Hợp Kim Nhôm Biến Dạng Không Hóa Bền Bằng Nhiệt Luyện

Để nâng cao hiệu quả kinh tế, giảm giá thành vật đúc, cần rút ngắn giai đoạn ủ bằng các biện pháp sau, tăng hàm lượng Silic bằng cách giảm hàm lượng cacbon tới mức cho phép của gang dẻo và biến tính gang lỏng bằng các nguyên tố chống xám như B, Bi, Sb, … Biến tính gang lỏng bằng các nguyên tố thúc đẩy sự tạo mầm graphit khi ủ như Al, làm nguội nhanh vật đúc trong khuôn kim loại và các biện pháp khác nhau nhằm tăng cường sự tạo mầm graphit khi nhiệt luyện, dùng các hiệu ứng dòng điện, tôi gang trước khi ủ, nung chậm tới nhiệt độ ủ để phân hủy cacbit hoặc giữ nhiệt ở 300 – 4000C trước khi ủ.

Với các biện pháp tiên tiến kể trên, hiện nay người ta có thể rút ngắn thời gian ủ

của gang dẻo xuống chỉ còn 12 – 20h.

Gang dẻo có tính chất cơ học tương đối cao, đặc biệt là tính dẻo tốt nên có thể gia công áp lực được. Gang dẻo được ký hiệu bằng chữ cái GZ với hai cặp chữ số chỉ giá trị tối thiểu của giới hạn bền kéo (kG/mm2) và độ dẻo (%).

Ví dụ mác GZ35-10 có σbk ≥ 350MPa ; δ ≥ 10% ; GZ70-02 có σbk ≥ 700MPa và δ ≥ 2%.

Do đắt, gang dẻo chỉ được dùng cho các chi tiết nhỏ, thành mỏng, chịu va đập trong công nghiệp máy kéo, ô tô, máy dệt và máy nông nghiệp.

2.7.2.7.Gang đặc biệt

a. Gang chịu ăn mòn

Gang chịu ăn mòn tốt chủ yếu là gang hợp kim cao. Chúng có thể là gang xám hoặc gang cầu. Khi hợp kim hóa gang bằng các nguyên tố Si, Cr, Ni vượt khỏi một giới hạn xác định, chúng sẽ làm thay đổi điện thế điện cực của các pha và tạo một lớp màng oxyt làm thụ động hóa quá trình ăn mòn c ủa chi tiết trong các môi trường hoạt tính. Gang chịu ăn mòn gồm:

Gang silic cao còn gọi là hợp kim sắt – silic có tổ chức nền kim loại là ferit và ferit giàu silic. Thành phần của gang này ứng với thành phần cùng tinh nằm trong giới hạn sau: 0,5 – 1,0%C; 12 -17%Si; 0,3 -0,8%Mn; nhỏ hơn 0,1%P; nhỏ hơn 0,07%S. Gang Silic cao có độ bền kém, độ cứng cao, giòn và khó gia công. Gang này làm việc được trong môi trường HNO3, H2SO4, H3PO4, trong HCl nồng độ nhỏ hơn 30%. Khi tăng Si tới 17% và thêm 3,5 – 4,0%Mo gang sẽ làm việc được trong HCl với mọi nồng độ.

Có thể bạn quan tâm!

Xem toàn bộ 193 trang tài liệu này.

Gang Cr cao có tổ chức ferit – cacbit có thành phần sau: 1,0 -2,2%C; 0,5 – 2,5%Si; 0,3 -1,0%Mn; 20 -26%Cr; nhỏ hơn 0,1%P; nhỏ hơn 0,1%S. Gang Cr có cơ tính khá nhưng độ cứng cao, khó gia công. Chúng làm việc tốt trong HNO3, H3PO4, trong dung dịch muối và trong các chất hữu cơ không hoàn nguyên.

