Cơ sở khoa học vật liệu ví dụ và bài tập về giản đồ pha

VÍ DỤ VÀ BÀI TẬP VỀ GIẢN ĐỒ PHA
VÍ DỤ
A. Xét hợp kim 40% Si – 60% Al (% khối lượng) tại 700
o
C trên giản đồ
1. Xác định % khối lượng pha lỏng L và pha rắn β (gần đúng)
a) 25% L và 75% β
b) 20% L và 80% β
c) 75% L và 25% β
d) 80% L và 20% β
% Khối lượng pha lỏng L = %L = MB/AB = 6/8 = 75 %
% Khối lượng pha rắn β = %β = MA /AB = 2/8 = 25%
2. Xác định thành phần pha lỏng của trường hợp trên
a) 20% Si và 80% Al
b) 25% Si và 75% Al
c) 80% Si và 20% Al
d) 75% Si và 25% Al
Từ điểm A hạ đường thẳng vuông góc với trục hoành. Thành phần pha lỏng L là 20% Si và 80
% Al.
3. Xác định khối lượng tổ chức cùng tinh
a) 12,6%
b) 31,4%
c) 68,6%
d) 88,8%
Tại điểm N tách ra lỏng L (tổ chức cùng tinh tại điểm I) và rắn β (điểm J)
% khối lượng của tổ chức cùng tinh tại điểm I:
1
%L
E
= (99,83-40)/(99,83-12,6) = 68,6 %
4. Xác định bậc tự do của hợp kim trên tại 700

o
C
a) -1
b) 0
c) 1
d) 2
C: số cấu tử = 2
P: số pha = 2 = lỏng L + rắn β
F = 2 – 2 + 1 = 1
5. Phản ứng cùng tinh trên giản đồ ở 577
o
C là
a) L
12,6%Si
→ α
1,65%Si
+ β
99,83%Si

b) L
12,6%Si
→ (α
1,65%Si
+ β
99,83%Si
)
c) L
12,6%Si
→ [α
1,65%Si

+ β
99,83%Si
]
d) L
12,6%Si
→ (α
40%Si
+ β
60%Si
)
6. Bản chất pha α
a) Dung dịch rắn xen kẽ
b) Dung dịch rắn thay thế
c) Pha trung gian
d) Pha liên kết kim loại
B. Cho giản đồ pha hệ Sn – Pb như sau
7. Xét hợp kim 46% Sn –54% Pb. Ở 44
o
C hệ tồn tại ở dạng pha
a) L + α
b) L
c) α + β
d) L + β
Điểm A: α + β
8. Xét hợp kim 77% Sn –23% Pb. Ở 190
o
C hệ tồn tại ở dạng pha
2
a) L + α
b) L

c) α + β
d) L + β
Điểm B: L + β
9. Xét hợp kim 25% Sn –75% Pb. Ở 200
o
C dạng pha tồn tại và thành phần của nó là
a) α = 17 % Sn - 83 % Pb; L = 55.7 % Sn – 44,3 % Pb
b) L = 25 % Sn - 75 % Pb; α = 25 % Sn - 75 % Pb
c) α = 17 % Sn - 83 % Pb; β = 55.7 % Sn – 44,3 % Pb
d) α = 18,3 % Sn – 81,7 % Pb; β = 97,8 % Sn – 2,2 % Pb
Điểm C: L + α, với α 17 % Sn; L = 55.7 % Sn
10. Xét hợp kim 40% Sn –60% Pb. Ở 150
o
C tỷ lệ khối lượng các pha sẽ là
a) 66 % α + 34 % β
b) 34 % α + 66 % β
c) 10 % α + 90 % β
d) 2 % α + 98 % β
Điểm D:
%66
1098
4098
% =
−
−
=α
, % β = 34 %
11. Hợp kim tạo thành từ 1,25 kg Sn và 14 kg Pb ở 200
o
C sẽ có các pha và thành phần

