Vatlieucokhi 4 - hopkim & giandopha

2
4.1. Khái niệm về hợp kim
 Hợp kim là vật liệu mang tính kim loại (dẫn điện, nhiệt cao, dẻo, dễ biến
dạng, có ánh kim), bao gồm hai hay nhiều nguyên tố, trong đó nguyên
tố chính là kim loại, nguyên tố phụ có thể là kim loại hay á kim (B, Si, Ge,
As, Sb, Te, Po).
 Thành phần nguyên tố hoá học trong hợp kim thường được biểu thị
bằng % khối lượng, cũng có khi biểu thị bằng % nguyên tử.
 Ví dụ:
• Đồng thau (la tông, là hợp kim của 2 nguyên tố kim loại Cu và Zn)
• Thép C40 có 0,4%C;
• Thép 40Cr có 0,4%C và 1%Cr
CH4 - HỢP KIM VÀ GIẢN ĐỒ PHA

3
Đặc điểm:
+ Cơ tính cao: Độ bền, độ cứng, giới hạn chảy, đàn hồi của hợp kim
cao hơn hẳn so với kim loại nguyên chất, còn độ dẻo, độ dai vẫn đủ
cao.
+ Tính công nghệ phù hợp với chế tạo cơ khí như: tính đúc, tính gia
công cắt gọt, có thể hoá bền bằng nhiệt luyện v.v…
+ Tính kinh tế: rẻ hơn và kinh tế hơn nhiều so với kim loại nguyên
chất. Do luyện hợp kim không cần phải khử triệt để tạp chất, mà chỉ
cần khống chế chúng ở mức độ nào đó.
4.1. Khái niệm về hợp kim (tiếp)

4
 Cấu tử (nguyên): Là những chất độc lập có thành phần hoá học không đổi
(có thể là nguyên tố hoá học hoặc hợp chất hoá học), chúng tạo nên tất
cả các pha của hệ.
 Hệ: là một dạng tập hợp các pha ở trạng thái cân bằng.
 Pha: là những phần tử cấu tạo nên hợp kim, một loại pha phải cùng trạng
thái và kiểu mạng tinh thể.
Ví dụ:
• Một hệ gồm 2 pha là nước lỏng và nước đá (ở 00C), chỉ có một nguyên tử là
H2O.
• Hợp kim Cu- Ni là một hệ gồm 2 nguyên (Cu, Ni) ở trạng thái rắn hoặc lỏng
chỉ có một pha vì chúng tạo ra dung dịch rắn hoặc lỏng đồng nhất.
4.2. Một số khái niệm liên quan đến hợp kim

5
Khái niệm:
 Khi 2 nguyên tố hoà tan vào nhau ở trạng thái rắn, một
nguyên tố giữ nguyên kiểu mạng gọi là dung môi, còn nguyên
tố kia phân bố đều vào mạng của nguyên tố dung môi gọi là
nguyên tố hoa tan.
 Ký hiệu của dung dịch rắn là A (B); trong đó: A – dung môi, B
– nguyên tố hoà tan.
 Tuỳ theo vị trí phân bố của nguyên tố hoà tan trong mạng
tinh thể của dung môi, sẽ có hai loại dung dịch rắn thay thế
và xen kẽ.
4.3. Dung dịch rắn

6
 Khi nguyên tử của nguyên tố hoà tan thế vào vị trí nút mạng của
nguyên tố dung môi thì tạo nên dung dịch rắn thay thế.
 Điều kiện: Dntht  Dntdm
 Tuy nhiên vẫn làm xô lệch mạng tăng độ bền, độ cứng và giảm một
chút độ dẻo dai so với dung môi.
- nguyên tử dung môi
- nguyên tử hoà tan
4.3. Dung dịch rắn thay thế

7
 Theo độ hoà tan lại chia ra dung dich rắn (thay thế) hoà tan vô
hạn và hoà tan có hạn.
 Dung dịch rắn hoà tan vô hạn
• Khi nguyên tử hoà tan B có thể lần lượt thay thế các vị trí của
nguyên tử dung môi A một cách liên tục, ta được dung dịch rắn
hoà tan vô hạn.
• Điều kiện cần để hai kim loại hòa tan vô hạn vào nhau là:
Có cùng kiểu mạng;
Đường kính nguyên tử sai khác nhau ít, dưới 8%, từ 8-15% hòa
tan có hạn, > 15% không thể hoà tan vào nhau.
Các tính chất lý, hoá gần giống nhau nhất là nhiệt độ chảy;
Có cùng hoá trị
A(B)
A(B)
B(A)
4.3. Dung dịch rắn thay thế (t)

