cuèi m¹ch gi¶m ®i, n¨ng

l−îng t¨ng.


- §èi víi polyme hoµn toµn V§H, khi nung nãng Tg t−¬ng øng víi thêi

®iÓm khi vËt liÖu chuyÓn tõ tr¹ng th¸i r¾n sang cÊu tróc gièng cao su.

Tg phô thuéc vµo c¸c yÕu tè cÊu tróc: kh¶ n¨ng dao ®éng vµ quay cña

m¹ch khi t¨ng nhiÖt ®é, ( ®é mÒm dÎo cña m¹ch lµ quan träng nhÊt). M¹ch

cøng (khi cã nh÷ng nguyªn tö hay nhãm nguyªn tö cång kÒnh nh− vßng

benzyl) cµng khã quay do ®ã Tgo t¨ng lªn. Liªn kÕt Van der Waals gi÷a c¸c

m¹ch t¨ng lªn còng lµm t¨ng Tgo.

3. Tr¹ng th¸i mÒm cao:

• XÐt tr¹ng th¸i c¬ häc cña polyme hoµn toµn V§H khi chÞu biÕn d¹ng

t−¬ng ®èi nhá d−íi t¸c dông cña t¶i träng (øng suÊt) kh«ng ®æi:

- ë nhiÖt ®é thÊp (To < Tgo) vËt liÖu ë tr¹ng th¸i nh− thñy tinh, d−íi t¸c

dông cña biÕn d¹ng nhá (h×nh a) vËt liÖu bÞ biÕn d¹ng ®µn håi theo ®Þnh

luËt Hook, biÕn d¹ng lËp tøc x¶y ra khi t¶i träng ®Æt vµo, gi÷ kh«ng ®æi vµ

mÊt h¼n ®i khi bá t¶i träng nh− biÓu thÞ ë h×nh b (biÕn d¹ng kh«ng phô

thuéc vµo thêi gian)


S¬ ®å øng suÊt t¸c dông (a) vµ biÕn d¹ng ®èi víi tr¹ng th¸i hoµn toµn ®µn håi (b), ®µn håi - nhít (c), nhít (d) theo thêi gian; ta vµ tr lµ çc thêi ®iÓm øng suÊt kh«ng ®æi b¾t ®Çu vµ th«i t¸c dông.

- ë nhiÖt ®é cao (To > Tso) vËt liÖu ë tr¹ng th¸i nhít, d−íi t¸c dông cña biÕn d¹ng

nhá (h×nh a) biÕn d¹ng kh«ng x¶y ra ngay lËp tøc, ®é biÕn d¹ng t¨ng tuyÕn tÝnh

trong thêi gian ®Æt t¶i träng vµ vÉn gi÷ cè ®Þnh sau khi bá t¶i träng nh− biÓu thÞ ë

h×nh d.

- ë nhiÖt ®é trung gian (gi÷a Tgo vµ Ts

o) vËt liÖu ë tr¹ng th¸i trung gian: ®µn håi -

nhít, d−íi t¸c dông cña biÕn d¹ng nhá (h×nh a) tho¹t tiªn cã biÕn d¹ng ®µn håi tøc

thêi tiÕp theo lµ biÕn d¹ng nhít biÕn ®æi theo thêi gian, sau khi bá t¶i träng phÇn

®µn håi ban ®Çu lËp tøc mÊt ®i, phÇn cßn l¹i gi¶m dÇn vµ biÕn mÊt sau mét thêi gian

nh− biÓu thÞ ë h×nh c ( mÒm cao)

- Tr¹ng th¸i ®µn håi - nhít nµy rÊt quan träng ®èi víi çc vËt liÖu polyme ë

nhiÖt ®é nµo ®ã (x¸c ®Þnh ®èi víi mçi lo¹i) ®Æc biÖt lµ elastome ë ngay nhiÖt ®é

th−êng.

- TÝnh ®µn håi - nhít cña vËt liÖu polyme kh«ng nh÷ng phô thuéc vµo thêi gian

mµ c¶ nhiÖt ®é.

VD: Silicon lµ vÝ dô ®iÓn h×nh cña tr¹ng th¸i cùc kú ®µn håi - nhít cña polyme (

chÊt dÎo g¾n): khi nã ®−îc vª viªn thµnh viªn bi råi th¶ xuèng bÒ mÆt n»m ngang,

nã bÞ n¶y l¹i mét çch ®µn håi ®ång thêi bÞ biÕn d¹ng rÊt nhanh. MÆt kh¸c nÕu bÞ

kÐo nã bÞ duçi ra theo sù t¨ng tõ tõ cña t¶i träng ®Æt vµo, vËt liÖu bÞ kÐo dµi hoÆc

ch¶y nh− chÊt láng nhít. Nh− vËy møc ®é biÕn d¹ng còng quyÕt ®Þnh biÕn d¹ng lµ

®µn håi hay nhít.

4.Ph¸ huû :

•PLM nhiÖt r¾n →ph¸ huû gißn

•PLM nhiÖt dÎo cã thÓ ph¸ huû dÎo hoÆc gißn

•Ph¸ huû thuËn lîi trong ®iÒu kiÖn: T0 thÊp, tèc ®é biÕn d¹ng lín,


chiÒu dµy mÉu lín, vÕt nøt cã s½n

•§é bÒn ph¸ huû nãi chung nhá ( so víi KL)

•T¸c dông lùc trong thêi gian dµi →d·o

5.C¸c c¬ tÝnh kh¸c:

a. Dai va ®Ëp :

• thÊp

•ak cao ë T th−êng, T t¨ng ak gi¶m; T thÊp h¬n nhiÖt ®é phßng

→chuyÓn tõ dÎo sang dßn

b.§é bÒn xÐ: n¨ng l−îng cÇn thiÕt ®Ó xÐ r¸ch mÉu cã kÝch th−íc

chuÈn ( t/c quan träng cña mét sè chÊt dÎo)

a. §é bÒn mái: <<KL

b. LÝ tÝnh :

•Khèi l−îng riªng nhá

VD: Polyetylen tû träng cao : 0,96g/cm3

•HÖ sè gi·n në nhiÖt cao ( h¬n KL)

•§iÖn trë cao ( c¸ch ®iÖn)

•Mét sè cã tÝnh chÊt quang ®Æc biÖt ( thÊu kÝnh, kÝnh b¶o hiÓm...)

