fgsg

2. NỘI DUNG
I. MẠNG TINH THỂ
II. CÁC KIỂU MẠNG THƯỜNG GẶP
III. LỖ TRỐNG
IV. TÍNH THÙ HÌNH CỦA KIM LOẠI
V. KHUYẾT TẬT TRONG MẠNG TINH THỂ
VI. ĐƠN, ĐA TINH THỂ
MỤC TIÊU
1. Vẽ và mô tả thông số các kiểu mạng Bcc, Fcc, Hcp.
2. So sánh cấu tạo mạng tinh thể lý tưởng và thực.
3. Vẽ và trình bày vai trò của lệch biên, lệch xoắn.
4. So sánh khả năng phát triển của mầm tự sinh & kí sinh
trong quá trình kết tinh.

3. Ảnh AFM mặt (111) của Au,
(Dr. Michael Green, TopoMetrix Corporation)

4. I/ MẠNG TINH THỂ
1. KHÁI NIỆM
• Là tập hợp các khối cơ bản (unit cells) xếp liên
tiếp nhau theo 3 chiều trong không gian.
• Hệ tọa độ Oxyz có:
– Gốc tọa độ: nút mạng bất kì
– Thông số mạng: khoảng cách
giữa 2 nút mạng liên tiếp trên
trục tọa độ
– Góc mạng: xOy = γ
yOz = β ; xOz = α

5. I/ MẠNG TINH THỂ
 Phương tinh thể (crystallographic directional): vectơ bất
kì qua 2 nút mạng.
 Mặt tinh thể (crystallographic planes):
 Đi qua 3 nút mạng không thẳng hàng.
 Đi qua 2 phương không trùng nhau.
 Đi qua 1 nút mạng và 1 phương.

6. NỘI DUNG
I. MẠNG TINH THỂ
II. CÁC KIỂU MẠNG THƯỜNG GẶP
III. LỖ TRỐNG
IV. TÍNH THÙ HÌNH CỦA KIM LOẠI
V. KHUYẾT TẬT TRONG MẠNG TINH THỂ
VI. ĐƠN, ĐA TINH THỂ

7. II. CÁC KIỂU MẠNG THƯỜNG GẶP
1. Lập phương tâm khối (Body-centered cubic -BCC):
a = b = c
α = β = γ = 90º
8 nguyên tử ở 8 đỉnh khối cơ bản + 1 nguyên tử ở tâm.
Số sắp xếp (Coordination number): Số lượng các nút
bao quanh gần nhất, K = 8.

8. 1.LẬP PHƯƠNG TÂM KHỐI (BCC)
 Số nguyên tử (Number of Atoms/Unit Cell)
n = 8x1/8 + 1 = 2
 Giả thuyết nguyên tử lý tưởng:
 Nguyên tử hình cầu, bán kính r
 Các nguyên tử tiếp xúc nhau
trên phương tinh thể có khoảng
cách ngắn nhất giữa 2 nút mạng:
4
3
a
r 

9. 1.LẬP PHƯƠNG TÂM KHỐI (BCC)
 Mật độ thể tích (atomic packing factor):
Mv = n.Vnguyên tử / Vô cơ sở
→ 68% thể tích ô cơ sở do nguyên tử chiếm chỗ, 32%
thể tích còn lại là không gian trống?
%
68
%
100
.
)
4
3
.(
3
4
.
2
4
3
3
4
3
3





a
a
M
a
r
a
r
v


10. NỘI DUNG
I. MẠNG TINH THỂ
II. CÁC KIỂU MẠNG THƯỜNG GẶP
III. LỖ TRỐNG
IV. TÍNH THÙ HÌNH CỦA KIM LOẠI
V. KHUYẾT TẬT TRONG MẠNG TINH THỂ
VI. ĐƠN, ĐA TINH THỂ

11.  Khối 4 mặt:
Tâm nằm ở ¼ đoạn thẳng nối
điểm giữa các mặt bên.
Số lượng = số vị trí x tỉ lệ sở
hữu trên 1 vị trí = 24 x1/2 = 12
Dlỗ trống = 0.221dnguyên tử
 Khối 8 mặt: (tự học)
 Ví dụ các kim loại có kiểu mạng
BCC là Cr, W, Mo, V, Fe,Tiβ
III. LỖ TRỐNG

12. NỘI DUNG
I. MẠNG TINH THỂ
II. CÁC KIỂU MẠNG THƯỜNG GẶP
III. LỖ TRỐNG
IV. TÍNH THÙ HÌNH CỦA KIM LOẠI
V. KHUYẾT TẬT TRONG MẠNG TINH THỂ
VI. ĐƠN, ĐA TINH THỂ

13. IV. TÍNH THÙ HÌNH CỦA KIM LOẠI
(ALLOTROPY)
 Một số kim loại có nhiều kiểu mạng.
 Mỗi kiểu mạng ổn định trong khoảng tº xác định, gọi là
kiểu thù hình (đa hình). Kí hiệu: α, β, γ…
→ Khi nung nóng hay làm nguội đủ chậm qua khoảng tº
xác định thì kiểu mạng thay đổi.
α ↔ β: chuyển biến thù hình.