8
 Dung dịch rắn hoà tan có hạn
- Khi nguyên tử hoà tan B chỉ có thể thay thế vị trí các nguyên tử dung
môi A đến một giới hạn nào đó (nếu hoà tan thêm sẽ có kiểu mạng
khác), ta được dung dịch rắn hoà tan có hạn.
4.3. Dung dịch rắn thay thế (t)

9
 Khi nguyên tử hoà tan xen kẽ vào
vị trí các lỗ hổng trong mạng tinh
thể dung môi.
Nguyên tử dung môi
Nguyên tử hoà tan
4.4. Dung dịch rắn xen kẽ
 Đặc điểm:
- Giữ nguyên kiểu mạng của dung môi, tồn
tại sai lệch điểm xen kẽ,
- Điều kiện tạo thành dung dịch rắn xen
kẽ:
dB/dA < 0.59
- Là loại dung dịch hoà tan có hạn;
- Thường được tạo thành bởi dung môi là
kim loại có đường kính nguyên tử lớn
như: Fe, Cr, W, Ti... và các nguyên tố hoà
tan là các á kim có đường kính nguyên tử
nhỏ như : C, N, H, B…

10
 Kết tinh là quá trình chuyển từ trạng thái lỏng sang trạng thái rắn.
 Về mặt cấu trúc: Biến đổi từ trạng thái sắp xếp không trật tự (lỏng)
thành có trật tư ̣(rắn, cấu trúc tinh thể).
 Mỗi kim loại có một nhiệt độ kết tinh nhất định.
 Kết tinh là bước khởi tạo của sự hình thành tổ chức tinh thể (gồm các
hạt với cấu trúc tinh thể).
 Kết tinh là quá trình quan trọng với công nghệ đúc. Kim loại (hay hợp
kim) được nung chảy lỏng rồi làm nguội trong các khuôn đúc (kết tinh
– đông đặc), sau đó mới qua các dạng gia công khác nhau (rèn, cán,
ép…) để làm thành bán thành phẩm hay sản phẩm.
4.5. Sự kết tinh của kim loại nguyên chất

11
Điều kiện xảy ra kết tinh
 Trong tự nhiên mọi quá trình tự phát đều xảy ra theo chiều giảm năng
lượng tự do.
 Năng lượng dự trữ của pha được đặc trưng bằng năng lượng tự do F
 Vậy sự kết tinh thực tế chỉ xảy ra ở nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ kết tinh lý
thuyết Ts
4.5. Sự kết tinh của kim loại nguyên chất (t)

12
 Hai quá trình của sự kết tinh:
Tạo mầm: là quá trình sinh ra các phần tử rắn có cấu trúc tinh thể với
kích thước đủ lớn, được cố định lại trong kim loại lỏng gọi là mầm.
Mầm tự sinh: là các phần tử rắn được sinh ra ngay trong kim loại lỏng.
Mầm ký sinh: do sự xuất hiện của các phần tử có sẵn trong kim loại
lỏng (nguyên tố tạp chất khó chảy như oxyt, nitrit, bụi tường lò hoặc cố
ý đưa các phẩn tử rắn vào để giúp kết tinh nhanh,...)
Tạo mầm ký sinh dể hơn tạo mầm tự sinh, rth (ký sinh) < rth (tự sinh)

13
Quá trình phát triển mầm: sau khi tạo được mầm, quá trình
tiếp theo là các mầm này phát triển, lớn lên thành các hạt tinh
thể.
- Khi mầm đạt kích thước tới hạn (rth)  mầm sẽ phát triển
lớn lên để giảm năng lượng tự do.
- Các mầm sinh ra không đạt rth sẽ bị tan đi vào kim loại lỏng.
- Kết tinh là sự tiếp nối liên tục của hai quá trình cơ bản trên
(tạo mầm và phát triển mầm)

14
Sự hình thành hạt:
 Mỗi mầm lớn lên thành một hạt.
 Mầm mới vẫn tiếp tục sinh ra, trong khi các mầm đạt rth
đang phát triển đến khi hết kim loại lỏng(các hạt gặp
nhau quá trình kết tinh kết thúc).
 Ví dụ: 1 giây đầu  3 mầm, giây thứ 2  3 mầm mới + và
3 mầm phát triển lên........