2.Ph©n lo¹i:

a.Theo nguån gèc h×nh thµnh:

+ thiªn nhiªn: xenlul«, pr«tein, caosu...

+ tæng hîp: PE; PVC....

b.Theo cÊu tróc: m¹ch th¼ng, nh¸nh, m¹ng l−íi, kh«ng gian

c. Theo tÝnh chÞu nhiÖt:


+ nhiÖt dÎo: th−êng lµ m¹ch th¼ng, nung nãng→ch¶y ra →khi lµm

nguéi r¾n l¹i ( lµ VL cã gi¸ trÞ th−¬ng m¹i quan träng nhÊt hiÖn nay)

+ nhiÖt r¾n: T cao kh«ng ch¶y mÒm, kh«ng hoµ tan vµo çc dung m«i

d.Theo c«ng dông: chÊt deo, sîi, s¬n, keo, cao su....

II. Ph−¬ng ph¸p s¶n xuÊt: ( tæng hîp):

1. Trïng hîp:

•SX ®a sè chÊt nhiÖt dÎo:

•Monome ®Ó trïng hîp lµ chÊt ®¬n gi¶n ( ®¬n ph©n tö), khèi l−îng

ph©n tö thÊp, cã chøa nèi ®«i

•Çc liªn kÕt ®«i ph¶n øng víi nhau →PLM ( nhê xóc t¸c, T, p, çc

tia giµu n¨ng l−îng..)

VD : CH2=CH2 → - CH2-CH2- → (-CH2-CH2-)n Poly Etylen

•Dïng phô gia ®iÒu hoµ m¹ch ®Ó ®iÒu chØnh vµ æn ®Þnh khèi l−îng

ph©n tö mµ kh«ng ¶nh h−ëng ®Õn tèc ®é trung hîp

2.Trïng ng−ng:

•X¶y ra gi÷a çc nhãm chøc kh¸c nhau cña monome ( 2 hay nhiÒu

chÊt ®¬n ph©n tö) →t¹o thµnh chÊt ®a ph©n tö + s¶n phÈm phô (n−íc,

cån, am«ni¨c...)

VD: Polyamit ( nilon) : diaxit+ diamin →trïng ng−ng

H2N- R1- H2N+ HO)CR2COOH →

NH2- R1- NH-CO-R2-COOH+H2O


( -NH-R1-NH-CO-R2-CO-)n→ Polyamit

L−u ý: trïng hîp →vµi gi©y

trïng ng−ng→tõng bËc →thêi gian dµi h¬n

7.2.4. Phô gia vµ çc chÊt t¨ng c−êng:

I. Phô gia:→cã môc ®Ých kh¸c nhau ®Ó hoµn thiÖn tÝnh chÊt cña

PLM

Cã çc lo¹i:

1. ChÊt ®én:

•C¶i thiÖn mét sè tÝnh chÊt c¬ lÝ

•Chñ yÕu gi¶m gi¸ thµnh (v× rÎ)

•Th−êng lµ : mïn c−a, ®Êt sÐt, bét nhÑ.... víi kÝch th−íc tõ 10nm ®Õn

lín h¬n rÊt nhiÒu.

2.ChÊt ho¸ dÎo:

•Gi¶m ®é cøng cña PLM

•Th−êng ë d¹ng láng, cã ¸p suÊt hãa h¬i thÊp vµ khèi l−îng ph©n tö kh«ng

cao

•Çc ph©n tö hãa dÎo sÏ chiÕm vÞ trÝ gi÷a çc m¹ch polyme, lµm t¨ng

kho¶ng çch gi÷a çc m¹ch do ®ã lµm gi¶m lùc liªn kÕt gi÷a chóng.

•¸p dông cho PLM gißn ë T th−êng: PVC; epoxy

•Çc chÊt hãa dÎo th«ng dông nhÊt lµ çc este: phtalat, adipat

3.ChÊt æn ®Þnh:

•Lµm gi¶m, chËm qu¸ tr×nh ph©n huû PLM ( do t¸c dông cña ¸nh

s¸ng, tia tö ngo¹i, «xy.Tia tö ngo¹i g©y ®øt liªn kÕt ®ång hãa trÞ, t¹o


nªn mét sè m¹ch l−íi. «xy cïng víi nhiÖt ®é g©y nªn «xy hãa nhiÖt.)

•ChÊt chèng OXH →phenol, amin

•ChÊt æn ®Þnh ¸nh s¸ng →muéi than

4.ChÊt t¹o mµu: →t¹o mµu s¾c riªngcho vËt liÖu

•Thuèc nhuém hoÆc bét mµu:

TiO2, ZnO →mµu tr¾ng

CdS →mµu vµng

ChÊt nhuém tan →thµnh mét phÇn cÊu tróc cña PLM

Bét mµu →kh«ng tan →chÊt ®én

5. ChÊt chèng ch¸y: →khèng chÕ qu¸ tr×nh b¾t ch¸y vµ ch¸y lan

( PLM dÔ ch¸y)

• C¬ chÕ : b»ng çch lµm l¹nh do ph¶n øng thu nhiÖt hay gi¶m sù

trao ®æi khÝ gi÷a PLM vµ m«i tr−êng

II. ChÊt t¨ng c−êng:

•→khi phèi hîp víi PLM cã kh¶ n¨ng c¶i thiÖn mét hoÆc nhiÒu tÝnh

chÊt c¬ lÝ

•D¹ng : h¹t, bét, sîi ( dµi hoÆc ng¾n, v¶i dÖt..)

•Tuú theo ph−¬ng ph¸p gia c«ng →vËt liÖu composit

•Cã çc lo¹i sau:

+ Thuû tinh (sîi): t¨ng ®é bÒn c¬ häc; chÞu nhiÖt; çch ®iÖn....

+ Çc bon: d¹ng Graphit →tù b«i tr¬n →chÕ t¹o b¹c, ®Öm..

d¹ng sîi→chÊt t¨ng c−êng lùc ( phæ biÕn) →chÕ t¹o m¸y bay, tµu

thuyÒn


+ Mica: bÒn nhiÖt, ho¸ häc,chèng tia tö ngo¹i...

