Hình 10.2-Aính hưởng của nhiệt độ và thời gian đến quá trình hóa già
1-Hợp kim nhốm với 4% Cu : Hợp kim nhôm với 4% đồng là cơ sở của hầu hết các hợp kim nhôm biến dạng. Từ giản đồ pha Al-Cu ta thấy rằng đồng hòa tan khá nhiều trong nhôm ở nhiệt độ cao (5,65% tại 548oC) nhưng lại giảm rất mạnh khi hạ nhiệt độ (còn 0,5% ở nhiệt độ thường). Lượng đồng dư thừa được tiết ra dưới dạng hợp chất hóa học CuAl2II (ký hiệu II để chỉ hợp chất này được hình thành từ trạng thái rắn). Ở nhiệt độ thường tổ chức cân bằng của hợp kim là dung dich rắn α chứa 0,5%Cu và một lượng nhỏ CuAl2II (khoảng 7%) có độ cứng và độ bền thấp thấp (200MPa). Khi nung nóng đến cao hơn đường giớihạn hòa tan (520oC) pha CuAl2II hòa tan hết vào α và chỉ còn lại một pha là dung dịch rắn của nhôm chứa 4%Cu. Khi làm nguội nhanh sau đó pha CuAl2II không kịp ti út ra nên ta có dung dịch rắn α quá bão hòa đồng ở nhiệt độ thường độ bền tăng lên một ít (250 ÷ 300MPa) và tương đối dẻo. Nhưng sau khi tôi từ 5 đến 7 ngày độ bền và độ cứng đạt được giá trị cao nhất (đến 400MPa). Hiện tượng này gọi là hóa già tự nhiên. Nếu sau khi tôi ta tiến hành nung nóng thì thời gian đạt độ cứng và bền sẽ rút ngắn lại nhưng giá trị sẽ thấp hơn. Nhiệt độ nung càng tăng thì thời gian đạt độ bền , độ cứng sẽ càng rút ngắn nhưng giá trị của chúng càng thấp.Quá trình này gọi là hóa già nhân tạo.Hình 10.2-Aính hưởng của nhiệt độ và thời gian đến quá trình hóa già Từ đó thấy rằng chế độ nhiệt luyện hợp kim nhôm %Cu như sau : tiến hành tôi và h óa già : -Hóa già tự nhiên từ 5 ÷ 7 ngày nếu cần độ bền độ cứng cao nhất. -Hóa già nhân tạo ở 100 ÷ 200oC nếu cần rút ngắn thời gian và yêu cầu độ bền độ cứng vừa phải.2-Đura (nhôm cứng): Đuralà hợp kim hệ Al-Cu-Mg ( 4%Cu; 0,5 ÷ 1,5%Mg) các nguyên tố hợp kim đặc biệt là magiê làm tăng mạnh hiệu quả khi nhiệt luyện tôi và ram. Ngoài ra trong thành phần của đura thường có thêm Fe, Si và Mn. Fe và Si là tạp chất thường gặp trong nhôm mà không thể khử bỏ hết được, còn mangan đưa vào để tăng tính chống ăn mòn. Đura có tổ chức nhiều pha ngoài dung dịch rắn thay thế của Cu và Mg trong nhôm ra còn có các pha Mg2Al3; CuMgAl2 (S); CuMg5Al5(T). Các pha này đóng vai trò pha hóa bền cho đura, đặc biệt là pha S và T. Đặc điểm của đura : -Độ bền cao ( σ = 450 ÷ 480MPa), khối lượng riêng nhỏ ( γ= 2,7 g/cm2) do đó có b độ bền riêng lớn (độ bền riêng bằng σ/ γ) đến 15 - 16km. b -Tính chống ăn mòn kém do có nhiều pha có thế điện cực khác nhau. Để khắc phục hiện tượng nàyngười ta phủ một lớp nhôm mỏng lên bề mặt đura bằng cán nóng. Chế độ nhiệt luyện của đura : tôi ở nhiệt độ 505 ÷ 510oC trong nước và h ïa già tự nhiên từ 5÷7 ngày. Đura được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp hàng không và trong đời sống.
