chương 6 hợp kim màu

CHƯƠNG 6
HỢP KIM MÀU
Từ khóa: Non-ferrous Alloy;
Aluminium Alloy; Silumin; Bronze;
Brass
0. Mở đầu
•
KL & hợp kim màu đắt và ít được sử dụng
hơn gang, thép
•
KL & hợp kim màu thông dụng: nhôm,
đồng, kẽm, chì, thiếc …
•
KL & hợp kim màu không thông dụng: Ta,
Au, Ag, Se, Te …
0. Mở đầu
•
Theo đặc tính:
- Nhẹ: Li, K, Na, Mg, Al, Ti …
- Nặng: Fe, Ni, Mn, Sn, Zn, Cu, Pb …
- Quý: Au, Ag, Pt, Pd, Rh …
- Hiếm: Mo, W, V, Ta, Se, In …
- Phóng xạ: U, Th …
1. Hợp kim nhôm
•
Mới có lịch sử khoảng 100 năm
•
Có trữ lượng cao nhất (khoảng 2 lần sắt)
•
Nhẹ, tương đối bền
•

Tính chống ăn mòn cao
1.1. Nhôm nguyên chất
1.1.1. Tính chất
•
Không có chuyển biến thù hình (lpdt)
•
Khối lượng riêng nhỏ: ρ= 2,7 kg/dm
3
→ được sử
dụng nhiều trong hàng không
•
Tính chống ăn mòn cao: nhờ lớp màng Al
2
O
3
sít
chặt trên bề mặt
•
Dẫn điện tốt (bằng 65% Cu) và dẫn nhiệt tốt
•
Nhiệt độ nóng chảy thấp: 660
0
C; tính đúc kém
do độ co ngót lớn
•
Độ bền thấp: σ
b
=60N/mm
2
; độ cứng thấp: 25HB

•
Độ dẻo cao
•
Tính gia công cắt gọt kém
1.1.2. Tạp chất trong nhôm
•
Sắt: làm giảm mạnh độ dẻo và tính chống
ăn mòn của nhôm
•
Oxit nhôm (Al
2
O
3
):
- Bền vững, nằm lơ lửng trong nhôm lỏng
- Làm giảm độ bền, độ chảy loãng và khả
năng điền đầy khuôn khi đúc
•
Khí: đặc biệt là hydro tạo thành rỗ khí, dễ
khuếch tán và tích tụ lại gây nứt tế vi
1.1.3.Các mác nhôm nguyên chất
Tham khảo tiêu chuẩn GOST (Nga)
•
Nhôm có độ sạch đặc biệt: A999
(Al>99,999%)
•
Nhôm có độ sạch cao: A995 (Al>
99,995%), A99, A97, A95
•
Nhôm có độ sạch kỹ thuật: A85 (Al>

99,85%), A8, A7, A6, A5, A0 (Al> 99%).
Dùng làm các chi tiết và kết cấu không
chịu tải, nhẹ, chống ăn mòn cao: thùng
chứa, ống dẫn, khung cửa …
1.2. Phân loại HK nhôm
•
Hợp kim nhôm
đúc:
- Tổ chức chủ yếu:
cùng tinh → tính
đúc tốt
- Thường chứa
lượng nguyên tố
hợp kim cao
1.2. Phân loại HK nhôm
•
Hợp kim nhôm biến
dạng:
- Tổ chức chủ yếu:
dung dịch rắn và
không chứa cùng tinh
→ dễ biến dạng
- 2 nhóm: hóa bền
được bằng nhiệt
luyện và không hóa
bền được bằng nhiệt
luyện
1.3. Ký hiệu HK nhôm theo TCVN
•
Bắt đầu bằng Al

•
Tiếp theo: ký hiệu các nguyên tố hợp kim
•
Các số đứng sau chỉ hàm lượng các
nguyên tố đó theo %
•
Nếu là HK nhôm đúc: thêm chữ Đ ở cuối
•
Thí dụ:
- AlCu4,4Mg0,5Mn0,8
- AlSi7Mg0,3Đ
1.4. Hợp kim nhôm đúc
1.4.1. Silumin
•
Thường sử dụng hệ
hợp kim: Al – Si
•
Thành phần cùng
tinh: 11,7% Si
1.4.1. Silumin
Số
hiệu
Hàm lượng các nguyên tố, % Ghi
chú
Si Mg Mn Cu Zn Ti Sn
AL2
10-13 - - - - - -
Chi
tiết
đúc

AL4
8-10,5 0,17-0,30 0,25-0,50 - - - -
AL9
6,0-8,0 0,2-0,4 - - - - -
AL10
4,0-6,0 0,25-0,55
≤0,30
5,0-7,5 0,5 - -
AL17
3,0-5,0 - 0,2-0,6 1,5-3,5 4,0-7,0 - -
AL25
11-13 0,8-1,3 0,3-0,6 1,5-3,0 0,5 0.05-
0,2
≤0,02
piston
AL26
20-22 0,4-0,7 0,4-0,8 1,5-2,5 0,3 - -
AL30
11-13 0,8-1,3
≤0,2
0,8-1,5 0,2 -
≤0,01
1.4.2. Các hợp kim nhôm đúc khác
•
HK Al – Cu: 4 –
5% Cu
•
HK Al – Mg: 9,5 –
11,5% Mg
1.5. Hợp kim nhôm biến dạng