+ Ami¨ng: →t¨ng giíi h¹n ch¶y, bÒn nhiÖt →lµm phanh, khíp nèi

+ Polyme ( polyamit th¬m), d¹ng sîi→nhÑ, bÒn cao, chÞu mái tèt...

7.2.5. Çc lo¹i PLM:

I. ChÊt dÎo: Sè l−îng vµ s¶n l−¬ng cao nhÊt trong PLM

•cã thÓ chÞu BD mµ kh«ng bÞ ph¸ huû vµ ®Þnh h×nh víi ¸p lùc thÊp

•cã thÓ lµ nhiÖt dÎo hay nhiÖt r¾n:

+ PE →chai lä, ®å ch¬i, mµng bao gãi

+ Vinyl( PVC): →th¶m tr¶i sµn, mµnh lèp xe...

+ Polypropylen( PP): →vá TV, valy, chai lä cã thÓ khö trïng...

+ Polyamit(PA)→æ tr−ît, b¸nh r¨ng, vá d©y çp

+ Polyçcbonat (PC) →nÒn phim ¶nh, mÆt n¹....

+ Polystyren( PS)→dông cô gia ®×nh, vá hép ¾c qui.......

II. ChÊt nhiÖt r¾n:

•Epoxy →lµm vËt liÖu ®óc, keo d¸n, s¬n b¶o vÖ, VL composit

•Phenolic: →bäc m« t¬, vá ®iÖn tho¹i, dông cô ®iÖn

•Silicon: →çch ®iÖn ë nhiÖt ®é cao, tr¬ víi ho¸ chÊt....

III. Ph−¬ng ph¸p gia c«ng:

- Gia c«ng chÕ t¹o çc s¶n phÈm chÊt dÎo th−êng tiÕn hµnh ë nhiÖt ®é cao

vµ cã thÓ d−íi ¸p suÊt nhÊt ®Þnh, gi÷a nhùa nhiÖt dÎo vµ nhùa nhiÖt r¾n

còng cã ®iÓm kh¸c nhau.


- Nhùa nhiÖt dÎo ®−îc gia c«ng ë nhiÖt ®é cao h¬n nhiÖt ®é thñy tinh hãa

vµ ¸p lùc ph¶i duy tr× ®Ó ®Õn khi lµm nguéi s¶n phÈm vÉn ®−îc b¶o toµn

h×nh d¸ng, xu h−íng dïng nhùa nhiÖt dÎo v× kinh tÕ, cã thÓ t¸i sinh.

- Nhùa nhiÖt r¾n ®−îc gia c«ng theo hai giai ®o¹n:

+ ®Çu tiªn tæng hîp polyme m¹ch th¼ng, láng cã khèi l−îng ph©n tö thÊp

(polyme trïng hîp s¬ bé – prepolymer

+ giai ®o¹n hai vËt liÖu nµy sÏ chuyÓn thµnh d¹ng cøng r¾n trong khu«n

víi h×nh d¸ng vµ kÝch th−íc theo yªu cÇu cña s¶n phÈm d−íi t¸c dông cña

nhiÖt (hoÆc cña xóc t¸c) →cÊu tróc ph©n tö t¹o nªn m¹ch l−íi hay m¹ch

kh«ng gian.

+ sau ®ãng r¾n cã thÓ lÊy s¶n phÈm ra ngay mµ kh«ng cÇn ®Ó nguéi h¼n

nh− lo¹i nhiÖt dÎo.

S¬ ®å cña ®óc Ðp (a) vµ ®óc phun (b).

.

•§óc Ðp : PLM+phô gia →khu«n ( ®−îc nung)→Ðp

•§óc phun: →chÊt dÎo ®−îc piston ®Èy vµo khu«n

• §óc ®ïn ¸p dông cho nhùa nhiÖt dÎo


•Thæi ( gièng thuû tinh)

•§æ khu«n ( gièng KL, gèm)

III. Elastome(Cao su) :

• Mét nhãm s¶n phÈm cña vËt liÖu polyme lµ lo¹i cã tÝnh ®µn håi cao nh−

cao su tªn khoa häc lµ elastome. §Æc ®iÓm cÊu tróc cña elastome lµ cã

m¹ch l−íi th−a.

• Nguyªn c«ng c¬ b¶n trong qu¸ tr×nh chÕ t¹o elastome ®−îc gäi lµ l−u

hãa.

L−u hãa (vulcanization)

Ph¶n øng l−u hãa lµ ph¶n øng kh«ng thuËn nghÞch x¶y ra chñ yÕu ë nhiÖt

®é cao→l−u huúnh (S) sÏ nèi çc m¹ch c¹nh nhau vµ t¹o nªn m¹ng l−íi.

VD: Çc cÇu nèi l−u huúnh h×nh thµnh trong polyizopren theo ph¶n øng

sau:

H CH3 H H H CH3 H H ⏐ ⏐ ⏐ ⏐ ⏐ ⏐ ⏐ ⏐

⎯ C ⎯ C = C ⎯ C ⎯ ⎯ C ⎯ C ⎯ C ⎯ C ⎯

⏐ ⏐ ⏐ ⏐

H H H H

+ 2S → S S H H H H ⏐ ⏐ ⏐ ⏐

⎯ C ⎯ C = C ⎯ C ⎯ ⎯ C ⎯ C ⎯ C ⎯ C ⎯

⏐ ⏐ ⏐ ⏐ ⏐ ⏐ ⏐ ⏐

H CH3 H H H CH3 H H

• Sau khi l−u hãa cao su vÉn gi÷ ®−îc çc ®Æc tÝnh ®µn håi nh−ng c¬ tÝnh

®−îc c¶i thiÖn:

- m«®un ®µn håi E cao h¬n (®−êng cong biÓu thÞ tû lÖ σ / ε dèc h¬n), ®é

bÒn cao h¬n.