Gang niken cao loại niresit có tổ chức nền kim loại là austenit chứa: 1,8 -3,0%; 1,0 – 2,75%Si; 0,4 -1,5%Mn; 14 – 30%Ni; nhỏ hơn 0,4%P, nhỏ hơn 0,12%S có cơ tính khá dễ cắt gọt. Chúng làm việc tốt trong H2SO4, HCl trong axit có tính oxy hóa yếu và kiềm ở điều kiện chịu ăn mòn, mài mòn và chịu nóng.

b. Gang chịu nhiệt

Để đảm bảo cho gang có thể làm việc được ở nhiệt độ cao, cần thiết phải hợp kim hóa gang bằng các nguyên tố Si, Cr, Al với một hàm lượng xác định, đủ để tạo ra trên bề mặt gang một lớp oxyt bền, sít chặt làm cho gang không bị oxy hóa và trương nở tiếp theo. Tùy theo các nguyên tố hợp kim được dùng mà có các loại gang chịu nhiệt.

Gang hợp kim Silic chứa 1,6 – 2,5%C; 4,0 – 6,0%Si; 0,4 – 0,8%Mn có tổ chức nền kim loại là ferit có thể làm việc được ở 6000C nếu là gang xám và 950 – 10000C nếu là gang cầu.

Gang Cr cao chứa 2,4 – 3,6%C; 12 – 18%Cr có tổ chức cacbit cùng tinh và peclit làm việc được trong điều kiện chịu mài mòn và chịu nhiệt. Gang chứa 2,5 -2,9%C; 25 – 29%Cr có tổ chức cacbit cùng tinh, mactenxit, austenit và ferit làm việc ở nhiệt độ tới 9000C. Gang có hàm lượng cacbon thấp hơn 1,0 – 2,0%C và 25 – 29%Cr có tổ chức cacbit cùng tinh và ferit làm việc trong điều kiện bị ăn mòn và mài mòn tới 11000C.

Gang niken cao loại niresit có tổ chức austenit như đã nêu ở trên làm việc được ở

nhiệt độ 8000C.

Gang nhôm cao chứa lượng Al lớn hơn 7% điển hình nhất cho loại gang này là ‘chugan’ với thành phần hóa học dao động trong khoảng 1,3 – 1,7%C; 1,3 – 1,6%Si; 0,4 – 1,0%Mn; 18 -25%Al. Chugan có thể làm việc ở nhiệt độ tới 9000C. Biến tính cầu hóa graphit có thể làm tăng độ bền và cải thiện tính chất làm việc cho gang.

2.7.3. Nhiệt luyện gang

Quá trình nhiệt luyện gang không làm thay đổi dạng của graphit mà chỉ làm thay đổi nền kim loại. Quá trình chuyển biến tổ chức nền kim loại của gang khi nung nóng và làm nguội về cơ bản giống quá trình xảy ra trong thép nên có thể áp dụng các chế độ nhiệt luyện của thép và gang. Tuy vậy, quá trình nhiệt luyện gang cũng có những đặc điểm riêng do có sự khác nhau về thành phần hóa học và đặc biệt là quá trình graphit hóa chi phối.

Các quá trình nhiệt luyện làm thay đổi tổ chức nền kim loại và do đó làm thay đổi tính chất tương tự như thép chỉ được sử dụng rộng rãi cho gang dẻo, gang cầu và gang giun vì ở đây graphit đã ở dạng phù hợp có cơ tính cao. Đối với gang xám thường chỉ áp dụng các dạng nhiệt luyện này cho các mác gang có độ bền cao, đặc biệt là cho gang xám hợp kim thấp.

Đặc trưng nổi bật của gang là do điều kiện graphit hóa rất khác nhau khi đúc nên

tổ chức ban đầu của gang trước khi nhiệt luyện rất khác nhau và thay đổi từ ferit, ferit

– peclit tới peclit. Do đó, thường phải giữ ở nhiệt độ và thời gian rất khác nhau tùy theo tổ chức ban đầu của gang để có thể bão hòa cacbon cho austenit từ graphit thường xảy ra chậm chạp nên cần nhiệt độ cao hoặc thời gian lâu hơn.

Ở gang, sự thiên tích của các nguyên tố như Si, Mn và các nguyên tố hợp kim rất

rò ràng từ tâm hạt xung quanh graphit tới biên giới hạt tinh thể. Vì vậy, ngay trong một tinh thể, quá trình chuyển biến pha khi nhiệt luyện xảy ra cũng khác nhau.

