ĐÁP án môn THI KIM LOẠI học

ĐÁP ÁN MÔN THI KIM LOẠI HỌC
Câu hỏi 1 : (3đ) Giản đồ trạng thái Fe-C
a/ Các đường và các điểm đặc biệt trong giản đồ (0,75đ)
-

Đường ABCD là đường lỏng, trên đường này HK ở trạng thái lỏng
Đường AHJECF là đường rắn vì ở dười đường này HK ở trạng thái rắn
Đường HJB là đường bao tinh, Điểm J là điểm bao tinh, tại đây xảy ra phản ứng
bao tinh
LB + δH = γJ
- Đường ECF là đường cùng tinh, Điểm C là điểm cùng tinh, tại đây xảy ra phản
ứng cùng tinh
LC
( γ + Xe )= Le
- Đường PSK là đường cùng tich, Điểm S là điểm cùng tich, tại đây xảy ra phản ứng
cùng tich
γS
[ α + Xe ]= Perlit
- Đường PQ là đường giới hạn hòa tan của carbon trong ddr α.
- Đường ES là đường giới hạn hòa tan của carbon trong ddr γ.
b/ Các pha và tổ chức trong giản đồ ( 1đ)
- Pha lỏng là dd lỏng hòa tan vô hạn của C trong Fe
- Pha δ là ddr hòa tan có hạn của C trong δ, hàm lượng C hòa tan tối đa là 0,1 %. δ
có mạng lptt tồn tại ở nhiệt độ cao và ít có công dụng
- Pha γ là ddr của C trong γ, nó có mạng lpdt, dẻo, không có từ tính . Hàm lượng C
hoà tan trong γ là 2,14 %
- Pha α là ddr của C trong sắt α, có mạng lptt, có từ tính và kém dẻo hơn so với pha
γ. Hàm lượng carbon hòa tan tối đa trong α là 0,02%
- Pha Xementit (Xe) pha này là pha xen kẽ có mạng phức tạp, cứng, dòn. Pha này
có công Fe3C ứng với 6,67%C. Xe gồm 3 loại:
XeI : là xementit được kết tinh từ lỏng có tổ chức thô to

XeII : là xementit được tiết ra do phân hủy ddr γ tổ chức dạng lưới
XeIII : là xementit được tiết ra do phân hủy ddr γ tổ chức dạng đường chỉ khâu
- Tổ chức cùng tinh Ledeburit là hhch cùng tinh
ở nhiệt độ trong khoảng 727-1147 0C Le= ( γ +Xe)
ở nhiệt độ dưới 7270C Le= ( P +Xe) tổ chức dạng da báo đốm.
- Tổ chức cùng tích Perlit là hỗn hợp cơ học cùng tích P = ( α + Xe), Perlit có 2
dạng tổ chức
Perlit dạng tấm gồm các tấm Xe và ferit nằm xen kẽ nhau
Perlit dạng hạt gồm các hạt Xe nằm phân bố đều trên nền perlit.
c/ Hãy xét sự kết tinh của hợp kim 0,8% C cho trên giản đồ và tính thành phần pha
và thành phần tổ chức của hợp kim ở nhiệt độ thường. (1,25)


1
2

3

Hợp kim trên điểm 1 ở trạng thái lỏng hoàn tòan
Hạ nhiệt độ HK tới điểm 1 thì bắt đầu xảy ra kết tinh ra γ, lúc này HK gồm lỏng và γ.
Hạ nhiệt độ HK tới điểm 2 thì hết lỏng
Nhiệt độ hạ xuống từ điểm 2 đến điểm 3 chỉ có pha γ quá nguội
Tới nhiệt độ điểm 3 trùng với đưởng PSK= 727 0C tại S xảy ra phản ứng cùng tích
γS
[ α + Xe ]= Perlit
hạ nhiệt độ thấp hơn điểm 3 không có chuyển biến gì xảy ra
Tổ chức cuối cùng là 100% Perlit
Thành phần pha α tại nhiệt độ thường
α (%) = 6,67-0,8
6,67

α (%) = 88%, vậy thành phần pha Xe(%) = 100 – 88 = 12 %
Câu hỏi 2 Dung dịch rắn xen kẽ (2đ)
a/ Định nghĩa Dung dịch rắn xen kẽ (0,5đ)
Các nguyên tử chất tan B hòa tan xen kẽ vào giữa cac`nut mạng của chất dung môi A như
hình vẽ