15
Sự hình thành hạt:
Nhận xét:
 Mỗi mầm tạo nên một hạt mà phương mạng của mầm
định hướng ngẫu nhiên nên phương mạng của các hạt
lệch nhau một góc bất kỳ.
 Hạt sinh ra trước sẽ phát triển nhanh hơn hạt saukích
thước các hạt không đồng đều.
 Biên giới hạt bị xô lệch là nơi các nguyên tử sắp xếp không
trật tự, có nhiệt độ nóng chảy thấp và chứa nhiều tạp
chất.

16
Sự hình thành hạt: (hình dạng hạt và kích thước hạt)
a. Hình dạng hạt: phụ thuộc vào phương thức nguội:
 Nguội đều theo mọi phương hạt có dạng đa cạnh
hay cầu (cơ tính tốt nhất).
 Nguội nhanh theo 1 phương hạt có dạng đũa,
cột hay hình trụ.
 Mầm phát triển theo mặt và phương có mật độ
nguyên tử lớn nhất  hạt có dạng nhánh cây(cơ
tính xấu nhất).
4.5. Sự kết tinh của kim loại nguyên chất (tt)
Vùng hạt
đa cạnh
Vùng hạt
hình trụ
b. Kích thước hạt: Ảnh hưởng của kích thước hạt đến cơ tính:
Hạt nhỏ cơ tính tăng (tăng độ bền và độ dẻo, dai va đập).
- Hạt nhỏ biên giới hạt càng nhiều cản trượt mạnh
hơn  độ bền tăng.
- Hạt nhỏ  số lượng hạt tăng lên  độ dẻo tăng

17
Các phương pháp tạo hạt nhỏ khi đúc:
Nguyên lý: kích thước hạt phụ thuộc vào hai quá trình là: tạo mầm và
phát triển mầm.
- Tốc độ tạo mầm lớn (số mầm nhiều) hạt càng nhỏ
- Tốc độ phát triển mầm càng lớn  hạt lớn (do mầm sinh ra trước
phát triển nhanh lấn át các mầm sinh ra sau -> hạt lớn)
- Công thức thực nghiệm:
+ A: kích thước hạt; a - hệ số
+ n: tốc độ tạo mầm
+ 𝜈: tốc độ phát triển mầm
 Vậy nguyên lý tạo hạt nhỏ khi đúc là → tăng n và giảm v
𝐴 = 𝑎
𝜈
𝑛

18
Các phương pháp tạo hạt nhỏ khi đúc:
Các phương pháp làm nhỏ hạt:
* Nguội nhanh:
- ∆T tăng (độ quá nguội)  số mầm (n) và tốc độ phát
triển mầm (v) đều tăng, nhưng n tăng nhanh hơn v
làm nhỏ hạt.
- Giải pháp: thay khuôn cát bằng khuôn kim loại.
- Nhược điểm: Gây ứng suất nhiệt lớn nứt chi tiết,
không có hiệu quả với chi tiết lớn.
* Biến tính:
- Làm tăng số lượng mầm ký sinh bằng việc sử dụng các chất biến tính.
Ví dụ: cho bột Al (lượng nhỏ vài trăm gam / 1 tấn) vào thép lỏng để kết hợp với
Oxy, nitơ  Al2O3 , nitrit (AlN) khó chảy tạo nên các phần tử rắn nhỏ mịn, lơ lững,
phân tán đều giúp tạo mầm ký sinh dễ dàng.

19
 Khái niệm
• Biểu thị sự biến đổi tổ chức pha theo nhiệt độ và thành phần hoá
học của hệ ở trạng thái cân bằng.
• Được xây dựng trong điều kiện nung nóng và làm nguội vô cùng
chậm tức là ở trạng thái cân bằng.
4.6. Khái niệm về giản đồ pha
 Công dụng: Từ giản đồ pha có thể biết được:
- Cấu tạo pha của hệ hợp kim tại các nhiệt độ và thành phần khác nhau. Từ
cấu tạo pha ta có thể suy đoán tính chất của từng hợp kim cụ thể.
- Nhiệt độ chảy, nhiệt độ chuyển biến pha của hợp kim, từ đó xác định
được nhiệt độ rèn, cán, đúc.
- Trạng thái pha (gồm những pha nào, thành phần của mỗi pha và tỷ lệ
giữa những pha đó) của hệ hợp kim ở các nhiệt độ và thành phần khác
nhau.