Như đã biết, Si là nguyên tố nâng các điểm cùng tích khi nung và làm nguội lên phía nhiệt độ cao, đồng thời tạo ra vùng ba pha (α + γ + gr). Vì vậy, khi nhiệt luyện cần thiết phải chọn nhiệt độ austenit hóa cao phù hợp với lượng Si thực tế có trong gang.

Dựa vào vùng ba pha này, có thể nung gang ở đây để đạt được tổ chức ferit – austenit với hàm lượng ferit xác định rồi tiến hành các dạng nhiệt luyện khác nhau để nhận được gang có tổ chức ferit với các tổ chức sau nhiệt luyện như xoocbit, bainit, mactenxit ram,… bảo đảm cho gang có độ bền cao trong khi vẫn giữ được độ dẻo tốt.

Đặc điểm nổi bật khác của gang do hậu quả của quá trình graphit hóa là có thể ủ nhiệt độ cao 9500- 10500C để phân hủy cacbit như trong quá trình ủ gang dẻo hoặc ủ mềm ở nhiệt độ vừa dưới điểm chuyển biến cùng tích 6500- 7500C để nhận một phần hay hoàn toàn tổ chức nền kim loại là ferit đảm bảo cho gang có độ cứng thấp, độ dẻo cao. Ngoài ra đối với gang hoàn toàn có thể dùng các phương pháp ủ khử ứng suất. [2]

Câu hỏi ôn tập

Câu 1. Thế nào là thép cacbon, ưu nhược điểm của thép cacbon. Câu 2. Trình bày cách phân loại thép cacbon

Câu 3. Thế nào là thép hợp kim và trình bày những ưu việt của thép hợp kim Câu 4. Trình bày cách phân loại thép hợp kim

Câu 5. Trình bày cách ký hiệu thép cacbon theo tiêu chuẩn Việt Nam Câu 6. Trình bày cách ký hiệu thép hợp kim theo tiêu chuẩn Việt Nam Câu 8. Trình bày đặc điểm của thép hợp kim so với thép cacbon

Câu 9. Thế nào là gang xám, trình bày đặc điểm và ký hiệu của gang xám theo TCVN, cho ví dụ minh họa.

Câu 10. Thế nào là gang cầu, trình bày đặc điểm và ký hiệu của gang cầu theo TCVN,

cho ví dụ minh họa.

Câu 11. Thế nào là gang dẻo, trình bày đặc điểm và ký hiệu của gang dẻo theo TCVN, cho ví dụ minh họa.

CHƯƠNG 3

HỢP KIM MÀU VÀ BỘT

3.1. Nhôm và hợp kim nhôm

Về phương diện sản xuất và ứng dụng: nhôm và hợp kim nhôm chiếm vị trí quan trọng chỉ đứng thứ 2 sau thép. Sở dĩ như v ậy vì vật liệu này có các tính chất phù hợp với nhiều công dụng khác nhau, trong một số trường hợp không thể thay thế được.

3.1.1. Những đặc tính chủ yếu của nhôm

Nhôm nguyên chất có màu trắng bạc. Kim loại này có các đặc điểm chủ yếu sau:

Khối lượng riêng nhỏ, với khối lượng riêng bằng 2,7g/cm3, so với sắt, nhôm nhẹ hơn khoảng gần ba lần. Chỉ tiêu này rất quan trọng đối với các lĩnh vực, khi đòi hỏi sự giảm khối lượng của chi tiết và của cả hệ thống đến mức nhỏ nhất, ví dụ: ngành hàng không, du hành vũ trụ, hoặc các phương tiện giao thông vận tải.

Tính dẫn điện cao, độ dẫn điện của nhôm chỉ bằng 62% so với đồng. Tuy vậy do khối lượng riêng của đồng lớn hơn nhôm khoảng 3,3 lần nên khi với các đặc điểm về điện giống nhau, truyền dòng điện có cường độ như nhau, dây dẫn nhôm chỉ nhẹ bằng nửa dây dẫn đồng và bị nung nóng ít hơn.

