Bài thuyết trình cấu tạo của hợp kim và ứng dụng

Cấu tạo và tính chất hoá học của Hợp Kim và ứng
dụng

Nhóm 3 :
Phạm xuân Hoàng
Trần ngọc Duy
Nguyễn huỳnh gia Bảo


I. Cấu tạo hợp kim

•
•

a. Khái niệm về hợp kim
v  Định nghĩa

– Hợp kim là vật thể có chứa nhiều nguyên tố và mang tính chất kim loại. Nguyên tố chủ
yếu trong hợp kim là nguyên tố kim loại.

– v  Ưu điểm của hợp kim so với kim loại
– Trong lĩnh vực cơ khí, hợp kim được sử dụng rộng rãi vì các ưu điểm sau:
– -  Cơ tính hợp kim phù hợp với vật liệu chế tạo cơ khí: đối với ngành cơ khí vật liệu sử

dụng phải có các yêu cầu như độ bền cao, tuổi thọ sử dụng lâu. Về mặt này thì hợp kim
hơn hẳn kim loại nguyên chất, chúng có độ cứng, độ bền cao hơn hẳn trong khi độ dẻo
và độ dai vẫn đủ cao.

– -  Tính công nghệ thích hợp: kim loại nguyên chất có tính dẻo cao dễ gia công áp lực

nhưng khó đúc, gia công cắt kém, không hóa bền được bằng nhiệt luyện. Hợp kim có

tính công nghệ khác nhau và phù hợp với từng điều kiện gia công: gia công áp lực ở
trạng thái nóng và nguội, đúc, gia công cắt, nhiệt luyện… đảm bảo cho chế tạo sản
phẩm có năng suất cao.

– -  Giá thành hạ hơn: dễ chế tạo hơn do không phải khử bỏ các tạp chất một cách triệt để
như kim loại.


•
•

b. Các dạng cấu tạo của hợp kim

•
•

Tổ chức một pha (một kiểu mạng tinh thể):

•
•

Có thể nói tính chất của hợp kim phụ thuộc vào sự kết hợp của các nguyên tố cấu
tạo nên chúng. Khi ở dạng lỏng, các nguyên tố hòa tan lẫn nhau để tạo nên dung
dịch lỏng. Tuy nhiên, khi làm nguội ở trạng thái rắn sẽ hình thành các tổ chức pha
của hợp kim, có thể sẽ rất khác nhau do tác dụng với nhau giữa các nguyên tố. Có
thể có các tổ chức pha  như sau:
Khi các nguyên tố trong hợp kim tác dụng hòa tan ở trạng thái rắn, gọi là dung dịch
rắn.
Khi các nguyên tố trong hợp kim tác dụng hóa học ở trạng thái rắn, gọi là hợp chất
hóa học.

Tổ chức hai pha trở lên (có từ hai kiểu mạng tinh thể trở lên): khi giữa các pha
trong hợp kim có tác dụng cơ học với nhau gọi là hỗn hợp cơ học.


•
•

c. Dung dịch rắn

•

Dung dịch rắn xen kẽ. Nếu nguyên tử của nguyên tố hòa tan (B) xen kẽ ở khoảng
hở của các nguyên tử trong dung môi (A) thì ta có dung dịch rắn xen kẽ. Sự hòa
tan xen kẽ bao giờ cũng có giới hạn.

•

- Dung dịch rắn thay thế. Nếu nguyên tử của nguyên tố hòa tan (B) thay thế
nguyên tử của nguyên tố dung môi (A) thì ta có dung dịch rắn thay thế.

•

- Cơ tính chung của dung dịch rắn: có độ cứng thấp, độ bền thấp tuy nhiên độ dẻo
và độ dai cao do có cấu tạo mạng tinh thể của kim loại nguyên chất.

Khi nguyên tử của hai hay nhiều nguyên tố được sắp xếp trong cùng một kiểu
mạng. Có thể chia dung dịch rắn làm hai loại: dung dịch rắn xen kẽ và dung dịch
rắn thay thế.

d. Hợp chất hóa học

 

•

 Trong nhiều loại hợp kim, nhiều pha được tạo thành do sự liên kết giữa các
nguyên tố khác nhau theo một tỷ lệ nhất định gọi là hợp chất hóa học. Mạng
tinh thể của hợp chất khác với mạng thành phần. Hợp chất hóa học trong hệ có
tính ổn định cao hoặc có nhiều dạng hợp chất khác nhau.

•

Ví dụ: Nguyên tố sắt và cacbon tạo nên Fe3C rất ổn định, nhưng nguyên tố Cu
với Zn có thể cho ta nhiều dạng hợp chất như: CuZn, Cu3Zn3, CuZn3,…

•

- Cơ tính chung của hợp chất hóa học: có độ cứng cao, độ dòn cao do có kiểu
mạng tinh thể phức tạp không giống với kiểu mạng của kim loại nguyên chất
đồng thời có nhiệt độ phân hủy cao (t0nc cao).


e. Hỗn hợp cơ học

•

Trong hệ hợp kim, có những nguyên tố không hòa tan vào nhau cũng không liên kết tạo thành hợp
chất hóa học mà chỉ liên kết với nhau bằng lực cơ học thuần túy, thì gọi hợp kim đó là hỗn hợp cơ

học. Như vậy hỗn hợp cơ học không làm thay đổi mạng nguyên tử của nguyên tố thành phần. Vì để
tạo được liên kết cơ học nguyên tử các nguyên tố thành phần khác nhau nhiều về kích thước và
mạng tinh thể.