- E t¨ng tû lÖ thuËn víi mËt ®é m¹ng l−íi. (§Ó t¹o mét lo¹i cao su cã ®é

gi·n dµi lín mµ kh«ng ®øt çc liªn kÕt ®ång hãa trÞ, m¹ng l−íi ph¶i th−a vµ

çch xa nhau)

- Çc cao su th«ng dông th−êng chøa tõ 1 ®Õn 5% l−u huúnh. T¨ng l−îng S

sÏ lµm cho ®é cøng cña cao su t¨ng lªn, lµm nã trë nªn khã mßn, chèng

«xy hãa tèt h¬n ®¸p øng tèt çc yªu cÇu sö dông nh−ng lµm gi¶m ®é gi·n

dµi. → cã ®Æc ®iÓm cña lo¹i nhùa nhiÖt r¾n.

Cao su thiªn nhiªn: → mñ cao su → t¸c dông víi axit axªtic

→®«ng ®Æc ( t¸ch ra khái chÊt láng) →çn, sÊy kh« →hun khãi

(tr¸nh mèc háng)

•l−u ho¸ ®Ó t¨ng c¬ tÝnh, tÝnh ®µn håi, ho¸ tÝnh:

+ l−u ho¸ nãng: cao su+ bét l−u huúnh →nung nãng

+l−u ho¸ l¹nh: ng©m trong dung dÞch: Carbondisunfua ( hoÆc

L−uhuúnh clorua)

Cao su tæng hîp:

•SX tõ khÝ thiªn nhiªn

•Cao su butadien: s¨m lèp « t«

•Cao su silicon ( mÒm dÎo cao ë (-900C) vµ bÒn ë 2500C) →çch ®iÖn

ë T cao, dông cô chøa thùc phÈm, chÞu dÇu, nhiÖt

IV. Mét sè PLM kh¸c:

1. Sîi

- Cã kh¶ n¨ng kÐo thµnh sîi dµi ®Õn tû lÖ 100: 1 gi÷a chiÒu dµi vµ ®−êng

kÝnh.


- §¸p øng çc yªu cÇu vÒ c¬ - lý - hãa kh¸ kh¾t khe, v× trong khi sö dông,

sîi ph¶i chÞu çc lùc c¬ häc nh− kÐo c¨ng, uèn, mµi mßn, xÐ; çch nhiÖt,

®iÖn, æn ®Þnh hãa häc víi m«i tr−êng.

- Çc tÝnh chÊt nµy ®−îc quyÕt ®Þnh bëi b¶n chÊt cña polyme vµ qu¸ tr×nh

kÐo sîi: polyme ®em dïng ph¶i lµ lo¹i cã khèi l−îng ph©n tö t−¬ng ®èi

cao, møc ®é kÕt tinh cao víi cÊu tróc m¹ch th¼ng kh«ng cã m¹ch nh¸nh,

c©n ®èi vµ ®iÒu hßa.

- VÒ çch kÐo sîi, phæ biÕn h¬n c¶ lµ polyme ®−îc nung ®Õn tr¹ng th¸i

láng nhít, råi ®−îc b¬m qua khu«n cã rÊt nhiÒu lç bÐ, t¹o thµnh çc sîi

®¬n vµ hãa r¾n ngay khi tiÕp xóc víi kh«ng khÝ. - - Trong qu¸ tr×nh kÐo

sîi, ®é bÒn cña polyme ®−îc t¨ng lªn theo h−íng trôc sîi.

Çc polyme ®−îc dïng ®Ó kÐo sîi lµ polyamit, polyeste PTE...

2. Mµng

- Mµng (foil) lµ vËt liÖu ph¼ng, máng cã chiÒu dµy tõ 0,025 ®Õn 0,125mm.

- Mµng chñ yÕu ®−îc dïng ®Ó lµm tói, bao b× thùc phÈm vµ çc hµng hãa

kh¸c.

- Polyme lµm mµng ph¶i ®¸p øng ®−îc çc tÝnh chÊt sau: khèi l−îng riªng

nhÑ, ®é mÒm dÎo, ®é bÒn kÐo, xÐ r¸ch cao, bÒn víi n−íc, ®é thÊm çc lo¹i

khÝ nhÊt lµ h¬i n−íc ph¶i thÊp.

- Th−êng dïng polyetylen, polypropylen.

- §a sè mµng ®−îc s¶n xuÊt b»ng çch ®ïn qua qua mét khe hÑp cña

khu«n, sau ®ã qua trôc ®Ó gi¶m chiÒu dµy vµ t¨ng ®é bÒn.

3. S¬n:

• s¬n trong dung m«i h÷u c¬


•s¬n cã hµm l−îng chÊt pha r¾n cao

•s¬n khuyÕch t¸n trong n−íc

•s¬n khuyÕch t¸n trong m«i tr−êng kh«ng ph¶i lµ n−íc

•s¬n bét

4. Keo:→d¸n 2 bÒ mÆt

•PLM ë tr¹ng th¸i láng, çch Èm, çch ®iÖn

•H¹n chÕ do T lµm viÖc thÊp

•lµ chÊt nhiÖt r¾n, nhiÖt dÎo, cao su, PLM tù nhiªn( tinh bét, g«m....)

5. ChÊt dÎo xèp:

•cã l−îng bät khÝ lín ( CO2, N2, NH3), nhÑ ( 0,02-0,85g/cm3)

•çch ©m, nhiÖt, ®iÖn, bÒn thÊp

•chÕ t¹o: tõ PVC, PS +dung m«i + chÊt t¹o bät →cho dung m«i bay

h¬i

7.3. VËt liÖu kÕt hîp ( composit)

7.3.1. Kh¸i niÖm:

1. §Þnh nghÜa : Lµ vËt liÖu nhiÒu pha, kh¸c nhau vÒ thµnh phÇn ho¸

häc, hÇu nh− kh«ng hoµ tan vµo nhau, ph©n çch nhau b»ng ranh giíi

pha theo nh÷ng s¬ ®å thiÕt kÕ tõ tr−íc→tËn dông vµ ph¸t triÓn nh÷ng

tÝnh chÊt tèt cña tõng pha

2. §Æc ®iÓm:

•Lµ vËt liÖu nhiÒu pha, kh¸c nhau vÒ thµnh phÇn ho¸ häc, hÇu nh−

kh«ng hoµ tan vµo nhau, ph©n çch nhau b»ng ranh giíi pha

•Th−êng lµ 2 pha:


+ pha liªn tôc trong toµn khèi →nÒn

+ pha ph©n bè gi¸n ®o¹n, nÒn bao bäc →cèt

•Tû lÖ, h×nh d¸ng, kÝch th−íc , sù ph©n bè nÒn-cèt →theo thiÕt kÕ

•TÝnh chÊt çc pha thµnh phÇn kÕt hîp →tÝnh chÊt chung cña

Composit nh−ng kh«ng bao hµm tÊt c¶ çc tÝnh chÊt cña çc pha thµnh

phÇn (chØ lùa chän nh÷ng tÝnh chÊt tèt vµ ph¸t huy)

3. Ph©n lo¹i:

•Theo ®Æc ®iÓm cña nÒn: nÒn polyme; KL; gèm

•Theo h×nh häc cèt:

+ cèt h¹t ( th«, mÞn) - çc phÇn tö lµ ®¼ng trôc

+cèt sîi ( tû lÖ chiÒu dµi /®−êng kÝnh kh¸ lín): liªn tôc; gi¸n ®o¹n (cã

h−íng vµ ngÉu nhiªn)

+cèt cÊu tróc ( líp; tÊm 3 líp; tæ ong)

COMPOZIT

↓ ↓ ↓ Cèt h¹t Cèt sîi Compozit cÊu tróc

↓ ↓ ↓ ↓ ↓ ↓ ↓ ↓ ↓ ↓ H¹t th« H¹t mÞn Liªn tôc Gi¸n ®o¹n Líp TÊm ba líp Tæ ong

↓

↓ ↓ Cã h−íng NgÉu nhiªn

4.Vai trß cña cèt:

•Th−êng lµ çc VL bÒn ë T0 th−êng vµ cao, m« ®un ®µn håi (®é cøng

v÷ng)cao, khèi l−îng riªng nhá

•Cèt cã thÓ lµ: KL ( thÐp kh«ng gØ, W, Mo...), v« c¬( C, thuû tinh,

gèm), h÷u c¬ ( polyamit)


•H×nh d¹ng, kÝch th−íc, hµm l−îng vµ sù ph©n bè →¶nh h−ëng m¹nh

®Õn tÝnh chÊt cña composit

5. Vai trß cña nÒn:

•Liªn kÕt cèt thµnh mét khèi thèng nhÊt

•T¹o kh¶ n¨ng ®Ó tiÕn hµnh çc ph−¬ng ph¸p gia c«ng theo thiÕt kÕ

•Che phñ b¶o vÖ cèt tr¸nh h− háng vÒ c¬ häc, ho¸ häc...

•NÒn lµ çc vËt liÖu kh¸c nhau vµ gåm 4 nhãm: KL, v« c¬, h÷u c¬,

hçn hîp

•TÝnh chÊt nÒn ¶nh h−ëng ®Õn c«ng nghÖ vµ ®Æc tÝnh sö dông: T0lµm

viÖc, σ....

7.3.2. Liªn kÕt nÒn- cèt:

1. Liªn kÕt c¬ häc: th«ng qua nhÊp nh« bÒ mÆt hoÆc ma s¸t nÒn-cèt

→kÐm bÒn (khi lùc nÐn däc trôc hoÆc kÐo ngang sîi cèt)

2. Liªn kÕt nhê thÊm −ít: →nhê n¨ng l−îng søc c¨ng bÒ mÆt ( trªn

ranh giíi nÒn-cèt sau khi nÒn ®«ng ®Æc ) →pha nÒn dÝnh −ít víi

cèt→quyÕt ®Þnh ®é bÒn liªn kÕt

3. Liªn kÕt ph¶n øng: ranh giíi nÒn -cèt cã ph¶n øng →t¹o hîp chÊt

ho¸ häc, ®Æc tÝnh cña hîp chÊt ho¸ häc quyÕt ®Þnh ®é bÒn liªn kÕt (

lo¹i liªn kÕt nµy th−êng bÒn h¬n c¶)

4. Liªn kÕt «xyt: ®Æc tr−ng cho nÒn KL víi cèt lµ chÝnh «xyt cña KL

®ã

7.3.3. Composit cèt h¹t:

•cèt lµ çc h¹t ®¼ng trôc, cøng, bÒn( «xyt, nitrit, çcbit, borit)


•h¹t th« vµ mÞn

I. H¹t th«: →®a d¹ng vµ sö dông phæ biÕn trong CN x©y dùng

a. §Æc ®iÓm:

• t−¬ng t¸c kh«ng x¶y ra ë møc ®é " nguyªn tö " hay " ph©n tö"

• c¬ chÕ ho¸ bÒn: sù c¶n trë biÕn d¹ng cña nÒn ë vïng l©n cËn víi h¹t

do chÌn Ðp ( theo quan ®iÓm c¬ häc m«i tr−êng liªn tôc)

• theo ®Æc tÝnh ph©n bè h¹t trong nÒn →Ec (m« ®un ®µn håi cña

composit) phô thuéc vµo: tû lÖ VnEn ( thÓ tÝch, m« ®un ®µn håi nÒn)

vµ VhEh(thÓ tÝch , m« ®un ®µn håi h¹t):

Ecx = VnEn+ VhEh (1)

Ecy.z = EnEh/ (VnEh + VhEn ) (2)

Sù phô thuéc cña m«®un ®µn håi vµo hµm l−îng cèt trong compozit nÒn Cu cèt h¹t W.

Ecx m« ®un ®µn håi composit theo trôc ox

Ecy.z m« ®un ®µn håi composit theo trôc oy hoÆc oz


• Sù hãa bÒn tèt nhÊt (giíi h¹n trªn) thÓ hiÖn ë ph−¬ng h¹t bè trÝ dµy

®Æc h¬n,

•KÐm nhÊt (giíi h¹n d−íi) ë ph−¬ng h¹t s¾p xÕp th−a h¬n c¶.

