Vật liệu kim loại ( Hoàng Văn Vương ) - Chương 6. Hợp kim màu và bột pptx

09/2010
1
Chương 6. Hợp kim màu và bột
Chương 6. Hợp kim và giản đồ pha
6.1 Hợp kim nhôm
6.2 Hợp kim đồng
6.3 Hợp kim ổ trượt
6.4 Hợp kim bột
09/2010
2
Chương 6.1 Hợp kim nhôm
6.1.1 Nhôm nguyên chất & phân loại
Đặc điểm
-Nhẹ, bền ăn mòn khí quyển, tính dẻo cao
(A
1
), dẫn điện và nhiệt tốt
-Chịu nhiệt kém (660
0
C), độ bền và độ
cứng thấp (σ
b
= 60MPa, HB = 25)
Hợp kim nhôm và phân loại
- Nguyên tố HK: Cu,Zn, Mg, Si, Mn, Ti, Fe…
- Phân loại dựa vào giới hạn hòa tan CF
Chương 6.1 Hợp kim nhôm
6.1.1 Nhôm nguyên chất & phân loại
Hệ thống kí hiệu HK nhôm
- TCVN 1659-75: Bắt đầu bằng chữ Al, tiếp theo là kí hiệu của nguyên
tố HK cùng chỉ số %: AlCu5Mg, Al99, Al99,5

- Tiêu chuẩn Hoa kỳ (AA) (Aluminum Association) xxxx và xxx.x
HK Al biến dạng
1xxx - Al sạch (≥ 99,0%)
2xxx -Al -Cu, Al -Cu -Mg
3xxx -Al -Mn
4xxx -Al -Si
5xxx -Al -Mg
6xxx -Al -Mg -Si
7xxx -Al -Zn -Mg, Al -Zn -Mg –Cu
8xxx - Al - các nguyên tố khác
HK Al đúc
1xx.x - Al sạch thương phẩm
2xx.x - Al – Cu
3xx.x -Al -Si -Mg, Al -Si -Cu
4xx.x - Al - Si
5xx.x - Al - Mg
6xx.x - không có
7xx.x - Al – Zn
8xxx -Al -Sn
09/2010
3
Chương 6.1 Hợp kim nhôm
6.1.2 Hợp kim nhôm biến dạng không hóa bền bằng
nhiệt luyện
Nhôm sạch
-Al thương phẩm ≥ 99,0%Al, có tính chống ăn mòn, độ
bền thấp, mềm, dẻo, dễ biến dạng nguội: tăng độ bền,
độ cứng
- VN: A0, A5, A6…; A85, A95, A995…
- Hoa kỳ: AA1060 (làm thùng chứa) và AA1350 (cáp điện)

Hợp kim Al-Mn
-Giới hạn hòa tan Mn (1,8% ở 659
0
C), tạp chất Fe, Si làm
giảm mạnh giới hạn hòa tan Mn: chỉ hóa bền bằng biến
dạng
-Chống ăn mòn tốt, dễ hàn: thay cho Al sạch khi cần cơ
tính cao hơn
Chương 6.1 Hợp kim nhôm
6.1.2 Hợp kim nhôm biến dạng không hóa bền bằng
nhiệt luyện
Hợp kim Al-Mg
-Thường dùng < 4% Mg (giới hạn hòa tan 15% ở 415
0
C)
-Nhẹ nhất, độ bền khá, hóa bền biến dạng tốt, biến dạng
nóng, biến dạng nguội và hàn tốt, bền ăn mòn tốt nhất
sau anod hóa
- AA5050, AA5052, AA5454
09/2010
4
Chương 6.1 Hợp kim nhôm
6.1.2 Hợp kim nhôm biến dạng hóa bền bằng nhiệt luyện
- HK Al quan trọng nhất, cơ tính cao nhất, không thua kém thép C
Hợp kim Al-Cu và Al-Cu-Mg
- Hòa tan cực đại (5,65% ở 548
0
C)
- Hòa tan cực tiểu (0,5% ở nhiệt độ phòng)
- Đặc điểm tổ chức tế vi:

+ Sau ủ: α
0,5%
+ θ(CuAl
2
) - σ
b
= 200MPa
+ Sau tôi: α (quá bão hòa 4%Cu) - σ
b
= 250-
300MPa
-Cơ chế hóa bền tôi + hóa già:
+ α(Al(Cu)
4%
) → GP →θ
’’
→θ
’
→θ(CuAl
2
)
+ Hóa già tự nhiên: 5-7 ngày
+ Hóa già nhân tạo: 100-200
0
C
-Họ AA 2xxx (đura): 4%Cu, 0,5-1,5%Mg,
pha hóa bền CuAl
2
, CuMg
5

Al
5
, CuMgAl
2
:
AA 2014 và AA 2024: kết cấu máy bay,
dầm khung chịu lực xe tải
Chương 6.1 Hợp kim nhôm
6.1.2 Hợp kim nhôm biến dạng hóa bền bằng nhiệt luyện
Hợp kim Al-Mg-Si và Al-Zn-Mg
- Al-Mg-Si: họ AAx6xxx, AA 6061 và AA 6070: độ bền kém đura, dẻo và tính
hàn tốt, sau ép chảy, anod hóa; pha hóa bền Mg
2
Si
- Al-Zn-Mg: họ AA 7xxx: Zn = 4-8%, Mg = 1 – 3%, Cu = 2%có độ bền cao nhất
(σ
b
> 550MPa); nhiệt độ tôi 350-500
0
C, pha hóa bền MgZn
2
và Al
2
Mg
3
Zn
3,
nguội trong KK hoặc nước nóng
09/2010
5

Chương 6.1 Hợp kim nhôm
6.1.3 Hợp kim nhôm đúc
- Thành phần gần tổ chức cùng tinh
-Dễ chảy, dễ đúc có thể biến tính, nguội nhanh để tăng
cơ tính
-Hợp kim chủ yếu Si (Mg, Cu)
Hợp kim Al-Si (silumin đơn giản)
- Si = 10-13%
-Biến tính: 0,05-0,08% (2/3NaF+1/3NaCl): tăng cơ tính
(từ σ
b
= 130MPa, δ = 3% lên σ
b
= 180MPa, δ = 8%)
Hợp kim Al-Si-Mg (silumin phức tạp)
- Ngoài Al, Si còn có < 1%Mg, 3-5%Cu cải thiện tính
đúc và cơ tính; phải qua nhiệt luyện hóa bền, pha
hóa bền Mg
2
Si có tính đúc tốt: đúc piston (AA
390.0)
Chương 6.2 Hợp kim đồng
6.2.1 Đồng nguyên chất và phân loại HK đồng
Các đặc tính của đồng đỏ
-Dẫn nhiệt, dẫn điện tốt, rất dẻo, dễ kéo sợi, tính hàn, chống ăn mòn
-Khối lượng riêng lớn ( ρ = 8,94g/cm
3
) , tính gia công cắt và tính đúc kém
Phân loại HK đồng
- Phân loại theo nguyên tắc giống HK nhôm

- Phân loại theo truyền thống: Latông (Cu-Zn) và Brông (Cu-các nguyên tố HK
khác), Cu-Sn
Hệ thống kí hiệu HK Cu
- Tiêu chuẩn Hoa Kỳ - CDA (Copper Development Association): CDAxxx
1xx - đồng đỏ và HK Cu-Be 2xx - latông đơn giản 6xx - brông Al, Si
4xx - latông phức tạp 5xx - brông thiếc 7xx - brông Ni, Ag
8xx và 9xx - HK đồng đúc
09/2010
6
Chương 6.2 Hợp kim đồng
6.2.2 Latông
Latông đơn giản
-Thường dùng < 45%Zn, tổ chức một pha α (< 35%Zn)
hoặc hai pha α + β
-Tăng Zn, độ dẻo tăng, max với 30%Zn
Latông một pha (α)
- < 35%Zn, dẻo cao
- Latông - 20%Zn (LCuZn20, CDA 240): màu như Au
- Latông - 30%Zn (LCuZn30, CDA 260): dẻo và độ bền lớn
nhất, làm vỏ đạn
Latông hai pha (α + β)
-Với 40%Zn (LCuZn40, CDA 280) dễ căt, bền và cứng hơn,
có thể biến dạng nóng
Latông phức tạp
- Có thêm Pb (< 4%) dễ đúc, cắt gọt, Sn (1%), Al (2-3%)
ch
ống ăn mòn trong nước biển; Si – tăng bền, cải thiện
tính hàn và đúc, Ni (10-20%) – tăng bền, tạo tính không gỉ
- LCuZn40Pb: dễ cắt, LCuZn29Sn: đồng thau Hải quân
Chương 6.2 Hợp kim đồng