a) α = 17 % Sn - 83 % Pb; L = 55.7 % Sn - 44.3 % Pb 68,6%
b) L = 25 % Sn - 75 % Pb; α = 25 % Sn - 75 % Pb
c) α = 17 % Sn - 83 % Pb; β = 55.7 % Sn - 44.3 % Pb
d) α với C
α
= 8,2 % Sn – 91,8 % Pb
%8,912,8100Pb%
%2,8
1425,1
25,1
Sn%
=−=
=
+
=
Điểm E, 100% α với C
α
= 8,2 % Sn – 91,8 % Pb
12. Xét hợp kim 15% Sn –85% Pb. Ở 100
o
C dạng pha tồn tại và thành phần của nó là
a) α = 17 % Sn - 83 % Pb; L = 55.7 % Sn – 44,3 % Pb 68,6%
3
b) L = 25 % Sn - 75 % Pb; α = 25 % Sn - 75 % Pb
c) α = 5 % Sn - 95 % Pb; β = 98 % Sn – 2 % Pb
d) α = 18,3 % Sn – 81,7 % Pb; β = 97,8 % Sn – 2,2 % Pb
Điểm F: α và β, α = 5 % Sn; β = 98 % Sn
C. Cho giản đồ pha hệ Cu– Ag như sau
13. Cho hợp kim 60 % Cu – 40 % Ag
a) Xét quá trình nguội của hợp kim này

b) Vẽ sơ đồ hình thành cấu trúc trong quá trình kết tinh ở trạng thái cân bằng
c) Xác định thành phần khối lượng của tổ chức cùng tinh và của các pha α, β trong hợp kim ở
nhiệt độ 779
o
C khi nguội (đã chuyển biến cùng tinh)
Giải: c)
%1,50
0,89,71
0,840
)%( =
−
−
=β+α
α sơ cấp là
%9,49%1,50%100% =−=α
α trong cùng tinh là
%6,11%1,50x
0,82,91
9,712,91
% =
−
−
=α
% α = α sơ cấp + α trong cùng tinh = 49,9 + 11,6 = 61,5 %
% β = 100 % - 61,5 % = 38,5 %
Cách 2:
Phần khối lượng của tổ chức cùng tinh W
e
bằng với phần khối lượng của pha lỏng W
L

%1,50
0,89,71
0,840
QP
P
WW
Le
=
−
−
=
+
==
Phần khối lượng của α sơ cấp, W
α
%9,49
0,89,71
409,71
QP
Q
W
'
=
−
−
=
+
=
α
Phần khối lượng của pha α tổng, W

α
(cả α sơ cấp và α cùng tinh)
4
%5,61
0,82,91
402,91
RQP
RQ
W =
−
−
=
++
+
=
α

%5,38
0,82,91
0,840
RQP
P
W =
−
−
=
++
=
β
14. Vẽ tổ chức tế vi của các pha sau đây trong giản đồ hợp kim Cu-Ag

a) 40 % kl Ag ở 900
o
C, 780
o
C, 778
o
C
b) 71,9 % kl Ag ở 778
o
C
c) 95 % kl Ag ở 779
o
C, 500
o
C
5
BÀI TẬP GIẢN ĐỒ PHA
1. Cho giản đồ pha hệ hai cấu tử dưới đây
a) Xác định bậc tự do của hệ tại điểm E và nêu ý nghĩa của trị số bậc tự do tại E
b) Viết phản ứng cùng tinh tại E khi làm nguội từ lỏng
c) Tính lượng pha α và β trong cùng tinh tại E’
2. Cho giản đồ pha 2 cấu tử A và B hòa tan có hạn ở trạng thái lỏng
a) Hãy điền sự tồn tại của các pha trong những khu vực trống của giản đồ
b) Khi Hợp kim có thành phần 60% A và 40 % B (thành phần khối lượng) thì ở nhiệt độ
150
o
C tồn tại những pha nào? Xác định thành phần của chúng
6
c) Vẽ tổ chức tế vi của trường hợp trên
Cho giản đồ pha hệ Cu– Ag như sau

