Giáo trình Vật liệu nhiệt lạnh

ếu, các tấm phản xạ, màn hình của máy thu hình. Nhôm chịu gia công áp lực tốt, hàn khí và hàn tiếp xúc, nhưng tính cắt gọt kém. Độ co ngót khi đông đặc của nhôm lớn (6%). Nhiệt nóng chảy và nhiệt dung cao làm cho nhôm có khả năng nguội chậm từ trạng thái lỏng. Điều này cho phép cải thiện thỏi đúc nhôm và các hợp kim của nó bằng cách biến tính, tinh luyện và các thao tác công nghệ khác. Đặc trưng và phân loại các hợp kim nhôm Các hợp kim nhôm được đặc trưng bởi độ bền riêng cao, khả năng chống tải trọng quán tính và động, tính công nghệ tốt. Độ bền của hợp kim nhôm đạt 500700 MPa với mật độ không lớn hơn 2850 kg/m3. Theo độ bền riêng một số hợp kim nhôm (B/(ρg) = 23 km) gần bằng hay tương đương thép độ bền cao ( B /(ρg) = 27 km). Phần lớn hợp kim nhôm có tính chống ăn mòn tốt (trừ các trường hợp kim với đồng), độ dẫn điện và dẫn nhiệt cao, tính công nghệ tốt ,(chịu gia công bằng áp lực, hàn điểm và đặc biệt hàn bằng nóng chảy, gia công cắt gọt về cơ bản tốt). Các hợp kim nhôm bền hơn hợp kim magiê và nhiều chất dẻo. Đa số hợp kim nhôm chịu ăn mòn tốt hơn hợp kim magiê và có tính ổn định hơn các chất dẻo. Các nguyên tố hợp kim chủ yếu của nhôm là Cu, Mg, Si, Mn, Zn; ít phổ biến hơn là Li, Ni, Ti. Nhiều nguyên tố hợp kim tạo với nhôm các dung dịch rắn có độ hòa tan thay đổ và có hạn và các pha trung gian: CuAl2, Mg2Si v.v. (Hình 3.8). Điều này làm cho các hợp kim nhôm hóa bền được bằng nhiệt luyện gồm tôi từ vùng dung dịch rắn quá bão hòa và hoá già tự nhiên hoặc nhân tạo. 78 Các nguyên tố hợp kim, đặc biệt là các kim loại chuyển tiếp, nâng cao nhiệt độ kết tinh lại của nhôm (Hình 3.9). Khi kết tinh chúng tạo thành với nhôm các dung dịch rắn. Trong quá trình đồng đều hóa và gia công áp lực nóng, các dung dịch rắn phân hủy tạo ra các hạt pha liên kim loại nhỏ mịn phân tán. Các hạt này cản trở quá trình kết tinh lại và hóa bền hợp kim. Hiện tượng này được gọi là hóa bền tổ chức và được dùng cho các bán thành phẩm ép - hiệu ứng ép. Do nguyên nhân này mà một số hợp kim nhôm có nhiệt độ kết tinh lại cao hơn nhiệt độ tôi. Để loại bỏ ứng suất dư trong các bán thành phẩm (các chi tiết) bị biến cứng do gia công bằng áp lực nguội hay trong các vật đúc định hình, người ta tiến hành ủ thấp trong khoảng 150 300°C. Độ bền kết cấu của hợp kim nhôm phụ thuộc vào tạp chất Fe và Si. Trong các hợp kim chúng tạo thành các pha không tan trong dung dịch rắn: FeAl3, α(Al, Fe, Si), P(A1, Fe, Si) v.v. Không phụ thuộc hình dáng (tấm, kim hay các dạng khác), các pha này giảm độ dẻo, độ dai phá hủy, bền chống phát triển vết nứt. Hợp kim hóa bằng mangan giảm ảnh hưởng có hại của các tạp chất vì mangan liên kết với tạp chất để tạo thành các pha bốn cấu tử α(Al, Fe, Si, Mn) có dạng sít chặt. Tuy nhiên, phương pháp hiệu quả hơn để nâng cao độ bền kết cấu là giảm hàm lượng tạp chất từ 0,50,7% xuống 0,l  0,3% (hợp kim sạch), đôi khi đến phần vạn (hợp kim có độ sạch cao). Các đặc trưng độ dẻo và độ dai phá hủy tăng đáng kể theo