→ compozit lo¹i nµy cã tÝnh chÊt phô thuéc thµnh phÇn (hµm l−îng

cèt) Khi cèt h¹t, ph©n bè cèt ®Òu theo çc ph−¬ng →E n»m ë vïng

gi÷a giíi h¹n trªn ( Ecx) vµ giíi h¹n d−íi (Ec

y.z) trong h×nh trªn

b.Mét sè composit h¹t th« th«ng dông :

•hîp kim cøng

•hîp kim lµm tiÕp ®iÓm : nÒn Cu- cèt W, nÒn Ag- cèt W( hoÆc Mo)

kÕt hîp tèt cña çc kim lo¹i khã ch¶y (W, Mo) víi çc kim lo¹i cã

tÝnh dÉn nhiÖt cao (Cu, Ag) còng lµ lo¹i compozit h¹t th« nÒn kim

lo¹i, trong ®ã mét tÝnh chÊt (E) cña lo¹i nÒn Cu cèt W ®· ®−îc tr×nh

bµy ë trªn

•bª t«ng: cèt sái( ®¸) - nÒn ceramic( xim¨ng)

II. H¹t mÞn:

a. §Æc ®iÓm

•Cèt cã kÝch th−íc nhá ( < 0,1μm)

•lµ vËt liÖu bÒn, cøng, æn ®Þnh nhiÖt cao

•th−êng lµ: nitrit, cacbit, «xyt....

•t−¬ng t¸c ë møc ®é nguyªn tö hay ph©n tö

•c¬ chÕ ho¸ bÒn: gièng tiÕt pha ph©n t¸n khi ph©n ho¸ dung dÞch r¾n

qu¸ b·o hoµ: khi lùc t¸c dông →nÒn chÞu toµn bé t¶i →cèt ®ãng vai


trß h·m lÖch →t¨ng bÒn, cøng

b.Mét sè composit cèt h¹t mÞn th«ng dông:

• SAP, SAAP (CAΠ, CAC): composit nÒn Al- cèt Al2O3(5-20%)→b¸n

thµnh phÈm èng,d©y chÞu T cao ( 300-5000C), ¨n mßn

• T - D Nicken (Thoria Dispersed Nickel): composit nÒn Ni- cèt

ThO2 (2%)→bÒn, T lµm viÖc cao( 1000-11000C)→vËt liÖu trong hang

kh«ng, vò trô, tua bin.....

7.3.4. Composit cèt sîi:

- Compozit cèt sîi lµ lo¹i compozit kÕt cÊu quan träng nhÊt v× :

•Cã ®é bÒn riªng vµ E riªng cao →nÒn vµ cèt cã khèi l−îng riªng

nhá

•TÝnh chÊt composit phô thuéc vµo:

+ b¶n chÊt vËt liÖu cèt-nÒn

+ ®é bÒn liªn kÕt cèt- nÒn

+ sù ph©n bè, ®Þnh h−íng sîi, kÝch th−íc vµ h×nh d¹ng sîi

- ë ®©y nÕu quy −íc r»ng liªn kÕt trªn ranh giíi pha nÒn - cèt ®−îc coi lµ

hoµn h¶o → kh¶o s¸t c¸c yÕu tè cßn l¹i

a.¶nh h−ëng cña yÕu tè h×nh häc sîi:

• Sù ph©n bè vµ ®Þnh h−íng sîi:

+ ph©n bè mét ph−¬ng ( ®Þnh h−íng song song theo mét ph−¬ng)→ σ

däc sîi > σ vu«ng gãc víi sîi

+ ph©n bè trªn mét mÆt theo 2 ph−¬ng vu«ng gãc víi nhau( nh− v¶i

dÖt): )→ σ theo 2 ph−¬ng s¬i cao h¬n c¶ ( kiÓu dÖt)


+ ph©n bè trªn mét mÆt nh−ng sîi ®Æt ngÉu nhiªn →®é bÒn cã tÝnh

ngÉu nhiªn

+ ph©n bè theo 3 ph−¬ng vu«ng gãc víi nhau:σ lín nhÊt theo 3

ph−¬ng t−¬ng øng.

S¬ ®å ph©n bè vµ ®Þnh h−íng cèt sîi: a. mét chiÒu, b. dÖt hai chiÒu vu«ng gãc trong mét mÆt, c. rèi ngÉu nhiªn trong mét mÆt, d. ®an quÊn ba chiÒu vu«ng gãc.

• ChiÒu dµi sîi:

- §iÒu quan träng nhÊt ®èi víi

compozit kÕt cÊu cèt sîi ph¶i cã cÊu tróc

sao cho t¶i träng ®Æt vµo ph¶i ®−îc dån

vµo sîi lµ pha cã ®é bÒn cao, nÕu chØ tËp


trung vµo nÒn lµ pha kÐm bÒn h¬n sÏ dÉn ®Õn ph¸ hñy pha nµy mét c¸ch

nhanh chãng→c¬ tÝnh phô thuéc vµo møc ®é truyÒn t¶i träng tõ nÒn vµo

sîi.

S¬ ®å biÕn d¹ng nÒn khi ®Æt t¶i vµo compozit cèt sîi ng¾n, biÕn d¹ng ë phÇn nÒn bao quanh sîi

chÞu kÐo.

- §èi víi lo¹i cèt sîi ng¾n, d−íi t¸c dông cña øng suÊt ®Æt vµo sù biÕn

d¹ng cña nÒn dõng l¹i ë (®Çu) mót sîi, mét phÇn nÒn bÞ ch¶y ( h×nh trªn)

→ kh«ng cã sù truyÒn t¶i tõ nÒn vµo mót sîi. → c¶i thiÖn mét khi chiÒu

dµi sîi t¨ng lªn.

- Ng−êi ta ®· tÝnh ®−îc r»ng khi sîi dµi b»ng hay dµi h¬n mét chiÒu dµi tíi

h¹n lc míi lµm t¨ng mét c¸ch cã hiÖu qu¶ ®é bÒn vµ ®é cøng v÷ng cña

compozit.