3. Đối với hợp kim Cu-Ag có chứa 80 % kl Cu, hãy xác định thành phần pha lỏng, pha rắn và
phần trăm khối lượng của chúng khi hợp kim được làm nguội đến 900
o
C.
Đáp số: 65 % α, 35 % lỏng L
4. Đối với hợp kim Cu-Ag có chứa 71,9 % kl Ag, hãy xác định thành phần các pha có mặt và
phần trăm khối lượng của chúng khi hợp kim được làm nguội đến (i) 780
o
C, (ii) 778
o
C, (iii)
nhiệt độ phòng.
Đáp số: (i) 100% L (ii) 23% α, 77 % β (iii) 28% α, 72 % β
5. Một hợp kim Cu-Ag chứa 40 % kl Ag
Xác định thành phần các pha có mặt và phần trăm khối lượng của chúng khi hợp kim được làm
nguội đến (i) 780
o
C (ii) 778
o
C
Đáp số: (i) 50 % α, 50 % lỏng L (ii) α tổng (8 % Ag), β (91,2 % Ag); 50 % α sơ cấp và 50 %
tổ chức cùng tinh (α +β)

7
Cho giản đồ pha hệ Fe-C
8
7. Độ tan cực đại của cacbon trong austenite lớn gấp bao nhiêu lần trong ferrite? Các độ tan cực
đại này ứng với nhiệt độ bao nhiêu?
Đáp số: Độ tan cực đại của cacbon trong γ là 1,7 % ở 1148
o

C
Độ tan cực đại của cacbon trong α là 0,02 % ở 723
o
C
Do đó độ tan cực đại của cacbon trong γ lớn gấp 1,7/0,02 = 85 lần trong α.
8. Phải gia nhiệt đến nhiệt độ tối thiểu là bao nhiêu để thép có (a) 0,4 % C (b) 0,8 % C có cấu
trúc hoàn toàn là autenite
Đáp số: (a) 810
o
C (b) 723
o
C
9. a) Tính % khối lượng của các pha có mặt trong thép có 0,2 %; 0,4%; 0,6%; 0,8%; và 1,4 %
C nếu chúng được làm nguội chậm từ vùng austenite đến 724
o
C
b) Lặp lại câu a nếu chúng được làm nguội chậm từ vùng austenite đến 722
o
C
Đáp số: a) Làm nguội đến 724
o
C
Hợp kim 0,2 % C: 77 % α, 23 % γ
Hợp kim 0,4 % C: 51 % α, 49 % γ
Hợp kim 0,8 % C: 100 % γ
Hợp kim 1,4 % C: 10 % Fe
3
C, 90 % γ
b) Làm nguội đến 722
o

C
Hợp kim 0,2 % C: 77 % proeutectic ferrite α, 23 % pearlite (α + Fe
3
C)
Hợp kim 0,4 % C: 51 % proeutectic ferrite α, 49 % pearlite (α + Fe
3
C)
Hợp kim 0,8 % C: 100 % pearlite (α + Fe
3
C)
Hợp kim 1,4 % C: 10 % proeutectic Fe
3
C, 90 % pearlite (α + Fe
3
C)
9
10) Một loại thép có tổ chức tế vi là 100 % pearlite. a) Hỏi % cacbon tổng cộng là bao nhiêu?
b) Xác định thành phần các pha của pearlite ở 722
o
C và ở nhiệt độ phòng
Đáp số: a) 0,8 % C b) Ở 722
o
C pearlite có α (0,02 % C) và Fe
3
C (6,7 % C). Ở nhiệt độ phòng
thì α là Fe nguyên chất và Fe
3
C (6,7 % C) vẫn giữ nguyên
11) Một loại thép được làm nguội đến 722
o

C có tổ chức tế vi gồm 25 % pearlite và 75 %
ferrite sơ cấp. Tính thành phần của hợp kim?
Đáp số: 0,22 % Cacbon
12) Một loại thép được làm nguội đến 722
o
C có tổ chức tế vi gồm 90 % pearlite và 10 %
cementite Fe
3
C sơ cấp. Tính thành phần của hợp kim?
Đáp số: 1,4 % Cacbon
10