1 0.1.3.Hợp kim nhôm đúc :
Hợp kim nhôm đúc thường dùng phổ biến nhất trên cơ sở Al-Si và thành phần chủ yếu là cùng tinh (do đó thường gọi là silumin). Cơ tính của vật đúc phụ thuộc chủ yếu vào tốc độ nguội và biến tính khi đúc. Thường đúc trong khuôn kim loại để nhận được tổ chức nhỏ mịn do có tốc độ nguội lớn. 1-Silumin đơn giản : Là hợp kim nhôm đúc mà thành phần chủ yếu là nhôm và silic với hàm lượng silic từ 10÷13%. Tổ chức chủ yếu là cùng tinh (Al+Si), rất thô to (các tinh thể Si có dạng hình que) độ bền và độ dẻo khá thấp (σ =130MPa; δ = 3%). Do vậy phải biến tính để b nâng cao cơ tính. Dùng một hỗn hợp muối (2/3NaF + 1/3NaCl) với tỷ lệ 0,05 ÷ 0,08% đê biến tính. Lúc này điểm cùng tinh dịch về bên phải và nhiệt độ chảy giảm 10 ÷ 200C. Như vậy hợp kim có tổ chức trước cùng tinh gồm Al + (Al +Si) và cùng tinh nay khá nhỏ mịn (tinh thể Si rất nhỏ) làm cơ tính cao (σ =180MPa; δ = 8%). Silumin đơnb giản có đặc điểm là : - Có tính đúc cao (do tổ chức chủ yếu là cùng tinh) -Cơ tính thấp không hóa bền được bằng nhiệt luyện. Do đó silumin đơn giản thường dùng đúc định hình các chi tiết hình dáng phức tạp, yêu cầu độ bền không cao.2 -Silumin phức tạp : Siluminphức tạp cũng có tính đúc tốt nhưng cơ tính cao hơn do có thêm nguyên tố Cu, Mg có tác dụng tốt khi tôi và hóa già (( σ =200 ÷ 250MPa; δ = 1 6%). Các b si lumin phức tạp có thành phần các nguyên tố thayđổi khá rộng : 4-30%Si; < 1%Mg; 1÷7%Cu. Công dụng của chúng là làm pit tông các loại động cơ vì nhẹ, dễ tạo hình và ít kẹt. Ngoài ra còn làm thân và nắp động cơ ô tô. 10.2.ĐỒNG VÀ HỢP KIM ĐỒNG 10.2.1.Đồng nguyên chất : Đồng là kim loại có kiểu mạng lập phương tâm mặt, không có đa hình. Đồng nguyên chất có màu đỏ nên còn gọi là đồng đỏ. Đồng có các đặc điểm sau : -Tínhdẫn điện và dẫn nhiệt cao. Về tính dẫn điện chỉ đứng sau vàng và bạc. -Chống ăn mòn tốt trong khí quyển, nước, nước biển hay kiềm, axit hữu cơ do có lơ ïp ô xyt Cu2O trên bề mặt. -Tínhdẻo rất cao, dễ biến dạng nóng, nguội đễ chế tạo thành các bán thành phẩm. -Độ bền không cao lắm (σ = 220MPa ) nhưng sau biến dạng dẻo tăng lên đáng kể b ( σ = 425MPa ). b -Tính hàn khá tốt nhứng khi chứanhiều tạp chất (đặc biệt là ô xy) giảm đi mạnh. Tuy nhiên đồng cũng có một số nhược điểm : -Khối lượng riêng lớn (γ = 8,94g/cm3) -Tính gia công cắt gọt kém do phoi quá dẻo không gãy, để cải thiện thường cho thêm chì vào. -Nhiệt độ nóng chảy cao 1083oC, nhưng tính đúc kém, độ chảy loãng nhỏ. Theo TCVN 1659-75 đồng nguyên chất được ký hiệu Cu và các số chỉ lượng