phương vuông góc với hướng biến dạng dẻo. Chẳng hạn, độ dai va đập của hợp kim Л16ч sau khi hóa già tự nhiên cao hơn 2 lần, độ giãn dài tương đối cao hơn 1,5 lần so với hợp kim Л16ч cũng sau nhiệt luyện như vậy. Đối với Л16ч hệ số K1c = 4346 MPa.ml/2, trong khi đối với Л16 nó bằng 3536 MPa.ml/2. Các hợp Hình 3.8: Giản đồ pha nhôm – nguyên tố hợp kim A- Các hợp kim biến dạng; B – các hợp kim đúc; I, II – tương ứng là các hợp kim không hóa bền và hóa bền được bằng nhiệt luyện Hình 3.9: Ảnh hưởng của các nguyên tố hợp kim đến nhiệt độ kết tinh lại của nhôm 79 kim có độ sạch cao được đùng làm các chi tiết chịu tải quan trọng, chẳng hạn, các phần tử kết cấu chịu lực của các máy bay hành khách hay vận tải. Các hợp kim nhôm được phân loại theo công nghệ chế tạo (biến dạng, đúc, thiêu kết), khả năng nhiệt luyện (hóa bền và không hóa bền bằng nhiệt luyện) và tính chất (Xem hình 3.8). Các hợp kim nhôm biến dạng Các hợp kim nhôm manhe, nhôm mangan (Bảng 3.8) thuộc loại hợp kim không hóa bền được bằng nhiệt luyện. Chúng có tính dẻo cao, tính hàn tốt và tính chống ăn mòn cao. Các hợp kim AMц thuộc hệ Al-Mg. Tổ chức hợp kim AMц gồm dung dịch rắn α và pha tiết ra thứ hai MnAl6; pha này chuyển vào dung dịch rắn ở nhiệt độ cao. Khi có sắt MnAl6 tạo thành pha phức tạp (MnFe)Al6 thực tế không hòa tan trong nhôm nên hợp kim không hóa bền được bằng nhiệt luyện. Ở trạng thái ủ hợp kim có độ dẻo cao và độ bền thấp. Biến dạng dẻo hóa bền hợp kim gần hai lần. Các hợp kim thuộc hệ Al-Mg. Magiê tạo với nhôm dung dịch rắn α, hàm lượng của nó ở nhiệt độ cao tăng từ 1,4 đến 17,4% do pha Mg2Al3 hòa tan. Tuy nhiên, các hợp kim chứa đến 7%Mg chỉ hóa bền không đáng kể khi nhiệt luyện. Do đó, hợp kim này được hóa bền bằng biến dạng dẻo và được dùng ở trạng thái đã biến cứng (AMMnН-80% biến cứng) và nửa biến cứng (AMMn -40% biến cứng). Tuy nhiên, hiệu quả biến cứng bị hạn chế vì độ dẻo của hợp kim thay đổi đột ngột, do đó người ta dùng chúng ở trạng thái ủ (AMMnM - mềm). Các hợp kim AMn và AMn được ủ ở 350420oC. Khi hàm lượng magiê tăng thì số lượng pha Mg2Al3 trong tổ chức hợp kim tăng, làm tăng độ bền từ 120 MPa đến 430 MPa còn độ giãn dài tương ứng giảm từ 28% xuống 16%. Ngoài ra hợp kim hóa bằng magiê gây ra xu hướng ôxy hóa trong thời gian nấu luyện, đúc và kết tinh, dẫn tới việc xuất hiện màng ôxyt trong tổ chức và giảm các tính chất cơ học. Do đó các hợp kim có hàm lượng magiê cao (AMMn6, AЛ27) được hợp kim hóa bằng berili để loại trừ xu hướng ôxy hóa. Sự làm thô hạt do berili gây nên được loại trừ bằng việc thêm titan hay ziriconi. Các hợp kim AlMn và AMMn được sử dụng làm các chi tiết chịu vuốt sâu, hàn và cần tính chống ăn mòn cao (các ống dẫn Crăng dầu và các thùng chứa qua hàn). 