- HiÖu qu¶ khi chiÒu dµi sîi( l) > lth ( l tíih¹n), lth phô thuéc ®−êng kÝnh d

cña sîi, giíi h¹n bÒn (σb)f cña sîi (fiber) vµ søc bÒn liªn kÕt gi÷a sîi vµ

nÒn (hay giíi h¹n ch¶y c¾t cña nÒn τm) theo biÓu thøc:

lth= (σb)s. d/τn

trong ®ã: (σb)s. giíi h¹n bÒn cña sîi


d-®−êng kÝnh sîi

τn - giíi h¹n ch¶y c¾t cña nÒn( søc bÒn liªn kÕt gi÷a sîi vµ nÒn)

VD: sîi thuû tinh hay c¸cbon: lth≈1mm (> ®−êng kÝnh sîi 20-150

lÇn)

- Qui −íc r»ng:

+ khi l>15lth →cèt liªn tôc hay dµi

+ khi l<15lth →cèt kh«ng liªn tôc hay ng¾n;

+ khi l<lth →cèt h¹t , nÒn bao quanh sîi bÞ biÕn d¹ng ®Õn møc kh«ng cã

sù truyÒn t¶i, t¸c dông gia c−êng cña sîi kh«ng cã, ®−îc coi nh− compozit

h¹t.

- S¬ ®å cÊu tróc cña lo¹i compozit cèt sîi trong ®ã lo¹i cèt sîi liªn tôc

th¼ng hµng (gäi ng¾n gän lµ liªn tôc) nh− ë h×nh a lµ lo¹i quan träng h¬n

c¶ ( tham kh¶o vÒ c¸ch tÝnh sÏ ®−îc kh¶o s¸t d−íi ®©y.

• ¶nh h−ëng cña hµm l−îng sîi ( Vs) ®Õn ®é bÒn:

(σb)c= Vn. (σb)n= (1-Vs). (σb)n

S¬ ®å cÊu tróc cña compozit cèt sîi: a. liªn tôc (liªn tôc th¼nghµng), b. gi¸n ®o¹n th¼ng hµng, c. gi¸n ®o¹n hçn ®én.


trong ®ã σn lµ øng suÊt trong nÒn t¹i thêi ®iÓm cèt sîi bÞ ®øt → Giíi h¹n

bÒn cña compozit tû lÖ bËc nhÊt víi thÓ tÝch cèt sîi Vs

b. TÝnh chÊt cña mét sè lo¹i cèt sîi

VËt liÖu Khèi l−îng riªng, g/cm3

Giíi h¹n bÒn, MPa

M«®un ®µn håi, GPa

NhiÖt ®é lµm viÖc, max, 0C

R©u ®¬n tinh thÓ Grafit 2,20 20000 690 2500 SiC 3,20 20000 480 1600 Si3Ni4 3,20 14000 380 - Al2O3 3,90 14000-

18000 415-550 -

Sîi Thñy tinh E 2,54 3500 72 550 Thñy tinh R 2,50 4400 80 650 Thñy tinh S 2,48 4800 84 650 Cacbon 1,80 1500-5500 150-500 2000-2500


Chó ý: ®é bÒn cña sîi cèt kh«ng nh÷ng chØ phô thuéc vµo b¶n chÊt cña vËt liÖu lµm sîi mµ cßn phô thuéc rÊt m¹nh vµo kÝch th−íc h×nh häc mµ cô thÓ lµ ®−êng kÝnh cña nã. Víi cïng vËt liÖu, do x¸c suÊt cã mÆt çc khuyÕt tËt (vÝ dô çc vÕt nøt nhá) trªn bÒ mÆt sîi nhá sÏ thÊp h¬n ë sîi to, v× vËy sîi cµng nhá cã ®é bÒn cµng cao. §©y lµ ®Æc ®iÓm rÊt quan träng ®Ó çc nhµ c«ng nghÖ quan t©m tr−íc hÕt khi lùa chän sîi cèt. c. D¹ng cèt sîi vµ vËt liÖu chÕ t¹o:

Cã 3 lo¹i:

• R©u (whiskers) lµ s¶n phÈm cã ®−êng kÝnh rÊt nhá (cì 1 ÷ 2μm), tû lÖ l/d

>1000 lÇn (kü thuËt nu«i ®¬n tinh thÓ).

- Do kÝch th−íc nhá, møc ®é hoµn thiÖn tinh thÓ rÊt cao (hÇu nh− chØ cã

mét lÖch xo¾n) vµ kh«ng cã nøt, rçng nªn cã ®é bÒn rÊt cao (gÇn b»ng ®é

bÒn lý thuyÕt) → ch−a ®−îc dïng réng r·i v× qu¸ ®¾t vµ rÊt khã g¾n kÕt vµo

nÒn.

- VËt liÖu ®Ó chÕ t¹o r©u cã thÓ lµ grafit, SiC, Si3N, Al2O3..

• sîi cèt: ( kÐo, chuèt) →®a tinh thÓ hoÆc V§H , kÝch th−íc vµi chôc ®Õn

vµi tr¨m μm; tû l/d rÊt kh¸c nhau

- d©y: ( d= 50-300μm) nh− thÐp C. W, Mo

- VËt liÖu chÕ t¹o cèt sîi cã thÓ lµ polyme nh− polyamit, lµ ceramic nh−

thñy tinh, «xyt nh«m, cacbit silic hoÆc bo, cacbon.

•vËt liÖu:

Al2O3 3,20 2100 170 800 SiC 3,00 3900 425 900 B (bo) 2,65 3700 300-420 500-700

D©y (kim lo¹i) ThÐp cacbon cao

7,80 4100 210 -

Mo 10,2 1400 360 - W 19,3 4300 400 -


- sîi thuû tinh ( T lµm viÖc = 500-7000C)

+ gåm çc «xyt SiO2, Al2O3, BO3. CaO, MgO...

+ ®−îc sö dông réng r·i lµm cèt v× dÔ chÕ t¹o nã tõ tr¹ng th¸i mÒm láng vµ

cã ®é bÒn cao.

+ trong qu¸ tr×nh kÐo, bÒ mÆt sîi bÞ cä s¸t víi bÒ mÆt cøng kh¸c nhê ®ã

lµm mÊt ®i çc vÕt nøt vµ nh− lµ ®−îc bäc bëi líp ¸o míi, b¸m dÝnh tèt víi

nÒn.

