Hợp kim màu

1
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM
KHOA CƠ KHÍ CHẾT TẠO MÁY
*****&-&*****
Hợp kim màu
GVHD: Nguyễn Nhựt Phi Long
8/7/15
2
I.1. Nhôm nguyên chất
I.2. Hợp kim nhôm biến dạng
A. Hợp kim nhôm biến dạng
không hoá bền bằng nhiệt luyện
B. Hợp kim nhôm biến dạng
có hoá bền bằng nhiệt luyện
I.3. Hợp kim nhôm đúc.
II.1. Đồng nguyên chất
II.2. Hợp kim đồng
2.1. Latong ( Đồng thau)
2.2. Brong ( Đồng thanh)
III. Hợp kim magieI. Hợp kim nhôm
II. Hợp kim đồng
III.1. Magie Nguyên chất
III.2. Hợp kim magie

IV.1. Titan Nguyên Chất
IV.2. Hợp kim Titan
A. hợp kim α
B. hợp kim α-β
C. Hợp kim β
IV.3 Nhiệt luyện hoá bền hợp kim titan

IV. Hợp kim titan
8/7/15
3
I.Hợp kim nhơm
3
I.1. Hợp kim nhôm
I.1.1. Nhôm nguyên chất
Nhôm là kim loại có màu trắng bạc, kiểu mạng K12 với thông số mạng a = 4.04A
o
.
Các đặc tính cơ bản của nhôm

Khối lượng riêng nhỏ (2,7g/cm
3
)

Tính chống ăn mòn cao.

Tính dẫn điện và dẫn nhiệt cao bằng 65.5% đồng.

Tính dẻo rất cao do có kiểu mạng K12 nên nhôm dễ biến dạng dẻo.

Độ bền thấp: 60N/mm
2
; độ cứng 25HB.

Nhiệt độ nóng chảy thấp (660
o
C)
8/7/15

4
4
I.1.2. Hợp kim nhôm biến dạng
B. Hợp kim nhôm biến dạng không hóa bền bằng nhiệt luyện
Hợp kim nhôm biến dạng không hóa bền bằng nhiệt luyện là hợp kim có hàm lượng các nguyên tố hợp
kim thấp trong khoảng từ Al đến Q trên giản đồ; có độ bền không cao, độ dẻo cao, tính chống ăn mòn tốt. Các
họ hợp kim chủ yếu là: Al-Mn (Mn = 1% - 1.6%) và Al-Mg (Mg < 0.6%).
8/7/15
5
5
Các họ hợp kim nhôm biến dạng không hóa bền bằng nhiệt luyện:

Họ hợp kim Al-Mn có thể hòa tan tối đa 1.8% Mn ở 659
o
C, có khả năng gia công biến dạng nóng và
nguội tốt, có tính hàn và chống ăn mòn trong khí quyển cao hơn nhôm nguyên chất

Họ hợp kim Al-Mg có thể hòa tan tối đa 17.4% Mg ở 451
o
C, thực tế chỉ dùng 3-7% Mg để ít làm xấu
cơ tính của hợp kim, là họ hợp kim nhôm nhẹ nhất; có tính đàn hồi, tính chống ăn mòn trong khí quyển tốt, bề
mặt gia công đẹp, khả năng giảm chấn mạnh, khả năng biến dạng nóng, nguội, hàn đều tốt, độ bền mỏi cao
8/7/15
6
6
B. Hợp kim nhôm biến dạng hóa bền bằng nhiệt luyện
Hợp kim nhôm biến dạng hóa bền bằng nhiệt luyện (QP’trên giản đồ) có độ bền trung bình và cao, có sự
kết hợp tốt giữa độ bền và độ dẻo, đây là nhóm vật liệu kết cấu quan trọng.
Họ hợp kim nhôm biến dạng hóa bền bằng nhiệt luyện điển hình là Al-Cu và Al-Cu-Mg, có tên gọi là
đura.