80 Bảng 3.8: Thành phần hóa học và các tính chất cợ học của hợp kim nhôm biến dạng (CT 47K4-74) Hợp kim Thành phần các nguyên tố (còn lại là nhôm), % Dạng bán thành phâm Cơ tính B 0.2  -1*  ,% HB Cu Mg Mn Nt. Khác MPa AMц _ _ 1 + 1,6 - Tấm 130 50 55 20 300 AMMn" - 1,82,6 0,20,6 - Tấm 190 100 125 23 450 AMMn" - 5,86,8 0,50,8 0,020,l Tấm 340 170 - 20 700 Ti, 0,002 0,005Be ДMn 3,8+4,8 0,40,8 0,40,8 - Tấm 400 240 105 20 950 - Thanh ép 480 320 125 14 - Л16 3,8+4,9 1,21,8 0,30,9 - Tấm, 440 330 125 18 1050 Thanh ép 530 400 140 12 - Л18 2,23 0,20,5 - - Dây 300 170 95 24 700 B95. 1,42 1,82,8 0,20,6 0,01+0,2 Tấm 540 470 150 10 1500 5 Cr, Thanh ép 600 560 150 8 1500 57 Zn 81 AК6.... 1,82,6 0,40,8 0,40,8 0,7 l,2Si Vật rèn 400 299 125 12 1000 AК8.... 3,94,8 0,40,8 0,41 0,61,2 Si Vật rèn 480 380 130 9 1350 * 1 Xác định trên cơ sở 5.106 chu kỳ ** Cơ tính sau khi ủ. *** Cơ tính sau khi tôi và hóa già tự nhiên. **** Cơ tính sau khi tôi và hóa già nhân tạo Các hợp kim nhôm đúc Thành phần hóa học và cơ tính của một số hợp kim nhôm đúc công nghiệp được dẫn ra trong bảng 3.9. Chúng được ký hiệu bởi các chữ cái AЛ, có nghĩa là các hợp kim nhôm đúc. Các hợp kim nhôm đúc được phân loại phổ biến nhất theo thành phần hóa học Al-Si, Al-Cu và Al-Mg). Bảng 3.9: Thành phần hóa học (MNOCT 2685-75) và cơ tính của hợp kim nhôm đúc Hợp kim Hàm lượng các nguyên tố (còn lại là Al), % Cơ tính Chú thích B 0,2   , % HB Si Mg Cu Mn NT kh ác MPa 10- 13 - - - - 130 180 20 80 26 500 500 Đúc khuôn cát nt+bi ến tính \JII 8- 10,5 0,17- 0,3 - 0,2- 0,5 - 260 200 4 750 Đúc khuôn cát, biến tính 82 \JỈ9 6-8 0,2- - - - 220 110 2 500 Đúc áp lực 0,4 220 , 160 3 750 Đúc khuôn cát(ki m loại), tôi và hóa già A.Ỉ.32 7,5- 0,3- 1- 1,5 0,3- 0, l- 0,3 Ti 270 160 3 800 Đúc áp lực 8,5 0,5 0,5 17 - - 4-5 - - 260 200 3 700 Tồi và hóa A.II9 - - 4,5- 5,3 0,6- 1 0,1 5- ,35 Ti 360 250 3 1000 già -nt~ VJỈ8 - 9,5- 11,5 - - - 320 - 11 - Tôi \ .117 9,5- 11,5 0,0 5- ,15 Ti, 0,0 5- 0,2 Zr, 0,0 5-, 15 Be 360 180 18 990 Tôi Các hợp kim Al-Si (silumin) có tính đúc tốt nhất. Các tính chất của silumin như độ chảy loãng cao, co ngót ít, không có hay có xu hướng tạo vết nứt nóng rất ít và tính điền đầy tốt là do trong tổ chức của các hợp kim này có một lượng lớn cùng tinh. Trong các hợp kim hai cấu tử nhôm - silic cùng tinh gồm có dung dịch rắn và các tinh thể silic nguyên chất (Hình 3.10a), 83 trong silumin hợp kim ngoài cùng tinh hai cấu tử còn có cùng tinh ba cấu tử và cùng tinh phức tạp hơn. Hình 3.10: Tổ chức tế vi của hợp kim Al-Si cùng tinh trước và sau biến tính a ) Trước khi biến tính; b) Sau khi biến tính Các hợp kim bột Các hợp kim nhận được bằng cách kết khối các hạt đã được đúc với tốc độ kết tinh siêu cao được gọi là các hợp kim bột. Các hạt thu được khi kết tinh trong điều kiện tốe độ nguội 3 910 10 0C/gy. Tốc độ nguôi như vậy đạt được bằng các phương pháp khác nhau, chẳng hạn, bằng cách phun kim loại lỏng bằng dòng khí trơ sạch, tùy theo áp suất khí và điều kiện kết tinh đường kính bột dao động từ một vài micromet đến vài milimet. Các bột và do đó các bán thành phẩm (các chi tiết) có tổ chức rất nhỏ mịn và sự thiên tích dễ dàng bị loại bỏ. Nhưng ưu điểm đặc biệt lớn của các hợp kim bột là trạng thái giả ổn định. Khi kết tinh với tốc độ nguội cao, nhận được dung