Nguyên tử A
Nguyên tử
B

b/ Quy luật tương quan kích thước giữa đường kính nguyên tử dung môi và đường
kính nguyên tử nguyên tố xen kẽ ( 0,5đ).
Để tạo ddr xen kẽ thì nguyên tử chất tan B phải xen kẽ vào giữa các nút mang nguyên tử
A có nghĩa nó phải chi lọt vào lỗ hổng tạo thành giữa các nguyên tử A. Như vậy
DB ≤ D lỗ hổng
D lỗ hổng = K DA


D lỗ hổng / DA= K
Vậy muốn nguyên tử B xen kẽ vào giữa các nguyên tử A thì:
D B / DA≤ K Thường thì K = 0,59
c/ Các đặc điểm cấu trúc, thành phần, liên kết và tính chất của dung dịch rắn xen kẽ
(1đ).
- Ddr xen kẽ thường được tạo thành giữa nguyên tử kim loại A và các nguyên tử xen
kẽ B có đường kính nguyên tử bé như C,N,H,B
- DDR xen kẽ có mạng tinh thể là mạng tinh thể của dung môi A
- DDR xen kẽ tồn tại trong một phạm vi thành phần
- Sự hòa tan của B trong A là có hạn vì số lượng các lỗ hổng giữa các nguyên tử A là
có hạn
- Ddr xen kẽ trong kim loại là có lien kết kim loại vì thế ddr xen kẽ có các tính chất

sau:
Có tính dẫn điện và dẫn nhiệt cao
Có độ bền cao, độ dèo cao nhưng kém hơn so với kim loại nguyên chất.
Có tính chịu ăn mòn cao
Câu 3 (1đ) Hãy nêu ảnh hưởng của các nguyên tố hợp kim đến giản đồ trạng thái
Fe-C và sự tạo thành cacbit trong thép hợp kim
Ảnh hưởng của nguyên tố hợp kim đến giản đồ trạng thái Fe-C
-

-

Ni, Mn, C, N, Cu,…
→ mở rộng vùng ổn định γ và
 làm hạ nhiệt độ chuyển biến α↔γ .
 Đặc biệt, khi Mn > 10%, Ni >20% thép có tổ chức austenit ở nhiệt độ
thường.
Cr, V, Ti, Mo, W, Nb, Si,…
 thu hẹp vùng ổn định của γ và
 nâng cao nhiệt độ chuyển pha γ↔α
(Cr có thể hòa tan vô hạn trong α - Fe)

Ảnh hưởng của nguyên tố hợp kim đến sự tạo thành cacbit trong thép HK
•
•

Các nguyên tố tạo cacbit là các kim loại thuộc nhóm chuyển tiếp
Nguyên tố nào có số điện tử ở phân lớp d của lớp ngoài cùng lớn hơn 6 sẽ không
có khả năng tạo cacbit (Ni, Co, Al , Si, Cu, Zn – chỉ tạo thành dung dịch rắn với
Fe)
• Nguyên tố có số điện tử ở phân lớp d nhỏ hơn 6 và càng nhỏ thì khả năng tạo

cacbit càng mạnh.
Câu 4 (1đ) Mô tả cơ chế của sự hình thành graphit trong gang lỏng, qua đó hãy kể
tên các loại gang và đặc điểm từng loại
Cơ chế hình thành graphit trong gang lỏng:
•
Khi kết tinh cùng tinh, graphit được tiết ra từ pha lỏng


