Slide vật liệu học chương 5 1 hợp kim phi fe

ng
co

cu

u

du
o

ng

th

an

5.1 Giới thiệu về thép
5.2. Thép xây dựng
5.3.Thép chế tạo máy
5.4. Thép dụng cụ
5.5. Thép đặc biệt
5.6. Gang
5.7. Hợp kim phi sắt
5.7.1 Hợp kim nhôm
5.7.2 Hợp kim đồng
5.7.3 Hợp kim bột
5.8. Vật liệu polyme

.c
om

Chương 5: Vật liệu kỹ thuật

1
CuuDuongThanCong.com

/>

5.7.1. Hợp kim nhơm

th

an

co

ng

Đặc tính: Nhẹ, bền ăn mịn khí quyển,
tính dẻo rất cao, dẫn điện, nhiệt tốt;
- Chịu nhiệt kém, độ bền, độ cứng thấp;

.c
om

a. Nhôm nguyên chất & phân loại HK Al

cu

u

du
o

ng

Hợp kim nhôm và phân loại:
Nguyên tố HK: Cu, Zn, Mg, Si, Mn,
Ti, Fe…
Phân loại dựa trên đường giới hạn
hòa tan CF:

L

L+ α
α

C

HK Al
biến dạng

E

Hợp kim Al đúc

α+β
Khơng F
Hóa bền
hóa bền
bằng NL

bằng NL

CuuDuongThanCong.com

L+ β

/>
2


Hệ thống ký hiệu hợp kim nhôm
TCVN 1659-75: Bắt đầu bằng chữ Al, tiếp theo là kí hiệu hóa học của

co

ng

Tiêu chuẩn Hoa kỳ (AA): xxxx và xxx.x

.c
om

nguyên tố hợp kim cùng số chỉ %, ví dụ: AlCu4Mg, Al99, Al99,5;

an

Hợp kim biến dạng

cu

u

du
o

ng

th

1xxx - nhôm sạch ( 99,0%),
2xxx - Al - Cu, Al - Cu - Mg,
3xxx - Al - Mn,
4xxx - Al - Si,
5xxx - Al - Mg,
6xxx - Al - Mg - Si,
7xxx - Al - Zn - Mg, Al - Zn - Mg - Cu,
8xxx - Al - các nguyên tố khác

Hợp kim đúc

1xx.x - nhôm sạch thương phẩm;
2xx.x - Al - Cu,
3xx.x - Al - Si - Mg, Al - Si - Cu,
4xx.x - Al - Si,
5xx.x - Al - Mg,
6xx.x - khơng có,
7xx.x - Al - Zn,
8xx.x - Al - Sn.
3

CuuDuongThanCong.com

/>

b. HK nhơm biến dạng khơng hóa bền được bằng nhiệt luyện

th

an

co

ng

.c
om

Nhơm sạch: Al thương phẩm có ≥ 99,0% Al, có tính chống ăn mịn, độ
bền thấp, mềm, dẻo, dễ biến dạng nguội

cu

u

du
o

ng

Hợp kim Al-Mn: < 1,6% Mn chỉ hóa bền bằng biến dạng, chống ăn mòn

tốt và dễ hàn → thay cho Al sạch khi cần cơ tính cao hơn;
Hợp kim Al-Mg: < 4% Mg, nhẹ nhất, độ bền khá, hố bền biến dạng tốt,
biến dạng nóng, nguội và hàn tốt, bền ăn mòn tốt nhất là sau anod hóa.