dịch rắn quá bão hòa với hàm lượng cao gấp 2,5÷5 lần so với độ hòa tan giới hạn của các cấu tử ở điều kiện cân bằng. Các dung dịch rắn như vậy được gọi là dung dịch rắn quá bão hòa dị thường. Mức độ quá bão hòa tăng ứng với vị trí kim loại trong dãy Cr, V, Mn, Ti, Zr. Trong quá trình ép nóng hợp kim (400÷450°C) các hạt phân tán của pha trung gian Al6Mn, Al7Cr, Al3Zr...) được tiết ra khỏi dung dịch rắn quá bão hòa và chúng nâng cao nhiệt độ kết tinh lại tăng độ bền ở nhiệt độ thường và nhiệt độ cao. Các hợp kim bột của nhôm với các nguyên tố thực tế không tan trong nhôm ở điều kiện cân bằng và có mật độ khác nhôm, có ý nghĩa lớn. Các hợp kim như thế có cấu trúc dị thể bao gồm nền nhôm với các hạt pha thứ hai phân bố đều đặn (do tốc độ kết tinh cao). Trong các hợp kim được hợp kim hóa bằng các kim loại tương đối khó nóng chảy (Fe, Ni, Co), các pha liên kim loại sẽ là các pha như thế. Chúng hóa bền hợp kim rấthiệu quả. Trong các hợp kim có những kim loại dễ nóng chảy như Sn, Pb, trong nhôm sẽ có các hạt phân tán của các kim loại sạch tương ứng là Sn, Pb. Các hợp kim này có tính chống ma sát tốt. Các hợp kim nhôm biến dạng tiêu chuẩn UIS 16) ở dạng hạt có hiệu ứng hóa bền bổ sung do có các hạt phân tán của pha liên 84 Hình 3.11: Ảnh hưởng nguyên tố hợp kim đến cơ tính của hợp kim đồng kim loại của các kim loại chuyển tiếp và các pha không tan. Khi nâng cao hàm lượng kim loại chuyển tiếp độ bền σB đạt 800 MPa. 3.4.2. Hợp kim đồng Đồng là kim loại có màu đỏ; mạng tinh thể LPDT với thông số mạng a = 0,3608 nm, không có chuyển biến thù hình. Đồng có nhiệt độ nóng chảy thấp hơn so với sắt, nhưng có khối lượng riêng (mật độ) cao hơn. Đồng có tính công nghệ tốt. Nó có thể cán thành các dải, tấm mỏng. Từ đồng có thể chế tạo được những sợi dây mảnh, đồng dễ đánh bóng và dễ hàn. Đồng được đặc trưng bằng tính dẫn nhiệt và dẫn điện,cao, tính dẻo cao và khả năng chống ăn mòn tốt. Tạp chất làm giảm tất cả các tính chất này. Theo MNOCT 8510-78 (Tiêu chuẩn hợp kim đồng của Nga), tùy thuộc vào hàm lượng tạp chất, đồng được phân thành, các mác sau: M00 (1010,1010%Cu), M0 (1010,107 %Cu), M1 (1010,10 %Cu), M2 (1010,7 %Cu), M3 (1010,5 %Cu). Các tạp chất hay gặp nhất trong đồng được chia thành ba nhóm sau: 1. Các nguyên tố Al, Fe, Ni, Sn, Zn, Ag khi hòa tan vào đồng nâng cao độ bền và độ cứng của đồng (Hình 3.11) và được sử dụng để hợp kim hóa hợp kim trên cơ sở đồng. 2. Các nguyên tố Pb và Bi không hòa tan vào đồng, làm xấu cơ tính của đồng và hợp kim một pha của nó. Khi tạo thành cung tinh dễ chảy (tương ứng với nhiệt độ 326 và 270°C), nằm trên biên giới hạt của pha nền, nó gây ra sự bở nóng. Hơn nữa tác hại của Bi được phát hiện khi hàm lượng của nó chỉ khoảng 0,001%, do độ hòa tan của nó bị giới hạn ở 0,001%. Tác hại của chì cũng thể hiện ngay khi hàm lượng rất nhỏ (<0,04%). Bismut là kim loại giòn, hóa giòn đồng và hợp kim đồng. Chì có độ bền thấp, làm giảm độ bền của 85 hợp kim đồng, tuy nhiên, do độ dẻo cao nên nó không làm giòn hợp kim đồng. Ngoài