6.2.3 Brông
-LàHK của Cu với các nguyên tố khác Zn: Sn, Al, Be…(brông thiếc, brông Al,
brông berili…(riêng Cu-Ni gọi là cuni)
Brông thiếc Cu-Sn
-Loại biến dạng: < (8-10)%Sn, cơ tính cao, chống ăn mòn trong nước biển tốt
hơn latông, thêm Pb để cải thiện tính gia công cắt gọt, dùng Zn thay cho
thiếc: BCuSn4Zn4Pb4
-Loại đúc: > 10%Sn tổng lượng HK > 12%, BCuSn5Zn5Pb5, BCuSn10Sn2,
chống ăn mòn tốt, tính đúc cao: đúc tác phẩm nghệ thuật, trang trí, chuông,
phu điêu…
09/2010
7
Chương 6.2 Hợp kim đồng
6.2.3 Brông
Brông Al: Cu-Al, thêm Ni (5%), Fe (4%): tăng bền, chịu ăn mòn và mài mòn; Si
(2%): tăng độ bền và khả năng biến dạng nóng
- Brông Al một pha: (5-9)%Al, chịu ăn mòn tốt trong môi trường khí công
nghiệp và nước biển: chế tạo bộ ngưng tụ hơi, chi tiết bơm…: CDA 614 (đồ
dùng lính thủy), CDA 608 (đúc tiền xu)
- Brông Al hai pha: > 9,4%Al, tổ chức gồm α + β (Cu
3
Al mạng A
2
), sau tôi và
ram cao (500
0
C) có cơ tính cao
- Brông đúc: > 10%, thành phần có thể giống loại 2pha
Chương 6.2 Hợp kim đồng
6.2.3 Brông

Brông berili
- (0,25-2%)Be, sau tôi (750-790)
0
C trong nước, hóa già ở 320
0
C, có tính
đàn hồi cao, không phát ra tia lửa điện, chịu ăn mòn ở nhiệt độ cao:
chế tạo chi tiết đàn hồi và thiết bị
6.2.4 Hợp kim Cu-Ni và Cu-Zn-Ni
- Cu và Ni hòa tan vô hạn, tăng mạnh độ bền, độ cứng, tính chống ăn
mòn trong nước biển
- (10-30)%Ni dùng làm bộ ngưng tụ của tàu biển, ống dẫn nước biển,
trong công nghiệp hóa học
- (17-27)%Zn và (8-18)%Ni được dùng làm dây biến trở, có điện trở rất
cao
09/2010
8
Chương 6.4 Hợp kim ổ trượt
6.4.1 HK ổ trượt có nhiệt độ chảy thấp: Pb, Sn
-Rất mền, ít làm mòn cổ trục
-Hệ số ma sát nhỏ, giữ dầu tốt
- Không chịu được áp suất và nhiệt độ
Babit thiếc
- 83%Sn + 11%Sb + 6%Cu: PSnSb11Cu6 (ΓOCTƂ83);
88%Sn + 8%Sb + 3%Cu + 1%(Ni+Cd): SnSb8CuNi
-Tổ chức: α-Sn(Sb) + β
’
-SnSb + Cu
3
Sn