Chống ăn mòn tốt, nhờ lớp oxyt Al2O3 có cấu trúc sít chặt tạo thành trên bề mặt, nhôm và hợp kim nhôm chống ăn mòn khá tốt. Tuy nhiên do chiều dày quá mỏng khoảng vài angstron, nên lớp nhôm oxyt tự nhiên có khả năng bảo vệ chống ăn mòn kém. Bằng kỹ thuật anot hóa, người ta có thể nhận được màng oxyt Al2O3 dày hàng chục micrômét, có khả năng bảo vệ cao.

Nhôm và hợp kim nhôm với lớp màng anot hóa này có thể ứng dụng làm các cấu kiện trong ngành xây dựng như khung cửa, tấm ốp, … mà không cần các biện pháp bảo vệ phụ thêm.

Tuy vậy trong một số môi trường ăn mòn, dưới tác dụng của ứng suất tĩnh hoặc

động, hợp kim nhôm có thể bị ăn mòn dư ới các dạng khác nhau: ăn mòn đi ểm. ăn mòn dưới ứng suất, mỏi ăn mòn,… Trong các trường hợp cụ thể này, thành phần hợp kim và trạng thái gia công ảnh hưởng khá mạnh đến tốc độ ăn mòn.

Độ bền thấp, độ dẻo cao. Mạng tinh thể của nhôm thuộc loại lập phương tâm mặt, do vậy nhôm tương đối dẻo. Ở trạng thái ủ nhôm kém bền (σb = 60MPa; σ0,2 = 20MPa) và chịu biến dạng nóng cũng như ngu ội đều rất tốt.

Nhiệt độ nóng chảy tương đối thấp: nhôm nóng chảy ở 6600C. Đây là một thuận

lợi cho quá trình nấu luyện hợp kim khi đúc. Hơn nữa nhờ ẩn nhiệt kết tinh lớn, nhôm lỏng đông đặc chậm, có thể tiến hành biến tính và tinh luyện tương đối dễ dàng. Độ co ngót của nhôm lớn, do vậy sự điền đầy khuôn kém, tính đúc của nhôm không cao.

3.1.2. Phân loại và ký hiệu

Trong quá trình nghiên cứu, phát triển, ngày càng có nhiều hợp kim nhôm mới ra

đời. Để phân loại chúng, người ta căn cứ vào các đặc điểm quan trọng nhất.

Theo tính công nghệ, các hợp kim nhôm được phân thành hai loại chính hợp kim biến dạng và hợp kim đúc.

Hợp kim nhôm biến dạng dùng để chế tạo các bán thành phẩm hoặc các chi tiết bằng gia công áp lực nóng hoặc nguội. Các hợp kim nhôm đúc dùng để đúc các chi tiết có hình dạng và công dụng khác nhau.

Trong số các hợp kim nhôm biến dạng người ta còn phân biệt loại có thể hóa bền bằng nhiệt luyện và loại không hóa bền bằng nhiệt luyện. Trạng thái gia công thường được chỉ rò kèm sau các ký hiệu hợp kim bằng những quy ước riêng phụ thuộc vào các quốc gia hoặc tổ chức khác nhau về quản lý tiêu chuẩn vật liệu.

Hình 3.1. Phân loại hợp kim Al theo giản đồ pha

Theo thành phần hóa học, người ta phân các hợp kim nhôm thành nhiều hệ, trong mỗi hệ ngoài Al ra còn có một hoặc hai nguyên tố hợp kim chính nữa. Một số hệ hợp kim nhôm chủ yếu là: Al – Cu, Al – Cu – Mg, Al – Mn, Al – Si, Al – Mg, Al – Mg – Si, Al – Zn – Mg, Al – Li, …

Tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN 1859 – 75) quy định ký hiệu các hợp kim nhôm, bắt đầu ký hiệu Al, tiếp theo là ký hiệu các nguyên tố hợp kim chính, sau đó là các nguyên tố hợp kim phụ. Để chỉ hàm lượng theo phần trăm, người ta dùng các con số đặt sau ký hiệu tương ứng. Nếu là hợp kim đúc, ở mỗi ký hiệu đặt thêm chữ Đ.

Ví dụ 1, ký hiệu AlMg5 nghĩa là hợp kim nhôm biến dạng có hàm lượng trung bình của Mg là 5%.