4
CuuDuongThanCong.com

/>

c. HK nhơm biến dạng hóa bền được bằng nhiệt luyện
HK nhơm quan trọng nhất, có cơ tính cao nhất, không thua kém thép C
Audi
2.0

co

ng

.c
om

Audi R8

th

an

Hệ Al - Cu và Al - Cu - Mg

ng

Hợp kim AlCu4

cu

u

du
o

Đặc điểm tổ chức tế vi:
- Cân bằng sau ủ : α0,5% + θ (CuAl2) - σb = 200MPa
- Sau tôi: α quá bão hòa (4%Cu) - σb = 250-300MPa
Sau 5 – 7 ngày: σb = 420MPa → hóa già tự nhiên;

5
CuuDuongThanCong.com

/>

Cơ chế hóa già (Gunier – Preston):

α4%→ GP1→ GP2 (θ’’)→ θ’ → θ(CuAl2)
hóa già σmax

cu

GP2 (6h, 1800C)

u

du
o

ng

th

an

co

ng

.c
om

quá già

θ’ (2h, 2000C)

θ (CuAl2) – (45min, 4500C)

Hóa già tự nhiên: bảo quản ở nhiệt độ thường trong 5  7 ngày;
Hóa già nhân tạo: 100  200oC, từ vài giờ đến vài chục giờ;
CuuDuongThanCong.com

/>
6

cu

u

du
o

ng

th

an

co

ng

.c
om

Hợp kim Al - Cu - Mg (Đura): Cu ~ 2,6 - 6,3% và Mg ~ 0,5 - 1,5%
- Pha hóa bền CuAl2, CuMg5Al5, CuMgAl2 → tác dụng mạnh hơn;
- Độ bền cao (b = 450  480MPa), khối lượng riêng nhỏ (  2,7g/cm3);
- Tính chống ăn mịn kém → thêm lượng nhỏ Mn, phủ Al lên bề mặt;

7
CuuDuongThanCong.com

/>

cu

u

du
o

ng

th

an

co

ng

.c
om

Hệ Al - Mg - Si: pha hóa bền Mg2Si, độ bền kém đura (b = 400MPa),
nhưng tính dẻo cao hơn kể cả ở trạng thái nguội, tính hàn cao.

8
CuuDuongThanCong.com

/>

Hệ Al - Zn - Mg: Zn ~ 4  8%, Mg : 1  3%, Cu ~ 2% → pha hóa bền

cu

u

du
o

ng

th

an

co

ng

.c
om

MgZn2 và Al2Mg3Zn3, sau nhiệt luyện có độ bền cao nhất (b > 550MPa);
- Dễ nhiệt luyện do khoảng nhiệt độ tôi rộng (350  500oC), Vng tới hạn
nhỏ → có thể nguội trong khơng khí hoặc nước nóng;

9
CuuDuongThanCong.com

/>

- Thành phần gần tổ chức cùng tinh, nhiều
HK hơn, dễ chảy, dễ đúc, có thể biến tính
hoặc nguội nhanh để cải thiện cơ tính;

co

ng

- Hợp kim chủ yếu: Si, (Mg, Cu);

.c
om

d. Hợp kim nhôm đúc

cu

u

du
o

ng

th

an

Hợp kim Al - Si (Silumin)
- Si ~ 10 - 13%;

- Biến tính: ↑cơ tính (σb = 130MPa, δ = 3%) lên (σb = 180MPa, δ= 8%)

10
CuuDuongThanCong.com

/>

cu

u

du
o

ng

th

an

co

ng

.c
om

Hợp kim Al - Si - Mg(Cu)
- Ngoài Si ~ ( 5 – 20%), cịn có Mg < 1% tạo pha hóa bền Mg2Si, Cu ~ (35%) cải thiện thêm cơ tính và tính đúc;
- Có thể hóa bền bằng nhiệt luyện;