ra, chì ảnh hưởng tốt đối với tính bôi trơn và tính gia công cắt của hợp kim đồng, bởi vậy được sử dụng để hợp kim hóa hợp kim hai pha của đồng. 3. Các tạp chất không hòa tan O, S, Se, Ti có mặt trong đồng và hợp kim đồng dưới dạng các pha trung gian (ví dụ Cu2O, Cu2,S), chúng tạo thành với đồng cùng tinh với nhiệt độ nóng chảy cao và không gây ra hiện tượng bở nóng. Khi ủ đồng trong hiđrô, ôxy gây ra hiện tượng "bệnh hiđrô", có thể dẫn tới phá hủy kim loại khi gia công áp lực hay khi vận hành chi tiết. Bảng 3.10: Cơ tính của của đồng kỹ thuật M1 Trạng thái của đồng MPa σ0,2,MPa  , %  ,% HB, MPa KCU MJ/m2 Đúc 160 35 25 - 400 - Biến dạng1 450 400 3 35 1250 - Ủ 220 75 50 75 550 1,2 +1,8 Cơ tính của đồng phụ thuộc chủ yếu vào thành phần của nó (Bảng 3.10) và ở mức độ ít hơn vào hàm lượng tạp chất. Độ dẻo cao của đồng nguyên chất sau khi ủ được giải thích là do (mạng tinh thể) có nhiều mặt trượt. Trượt xảy ra chủ yếu theo các mặt {111} và theo phương . Biến dạng dẻo nguội (đạt đến 100% và hơn) làm tăng độ bền, độ cứng, giới hạn đàn hồi của đồng, nhưng làm giảm độ dẻo và độ dẫn điện. Khi biến dạng dẻo xuất hiện textua, gây ra sự dị hướng đối với cơ tính của đồng, ủ để giảm biến cứng được tiến hành ở nhiệt độ 550600°C trong môi trường hoàn nguyên, vì đồng dễ bị ôxy hóa khi nung, về độ dẫn nhiệt và dẫn điện, đồng chiếm vị trí thứ hai sau bạc. Nó được dùng làm dây dẫn điện các bộ phận tản nhiệt khác nhau, khuôn đúc thỏi được làm nguội bằng nước, máng, thiết bị kết tinh. 1 Tính chất của dây bị biến dạng 100% 86 Nhược điểm của đồng: mật độ cao, tính gia công cắt gọt kém và độ chảy loãng thấp. Những đặc tính chung và phân loại hợp kim đồng Ngoài những đặc tính tốt của đồng (dẫn nhiệt và dẫn điện tốt, bền chống ăn mòn...), hợp kim đồng còn có cơ tính, tính công nghệ và tính bôi trơn tốt. Để hợp kim hóa cho hợp kim đồng, người ta sử dụng chủ yếu các nguyên tố hòa tan vào đồng như Zn, Sn, Al, Be, Si, Mn, Ni. Trong khi nâng cao độ bền của hợp kim đồng, các nguyên tố hợp kim không làm giảm mà một số nguyên tố (Zn, Sn, Al) thậm chí còn làm tăng độ dẻo. Độ dẻo cao là một đặc điểm riêng biệt của hợp kim đồng. Độ giãn dài tương đối của một số hợp kim đồng một pha đạt tái 65%. Về độ bền, hợp kim đồng thua thép. Giới hạn bền của phần lớn hợp kim đồng nằm trong khoảng 300500 MPa, tương đương với thép cacbon thấp không hợp kim ở trạng thái thường hóa. Chỉ có giới hạn bền của brông berilli là cao nhất sau khi tôi và hóa già, nằm ở mức tương đương với thép hợp kim cacbon trung bình sau nhiệt luyện hóa tốt (σB = 11002000 MPa). Theo tính công nghệ, hợp kim đồng được chia thành hợp kim biến dạng (gia công bằng áp lực) và hợp kim đúc; theo khả năng hóa bền bằng nhiệt luyện: có loại hóa bền được và không hóa bền được bằng nhiệt luyện. Theo thành phần hóa học: hợp kim đồng được chia thành hai nhóm cơ bản: latông (đồng thau) và brông (đồng thanh). Latông (đồng thau) là hợp kim của đồng với kẽm. Nó gồm latông đơn giản (hai cấu tử) và latông phức tạp (nhiều