Ở gang xám: khi phát triển, graphit tấm bị ostenit bao bọc không hoàn toàn, đầu
graphit luôn tiếp xúc với pha lỏng và kết tinh dài ra cho đến khi kết thúc quá trình
kết tinh
•
Ở gang cầu: graphit bị ostenit bao bọc hoàn toàn, sự phát triển của graphit thông
qua quá trình khuếch tán của cacbon từ pha lỏng qua ostenit tới mầm graphit
•
Ở gang giun: sự kết tinh của graphit nằm ở vị trí trung gian: lúc đầu chúng tiếp xúc
với pha lỏng nhờ kênh dẫn lỏng, tới thời điểm nhất địn, graphit bị ostenit bao bọc
hoàn toàn, sự kết tinh tiếp theo nhờ quá trình khuếch tán cacbon từ pha lỏng vào
graphit tương tự như gang cầu
Các loại gang:
•
Gang trắng: Tổ chức tế vi tuân theo giản đồ trạng thái Fe-C (có tổ chức đặc trưng
Ledeburit), độ cứng rất cao 450 HB
•
Gang xám: Tuân theo hình dạng graphit (C chủ yếu ở dạng tự do – graphit dạng
tấm), có 3 dạng là gang xám Ferit, gang xám Ferit – Peclit và gang xám Peclit
•
Gang cầu: Tuân theo hình dạng graphit (C chủ yếu ở dạng tự do – graphit dạng
cầu), có 3 dạng là gang cầu Ferit, gang cầu Ferit – Peclit và gang cầu Peclit
•

Gang dẻo: Tuân theo hình dạng graphit (C chủ yếu ở dạng tự do – graphit dạng
cụm), có 3 dạng là gang dẻo Ferit, gang dẻo Ferit – Peclit và gang dẻo Peclit
Câu 5 (0.5đ) Hãy cho biết thế nào latông 1 pha và latông 2 pha?
• Latong 1 pha (pha α): có độ dẻo cao, dễ biến dạng, hàn, mạ,…màu đẹp, rất giống
vàng, giá thành rẻ  dùng thay cho đồng
• Latong 2 pha (latong α+β’) có độ bền và độ cứng cao, độ dẻo thấp, dễ nứt và thoát
Zn. Ở nhiệt độ cao dễ biến dạng dẻo hơn do β’β
Câu 6 (0.5đ) Nêu ảnh hưởng của tạp chất đến tính chất của Nhôm (Al)
• Có 3 nhóm: tạp chất kim loại, tạp chất phi kim loại và khí hòa tan
 Sắt: tạp chất có hại. Tạo pha liên kết Fe 3Al giòn, kết tinh dạng hình kim thô.
Cùng tinh (Al-Fe3Al) phân bố ở biên giới hạt  gây giòn HK → giới hạn hàm
lượng 0,0015 – 1,1%
 Silic: làm tăng tính đúc. Khi có Fe, nó tạo pha liên kim loại Al – Fe – Si rất
giòn, kết tinh dạng tấm thô
 O2: tạo Al2O3 rất bền vững, khó phân hủy, độ cứng cao, không hòa tan vào
nhôm lỏng. Làm giảm độ bền và tăng độ hòa tan khí trong HK. Hàm lượng lớn
làm giảm độ chảy loãng và độ điền đầy khuôn khi đúc.
 Các khí hòa tan: tạo rỗ khí, tăng độ xốp, làm giảm độ bền của HK. Hydro
chiếm 80% lượng khí hòa tan trong nhôm. Hydro dễ tích tụ và gây nứt tế vi
HK
Câu 7 (2đ) Lựa chọn mark vật liệu (Sinh viên chọn đáp án ghi vào giấy bài làm,
không làm trên đề thi)
 Chi tiết dao cắt năng suất cao với v > 35m/ph với yêu cầu: tính cứng nóng cao ở
800 – 1000oC và khả năng chịu mài mòn cao. Hãy chọn mark vật liệu phù hợp yêu
cầu.
•


a. 90W18Co5Cr4W2Mo
b. 40Cr

c. C15
d. C65

 Xupap xả trong động cơ ô tô yêu cầu khả năng chịu mài mòn cao, độ bền nóng và
chịu va đập mạnh. Hãy chọn ra mark vật liệu phù hợp yêu cầu.
a. 40Cr9Si2
c. 40CrNi
b. 60Mn2
d. C30
 Chi tiết làm chốt piston yêu cầu:
- Độ cứng bề mặt cao, chống mài mòn tốt
- Lõi yêu cầu dẻo dai cao để chịu được momen uốn
- Hãy chọn ra mark vật liệu phù hợp yêu cầu.
a. C45
c. 40CrNi
b.20Cr
d. BCuSn5Zn5Pb5
 Chi tiết bánh răng trong động cơ ô tô yêu cầu: Chịu va đập mạnh và chịu ma sát
cao. Hãy chọn ra mark vật liệu phù hợp yêu cầu.
a. 210Cr12
c. 50Si2
18CrMnTi d. 50CrNiMo