20
Giản đồ pha hai cấu tử
Hệ một cấu tử
Không có sự biến đổi thành phần nên giản đồ pha
của nó có một trục, trên đó đánh dấu nhiệt độ chảy (kết
tinh) và các nhiệt độ chuyển biến pha
Giản đồ pha của Fe
(Giản đồ một nguyên)
4.6. Khái niệm về giản đồ pha

21
Giản đồ pha hai cấu tử
Giản đồ pha hệ 2 cấu tử có 2 trục: Trục tung biểu diễn nhiệt độ, trục
hoành biểu thị thành phần (thường theo % khối lượng) với những
đường phân chia theo khu vực theo nguyên tắc sau:
4.6. Giản đồ pha hai cấu tử

22
- Đây là giản đồ của hệ hai nguyên hòa tan
vô hạn ở trạng thái lỏng, không hoà tan
vào nhau ở trạng thái rắn và có tạo thành
cùng tinh.
4.6. Giản đồ pha hai cấu tử - GIẢN ĐỒ LOẠI I
- Đường lỏng - đường AEB:
là đường mà khi nguội đến
đó, hợp kim lỏng sẽ bắt
đầu kết tinh.
- Đường đặc - đường CED:
là đường mà khi làm nguội
đến đó hợp kim lỏng sẽ kết
thúc kết tinh, nghĩa là dưới
đường đặc sẽ không còn
pha lỏng nữa.
- E là điểm cùng tinh

23
Quy ước như sau:
- Hợp kim có thành phần ở
chính điểm E gọi là hợp
kim cùng tinh
- Hợp kim có thành phần ở
bên trái điểm E gọi là hợp
kim trước cùng tinh và hợp
kim có thành phần ở bên
phải điểm E gọi là hợp kim
sau cùng tinh.

24
- VD: Xét sự kết tinh của hợp kim: 60%Sb (Antimoan) + 40%Pb (Chì)
- Các điểm 1,1’’ là điểm bắt đầu
kết tinh ra Sb và Pb
- Các điểm 2,E,2’’ là điểm kết tinh
ra Pb+Sb cùng 1 lúc của các hợp
kim 8,13,và 60.
1’’
2’’

25
- Trên AEB vùng lỏng, ACE L+Pb,
BDE L+Sb
- Dưới CED vùng rắn Pb+Sb
- AE, BE là tập hợp tất cả các nhiệt độ
bắt đầu kết tinh ra Pb(và Sb) ở mọi
hợp kim của hệ.
- CED: là tập hợp tất cả các nhiệt độ
kết tinh ra Pb+Sb cùng 1 lúc

26
- Sự kết tinh của hợp kim từ
trạng thái lỏng xảy ra như sau:
- Ở to=500oc hk bắt đầu kết tinh
ra tinh thể Sb.
- Làm nguội tiếp tục, tinh thể Sb
tạo thành càng nhiều, hợp kim
lỏng còn lại giảm Sb đi theo
đường lỏng từ 1->E.

27
Xác định tỉ lệ các pha của hợp kim 60%Sb +
40%Pb tại 4000C.Hợp kim lỏng tại
a’’(37%Sb) và tinh thể B tại a’ là (100%Sb).
Theo quy tắc cánh tay đòn
aa
aa
B
L
a
a





 
  23
40
3760
60100
Sb
L
100
37




 %5,36
63
23
pha rắn chiếm Pha lỏng chiếm  %5,63
63
40

28
Khi làm nguội đến CED(245oC) hợp kim lỏng còn lại nghèo Sb đi nữa và
có tọa độ tại E(13%Sb), pha rắn Sb tại D. Tỉ lệ 2 pha này trước khi kết
tinh cùng tinh là
L 2
B 2E
E
D
D

 
 
13
100
100 60L 40
Sb 60 13 47

 

 
47
54%
87
Pha rắn Sb đã
kết tinh
 Pha lỏng còn  
40
46%
87

29
Cũng tại nhiệt độ này (245oC) sau phản ứng cùng tinh
L13 Pb+Sb hợp kim có tổ chức Sb+(Pb+Sb) với tỉ lệ
60 13 47
100 60 40
Sb
Pb Sb

 
 