cấu tử, hay latông hợp kim). Latông với hàm lượng 100 %Cu và nhiều hơn được gọi là tompac, với 8085 %Cu được gọi là nửa tompac. Brông (đồng thanh) là hợp kim của đồng với các nguyên tố khác trừ kẽm. Tên của brông được gọi theo nguyên tố hợp kim chính. Như brông thiếc, brông nhôm, brông berili, brông silic... Trong brông có thể có cả kẽm với tư cách nguyên tố hợp kim phụ. Latong Đồng và kẽm tạo ra dung dịch rắn với hàm lượng giới hạn của kẽm là 310% (Hình 3.12a). Khi hàm lượng kẽm lớn hơn, tạo ra hợp chất điện tử CuZn (pha β) với mạng tinh thể LPTK. ở nhiệt độ 4544680C (đường đứt nét trên giản đồ hai cấu tử) quá trình trật tự hóa pha β bắt đầu xảy ra, làm tăng đáng kể độ cứng và tính giòn của nó. Khác với trạng thái cân bằng, pha β xuất hiện trong tổ chức của latông khi hàm lượng kẽm khoảng 30%. Tương ứng với sự thay đổi tổ chức, cơ tính của latông cũng thay đổi theo (Hình 3.12b). Khi latông có tổ chức dung dịch rắn α, tăng hàm lượng kẽm sẽ làm tăng độ bền và độ dẻo. Sự xuất hiện pha β kèm theo sự giảm mạnh của 87 độ dẻo, còn độ bền tiếp tục tăng khi hàm lượng kẽm tăng đến 45%, lúc đó latông nằm ở trạng thái hai pha. Khi latông chuyển sang trạng thái một pha P' thì độ bền giảm mạnh. Trong thực tế chỉ sử dụng latông chứa dưới 45%Zn vì hợp kim với hàm lượng kẽm lớn hóm có tính giòn cao. Thành phần hóa học của một số íàtông công nghiệp (MNOCT 15527-70, MNOCT 17711-80) và cơ tính của chúng được trình bày trong bảng 3.11 Bảng 3.11: Tính chất của latông công nghiệp sau gia công bằng biến dạng (MNOCT 15527-70) Mác latông Thành phần, % B MPa  0,2, MPa  ,% HB, MPa Cu Ng. tố khác Л1100 88101 - 260 120 45 530 Л68 6770 - 320 101 55 550 Л63 6265 - 330 110 50 560 Л60 51062 - 380 160 25 770 ЛA77-2 76710 1,752,5 AL 400 140 55 600 ЛAH510-3- 2 5760 2,53,5 Al, 23 Ni 380 300 50 750 Hình 3.12: Giản đồ pha Cu-Zn (a) và ảnh hưởng của kẽm đến cơ tính của đồng (b) 88 ЛH65-3 6467 56,5 Ni 400 170 65 600 ЛЖMц510- 1-1 5760 0,10,4 Al,0,61,2 Fe, 450 170 50 880 0,50,8 Mn, 0,3- 0,7 Sn ЛMц58-2 5760 l2 Mn 400 160 40 850 ЛO70-1 61071 11,5 Sn 350 100 60 600 ЛC510-1 5760 0,8 l,10 Pb 400 140 45 1000 Latông hai cấu tử được chia thành hai nhóm: 1) Latông một pha với tổ chức dung dịch rắn a (Hình 3.13a). 2) Latông hai pha với tổ chức (a + P) (Hình 3.13b). Do tính dẻo cao, latông một pha chịu gia công biến dạng nguội tốt, làm cho độ bền và độ cứng tăng đáng kể. Ủ kết tinh lại được tiến hành ở nhiệt độ 600700°C. Nâng cao hàm lượng kẽm làm giảm giá thành latông, cải thiện khả năng gia công cắt gọt và tăng khả năng chống mài mòn, tuy nhiên, độ dẫn nhiệt và dẫn điện của latông bị giảm, còn khoảng 2050 % so với đồng nguyên chất. Các tạp chất nâng cao độ cứng và làm giảm độ dẻo của latông. Đặc biệt là chì và bismut, chúng gây ra tính bở nóng cho latông một pha. Bởi vậy latông một pha về cơ bản được sản xuất dưới dạng các bán thành phẩm bằng biến dạng nguội: băng, dây, tấm, để từ đó chế tạo ra các chi tiết bằng Hình 3.13. Tổ chức tế vi của latông a) Loại một pha ; b) Loại