chứa của nó trong đó. Ví dụ : Cu 99,99 có 99,99%Cu Cu 99,80 có 99,80%Cu10.2.2.Phân lo ại hợp kim đồng : Trong kỹ thuật ít sử dụng đồng nguyên chất mà chủ yếu sử d ng hợp kim đồng. Hợp kim đồng được chia ra làm hai nhóm sau : la tông và brông. La tông (đồng thau) là hợp kim của đồng với nguyên tố chủ yếu là kẽm.Brông(đồng thanh) là hợp kim của đồng với các nguyên tố khác trừ kẽm . 1 -La tông : La tông được chia làm hai loại : la tông đơn giản (chỉ có đồng và kẽm) và la tông phức tạp (có thêm một số nguyên tố khác). Theo TCVN 1659-75 quy định ký hiệu la tông như sau : đầu tiên là chữ L (chỉ la tông) tiếp sau là ký hiệu Cu và các nguyên tố hợp kim. Số đứng sau các nguyên tố hợp kim chỉ hàm lượng của chúng theo phần trăm. Ví dụ : LCuZn30 la tông có 30%Zn, 70%Cu LCuZn38Al1Fe1 la tông có38%Zn; 1%Al; 1%Fe; còn lại Cu. a-La tông đơn giản : Trong thực tế dùng loại chứa ít hơn 45%Zn nên tổ chức của nó chỉ có dung dịch rắn α và pha điện tử β. α là dung dịch rắn của kẽm trong đồng có mạng A1 chứa đến 39%Zn ở 454oC. Đây là pha chủ yếu quyết định tính chất của la tông. Khi hòa tan vào đồng kẽm làm tăng độ bền khá mạnh, nhưng không làm giảm nhiều độ dẻo của hợp kim. Độ dẻo cao nhất ứng với 30%Zn. β là pha điện tử ứng với công thức CuZn ( N = 3/2), là pha cứng và dòn hóa bền cho la tông. Do vậy khôngdùng la tông chứa cao hơn 45%Zn vì lúc này tổ chức chỉ toàn là β' nên rất dòn. Trong thực tế chỉ dùng loại dưới 40%Zn với hai loại la tông một pha và la tông hai pha. La tông một pha : thường chứa ít hơn 35%Zn (LCuZn10) có tính dẻo cao, được cán nguội thành bán thành phẩm làm chi tiết máy qua dập sâu. La tông với lượng kẽm nhỏ từ 5÷12% có màu đỏ nhạt dùng để làm tiền xu, huy chương, khuy áo quần, dây kéo (fecmơtuya) ...La tông chứa 20%Zn (LCuZn80) có màu vàng giống như vàng nên thường làm trang sức. La tông chứa khoảng 30%Zn (LCuZn30) có độ dẻo cao dùng làm vỏ đạn các loại. C c la tông một pha bền và rất dẻo nên thường pha thêm 0,4 ÷ 3%Pb để dễ cắt gọt. La tông hai pha : thường chứa 40%Zn có tổ chức hai pha (α +β) có pha thêm chì để tăng tính gia công cắt. La tông hai pha cứng , bền và ít dẻo hơn so với loại một pha được cung cấp dưới dạng băng, ống, tấm để làm các chi tiết máy cần độ bền cao.b) Hình 10.6-Tổ chức tế vi của latông 1 pha (a) và latông 2 pha (b) b-La tông phức tạp : Ngoài Cu và Zn ra còn cho thêm các nguyên tố Pb (để tăng tính cắt gọt), Sn (tăn g chóng ăn mòn trong nước biển), Al và Ni (để nâng cao giới hạn bền) như : LCuZn36Al3Ni2; LCuZn30Sn1; LCuZn40Pb1. La tông ph ïc tạp dùng làm các chi tiết máy yêu cầu độ bền cao hơn, làm việc trong nước biển... 2-Brông : Là hợp kim của đồng với các nguyên tô chủ yếu không phải là kẽm như Sn, Al, Be ...Theo TCVN 1659-75 chúng được kýhiệu giống như la tông, chỉ khác là thay chữ L ở đầu ký hiệu bằng chữ B (chỉ brông). 