Ví dụ 2, Ký hiệu AlSi12Mg1Cu2Mn0,6Đ nghĩa là hợp kim nhôm đúc, chứa trung bình 12%Si; 1%Mg; 2%Cu và 0,6%Mn.

Ký hiệu hợp kim nhôm ở các nước trên thế giới rất khác nhau. Theo tiêu chuẩn

của Nga, nhôm và hợp kim nhôm được ký hiệu bằng sự phối hợp giữa các chữ cái và các con số. Tuy nhiên các ký hiệu này không phản ánh một quy luật chặt chẽ nào trong toàn bộ hệ thống các hợp kim nhôm. Ở các nước Mỹ, Canađa, và ngay cả cộng hòa liên bang Nga, người ta sử dụng hệ thống ký hiệu gồm các con số thường có bốn chữ số để ký hiệu hợp kim nhôm.

Hệ thống số thống nhất của Mỹ ký hiệu các hợp kim nhôm bằng cách sử ký hiệu số của hiệp hội nhôm với tiếp đầu là A9 đối với hợp kim nhôm biến dạng và A0 đối với hợp kim nhôm đúc.

3.1.3. Nhôm sạch kỹ thuật

Phụ thuộc vào phương pháp sản xuất, độ sạch của nhôm rất khác nhau, biến đổi từ 99,0%Al đến 99,999%Al. Nhôm với độ sạch đặc biệt cao là vật liệu quý dùng trong các công trình nghiên cứu.

Độ bền của nhôm sạch kỹ thuật thấp độ dẻo cao, sau biến dạng hiệu ứng hóa bền

đạt được tương đối lớn.

Do tính dẫn điện và dẫn nhiệt cao, khối lượng riêng nhỏ, nhôm sạch kỹ thuật được dùng rộng rãi để chế tạo cáp tải điện trong khí quyển, các ống bức xạ nhiệt hoặc các chi tiết trong hệ thống bay hơi. Tạp chất trong nhôm rất đa dạng, tuy vậy Si và Fe đáng chú ý nhất vì chúng thường có và gây ảnh hưởng rất mạnh. Nếu đứng riêng thì tạp chất Si ít tác hại, hầu như không làm giảm cơ tính, thậm chí còn ảnh hưởng tốt đến tính đúc, do tạo cùng tinh Al – Si, hạ thấp nhiệt độ chảy tăng khả năng điền đầy khuôn. Trái lại, ta thấy sắt có thể tương tác với nhôm, tạo pha Al3Fe rất giòn, kết tinh ở dạng hình kim thô to. Cùng tinh Al – Al3Fe xuất hiện ngay khi hàm lượng Fe rất nhỏ và phân bố theo biên giới hạt. Tổ chức này gây giòn hợp kim và tăng nhạy cảm với ăn

mòn điện hóa do chênh lệch thế điện cực giữa Al và FeAl3 khá lớn.

Khi tồn tại đồng thời cả Fe và Si sẽ xuất hiện các pha liên kim loại dạng α (Al, Fe, Si) và β (Al, Fe, Si) vừa giòn vừa kết tinh ở dạng tấm thô to. Trong trường hợp này độ dẻo và tính ổn định chống ăn mòn của nhôm cũng bị giảm mạnh.

3.1.4. Hợp kim nhôm biến dạng

Như đã trình bày ở trên, dựa vào khả năng có hoặc không thể hóa bền bằng nhiệt luyện, người ta phân biệt các hợp kim nhôm biến dạng thành hai nhóm nhỏ.

Nhóm thứ nhất gồm các hợp kim không thể hóa bền bằng nhiệt luyện, độ bền của chúng được cải thiện nhờ các phương pháp như biến dạng nguội, hợp kim hóa bền dung dịch rắn hoặc tạo pha thứ hai nhỏ mịn.

Nhóm thứ hai gồm các hợp kim có thể hóa bền bằng nhiệt luyện, độ bền của

chúng tăng lên chủ yếu nhờ tôi và hóa già.

3.1.5. Hợp kim nhôm biến dạng không hóa bền bằng nhiệt luyện

a. Hệ hợp kim Al – Mn

Theo giản đồ pha Al – Mn, Mn có thể tạo với Al hợp chất liên kim loại Al6Mn.