- sîi çc bon ( T lµm viÖc = 2000-25000C)

+ nhê sù ®Þnh h−íng chñ yÕu cña çc mÆt ®¸y lôc gi¸c (chØ víi liªn kÕt

®ång hãa trÞ) song song víi trôc sîi nªn cã ®é bÒn rÊt cao

+ sù grafit hãa cã thÓ x¶y ra kh«ng hoµn toµn nªn vÉn cßn çc vïng v«

®Þnh h×nh (chØ trong r©u grafit míi ®¹t møc ®é tinh thÓ hoµn toµn) nªn ®é

bÒn cã thÓ thay ®æi trong giíi h¹n , tïy thuéc vµo tû lÖ nµy

- polyme ( T lµm viÖc <2000C), Nãi chung çc polyme cã m«®un ®µn

håi nhá.

+ HiÖn chØ dïng lo¹i polyamit th¬m (d¹ng th−¬ng phÈm cã hai lo¹i kelva

49 vµ kelva 29

+ Nh−îc ®iÓm cña chÊt nµy lµ nhiÖt ®é lµm viÖc thÊp (< 200oC).

- ceramic ( T lµm viÖc = 700-8000C) : B, SiC, Al2O3

d. VËt liÖu lµm nÒn

- Th−êng lµ polyme vµ kim lo¹i v× chóng cã tÝnh dÎo tèt.

- Kim lo¹i dïng lµm pha nÒn th−êng lµ nh«m vµ ®ång.


- Polyme lµ pha nÒn ®−îc dïng phæ biÕn h¬n víi ®ñ chñng lo¹i c¶ nhiÖt r¾n

lÉn nhiÖt dÎo: polyeste, nylon, epoxy, nhùa fenol, polyamit, melamin.

- HiÖn cßn Ýt dïng nÒn lµ ceramic trõ bªt«ng cèt thÐp lµ lo¹i phæ biÕn nhÊt

hiÖn nay.

7.3.5. Mét sè composit th«ng dông:

1. NÒn polyme- cèt sîi thuû tinh:

- s¶n xuÊt víi khèi l−îng nhiÒu nhÊt v× chóng kh¸ rÎ, nhÑ, cã ®é bÒn riªng

cao vµ sù g¾n kÕt tèt gi÷a hai pha nÒn - cèt, víi c¶ hai lo¹i cèt sîi liªn

tôc còng nh− gi¸n ®o¹n.

- Lo¹i phæ biÕn nhÊt lµ polyeste - sîi thñy tinh, tiÕp ®Õn lµ nylon - sîi

thñy tinh.

- Nh−îc ®iÓm : kh«ng ®ñ ®é cøng v÷ng trong mét sè tr−êng hîp yªu cÇu

(nh− khi lµm kÕt cÊu cña m¸y bay, cÇu...), T lµm viÖc thÊp, d−íi 200oC

(trªn ®ã polyme bÞ ch¶y vµ hñy ho¹i).

- §−îc dïng ngµy cµng nhiÒu trong c¸c ph−¬ng tiÖn vËn t¶i ®Æc biÖt lµ vá

(th©n) xe h¬i, tµu biÓn, èng dÉn, container chøa hµng, tÊm l¸t sµn c«ng

nghiÖp. §Æc biÖt trong c«ng nghiÖp «t« nã cã søc c¹nh tranh cao nhê gi¶m

®−îc khèi l−îng vµ →tiªu hao nhiªn liÖu.

2. NÒn KL- cèt sîi:

- nÒn: Al;Cu (phæ biÕn nhÊt), Mg; Ti

- cèt : sîi B, W...; tû lÖ thÓ tÝch sîi 20 ÷ 50%.

- øng dông trong CN hµng kh«ng, tua bin

−u ®iÓm: c¬ tÝnh cao, T lµm viÖc cao, dÉn ®iÖn, nhiÖt tèt....

nh−îc ®iÓm: nÆng, c«ng nghÖ chÕ t¹o phøc t¹p....


3. Compozit polyme - sîi kh¸c

- Compozit polyme - sîi cacbon : cã m«®un ®µn håi riªng cao h¬n, tÝnh

chÞu nhiÖt ®é vµ bÒn hãa häc cao h¬n nh−ng ®¾t h¬n vµ chØ cã lo¹i sîi gi¸n

®o¹n. Lo¹i compozit nµy cã søc c¹nh tranh lín trong m¸y bay do gi¶m nhÑ

®−îc khèi l−îng (gi¶m 20 ÷ 30% so víi dïng kim lo¹i).

- Compozit epoxy - sîi bo ®−îc dïng trong m¸y bay lªn th¼ng (lµm çnh

r«to

- Compozit polyme - sîi aramit b¾t ®Çu ®−îc dïng trong hµng kh«ng, tµu

biÓn vµ ®å dïng thÓ thao.

4.Composit cÊu tróc líp :

- VD cña compozit nµy qua gç d¸n, cãt Ðp: Chóng gåm bëi çc líp (tÊm)

cã ®é bÒn dÞ h−íng cao (nh− gç, compozit cèt sîi liªn tôc th¼ng hµng),

®−îc s¾p xÕp sao cho çc ph−¬ng ®é bÒn cao nhÊt cña çc líp, tÊm kÒ nhau

®−îc ®æi h−íng liªn tôc vµ ®−îc Ðp kÕt dÝnh víi nhau→ Nhê ®ã lo¹i nµy cã

®é bÒn cao theo çc ph−¬ng song song víi mÆt tÊm, nh−ng rÊt kÐm theo

ph−¬ng vu«ng gãc víi tÊm.


S¬ ®å t¹o compozit cÊu tróc d¹ng líp.

S¬ ®å cña panel sandwich.

- Gåm ba líp :

+ Hai líp mÆt ®−îc chÕ t¹o tõ vËt liÖu cã ®é bÒn hay ®é cøng v÷ng cao

(nh− hîp kim nh«m, titan, thÐp vµ compozit d¹ng líp) cã chøc n¨ng chÞu

toµn bé t¶i träng t¸c dông theo c¸c ph−¬ng song song víi mÆt tÊm.

+ Líp gi÷a (lâi) cã hai chøc n¨ng: ng¨n c¸ch hai líp trªn, chèng biÕn

d¹ng theo ph−¬ng vu«ng gãc vµ t¹o ®é cøng v÷ng tr¸nh cong vªnh. VËt

liÖu lµm lâi cã thÓ lµ polyme xèp, caosu nh©n t¹o, chÊt dÝnh v« c¬, gç

nhÑ…..


vat lieu hoc

Documents