Chương 7 al

KIM LOẠI HỌC
Chương 7: Kim loại màu và hợp kim
màu


Nội dung
7.1 Nhôm và hợp kim nhôm
7.2 Đồng và hợp kim đồng
7.3 Titan và hợp kim titan
7.4 Hợp kim ổ trục


7.1 Nhôm và hợp kim nhôm
7.1.1 Nhôm kim loại
7.1.2 Hợp kim nhôm
1- Phân loại hợp kim nhôm
2- Hợp kim nhôm biến dạng
a/ Hợp kim nhơm biến dạng khơng hóa bền được
bằng nhiệt luyện
b/ Hợp kim nhơm biến dạng hóa bền bằng nhiệt
luyện
3- Hợp kim nhôm đúc
a/ Silumin và hợp kim nhôm đúc piston
b/ Các loại hợp kim nhôm đúc khác


7.1.1 Nhôm kim loại (nhôm nguyên chất - Al)
Màu trắng bạc
Kiểu mạng: lập phương diện tâm (a= 4.04Å)
Khối lượng riêng: 2,7g/cm3
Nhiệt độ chảy: 6600C

Nhiệt độ bốc hơi: 2.4930C


a. Các đặc tính cơ bản của nhơm
 Kim loại nhẹ: nhẹ hơn sắt 3 lần (ứng dụng trong
ngành hàng không, giao thông vận tải, trang thiết bị
quân sự, …)
 Tính dẫn điện và dẫn nhiệt cao:
Độ dẫn điện nhơm sạch 99,997% cao (ρ = 2,62.10-6Ω.m),
bằng 65,5% Cu.
Cùng độ dẫn điện, dây nhơm có trọng lượng bằng ½ dây
đồng.
Ứng dụng trong dây dẫn điện, cáp điện, động cơ loại
nhỏ, biến thế, tụ điện, thiết bị chiếu sáng, thiết bị
trao đổi nhiệt (máy lạnh, tủ lạnh, dụng cụ nấu ăn,…)
 Chống ăn mịn cao Al2O3 sít chặt bề mặt.


 Nhôm dễ nấu chảy:
Do nhiệt độ chảy thấp, nhiệt độ bốc hơi cao  dễ
đúc, nhưng tính đúc ko cao do co ngót lớn (6%)
Nhiệt dung riêng rất lớn  tiêu hao nhiệt lượng lớn
khi nấu chảy, có lợi cho q trình nguội chậm (dễ
biến tính và tinh luyện)
 Độ bền tương đối, độ dẻo cao:
Độ bền thấp (giới hạn bền 60MPa, độ cứng 25HB)
 thường dùng nhôm HK để nâng cao độ bền
Độ dẻo cao  dễ biến dạng thành tấm lá mỏng,
kéo sợi
Tính gia cơng cắt gọt thấp

b. Tạp chất trong nhơm
Tạp chất làm giảm tính sử dụng của nhơm
Có 3 nhóm: tạp chất kim loại, tạp chất phi kim
loại và khí hịa tan
Sắt: tạp chất có hại. Tạo pha liên kết FeAl3
giịn, kết tinh dạng hình kim thô. Cùng tinh (AlFeAl3) phân bố ở biên giới hạt  gây giịn HK, dễ
bị ăn mịn điện hóa. Hàm lượng Fe giới hạn
0,0015 – 1,1%
Silic: làm tăng tính đúc. Khi có Fe, nó tạo pha
liên kim loại Al – Fe – Si rất giịn, kết tinh dạng
tấm thơ


 O2: tạo Al2O3 rất bền vững, khó phân hủy, độ
cứng cao, khơng hịa tan vào nhơm lỏng. Làm
giảm độ bền và tăng độ hịa tan khí trong HK.
Hàm lượng lớn làm giảm độ chảy lỗng và độ
điền đầy khn khi đúc.
 Các khí hịa tan: tạo rỗ khí, tăng độ xốp, làm
giảm độ bền của HK. Hydro chiếm 80% lượng
khí hịa tan trong nhơm. Hydro dễ tích tụ và
gây nứt tế vi HK


c. Một số mác nhôm sạch và ứng dụng
Ký hiệu (tiêu
chuẩn)

% nhơm khơng
nhỏ hơn

Tổng tạp
chất

Lĩnh vực ứng dụng chính

Siêu sạch
(A999)