Pha này khi phân tán nhỏ mịn trong nền dung dịch rắn α sẽ gây hóa bền. Độ hòa tan lớn nhất của Mn trong dung dịch rắn α đạt được ở 6500C là 1,8% và giảm rất nhanh trong vùng nhiệt độ từ 4500 – 6500C. Đây đồng thời cũng là vùng nhiệt độ tôi của phần lớn các hợp kim nhôm công nghiệp.

Lượng mangan trong các hợp kim nhôm này thông thường dao động trong khoảng từ 1 đến 1,6%. Nhưng do ảnh hưởng của các hợp chất thường có là Fe, Si, độ hòa tan của mangan trong dung dịch rắn α giảm đi rất nhanh.

Ví dụ, với sự có mặt chừng 0,1%Fe và 0,065%Si dung dịch rắn α chỉ có thể hòa tan ở 5000C được khoảng 0,05%Mn. Điều này giải thích vì sao các hợp kim biến dạng Al – Mn không thể hóa bền bằng nhiệt luyện.

Để tăng bền, trong trường hợp này sử dụng phương pháp biến dạng nguội sẽ rất hiệu quả vì hiệu ứng hóa bền biến dạng đạt được khá lớn. Thêm nữa, do sự hình thành pha α (Al – Fe – Si – Mn) khi kết tinh ở dạng nhỏ mịn phân tán, nhiệt độ kết tinh lại của hợp kim tăng lên, góp phần duy trì ổn định kết quả hóa bền đã tạo ra.

Một đặc điểm rất đáng chú ý của hợp kim Al – Mn là xu hướng thiên tích Mn và taọ dung dịch rắn quá bão hòa bất thường khi kết tinh. Sự phân bố không đồng đều thành phần có thể dẫn tới những kết quả xấu, chẳng hạn làm giảm mạnh cơ tính, đặc biệt là độ dai va đập, do tạo thành tổ chức hạt thô với sự phân bố hạt rất chênh lệch giữa các phần mẫu sau khi kết tinh lại.

Các hợp kim Al – Mn chịu gia công biến dạng nóng và nguội tốt, có tính hàn và chống ăn mòn trong khí quyển cao hơn nhôm sạch kỹ thuật. Nhờ vậy chúng được sử dụng rộng rãi thay thế vật liệu này khi có yêu cầu cao hơn về cơ tính.

b. Hợp kim nhôm Al – Mg

Độ hòa tan của magie trong nhôm lớn nhất có thể đạt 15% ở 4510C. Khi hạ nhiệt độ, độ hòa tan này giảm đi và pha β (Al3Mg2) tiết ra từ dung dịch rắn, có xu hướng phân bố dạng lưới theo biên giới hạt. Tổ chức dạng lưới β liên tục rất nhạy cảm với ăn mòn dưới ứng suất. Chính vì vậy trong công nghiệp hạn chế sử dụng các hợp kim chứa lượng nhỏ magie (ít hơn 8% Mg), phổ biến hơn cả là loại dưới 4%Mg.

Do lượng magie nhỏ, hiệu ứng hóa bền khi tôi và hóa già quá nhỏ nên thực tế đã bỏ qua. Đưa thêm một lượng nhỏ các kim loại chuyển tiếp như Cr (0,1 -0,2%), Mn (0,3 – 0,5%) cho phép giảm độ nhạy cảm với ăn mòn ứng suất. Sử dụng phương pháp biến dạng dẻo để hóa bền các hợp kim loại này sẽ rất có hiệu quả.

Các tạp chất Fe, Si gây ảnh hưởng xấu đến cơ tính, làm giảm chất lượng bề mặt khi gia công, vì vậy cần hạn chế chúng ở mức thấp nhất có thể. Các hợp kim Al – Mg thuộc một trong những họ hợp kim nhôm nhẹ nhất, có tính hàn tốt, ổn định chống ăn mòn khí quyển, bền mặt sau khi gia công đẹp, khả năng giảm chấn khá mạnh và giới

hạn bền mỏi tương đối lớn. Chúng được dùng rộng rãi, đặc biệt trong công nghiệp chế tạo ô tô và xây dựng công trình.