 
47
54%
87
Pha rắn Sb độc lập
Cùng tinh Pb+Sb  
40
46%
87

30
Vậy trong hợp kim cuối cùng của có hai loại
dung dịch rắn Sb: kết tinh độc lập ở trong vùng
(Sb+L) và loại cùng tinh với Pb (ở 245oC) và gọi
là Sb cùng tinh.
Tính tỉ lệ Pb cùng tinh với Sb (độc lập + cùng
tinh)
trong đó 54% kết tinh độc lập hạt to.
Vậy: nhiệt độ càng thấp hạt càng nhỏ mịn
Sb chiếm: 60%
Cùng tinh Pb: 40%
Sb+(Pb+Sb)
100 60 40
60 0 60
Pb
Sb

 

primary Sb
Eutectic Sb
eutecticPb

31
Đây là giản đồ của hệ hai nguyên, hoà tan
vô hạn vào nhau ở trạng thái lỏng và trạng
thái rắn.
 là dung dịch rắn hoà tan vô hạn của
A(B) hoặc B(A).
Tính tỉ lệ của mỗi pha của một hợp kim cụ
thể 35%Ni+65%Cu tại C và tại D
wt% Ni
20
1200
1300
30 40 50
110 0
L (liquid)

(solid)
T(°C)
A
35
Co
4635
43
32
: 43 wt% Ni
L: 32 wt% Ni
L: 24 wt% Ni
: 36 wt% Ni
B: 46 wt% Ni
L: 35 wt% Ni
C
D
E
24 36
4.6. Giản đồ pha hai cấu tử - GIẢN ĐỒ LOẠI II

32
- Giản đồ trạng thái hai nguyên A và B hào tan vô hạn vào nhau ở trạng thái
lỏng, hoà tan có hạn vào nhau ở trạng thái rắn.
E
+ Đường lỏng AEB
+ Đường đặc ACEDB.
+ CED - Đường cùng tinh.
4.6. Giản đồ pha hai cấu tử - GIẢN ĐỒ LOẠI III
+ Điểm E là điểm cùng tinh
(eutectic):
LE  ( + )
+ Cũng có hợp kim cùng
tinh, trước cùng tinh (trái E)
sau cùng tinh (phải E).

33
- : là dung dịch rắn hoà tan có hạn
A(B). Sự hoà tan có hạn thể hiện ở
đường CF choãi về phía trái chứng tỏ
nhiệt độ càng thấp độ hoà tan càng
giảm.
- : là dung dịch rắn hoà tan có hạn B(A).
Sự hoà tan có hạn thể hiện ở đường
DG choãi về bên phải, chứng tỏ nhiệt
độ thấp thì độ hoà tan giảm.
E

34
 Nếu Co < 2 wt% Sn
• Kết quả:
- Sau khi kết tinh xong chỉ có
một dung dịch rắn a được tạo
thành (giống giản đồ loại II)
0
L+ 
200
T(°C)
Co, wt% Sn
10
2
20
Co
300
100
L

30
+
400
T giới hạn hòa tan
TE
(Pb-Sn
System)

L
L: Co wt% Sn
: Co wt% Sn

35
 Nếu 2 wt% Sn < Co < 18.3 wt% Sn
• Kết quả:
- Ban đầu kết tinh ra dung dịch
rắn . Sau khi t0 hạ thấp chúng
(Sn) trở nên bảo hòa, tiết ra
lượng cấu tử hòa tan dưới
dạng dung dịch rắn thứ cấp 
( thừa Sn tiết ra pha )
Pb-Sn
system
L + 
200
T(°C)
Co , wt% Sn
10
18.3
200
Co
300
100
L

30
+ 
400
(sol. limit at TE)
TE
2
(sol. limit at Troom)
L

L: Co wt% Sn


: Co wt% Sn

36
 Nếu Co = CE
160m
Micrograph of Pb-Sn
eutectic
microstructure
Pb-Sn
system
L
 
200
T(°C)
C, wt% Sn
20 60 80 1000
300
100
L


L + 
183°C
40
TE
18.3
: 18.3 wt%Sn
97.8
: 97.8 wt% Sn
CE
61.9
L: Co wt% Sn

37
 Nếu 18.3 wt% Sn < Co < 61.9 wt% Sn
18.3 61.9
SR
97.8
SR
primary 
eutectic 
eutectic 
WL = (1-W) = 56 wt%
C = 18.3 wt% Sn
CL = 57 wt% Sn
S
R + S
W= = 44 wt%
• Just above TE :
• Just below TE :
C = 18.3 wt% Sn
C = 97.8 wt% Sn
S
R + S
W= = 73 wt%
W = 27 wt%
Pb-Sn
system
L+200
T(°C)
Co, wt% Sn
20 60 80 1000
300
100
L