1-Brông thiếc : là hợp kim đồng với nguyên tố chủ yếu là thiếc, là hợp kim đồng được sử dụng đầu tiên. Giản đồ pha Cu-Sn rất phức tạp và có nhiều pha. Hợp kim này khi đúc thiên tích rất mạnh vì vậy thường dùng ít hơn 15%Sn nên chỉ có hai pha : dung dịch rắn α và pha điện tử δ.Chúng gồm hai loại : brông thiếc biến dạng và đúc. Đặc điểm của brông thiếc là : -Độ bền cao, độ dẻo tốt nên thường dùng với lượng chứa từ ÷8%Sn. -Tính đúc tốt : ít co (độ co <1%) , điền đầy khuôn cao. -Chống ăn mòn cao, đặc biệt trong khí quyển ẩm biển : 0,001mm/năm. a-Brông thiếc biến dạng : thường chứa ít hơn 8%Sn tổ chức là dung dịch rắn α và hợp kim hóa thêm P, Zn, Pb để nâng cao cơ tính, giảm ma sát và tăng tính gia công cắt. Công dụng : làm bạc lót, bánh răng (BCuSn4Zn4Pb4; BCuSn5Zn2Pb5). b-Brông thiếc đúc : là loại chứa nhiều hơn 10%Sn hay với tổng lượng các nguyên tố hợp kim lớn hơn 12%. Thường dùng các loại sau : BCuSn10Zn2; BCuSn5Zn5Pb5. Công dụng: làm cáctượng đài, chuông, phù điêu, họa tiết trang trí... 2-Brông nhôm : Là hợp kim của đồng với nhôm là chủ yếu. Từ giản đồ pha Cu-Al t a thấy nhôm có thể hòa tan tối đa vào đồng gần 10%. Tổ chức của nó chủ yếu là dung dịch rắn thay thế của Al trong Cu có độ dẻo và khá bền. Khả năng chống ăn mòn cao trong nước biển và khí quyển công nghiệp. Brông nhôm một pha (chứa 5 ÷9%Al) : BCuAl5, BCuAl7, BCuAl9Fe4 dùng làm bộ ngưng hơi, hệ thống trao đổi nhiệt, lò xo tải dòng điện, chi tiết bơm, đồ dùng cho hải quân, đúc tiền xu... Brông nhôm hai pha (chứa lớn hơn 9,4%Al) : có tổ chức là ( α +β) có độ bền độ cứng cao hơn và có thể nhiệt luyện được như BCuAl10Fe4Ni4 dùng làm bạc lót trục. 3-Brông berili : Là hợp kim của Cu với 2%Be (BCuBe2) có giới hạn đàn hồi cao không thua kém thép đàn hồi ( σđh = 1000MPa), có độ cứng và tính chống ăn mòn cao làm việc đến3 0÷340oC. Nó không phát ra tia lửa khi va đập nên rất thuận tiện trong công nghiệp khai thác mỏ, làm các thiết bị điện ở nhiệt độ cao...
10.3.HỢP KIM LÀM Ổ TRƯỢT :
10.3.1.Yêu cầu đối với hợp kim làm ổ trượt :
10.3.2.Hợp kim làm ổ trượt có nhiệt độ chảy thấp (babit)
1-Babit thiếc
2-Babít chì :
3-Babít nhôm
10.3.4.Hợp kim làm ổ trượt có nhiệt độ chảy cao
1-Brông thiếc
2-Brông chì :
3-Gang xám, dẻo, cầu