hai pha (phần màu tối là β, màu sáng là pha α) 89 dập vuốt sâu (ống tản nhiệt, vỏ đạn, hộp, ống dẫn), và các chi tiết đòi hỏi có độ cứng thấp khi vận hành (vòng đệm, bạc lót, vành đệm kín... ). Trong latông hai pha, do chuyển biến α ↔β nên các pha cùng tinh dễ chảy không nằm ở biên hạt, mà nằm sâu trong hạt dung dịch rắn, không ảnh hưởng đến khả biến dạng nóng của chúng. Đôi khi người ta cho thêm chì để cải thiện tính gia công cắt gọt và nâng cao tính bôi trơn. Do tính dẻo kém ở nhiệt độ thấp, các latông hai pha được sản xuất dưới dạng các bán thành phẩm bằng phương pháp biến dạng nóng: tấm, thanh, ống, vật rèn. Từ đó chế tạo ra bạc lót, đai ốc, bộ ống nối chữ T, ống lồng, các chi tiết dẫn điện của thiết bị điện... Do khoảng nhiệt độ kết tinh nhỏ, latông hai pha ít có khuynh hướng bị thiên tích nhánh cây, độ chảy loãng cao, xốp co nhỏ, và tính điền kín khuôn tốt. Nhưng mặc dầu vậy, nó thực tế không được dùng để đúc hình, vì có lõm co tập trung tương đối lớn. Nhược điểm này có ở latông hợp kim với mức độ nhẹ hơn. Latông hợp kim được dùng cả đối với các bán thành phẩm biến dạng cũng như dưới dạng các sản phẩm đúc hình. Latông đúc, về nguyên tắc, chứa nhiều kẽm và các nguyên tố 'hợp kim hơn. Để hợp kim hóa latông, ngoài chì, người ta còn dùng Al, Fe, Ni, Sn, Si. Những nguyên tố này nâng cao khả năng chống ăn mòn của latông. Bởi vậy latông hợp kim được sử dụng rộng rãi trong ngành đóng tầu sông, tầu biển (các ống ngưng tụ, ống điều áp và các chi tiết khác). Latông pha thiếc được gọi là "latông của biển". Nhôm nâng cao độ bền, độ cứng cho latông. Trong thực tế sử dụng latông có tới 4% nhôm (ЛA77-2), chúng có tổ chức một pha, chịu gia công áp lực tốt. Latông nhôm có thêm niken, sắt, mangan, silic có độ hòa tan thay đổi trong dung dịch rắn α, điều này cho phép hóa bền các latông này bằng tôi và hóa già. Giới hạn bền sau khi gia công như vậy đạt tới 700 MPa. Độ dẻo tốt ở trạng thái biến cứng nguội chó phép hóa bền bổ sung hợp kim bằng biến dạng dẻo (trưóc khi hóa già). Gia công theo sơ đồ "tôi + biến dạng dẻo + hóa già" bảo đảm nâng cao giới hạn bền đến 1000 MPa. Silic cải thiện tính chảy loãng, tính hàn và khả năng biến dạng nóng và nguội của latông. Latông silic được đặc trưng bởi độ bền, độ dẻo, độ dai cao không chỉ ở 2025°C mà cả ở nhiệt độ thấp (dưới -183°C). Khi hợp kim hóa latông để nhận được tổ chức một pha, lượng silic cho thêm không lớn (ЛК80=3). Những latông này dùng để chế tạo phụ tùng, các chi tiết của dụng cụ đo, đóng tầu và chế tạo máy nói chung. Niken nâng cao độ hòa tan của kẽm trong đồng và cải thiện cơ tính của latông. Latông niken (ví dụ: ЛH65- 5) có tính gia công áp lực tốt ở cả trạng thái nóng và nguội. 