L+
40
 + 
TE
L: Co wt% Sn L
L



38
L+
L+
 + 
200
Co, wt% Sn20 60 80 1000
300
100
L
 
TE
40
(Pb-Sn
System)
160 m
eutectic micro-constituent
Sau cùng tích hypereutectic): (illustration only)






175 m






Trước cùng tích (hypoeutectic): Co = 50 wt% Sn
T(°C)
61.9
eutectic
eutectic: Co =61.9wt% Sn

39
 Cac bon (C): Cácbon là nguyên tố á kim thuộc nhóm IV của hệ thống tuần
hoàn. Nó tồn tại dưới các dạng sau:
- Vô định hình như than gỗ, than đá;
- Dạng cấu trúc tinh thể như graphit và kim cương.
4.7. Giản đồ pha hai cấu tử - GIẢN ĐỒ Fe - C
• Kim cương tồn tại dưới kiểu mạng kim cương
(tứ diện đa giác đều) độ cứng cao nhất.
• Graphit với kiểu mạng lục giác xếp theo lớp.
Khoảng cách giữa các lớp khá xa nên lực liên
kết giữa chúng yếu và rất dễ tách lớp. Graphit
rất mềm.
+ Giới hạn bền kéo: b = 1-2 N/ mm2;
+ Hệ số ma sát bé (chống mài mòn tốt)

40
Sắt (Fe):
- Sắt là nguyên tố kim loại thuộc nhóm VIII của hệ thống
tuần hoàn, nó thuộc nhóm kim loại chuyển tiếp;
- Rất khó luyện ra sắt nguyên chất tuyệt đối. Sắt nguyên
chất kỹ thuật chứa khoảng 99,3  99,9% và 0,1 
0,7% tạp chất;
- Nhiệt độ nóng chảy 15390C.
- Có hai dạng thù hình:
Fe () – tồn tại ở nhiệt độ dưới 9100C và trong khoảng
1392 – 15390C, có kiểu mạng lập phương tâm khối.
Fe () – tồn tại trong khoảng 911 – 13920C, có kiểu
mạng lập phương tâm mặt, hòa tan đến 2,14 %C.

41
- Về cơ tính sắt là kim loại dẻo dai song kém bền, các chỉ
tiêu về cơ tính như sau:
+ Giới hạn bền kéo: b = 250 N/ mm2;
+ Giới hạn chảy: 0,2 = 120 N/ mm2;
+ Độ dãn dài tương đối:  = 50%;
+ Độ co thắt tương đối:  = 85%;
+ Độ dai va đập : ak = 3000 KJ/ m2;
+ Độ cứng HB = 80.

42
SỰ TƯƠNG TÁC CỦA Fe - C
 Fe và C tương tác với nhau theo hai cách:
a. Cacbon hòa tan vào sắt tạo thành dung dịch rắn Fe -C.
Hai loại mạng tinh thể của sắt có khả năng hòa tan cacbon
dưới dạng xen kẽ khác nhau.
+ Do kích thước C < Fe (rc = 0,077nm ,rFe = 0,1241nm) nên C
chỉ có thể hòa tan và Fe ở dạng dung dịch rắn xen kẽ.
• Dung dịch rắn xen kẽ của C trong Fe (fefit – ký hiệu F hoặc )
 %C cực đại hòa tan vào Fe là 0,02% ở 7270C,ở nhiệt độ
thường là 0,006%. Chủ yếu ở biên giới hạt.
 Fe (sắt đen) hòa tan 0,1%C ở 14990C
-Tính chất: độ cứng thấp, độ bền thấp, độ dẻo cao.

43
• Dung dịch rắn xen kẽ của C trong Fe (austennit – ký hiệu A
hoặc )
 %C cực đại hòa tan vào Fe là 2,14% ở 11470C,ở nhiệt độ
7270C hòa tan lớn nhất là 0,8%.
- Tính chất: A chỉ tồn tại ở nhiệt độ lớn hơn 7270C, độ bền cao,
độ dẻo, dai khá cao,độ cứng thấp.
- A không tồn tại ở nhiệt độ thường và không phải là thành phần
tổ chức ở nhiệt độ thường khi làm việc, nhưng nó là tổ chức
trung gian không thể thiếu trong nhiệt luyện.