11
CuuDuongThanCong.com

/>

5.7.2. Hợp kim đồng
a. Đồng nguyên chất và phân loại HK đồng

ng

.c
om

Các đặc tính của đồng đỏ:
- Dẫn điện dẫn nhiệt tốt, rất dẻo, dễ dát mỏng, kéo sợi,
tính hàn khá tốt, chống ăn mòn tốt;
- Khối lượng riêng lớn, tính gia cơng cắt và tính đúc kém;

ng

th

an

co

Phân loại hợp kim đồng:
- Phân loại theo nguyên tắc giống hợp kim nhôm: biến dạng và đúc
- Phân loại theo truyền thống: Latông (Cu – Zn) và Brông (Cu - nguyên

tố hợp kim khác), ví dụ Cu-Sn;

cu

u

du
o

Hệ thống ký hiệu hợp kim đồng:
Tiêu chuẩn Hoa Kỳ - CDA:
1xx - đồng đỏ và các hợp kim Cu – Be;
2xx - latông đơn giản, 4xx - latông phức tạp;
5xx - brông Sn,
6xx - brông Al, Si;
7xx - brông Ni, Ag,
8xx và 9xx - HK đồng đúc;
12
CuuDuongThanCong.com

/>

cu

u

du
o

ng

th

an

co

ng

.c
om

b. Latông

Latông đơn giản: thường dùng < 45% Zn,
tổ chức một pha α (<35% Zn) hoặc hai pha α + β (CuZn)
↑ %Zn → độ dẻo tăng, đạt max với 30% Zn;
13
CuuDuongThanCong.com

/>

b. Latơng

ng

th

an

co

ng

.c
om

Latơng một pha: Dễ biến dạng dẻo, khó cắt;
- LCuZn5 - màu đỏ nhạt, tính chất giống đồng;
- LCuZn20 màu giống như vàng;
- LCuZn30: độ bền dẻo cao nhất;

cu

u

du
o

Latông hai pha: LCuZn40, dễ cắt, bền & cứng hơn, có thể biến dạng nóng

14
CuuDuongThanCong.com

/>

b. Latơng

cu

u

du
o

ng

th

an

co

ng

.c
om

Latơng phức tạp: có thêm Pb (<4%) - dễ đúc, dễ cắt; Sn ~ 1% (Al ~ 23% & As, Co, Sb) - chống ăn mòn trong nước biển; Si - tăng bền, cải
thiện tính hàn và đúc; Ni (10-20%) - màu bạc, tăng bền, tạo tính chống gỉ,
khơng xỉn màu, kháng vi khuẩn, ↑ điện trở suất;

15
CuuDuongThanCong.com

/>

c. Brông

cu

u

du
o

ng

th

an

co

ng

.c
om

Brông thiếc: (Cu - Sn)
- Loại biến dạng: < 8-10%, cơ tính cao, chống ăn mịn
trong nước biển, thêm Pb - cải thiện tính cắt gọt, dùng Zn
thay cho Sn : BCuSn4Zn4Pb4;
- Loại đúc: có > 10%Sn, tổng lượng hợp kim > 12%,
BCuSn5Zn5Pb5, BCuSn10Sn2, chống ăn mịn tốt, tính
đúc cao;

16
CuuDuongThanCong.com

/>

cu

u

du
o

ng

th

an

co

ng

.c
om

Brông nhôm: (Cu - Al), thêm Ni (5%), Fe (4%) - ↑ bền,
chịu ăn mòn và mài mòn, Si (<2%) – ↑ độ bền và khả
năng biến dạng nóng;
- Loại một pha: ~ 5 - 9%, chịu ăn mòn tốt trong mơi
trường khí cơng nghiệp và nước biển;
- Loại hai pha: có > 9,4% Al, tổ chức gồm α + β (Cu3Al,
mạng A2), sau tơi và ram cao (5000C) có cơ tính cao;
- Loại đúc: có > 10% Al, thành phần có thể giống loại

biến dạng hai pha;