99,999

0,001

Nghiên cứu khoa học, kỹ thuật
bán dẫn, hạt nhân

Độ sạch cao
A995
A99

99,995
99,99

0,005
0,010

A97
A95

99,97
99,95

0,03
0,05

Nhôm kỹ thuật
A85
A8 (GOST)
A1080p (JIS)
A199,8 (DIN)

Sản xuất giấy kim loại, làm tụ điện

Các sản phẩm cán, thiết bị hóa
chất đặc biệt
Sản xuất các sản phẩm cán

99,85
99,80

0,15
0,20


7.1.2 Hợp kim nhôm
1- Phân loại hợp kim nhôm
Độ bền cao hơn hẳn nhôm nguyên chất
Theo công nghệ chế tạo, chia làm 3 nhóm:

HK nhơm đúc (chứa thành phần cùng tinh cao)
HK nhôm biến dạng theo công nghệ nấu chảy.
Chia hai nhóm nhỏ: hóa bền bằng nhiệt luyện và
khơng hóa bền bằng nhiệt luyện
HK nhôm thêu kết theo công nghệ luyện kim
bột



Ký hiệu hợp kim nhơm
Theo chuẩn TCVN 1859 – 75
Ví dụ:
AlSi5,5Cu4,5Đ
AlSi12Mg1,3Cu2Mn0,6Đ
AlCu4,4Mg1,5Mn0,6
AlZn5,6Mg2,5Cu1,6


2. Hợp kim nhôm biến dạng
a. Hợp kim nhôm biến dạng khơng hóa bền
được bằng nhiệt luyện
Độ bền khơng cao (vẫn cao hơn nhiều so với
nhơm ngun chất)
Độ dẻo cao
Tính chống ăn mòn tốt
Hệ hợp kim: Al – Mn, Al – Mg


Hệ Al – Mn
Mn = 1 – 1,6%

Tổ chức: dung dịch rắn α và pha MnAl6
Fe và Si làm giảm độ hòa tan của Mn trong ddr do
tạo thành pha liên kim loại Al – Fe – Si – Mn  khơng
hóa bền bằng nhiệt luyện
Tăng độ bền bằng biến dạng nguội
Biến dạng dẻo làm tăng độ bền HK gần 2 lần
Mn dễ bị thiên tích làm xấu cơ tính (nhất là độ dai
va đập)
Hệ Al – Mn chịu gia cơng biến dạng nóng và nguội
tốt, tính hàn cao, tính chống ăn mịn trong khí quyển
cao (có Mn).



Hệ Al – Mg
Mg = 3 – 8%; tối đa 17,4% ở 451 0C
Khi nguội làm tiết pha thứ hai Mg2Al3 (Mg5Al8)
dạng lưới  làm xấu cơ tính, tăng ăn mịn ứng suất
Khối lượng nhẹ trong số các HK nhơm
Tính đàn hồi tốt
Chống ăn mịn trong khí quyển
Bề mặt gia công đẹp
Khả năng giảm chấn mạnh
Độ bền mỏi cao
Ứng dụng: trong ngành chế tạo ơtơ, cơng trình xây
dựng



b. HK nhơm biến dạng hóa bền bằng nhiệt luyện

Độ bền trung bình và cao, kết hợp tốt giữa độ bền
và độ dẻo
Hệ HK: Al – Cu, Al – Cu – Mg (duralumin), Al – Cu –
Mg – Zn (HK độ bền cao) Cu không quá 4%; Mg = 1
– 2%
Các pha CuAl2 (θ), CuMgAl2 (S), CuMg3Al5 (T) là các
pha hóa bền
Khả năng hóa bền: θ > S > T
Nhiệt luyện:
Tơi: độ bền tăng ít, độ dẻo cao >548oC pha CuAl2
hịa tan hết vào DDR (Al).
Hóa già: độ bền tăng mạnh



Ưu điểm:
Độ bền riêng rất cao (tỷ số giữa độ bền và khối
lượng riêng – đơn vị là chiều dài): 15 – 16. Thép
CT5 là 4,8 – 6, gang là 1,5 – 6.
Không thể thiếu trong ngành hàng không, giao
thông vẫn tải,…
Nhược điểm:
Tính chống ăn mịn và tính hàn kém (các pha có
thế điện cực khác nhau)  phủ Al nguyên chất
chất làm tăng khả năng chống ăn mòn nhưng
giảm độ bền.