1.5.1. HK không hóa bền được bằng
nhiệt luyện
•
Độ bền không cao (vẫn cao hơn nhôm
nguyên chất nhiều)
•
Tính dẻo cao
•
Chống ăn mòn tốt
•
Thường dùng làm các chi tiết biến dạng
dẻo sâu
1.5.1. HK không hóa bền được bằng
nhiệt luyện
•
Hợp kim Al – Mn:
- Mn< 1,5%
- Có độ bền và tính
chống ăn mòn tốt hơn
nhôm nguyên chất

Hợp kim Al – Mg
•
Mg < 1,4%
•
Khối lượng riêng nhỏ,
độ bền cao, độ dẻo
cao
•
Chống ăn mòn kém

hơn nhôm nguyên
chất
1.5.2. HK hóa bền được bằng
nhiệt luyện
•
Đây là nhóm HK nhôm quan trọng nhất
•
Là vật liệu kết cấu được sử dụng rộng rãi
•
Cơ sở: HK Al – 4% Cu
Hợp kim Al – 4% Cu
•
Độ hòa tan của đồng
trong nhôm (α):
- 548
0
C: 5,65%
- 0
0
C: 0,5%
•
Làm nguội chậm, do
quá bảo hòa trong α,
Cu tiết ra ở dạng
CuAl
2II
Hợp kim Al – 4% Cu
•
Nung nóng HK ở
nhiệt độ cao hơn CD

(khoảng 520
0
C),
CuAl
2II
hòa tan vào α
•
Làm nguội nhanh
trong nước: DDR α
quá bảo hòa Cu (độ
bền không cao)
•
Hóa già (bảo quản ở
nhiệt độ thường trong
5 – 7 ngày): độ bền
tăng mạnh
Đuara
•
Được sử dụng rộng rãi
•
Thành phần hóa học:
- Al – 1%Mg – 4%Cu – Mn – Si – Fe
- Mg: làm tăng hiệu quả của tôi – hóa già
- Mn (0,3-0,9%): làm tăng tính chống ăn
mòn
- Si, Fe: tạp chất thông thường trong nhôm
•
Cơ tính sau khi tôi + hóa già:
- σ
b

= 420-470 MPa (cao hơn thép CT38)
- δ= 15-25% (cao)
2. Đồng
2.1. Đồng nguyên chất
2.1.1. Tính chất
•
Có màu đỏ→ đồng nguyên chất còn gọi là đồng đỏ
•
Mạng: lpdt; không có chuyển biến thù hình
•
Khối lượng riêng: 8,94 kg/dm
3
;Nhiệt độ nóng chảy: 1083
0
C
•
Dẫn điện, dẫn nhiệt rất tốt
•
Chống ăn mòn tốt trong nước ngọt, nước biển, khí quyển,
axit hữu cơ, kiềm …
•
Bị ăn mòn trong amoniac, H
2
SO
4
, HNO
3
, HCl …
•
Độ bền thấp nhưng tăng mạnh (≈3 lần) khi biến dạng nguội

•
Dẻo, dễ cán, kéo; dễ hàn
•
Tính đúc kém do độ chảy loãng kém
2.1.2. Các mác đồng nguyên chất
•
Theo GOST: chữ đầu M; số tiếp theo: mức
độ lẫn tạp chất
- M00 (99,99% Cu)
- M0 (99,95% Cu)
- M1 (99,9% Cu)
- M2 (99,7% Cu)
- M3 (99,5% Cu)
- M4 (99% Cu)
•
Tạp chất có hại: Pb, Bi, ôxy …
2.2. Phân loại hợp kim đồng
•
Các NTHK thường dùng: Zn, Sn, Al, Mn,
Ni, Be … có tác dụng nâng cao độ bền mà
không làm xấu tính dẻo
•
Phân loại về công nghệ:
- HK đồng biến dạng
- HK đồng đúc
•
Phân loại về khả năng hóa bền bằng
nhiệt luyện:
- hóa bền được
- không hóa bền được

2.2. Phân loại hợp kim đồng
•
Theo thành phần hóa học (thường sử
dụng):
- Latông (đồng thau, brass): HK của đồng
với kẽm
- Brông (đồng thanh, bronze): HK của đồng
với các nguyên tố khác trừ kẽm
2.3. Ký hiệu HK đồng theo TCVN
•
Đối với La tông:
- Bắt đầu bằng L
- Tiếp theo: ký hiệu các nguyên tố hợp kim
- Các số đứng sau chỉ hàm lượng các
nguyên tố đó theo %
- Thí dụ: LCuZn40
•
Đối với Brông:
- Bắt đầu bằng chữ B
- Thí dụ: BCuSn4Zn3