3.1.6. Hợp kim nhôm biến dạng hóa bền bằng nhiệt luyện

Các hợp kim nhôm biến dạng hóa bền bằng nhiệt luyện là nhóm vật liệu kết cấu quan trọng, ngày càng được nghiên cứu và phát triển mạnh. Dưới đây sẽ trình bày một số hệ thông dụng và đặc trưng nhất.

a. Hợp kim Al – Cu và Al – Cu – Mg

Các hợp kim hệ này thuộc loại được nghiên cứu, sản xuất và ứng dụng công nghiệp sớm nhất. Sau biến dạng, tôi và hóa già, chúng có hiệu ứng hóa bền rất cao. Trong công nghiệp còn được gọi là hợp kim Đuyra.

Độ hòa tan của các pha θ (CuAl2), và S (CuMgAl2) tăng lên khi tăng nhiệt độ. Do đặc điểm này, có thể dễ dàng nhận được dung dịch rắn α quá bão hòa bằng cách tôi. Khi hóa già, phụ thuộc và nhiệt độ và thời gian giữ nhiệt, sự tiết pha xảy ra có thể ở các trạng thái khác nhau như vùng GP, các pha chuyển tiếp giả ổn định θ’, S’ hoặc các pha ổn định θ, S kích thước rất nhỏ, phân tán đều trong nền dung dịch rắn α. Tất cả các pha này đều tạo ra hiệu ứng hóa bền đáng kể. Tuy vậy, sự hình thành tổ chức gồm hỗn hợp vùng GP với các pha giả ổn định θ’, S’ sẽ cho ta các chỉ tiêu cơ tính lớn nhất

Nếu đảm bảo chế độ tôi và hóa già như nhau, tăng hàm lượng Cu và Mg một cách hợp lý sẽ làm tăng hiệu quả hóa bền do tỷ lệ khối lượng các pha hóa bền trong nền α tăng. Khi thay đổi hàm lượng đồng và magie theo hướng tăng tỷ lệ Mg/Cu độ bền nóng của hợp kim sẽ tăng lên. Sở dĩ như vậy vì tỷ lệ Mg/Cu tăng sẽ kéo theo sự tăng khối lượng pha S và giảm bớt pha θ. Người ta đã xác nhận rằng pha S ổn định nhiệt hơn pha θ, nghĩa là nó ti ết ra từ dung dịch rắn α ở nhiệt độ cao hơn, tốc độ tích tụ nhỏ hơn. Đó chính là nguyên nhân khiến cho các hợp kim Al – Cu – Mg với pha hóa bền là S có thể giữ được độ bền tương đối cao đến khoảng nhiệt độ 200 – 2500C.

Các tạp chất Fe, Si gây ảnh hưởng xấu đến cơ tính của Đuyra. Chúng có thể tạo ra các pha Cu2FeAl, vừa gây giòn hợp kim do kết tinh ở dạng thô to, vừa làm giảm hiệu quả nhiệt luyện do chiếm giữ một lượng đồng đáng kể cần thiết để tạo pha hóa bền. Trong thực tế người ta cố gắng giảm thấp hàm lượng các tạp chất này, khống chế tỷ lệ của chúng xấp xỉ nhau để tạo ra các pha dạng α, kết tinh thành hạt nhỏ, ít ảnh hưởng đến độ dẻo, không làm giảm hiệu quả hóa bền khi tôi và hóa già.

Trên cơ sở Al – Cu – Mg, khi đưa thêm đồng thời Fe và Ni vào theo tỷ lệ 1/1

người ta tạo ra các hợp kim nhôm biến dạng bền nóng.

Ví dụ, hợp kim AlCu2,5Mg1,6NiFeTi có khả năng duy trì cơ tính khá cao, đ ến tận 2300C. Sở dĩ vậy vì trong hợp kim đã hình thành pha ổn định nóng dạng Al9FeNi, gây hóa bền dung dịch rắn α và chỉ tích tụ, lớn lên ở nhiệt độ trên 2300C.

Người ta cũng tạo ra một số hợp kim nhôm biến dạng hóa bền bằng nhiệt luyện

Xem tất cả 193 trang.

Ngày đăng: 16/07/2022