14. TÍNH THÙ HÌNH CỦA KIM LOẠI
• Vd: Sắt ở 911ºC÷1392ºC có kiểu
mạng lập phương diện tâm, dưới
911ºC là lập phương thể tâm.
=> ứng dụng rất nhiều trong nhiệt
luyện (Heat treatment).
• Thiếc ở tºphòng là Snβ dẻo, dưới -30ºC
chuyển biến thù hình thành Snα , thể
tích tăng 25% => dạng bột.
Robert Falcon Scott

15. NỘI DUNG
I. MẠNG TINH THỂ
II. CÁC KIỂU MẠNG THƯỜNG GẶP
III. LỖ TRỐNG
IV. TÍNH THÙ HÌNH CỦA KIM LOẠI
V. KHUYẾT TẬT TRONG MẠNG TINH THỂ
VI. ĐƠN, ĐA TINH THỂ

16. V. CẤU TẠO TINH THỂ THỰC TẾ
1. Mạng tinh thể lý tưởng
(Perfect crystal):
Mọi nút mạng đều ở vị trí
cân bằng.
Mọi nút mạng đều chứa
nguyên tử (ion dương).
Không chứa các nguyên tử
tạp chất.

17. V. KHUYẾT TẬT TRONG MẠNG TINH THỂ
b. Các loại khuyết tật (Defects):
1. Sai lệch điểm (Point defects): sai lệch có kích thước nhỏ theo
3 chiều trong không gian. Gồm:
– Nút trống: nút mạng không chứa nguyên tử
– Nguyên tử xen kẽ: r ≤ 0.59 r nguyên tử
– Nguyên tử thay thế: nguyên tử kim loại B thay thế nguyên tử
kim loại A trong kiểu mạng của A.

18. 1. SAI LỆCH ĐIỂM:
 Số lượng sai lệch điểm tăng:
Độ bền, độ cứng tăng.
Độ dẻo, độ dai giảm.
Điện trở tăng.
Dễ bị oxy hóa, ăn mòn hóa học.

19. 2. SAI LỆCH ĐƯỜNG (DISLOCATION)
Là tập hợp các sai lệch điểm xếp liên tiếp. Gồm:
 Lệch biên.
 Lệch xoắn.
 Lệch hỗn hợp (lệch biên + lệch xoắn).
Lệch biên Lệch xoắn Lệch hỗn hợp

20. 2. SAI LỆCH ĐƯỜNG (DISLOCATION)
1. Lệch biên: Phần của mặt tinh
thể bị thiếu trong tập hợp các
mặt tinh thể song song.
2. Lệch xoắn: Các nguyên tử
xung quanh trục sắp xếp theo
đường xoắn ốc.
3. Lệch hỗn hợp (lệch biên +
lệch xoắn).
Lệch biên
Lệch xoắn

21. 3. MẬT ĐỘ LỆCH
Mật độ lệch (density of dislocation):
Mật độ lệch càng lớn:
 Độ bền, độ cứng tăng.
 Độ dẻo, độ dai giảm.
 Điện trở tăng.
 Dễ bị oxy hóa, ăn mòn hóa học.
)
( 2


 mm
V
li

)
( 2



 mm
S
ch
ê
l

Ảnh SEM

22. NỘI DUNG
I. MẠNG TINH THỂ
II. CÁC KIỂU MẠNG THƯỜNG GẶP
III. LỖ TRỐNG
IV. TÍNH THÙ HÌNH CỦA KIM LOẠI
V. KHUYẾT TẬT TRONG MẠNG TINH THỂ
VI. ĐƠN, ĐA TINH THỂ

23. ĐƠN TINH THỂ & ĐA TINH THỂ
1. Đơn tinh thể (Single
crystal):
Mạng tinh thể thống nhất
& phương không đổi trong
toàn bộ khối tinh thể.
Có tính dị hướng.
Ít gặp.

24. 2. ĐA TINH THỂ
Polycrystalline
B2-3-ket tinh va hop kim hoa.MP4
 Gồm nhiều đơn tinh thể xếp liên
tiếp nhau, liên kết bởi biên giới
hạt (grain boundary).
 Ở biên giới hạt các nguyên tử sắp
xếp không trật tự.
 Phương tinh thể đổi chiều qua biên
giới hạt.
 Định hướng ngẫu nhiên, có tính
đẳng hướng.
ĐĨA CẤP ĐỘ HẠT

25. PHẦN TỰ HỌC
1. Các kiểu mạng lục giác xếp chặt, lập phương diện tâm.
2. Quá trình kết tinh.
3. Kích thước và hình dạng tinh thể (cấu tạo của thỏi đúc).