Babit chì
- (6-16)%Sn + (6-16)%Sb + 1%Cu: PbSn6Sb6Cu1
(Ƃ6), PbSn16Sb16Cu2 (Ƃ16)
-Tổ chức: (Pb+Sb) + SbSn + Cu
3
Sn: nhiều hạt cứng
và giòn
Chương 6.4 Hợp kim ổ trượt
6.4.2 Hợp kim nhôm
- Ma sát nhỏ, nhẹ, tính dẫn nhiệt cao, chống ăn mòn cao trong dầu, cơ
tính cao hơn, tính công nghệ hơi kém
-Hệ Al-Sn (3-20)%Sn, có thêm Cu, Ni, Si: AlSn3Cu1, AlSn9Cu2 – đúc,
AlSn20Cu1 – trạng thái biến dạng (bimental), chịu được áp lực cao
(200-300kG/mm
2
), tốc độ vòng lớn (15-20)m/s
09/2010
9
Chương 6.4 Hợp kim ổ trượt
6.4.3 Hợp kim khác
Hợp kim đồng
- Brông Sn: BCuSnZn4Pb4 (biến dạng), BCuSn5Zn5Pb5 (đúc)
- Brông Pb: BCuPb30, BCuSn8Pb12, BCuSn10Pb10;
Gang xám, gang cầu, gang dẻo
Chương 6.5 Hợp kim bột
6.5.1 Khái niệm chung
VL ban đầu → bột → phối liệu → ép → thiêu kết → sản
phẩm
Công nghệ bột: nghiền, hoàn nguyên từ oxyt, điện phân
CVD, PVD…

Ép: 100-1000MPa
Thiêu kết:
- T = (2/3-3/4)T
c
- Thiêu kết dưới áp lực: VL kết cấu
- Thiêu kết dưới áp lực và phóng điện: dụng cụ cắt
Ưu điểm:
-Hiệu quả kinh tế cao
- Ít tổn hao vl
- Đồng đều tổ chức và tính chất
-Chế tạo VL cứng, siêu cứng
Nhược điểm:
-Cấu trúc không sít chặt
-Cơ tính không cao
- Đầu tư ban đầu lớn
- Hao phí khi tạo bột
→ Đắt, chi tiết phức tạ
p khó đều áp lực
09/2010
10
Chương 6.5 Hợp kim bột
6.5.2 Vật liệu cắt và mài
Hợp kim cứng
- Tính cứng nóng cao (800-1000)
0
C
-Tốc độ cắt cao hàng trăm m/min
- Thành phần hóa học và chế tạo:
+WC chiếm tỷ lệ cao nhất, TiC, TaC rất cứng,
nhiệt độ nóng chảy cao; Co làm chất kết dính

(không qua nhiệt luyện
+Tạo bột cacbit bằng hoàn nguyên WO
3
bằng H
2
(700-800)
0
C
+Trộn bột cacbit với Co và ép
+ Nung sơ bộ: 900
0
C
+ Nung thiêu kết (1450-1500)
0
C
Chương 6.5 Hợp kim bột
6.5.2 Vật liệu cắt và mài
Hợp kim cứng
09/2010
11
Chương 6.5 Hợp kim bột
6.5.2 Vật liệu cắt và mài
Vật liệu đĩa cắt
-Vật liệu bột siêu cứng (HV 8000-10000)
-Bột kim cương nhân tạo + (1-2)% BN + B, Be, Si (chất kết dính)
Vật liệu mài
-Bột mài: SiO
2
, Al
2

O
3
, SiC, BN, kim cương
Thép gió bột
Chương 6.5 Hợp kim bột
6.5.3 Vật liệu kết cấu
Hợp kim Al bột
-Al-Al
2
O
3
: (5-20)%Al
2
O
3
- σ
b
= (300-450)Mpa (300-350)
0
C
Hợp kim Fe-bột
09/2010
12
Chương 6.5 Hợp kim bột
6.5.4 Hợp kim xốp và thấm
Bạc tự bôi trơn
- Cu-10%Sn, hợp kim Al, xốp 25%
-Tẩm dầu trong chân không – 75
0
C

Màng lọc
-Bột đồng đều đẳng trục
- Độ xốp cao phân bố đều (30-50)%
Thank you
Have a good result of test!