BCuAl7Si2

BCuAl11Fe4Ni4
CuuDuongThanCong.com

BCuAl10Ni5Fe3
/>
17


cu

u

du
o

ng

th

an

co

ng

.c

om

Brông Berili: Be (0,25 - 2%) không tạo tia lửa khi va đập, chịu ăn mòn ở
nhiệt độ cao, cường độ dịng điện lớn, độc hại khi gia cơng cắt hoặc hàn;
- Hợp kim có tính dẫn điện cao: (0,25 – 0,7% Be), thêm Ni & Co tăng độ
bền, tính dẫn điện cao hơn Al, chỉ hơi kém Cu nguyên chất;
- Hợp kim độ bền cao: (1,6-2% Be), thêm 0,3% Co - sau nhiệt luyện tơi +
hóa già có độ bền cao nhất trong các hợp kim đồng thương mại và tính
đàn hồi rất cao, độ dẫn điện khoảng giữa Fe và Al;

18
CuuDuongThanCong.com

/>

5.7.3. Hợp kim bột
3. Thiêu kết

a. Khái niệm chung

.c
om

Công nghệ bột

du
o

ng

th

an

co

ng

2. Tạo hình

cu

u

1. Tạo bột
-Về kinh tế: sử dụng triệt để nguyên liệu
-Về chất lượng: đồng nhất

4. Mài tinh

-Về tổ chức tế vi: lỗ hổng ( 2-50%)
CuuDuongThanCong.com

19
/>

cu

u

du
o

ng

th

an

co

ng

.c
om

Phương pháp tạo bột

20
CuuDuongThanCong.com

/>

b. Vật liệu dụng cụ cắt
Dụng cụ cắt bằng hợp kim cứng

.c
om

• Tính cứng nóng cao: 800-10000C

• Độ cứng : 70-75HRC

cu

u

du
o

ng

th

an

co

• Thành phần: 3 loại
+ Loại 1 cácbít: bột WC+ bột Co (
dính kết) →cắt gang,sứ...(phoi vụn)
+ Loại 2 cácbít: bột WC+TiC+ bột
Co→gia cơng tinh thép
+ Loại 3 cácbít: WC+ TiC+ TaC+
bột Co→ gia cơng thơ thỏi đúc, rèn,
cán

ng

• Tốc độ cắt đến hàng trăm m/ph

21
CuuDuongThanCong.com

/>

Dụng cụ cắt bằng vật liệu siêu cứng

an

co

ng

• Thành phần
- Vật liệu siêu cứng
- Chất kết dính: B, Be, Si, bột kim loại

.c
om

• Vật liệu bột siêu cứng (HV 8000 - 10000)
- Bột kim cương
- BN (bo nitrit)

ng

th

• Tính cứng nóng cao: 800-14000C

cu

u

du
o

• Tốc độ cắt có thể đến 1800-2000 m/ph

22
CuuDuongThanCong.com

/>

c. Vật liệu kết cấu
Hợp kim Al bột:

.c
om

Hợp kim Fe bột:

ng

Hợp kim Cu bột:

cu

u

du
o

ng

th

an

co

Hợp kim Ti bột:

23
CuuDuongThanCong.com

/>

d. Vật liệu xốp

ng

.c
om

Bạc tự bôi trơn
+ Cu - 10%Sn: độ xốp 25%, tẩm dầu
trong chân không ở 750C
+ Hợp kim Al, hợp kim Fe, hợp kim Ni-Cr

cu

u

du
o

ng

th

an

co

Màng lọc:
- Bột đồng đều, đẳng trục: bột brông, bột thép không gỉ, bột Ni,…
- Độ xốp cao > 30 - 35%;

24
CuuDuongThanCong.com

/>

e. Vật liệu ma sát

cu

u

du
o

ng

th

an

co

ng

.c
om

o Thành phần chính:
• Bột đồng: má phanh/cơn cho máy, xe cơng
suất trung bình và lớn (ma sát khơ/ướt)
• Bột sắt: cơng suất trung bình và lớn (ma
sát khơ)
• Bột ơxit kim loại: Al2O3, SiO2, MgO, TiO2
(cơng suất lớn)
o Chất kết dính: kim loại
o Chất giảm ma sát, giảm rung động: Graphit

25
CuuDuongThanCong.com

/>