26. CÂU HỎI KIỂM TRA NHANH
- 10 phút (50% GIỮA KÌ)
1. Giải thích cách tính số lượng nguyên tử và
mật độ thể tích trong kiểu mạng BCC?
2. So sánh cấu trúc và tính chất của vật liệu
đơn tinh thể và vật liệu đa tinh thể?

27. CHÚ Ý: TUẦN SAU NHẬN
BÀI TẬP

28. III/ QUÁ TRÌNH KẾT TINH (TỰ HỌC)
 Chất lượng vật đúc phụ thuộc vào quá trình
kết tinh.
 Là quá trình hình thành liên kết kim loại và
phát triển mạng tinh thể trong toàn bộ thể tích
khối kim loại lỏng.
 Gồm: sinh mầm & phát triển mầm

29. CẤU TẠO KIM LOẠI LỎNG
Gồm:
1. Các vùng nguyên tử hầu như tự do.
2. Các nhóm nguyên tử còn duy trì liên
kết kim loại, sắp xếp có trật tự (nhóm
trật tự).

30. III/ QUÁ TRÌNH KẾT TINH
 Giả thuyết:
 Nhóm trật tự có hình cầu, bán kính r.
 Luôn hình thành nhóm trật tự mới & tan rã nhóm
cũ.
 Nhiệt độ tăng thì số lượng nhóm trật tự giảm &
ngược lại.
 Có electron tự do trong kim loại lỏng.
 Vlỏng – Vrắn = 1.5 ÷3%
→ Kim loại lỏng gần giống kim loại rắn về một số
tính chất, nhưng các nguyên tử của kim loại lỏng
chỉ giữ được trật tự gần.

31. III/ QUÁ TRÌNH KẾT TINH
b. Các điều kiện kết tinh:
 Điều kiện năng lượng: xu
hướng tự phát là tăng mức
độ trật tự của hệ (hay giảm
entropy-nguyên lý 2 nhiệt
động lực học).
→ Trang thái ổn định là trạng
thái có mức độ trật tự cao
nhất, hay mức năng lượng
tự do (F) thấp nhất.

32. SINH MẦM
b. Các điều kiện kết tinh:
 T<To : Fr<Fl → pha rắn ổn định.
 T>To : Fr>Fl → pha lỏng ổn định.
→ Điều kiện cần: nhiệt độ giảm
xuống dưới To.
Điều kiện đủ: quá trình kết tinh ưu
tiên xảy ra ở những vùng có cấu
trúc và thành phần hóa học tương
tự trạng thái rắn (nhóm trật tự).

33. SINH MẦM
b. Các điều kiện kết tinh:
 Mầm xuất hiện → thể tích,
diện tích bề mặt, năng
lượng đàn hồi.
 ∆F(r) = -∆Fv + ∆Fs + ∆Fđàn hồi
= -V.∆f + S.δ + 0
=.-4/3.л.r3 ∆f + δ.4. л.r2
Với r* : bán kính mầm tới hạn
f
r
r
f
r
r
d
f
d









  



.
2
0
.
.
.
8
.
.
.
4
)
(
)
( 2

34. SINH MẦM
Nếu:
 r > r* → mầm tiếp tục
phát triển thành tinh
thể.
 r < r* → mầm bị hòa
tan.

35. SINH MẦM
Các loại mầm:
 Mầm tự sinh: tạo ra từ chính kim loại lỏng đồng nhất.
 Mầm kí sinh: từ bề mặt kim loại lỏng tiếp xúc với
xung quanh (thành khuôn, tạp chất rắn…)
Mầm kí sinh dễ phát triển hơn vì ∆Fs nhỏ hơn (do diện
tích tiếp xúc với kim loại lỏng giảm).
∆F(r) = -∆Fv + ∆Fs + ∆Fđàn hồi
= -V. ∆f + s.δ + 0

36. PHÁT TRIỂN MẦM
Theo 2 cơ chế:
1. Tuyến tính: các nhóm nguyên tử cỡ khối cơ
bản lần lượt gắn lên mầm theo 3 chiều.
2. Lệch xoắn: các nhóm nguyên tử cỡ khối cơ
bản lần lượt gắn lên các bậc cấp do lệch
xoắn tạo ra trên bề mặt mầm tinh thể.

37. SỰ HÌNH THÀNH HẠT
 Mỗi hạt được tạo từ một mầm mà phương mạng
của mầm định hướng ngẫu nhiên.
 Kích thước hạt không đều nhau.
 Biên giới hạt là nơi các nguyên tử sắp xếp
không có trật tự, có nhiệt độ nóng chảy thấp
nhất và chứa nhiều tạp chất nhất.

38. BIẾN TÍNH
 Đưa các chất biến tính vào kim loại lỏng
nhằm thay đổi δ → đạt được kích thước và
hình dạng tinh thể theo yêu cầu.
Ví dụ: Gang xám biến tính → gang cầu, có độ
bền cao hơn.
Gang xám Gang cầu
Puli Trục khuỷu