44
b. Cacbon tác dụng với sắt tạo thành hợp chất hóa học.
+ Khi lượng C đưa vào Fe lớn hơn giới hạn hòa tan (trong Fe hay
Fe) của dung dịch rắn thì sẽ tạo nên các hợp chất hóa học: Fe3C
(6,67%C); Fe2C (9,67%C) và FeC (17,67%C); tuy nhiên trong hợp kim
Fe-C do chỉ sử dụng ở giới hạn khoảng 5%C nên chỉ có Fe3C và hợp
chất này có tên là Xementit;
 Xementit là pha không ổn định, ở nhiệt độ cao nó phân hoá
thành sắt và graphit
 Tính chất: độ cứng 800HB, chống mài mòn tốt, độ giòn khá cao,
có màu của xà cừ (ngọc trai).

45
Giản đồ pha Fe - C
100%Fe3C
6,67%c
A
b
c
d
f
k
l
e
g
sp
q
n
j
h
Láng ( L)
Austenit
()
L +  L + Xe I
L + 
6000c
10 6020 30 40 50 70 80 90
0,81 2 3 4 5 64,32,14

 + 
α + 
α
α + Xe
III
α + PP Xe II +
P
Xe I + Le (P +
Xe)
Xe I + Le ( +
Xe)
 + Xe II + Le( +
Xe)
 + Xe
II
P + Xe II + Le (P +
Xe)
11470C
7270C
9110c
16000c
15390c
13920c

47
- Đường ABCD là đường lỏng.
- Đường AHJECF là đường đặc.
- Đường ECF là đường cùng tinh
với điểm C là điểm cùng tinh.
- Đường PSK là đường cùng tích
với điểm S là điểm cùng tích.
- ES là giới hạn hoà tan C trong Fe
- PQ là giới hạn hoà tan C trong
Fe
E

48
A - 15390C – 0%C
B - 14990C – 0,5%C
C - 11470C – 2,14%C
D - 16000C – 6,67%C
E - 11470C – 2,14%C
F - 11470C – 6,67 %C
G - 9110C – 0%C
H - 14990C – 0,1%C
J - 14990C – 0,16%C
K - 7270C – 6,67%C
L - 00C – 6,67%C
N - 13920C – 0%C
P - 7270C – 0,02%C
Q - 00C – 0,006%C
S - 7270C – 0,8%C

49
Các tổ chức một pha
+ Hợp kim lỏng
Là dung dịch lỏng của
Cacbon trong Sắt. Nằm
phía trên đường lỏng
ABCD

50
Ferit (F hoặc  ):
Là dung dịch rắn xen kẽ của
C trong Fe có mạng lập
phương tâm khối. Dẻo, dai,
mềm và kém bền. Trong thực
tế ferit hòa tan với Si, Mn, Ni,
Cr tạo hợp kim. Tổ chức tế vi
có dạng các hạt sáng, đa
cạnh.

51
Auxtenit (As hoặc ):
Là dung dịch rắn xen kẽ của
C trong Fe có mạng lập
phương tâm mặt. Dẻo, dai,
độ cứng thấp. Chỉ tồn tại ở
nhiệt độ cao > 7270C, không
sử dụng trực tiếp chế tạo chi
tiết máy nhưng có vai trò
quan trọng trong nhiệt luyện,
hạt sáng có song tinh.

52
Xe (Fe3C)
Xemetit (Xe hoặc Fe3C):
Nằm ở biên bên phải
(đường DFKL), rất cứng
và giòn. Cùng với ferit tạo
nên các tổ chức khác
nhau của hợp kim Fe-C

53
Xementit I (XeI): được tạo
thành do giảm nồng độ C trong
hợp kim lỏng theo đường DC
khi hạ nhiệt độ.
Nó chỉ có trong hợp kim chứa >
4,3%C. Có tổ chức hạt dạng
thẳng, thô to.
Xe I

54
Xementit II (Xe II): được tạo
thành do giảm nồng độ C trong
Auxtenit theo đường ES khi hạ
nhiệt độ, có ở hợp kim chứa
khoảng 0,8 đến 2,14% C
Do tao thành ở nhiệt độ không
cao nên và từ trạng thái rắn nên
hạt nhỏ bao quanh hạt Auxtenit.
Xe II