Giản đồ trạng thái hợp kim Al-Cu.
8/7/15
7
7
Thành phần hóa học: đura có hàm lượng Cu < 5%, Mg < 2%, ngoài ra còn có các nguyên tố như Fe, Si, Mn.
Nhiệt luyện hợp kim đura: nhiệt luyện đura bằng tôi ở nhiệt độ 520
o
C trong nước. Sau khi tôi, độ bền của
hợp kim tăng ít, nhưng vẫn giữ được độ dẻo cao,
Hóa già tự nhiên: là bảo quản ở nhiệt độ 20
o
C trong khoảng thời gian (5-7) ngày thì hợp kim đạt được độ
bền lớn nhất.
Hoá già nhân tạo: là nung nóng ở các nhiệt độ cao hơn 20
o
C (100-200
o
C) với thời gian nung ngắn hơn
8/7/15
8
8
Sự thay đổi độ bền theo thời gian hóa già của hợp kim AlCu4 sau khi tôi.

.
8/7/15
9
9
Đặc tính của đura:

Độ bền khá cao, nhất là sau khi nhiệt lên, (42-47)kG/mm

2

Độ bền riêng rất lớn, (15-16)km.

Tính chống ăn mòn kém, khắc phục bằng cách phủ nhôm nguyên chất.
Công dụng

Ngành hàng không

Ngành giao thông vận tải

Trong ngành xây dựng
8/7/15
10
10
I.1.3. Hợp kim nhôm đúc
Hợp kim nhôm đúc là loại hợp kim nhôm mà trong tổ chức có chứa thành phần cùng tinh, có tính
đúc cao, dễ tạo hình trong khuôn đúc kim loại, đúc áp lực. Họ hợp kim nhôm đúc thông dụng nhất là Al-Si
hay còn gọi là silumin.
Giản đồ trạng thái Al-Si
8/7/15
11
11
Silumin gồm có hai loại:
Silumin đơn giản: là silumin mà trong hợp kim chỉ có Al và Si. Đây là hợp kim có tính đúc tốt, độ bóng
bề mặt cao nhưng có cơ tính thấp
Silumin phức tạp: là hợp kim nhôm có hàm lượng Si từ (4 10)%, còn có các nguyên tố như Cu, Mg, Zn,
Mn … để tăng hiệu quả khi tôi và hóa già. Cơ tính của hợp kim tăng lên nhiều, nhất là sau khi nhiệt
luyện
8/7/15

12
12
8/7/15
13
13
8/7/15
14
14
8/7/15
15
II.Hợp kim đồng
15
II.1.Đồng nguyên chất:
Là kim loại có kiểu mạng K12 , không có đa hình

đặc điểm sau:
- Tính dẫn điện và dẫn nhiệt cao.
- Chống ăn mòn tốt trong khí quyển, nước, nước biển hay kiềm, axit hữu cơ
-Tính dẻo rất cao, dễ biến dạng nóng, nguội, dễ chế tạo thành các bán thành phẩm.
-Độ bền không cao lắm (220 MPa )
-Tính hàn khá tốt
Tuy nhiên đồng cũng có một số nhược điểm:
-Khối lượng riêng lớn (8,94 g/cm3).
-Tính gia công cắt gọt kém do phoi quá dẻo, không gãy
-Nhiệt độ nóng chảy cao 1083
0
C, nhưng tính đúc kém, độ chảy loãng nhỏ.
8/7/15
16
16

II.2.Hợp kim đồng:
Hợp kim đồng được chia ra làm hai nhóm: latông và brông.

Latông (đồng Thau) là hợp kim của đồng với nguyên tố chủ yếu là kẽm.

Brông (đồng thanh) là hợp kim của đồng với các nguyên tố khác trừ kẽm.
8/7/15
17
17
II.2.1 Latông
Latông được chia làm hai loại:

Latông đơn giản (chỉ có đồng và kẽm)

Latông phức tạp (có thêm một số nguyên tố khác).
Thành phần kí hiệu của một số latông theo TCVN và CDA
8/7/15
18
18
a)Latông đơn giản:

Trong thực tế dùng loại chứa ít hơn 45% Zn nên tổ chức của nó chỉ có dung dịch rắn anpha và pha điện tử beta
Anpha là dung dịch rắn của kẽm trong đồng có mạng A1 chứa đến 39%Zn ở 454
o
C. Đây là pha chủ yếu quyết
định tính chất của latông. Khi hòa tan vào đồng, kẽm làm tăng độ bền khá mạnh, nhưng không làm giảm nhiều độ
dẻo của hợp kim.
Độ dẻo cao nhất ứng với 30%Zn beta là pha điện tử ứng với công thức CuZn ( N = 3/2), là pha cứng và giòn hóa
bền cho latông
8/7/15