90 BRONG Brông thiếc. Từ giản đồ pha Cu-Sn thấy rằng độ hòa tan lớn nhất của thiếc trong đồng là 15,8% (Hình 3.14a). Các hợp kim của hệ này được đặc trưng bởi khuynh hướng kết tinh không cân bằng, do vậy trong điều kiện làm nguội thực tế, vùng dung dịch rắn α bị thu hẹp đáng kể, hàm lượng của nó thực tế không thạy đổi khi giảm nhiệt độ, không xảy ra chuyển biến cùng tích của pha δ (Xem đường gạch rời nét trên giản đồ) và khi hàm lượng thiếc lớn hơn 58%, trong tổ chức của hợp kim có tổ chức cùng tích (α + δ ) , ở đây pha δ là pha điện tử Cu31Sn8 với mạng tinh thể lập phương phức tạp (Hình 3.14b), có tính cứng và giòn cao. Sự xuất hiện của pha δ trong tổ chức của brông làm giảm mạnh độ dai và độ dẻo của chúng (Hình 3.14b). Bởi vậy, mặc dầu để nâng cao độ bền khi gia công áp lực, hàm lượng thiếc có thể tăng đến 25%, nhưng chỉ có brông chứa dưới 10 %Sn mới có ý nghĩa thực tiễn. Brông thiếc thuần ít được sử dụng vì đắt. Hơn nữa khoảng nhiệt độ kết tinh rộng gây ra khuynh hướng thiên tích nhánh cây lớn, độ chảy loãng thấp, rỗ co phân tán, vì vậy tính điền đầy khuôn của hợp kim không cao. Brông thiếc được hợp kim hóa bằng Zn, Pb, Ni, P. Để tiết kiệm người ta cho thêm vào từ 2 đến 15% Zn để thay thế thiếc đắt tiền. Với hàm lượng như vậy, kẽm hòa tan hoàn toàn vào dung dịch rắn α và nâng cao cơ tính. Trong khi làm giảm khoảng kết tinh của brông thiếc, kẽm cải thiện tính chảy loãng và mật độ vật đúc, khả năng hàn và hàn vảy của hợp kim. Chì nâng cao Hình 3.14: Giản đồ pha Cu-Sn (a) và ảnh hưởng của thiếc đến cơ tính của đồng (b) 91 tinh bôi trơn và cải thiện tính gia công cắt gọt của brông thiếc. Phôtpho là chất khử ôxy của brông thiếc, nâng cao tính chảy loãng của hợp kim, khả năng chống mài mòn được cải thiện là nhờ pha cứng Cu3P. Ngoài ra, nó nâng cao giới hạn bền, giới hạn đàn hồi và giới hạn mỏi của brông. Niken có khả năng làm nhỏ tổ chức và nâng cao cơ tính. Brông chịu gia công cắt gọt, hàn vảy tốt, nhưng hàn hơi kém. Trong số các hợp kim đồng thì brông thiếc có độ co ngót khi đúc thấp nhất (0,8% khi đúc khuôn cát, 1,4% khi đúc khuôn kim loại), bởi vậy nó được dùng cho các vật đúc hình phức tạp. Brông đúc hai cấu tử hợp kim thấp chứa 10% Sn. Để giảm giá brông thiếc, hàm lượng thiếc trong một số brông đúc tiêu chuẩn giảm đến 36%. Một lượng lớn kẽm và chì nâng cao tính chảy loãng, cải thiện mật độ vật đúc, tính bôi trơn và khả năng gia công cắt gọt. Brông thiếc hoàn toàn thỏa mãn các yêu cầu đối với tổ chức của hợp kim ít ma sát. Độ bền chống ăn mòn cao trong khí quyển, nước sông, nước biển tạo khả năng ứng dụng rộng rãi brông đúc để làm các chi tiết dẫn hơi làm việc dưới áp suất. Rỗ xốp phân tán không ảnh hưởng xấu đến khả năng làm việc do ở trên bề mặt của vật đúc có vùng tổ chức hạt nhỏ, có mật độ cao. Với sự hoàn thiện của công nghệ có thể nhận được các vật đúc chịu áp lực đến 30 MPa. Brông biến dạng chứa dưới 610%Sn (Bảng 3.12). Ở trạng thái cân bằng nó có tổ chức một pha dung dịch rắn α (Xem hình 3.14a). Trong điều kiện kết tinh không cân bằng, một lượng nhỏ pha δ có thể tạo ra cùng với dung dịch rắn. Để khử bỏ thiên tích nhánh cây và san bằng thành phần hóa học, cải thiện tính gia công áp lực phải ủ khuếch tán ở 700-750oC-Khi biến dạng dẻo nguội, brông phải qua ủ trung gian ở 500-700oC. Brông biến dạng được đặc trưng bởi tính dẻo tốt