55
Xementit III (Xe III): được tạo
thành do giảm nồng độ C
trong Ferit theo đường PQ khi
hạ nhiệt độ dưới 7270C, với số
lượng rất ít, khó phát hiện trên
tổ chức tế vi và thực tế đã bỏ
qua.
Xe III

56
Peclit (P hoặc F + Xe):
Là hỗn hợp cơ học cùng
tích của F và Xe,
được tạo thành từ dung
dịch rắn Auxtenit chứa
0,8%C, ở 7270C. Peclit
bền, dẻo dai đáp ứng yêu
cầu của vật liệu kết cấu và
dụng cụ.
Các tổ chức hai pha

57
Ledeburit
(Le hoặc P + Xe hoặc 
+ Xe):
Là hỗn hợp cơ học cùng
tinh, kết tinh từ pha lỏng
có 4,3%C ở nhiệt độ
11470C. Le có dạng hình
da báo, rât cứng và giòn
(vì có 2/3 là xementit).
Các tổ chức hai pha

58
Phần trên đường đặc AHJECF
Khu vực 0,51-2,14% C
- Chuyển biến cùng tinh:
(11470C)
LC  (E + Fe3CF) hay
L4,3  (2,14 + Fe3C6,67)

59
Khu vực 4,3-6,67% C
- Chuyển biến cùng tinh:
(11470C)
LC  (E + Fe3CF) hay
L4,3  (2,14 + Fe3C6,67)
Khi T> 7270C tổ chức Le
gồm (E + Xe)
Khi T< 7270C tổ chức Le
gồm (E + Xe)
Phần trên đường đặc AHJECF

60
Phần phía dưới đường đặc AHJECF
+ Tại 7270C  có thành phần
0,8%C sẽ chuyển biến thành
P là hỗn hợp của 2 pha  và
Xe II gọi là hổn hợp cơ học
cùng tích.
S  [P + Fe3CK] hay
0,8  [0,02 + Fe3C6,67]

61
+ Kết tinh ra F từ 
Phần phía dưới đường đặc AHJECF

62
Tổ chức tế vi của các hợp kim Fe - C
- Căn cứ vào tổ chức và lượng các
bon trên giản đồ trạng thái Fe - C,
người ta chia giản đồ thành 2 khu
vực và tương ứng với 2 sản phẩm
là thép và gang.
+ Thép là hợp kim của sắt và các
bon mà nồng độ C < 2,14 %C .
+ Gang cũng là hợp kim của sắt và
các bon mà nồng độ C > 2,14 %C.

63
- Theo tổ chức tế vi và hàm lượng cacbon trên giản đồ ta có ba loại thép :
+ Thép trước cùng tích:
- C%< 0,8%
- Tổ chức là ferit và peclit:
F + [F + Xe] hay F + P.
+ Thép cùng tích:
- C% = 0,8%.
- Tổ chức là peclit: [F + Xe] hay P
+ Thép sau cùng tích:
- C% > 0,8%
- Tổ chức [F+Xe] + XêII hay P + XeII

64
Thép trước cùng tích Thép cùng tích: Thép sau cùng tích

65
Gang trắng trước cùng tinh
C% < 4,3%
Tổ chức: P + XeII + Le
Gang trắng cùng tinh
C% = 4,3%
Tổ chức là: Le hay [P + Xe] ở
t0 < 7270C
Gang trắng sau cùng tinh
C% > 4,3%
Tổ chức là: Le + XeI

67
Tổ chức tế vi của thép cùng tích
- Thành phần cùng tích (0.76 wt% C)
γ(0.76 wt% C) ↔ perlite [α (0.022
wt% C) + Fe3C]
α-ferrite + cementite
- Cấu trúc lớp

68
Tổ chức tế vi của thép trước cùng tích
- Thành phần (0.022 - 0.76 wt % C)
γ → α + γ → α + Fe3C
- Ferit sơ cấp (hình thành trên nhiệt độ
cùng tích) + Peclit cùng tích (Ferit cùng
tích + Xêmntic)

Vatlieucokhi 4 - hopkim & giandopha

Recommended

Recommended

More Related Content

What's hot

What's hot (20)

Similar to Vatlieucokhi 4 - hopkim & giandopha

Similar to Vatlieucokhi 4 - hopkim & giandopha (20)