•

Cơ tính chung của hỗn hợp cơ học: phụ thuộc vào cơ tính của các pha tạo thành. Muốn đánh giá cơ
tính của hợp kim tạo thành tại nhiệt độ xác định phải căn cứ vào tỉ lệ cấu tạo và cơ tính của các pha
tạo thành.



II. Hợp kim cứng

•

Hợp kim cứng là hợp kim được chế tạo bằng phương pháp luyện kim bột mà
thành phần chủ yếu của nó là những cacbit vonfram WC, cacbit titan TiC hoặc
cacbit khác ở dạng hạt rất nhỏ được kết dính với nhau bằng nguyên tố coban.

•

Tùy thuộc vào số lượng cacbit mà hợp kim cứng được phân thành 2 nhóm: nhóm
một cacbit vonfram và nhóm hai cacbit vonfram và titan.


* .Quá trình chế tạo hợp kim


•

•

a. Tính chất

•
•
•
•
•

-   Tính cứng nóng cao (800 - 10000C).

Căn cứ vào định nghĩa ta biết được cấu tạo chủ yếu của hợp kim cứng là những
cacbit mạnh. Do đó ngay sau khi chế tạo nó đã có những tính chất sau:
-   Độ cứng rất cao (70 - 75 HRC hoặc 82 - 90 HRA).
-   Tính chống mài mòn rất tốt.
-   Rất dòn.
Các tính chất này phụ thuộc vào các loại cacbit theo thứ tự tăng dần độ cứng, tính
chống mài mòn


b.Một số loại hợp kim thường gặp và ứng dụng

Làm đồ trang sức
Bô vuốt của người sói ^^

Làm vỏ,khungcủa điên thoại

Môt số bô phân của xe máy

III.GiẢN ĐỒ PHA CỦA HỢP KIM

•

a.khái niệm về giản đồ trạng thái
-không có quy luật chung đê xác định sự tương tác giữa các nguyên tố ở trạng thái rắn. Đối với từng cặp
nguyên tố, quy luật tương tác giữa chúng chỉ biết được bằng thực nghiệm và được ghi lại nhờ giản đồ trạng
thái

b.Công dụng của giản đồ trạng thái
-Giản đồ pha (còn gọi là giản đồ trạng thái hay giản đồ cân bằng) của một hệ là công cụ để biểu thị mối quan
hệ giữa nhiệt độ, thành phần và số lượng (tỷ lệ) các pha (hoặc tổ chức) của hệ đó ở trạng thái cân bằng. Các
hệ có giản đồ pha khác nhau và chúng được xây dựng chỉ bằng thực nghiệm. Trong thực tế không có hai
giản đồ pha nào giống nhau hoàn toàn vì tương tác giữa các cấu tử xảy ra rất phức tạp từ kiểu pha, các phản
ứng cho đến nhiệt độ tạo thành


- Hiện nay người ta đã xây dựng được hầu hết các hệ hai cấu tử giữa các kim

loại, kim loại với á kim và các hệ ba cấu tử thường gặp rất thuận tiện cho
việc tra cứu.
Hệ một cấu tử không có sự biến đổi thành phần nên giản đồ pha của nó chỉ
có một trục, trên đó đánh dấu nhiệt độ chảy (kết tinh) và các nhiệt độ chuyển
biến thù hình (nếu có) như ở hình 3.6 cho trường hợp của sắt.
Giản đồ pha hệ hai cấu tử có hai trục: trục tung biểu thị nhiệt độ, trục hoành
biểu thị thành phần (thường theo % khối lượng) với những đường phân chia
các khu vực pha theo các nguyên tắc sau:
- Xen giữa hai khu vực một pha là khu vực hai pha tương ứng.
- Mỗi điểm trên trục hoành biểu thị một thành phần xác định của hệ.

Theo chiều từ trái sang phải tỷ lệ cấu tử B tăng lên, còn
từ phải sang trái tỷ lệ của cấu tử A tăng lên, hai đầu
mút tương ứng với hai cấu tử nguyên chất: A (trái), B
(phải). Ví dụ trên hình 3.7 điểm C ứng với thành phần
có 30%B (tỷ lệ của cấu tử thứ hai là phần còn lại, tức
70%A), điểm D: 80%B + 20%A.

*Giản đồ pha của sắt (Fe)


- Đường thẳng đứng bất kỳ biểu thị một thành phần
xác định nhưng ở các nhiệt độ khác nhau. Ví dụ đường
thẳng đứng qua D biểu thị sự thay đổi nhiệt độ của
thành phần này (80%B +20%A).

- Hai trục tung chính là giản đồ pha của từng cấu tử
tương ứng (trái cho A, phải cho B).

Do được biểu thị trên mặt phẳng một cách chính xác
nên từ giản đồ pha của hệ hai cấu tử dễ dàng xác định
được các thông số sau đây cho một thành phần xác
định ở nhiệt độ nào đó.

*Các trục của giản đồ pha hệ hai cầu tử


cảm ơn cô và các bạn đã thẽo dõi bài thuyết trình của
nhóm em