19
19
Latông một pha: thường chứa ít hơn 35% Zn (LCuZn10) có tính dẻo cao, được cán nguội thành bán thành phẩm
làm chi tiết máy qua dập sâu.
Latông với lượng kẽm nhỏ từ 5% đến 12% có màu đỏ nhạt dùng để làm tiền xu, huy chương, khuy áo quần,
dây kéo,
Latông chứa 20% Zn (LCuZn80) có màu vàng giống như vàng nên thường làm trang sức. Latông chứa khoảng
30% Zn (LCuZn30) có độdẻo cao dùng làm vỏ đạn các loại.
Các latông một pha bền và rất dẻo nên thường pha thêm 0,4 đến 3%Pb để dễ cắtgọt.
Latông hai pha: thường chứa 40% Zn có tổ chức hai pha (anph+beta) có pha thêm chì để tăng tính gia công cắt
8/7/15
20
20
Latông phức tạp
Ngoài Cu và Zn ra còn cho thêm các nguyên tố Pb (để tăng tính cắt gọt), Sn (tăng chống ăn mòn trong nước biển), Al và
Ni (để nâng cao giới hạn bền)
Latông phức tạp dùng làm các chi tiết máy yêu cầu độ bền cao hơn, làm việc trong nước biển,
b- Brông:
8/7/15
21
21
II.2.2. Brông:
Brông là hợp kim của đồng với các nguyên tố chủ yếu không phải là kẽm như Sn, Al, Be,
Thành phần kí hiệu của một số latông theo TCVN và CDA
8/7/15
22
22
A) Brông thiếc:
Brông thiếc là hợp kim đồng với nguyên tố chủyếu là thiếc, là hợp kim đồng được sử dụng đầu tiên. Giản đồ pha Cu –
Sn rất phức tạp và có nhiều pha. Hợp kim này khi đúc thiên tích rất mạnh vì vậy thường dùng ít hơn 15%Sn nên chỉ có hai pha:

dung dịch rắn anpha và pha điện tử deta. Chúng gồm hai loại: brông thiếc biến dạng và đúc.
Đặc điểm của brông thiếc là:
-Độ bền cao, độ dẻo tốt nên thường dùng với lượng chứa từ 8-12 %Sn.
-Tính đúc tốt: ít co (độ co < 1%), điền đầy khuôn cao.
-Chống ăn mòn cao,đặc biệt trong khí quyểnẩm biển: 0,001mm/năm.
8/7/15
23
23
Brông thiếc biến dạng
thường chứa ít hơn 8%Sn, tổ chức là dung dịch rắn anpha và hợp kim hóa thêm P, Zn, Pb để nâng cao cơ tính, giảm ma
sát và tăng tính gia công cắt. Làm bạc lót, bánh răng (BCuSn4Zn4Pb4; BCuSn5Zn2Pb5).
Brông thiếc đúc
là loại chứa nhiều hơn 10%Sn hay với tổng lượng các
nguyên tốhợp kim lớn hơn 12%. Thường dùng các loại sau: BCuSn10Zn2; BCuSn5Zn5Pb5. Làm các tượng đài, chuông, phù
điêu, họa tiết trang trí,
8/7/15
24
24
B. Brông nhôm
Là hợp kim của đồng với nhôm là chủ yếu. Tổ chức của nó chủ yếu là dung dịch rắn thay thế của Al trong Cu có độ
dẻo và khá bền. Khả năng chống ăn mòn cao trong nước biển và khí quyển công nghiệp.
8/7/15
25
25
Brông nhôm một pha (chứa 5đến 9% Al): BCuAl5, BCuAl7, CuAl9Fe4 dùng làm bộ ngưng hơi, hệ thống trao đổi nhiệt,
Brông nhôm hai pha (chứa lớn hơn 9,4% Al): có tổ chức là anpha + beta có độ bền độ cứng cao hơn và có thể nhiệt luyện
được như BCuAl10Fe4Ni4 dùng làm bạc lót trục.
Brông berili là hợp kim của Cu với 2% Be (BCuBe2) có giới hạn đàn hồi cao không thua kém thép đàn hồi (1.000 MPa), có
độ cứng và tính chống ăn mòn cao làm việc đến 300 – 340
0

C