hợp kim

english alloy

tóm lược

  • tình trạng suy giảm chất lượng hoặc giảm giá trị của một cái gì đó
  • một hỗn hợp chứa hai hoặc nhiều nguyên tố kim loại hoặc các nguyên tố kim loại và phi kim loại thường hợp nhất với nhau hoặc hòa tan vào nhau khi nóng chảy
    • đồng thau là hợp kim của kẽm và đồng
  • bất kỳ một trong số các nguyên tố hóa học thường là chất rắn sáng bóng dẫn nhiệt hoặc điện và có thể được tạo thành các tấm, vv

Tổng quan

Siêu hợp kim , hay hợp kim hiệu suất cao , là một hợp kim thể hiện một số đặc điểm chính: độ bền cơ học tuyệt vời, khả năng chống biến dạng rão nhiệt, độ ổn định bề mặt tốt và khả năng chống ăn mòn hoặc oxy hóa. Đặc điểm nổi bật nhất của siêu hợp kim là khả năng hoạt động ở một phần nhỏ nhiệt độ nóng chảy của nó. Cấu trúc tinh thể thường là Austenit lập phương tâm mặt. Ví dụ về các hợp kim như vậy là hợp kim Hastelloy, Inconel, Waspaloy, Rene, Incoloy, MP98T, hợp kim TMS và hợp kim đơn tinh thể CMSX.
Quá trình phát triển Superalloy chủ yếu dựa vào các đổi mới về quy trình và hóa chất. Superalloys phát triển cường độ nhiệt độ cao thông qua tăng cường dung dịch rắn và tăng cường kết tủa từ các kết tủa giai đoạn thứ cấp như gamma nguyên tố và cacbua. Khả năng chống oxy hóa hoặc ăn mòn được cung cấp bởi các nguyên tố như nhôm và crom. Superalloys thường được đúc dưới dạng đơn tinh thể - trong khi các ranh giới hạt có thể cung cấp sức mạnh, chúng làm giảm khả năng chống rão.
Ứng dụng chính của các hợp kim này là trong các động cơ tuabin, cả hàng không vũ trụ và hàng hải. Độ dốc thường là yếu tố giới hạn tuổi thọ trong các cánh tuabin khí.

Một thuật ngữ chung cho các kim loại là hỗn hợp của hai hoặc nhiều nguyên tố. Theo nghĩa hẹp, nó thể hiện tính chất kim loại Dung dịch rắn Để nói. Về mặt khái niệm, kim loại nguyên chất chỉ chứa một loại nguyên tố kim loại đối lập với hợp kim, nhưng thực tế không tồn tại một kim loại hoàn toàn nguyên chất. Khi một nguyên tố kim loại nhất định được sử dụng làm vật liệu, một nguyên tố được thêm vào một cách có chủ ý với số lượng có kiểm soát để tạo cho nó một đặc tính nhất định được gọi là nguyên tố hợp kim. Vật liệu có chứa các nguyên tố kim loại như sắt và nhôm làm thành phần chính và thêm các nguyên tố hợp kim vào chúng được gọi là hợp kim sắt và hợp kim nhôm, với tên gọi của các nguyên tố kim loại của các thành phần chính. Đặc biệt là hợp kim sắt chứa từ 2,0% (trọng lượng) trở xuống cacbon Thép (Thép). Các nguyên tố có trong vật liệu kim loại và có ảnh hưởng có hại đến tính chất của vật liệu được gọi là nguyên tố tạp chất, nhưng từ định nghĩa cơ bản của hợp kim và từ nghĩa là hàm lượng cho phép được xác định theo tiêu chuẩn về mặt kỹ thuật. Tuy nhiên, nguyên tố tạp chất cũng có thể được coi là một loại nguyên tố hợp kim. Có hai dạng, một dung dịch rắn và một hợp chất, trong đó hai hoặc nhiều nguyên tố được trộn lẫn để tạo thành một pha rắn. Khi một nguyên tử chất tan (hợp kim) được chèn vào giữa các mạng tinh thể của nguyên tử kim loại dung môi, nó được gọi là dung dịch rắn kiểu xâm nhập, và khi nguyên tử chất tan được thay thế bằng nguyên tử dung môi, nó được gọi là dung dịch rắn kiểu thay thế. Hợp chất được hình thành giữa các nguyên tố kim loại Hợp chất liên kim loại Được gọi là. Biểu đồ thể hiện dạng pha nào tồn tại ở trạng thái đó liên quan đến thành phần, nhiệt độ và áp suất của hợp kim được gọi là giản đồ trạng thái hoặc giản đồ pha.

Cấu trúc hợp kim

Hợp kim chứa một số lượng lớn các pha. Pha chiếm phần lớn thể tích được gọi là pha nền, và pha phân tán trong pha nền dưới dạng các hạt được gọi là pha phân tán hay pha thứ hai. Trong các hợp kim được sử dụng làm vật liệu kim loại, pha nền là một dung dịch rắn thể hiện các đặc tính của kim loại, và các hợp chất như hợp chất liên kim, oxit, sunfua và cacbua thường tồn tại ở dạng pha thứ hai. Các hạt pha ma trận và pha thứ hai nói chung cũng là tập hợp của một số lượng lớn các hạt tinh thể. Loại pha nền, hình dạng và kích thước của các hạt tinh thể, loại pha thứ hai, kích thước của các hạt, trạng thái phân bố, ... là những yếu tố tạo nên cấu trúc vi mô của kim loại. Các tính chất của hợp kim bị ảnh hưởng đáng kể không chỉ bởi thành phần của chúng mà còn bởi trạng thái của các cấu trúc vi mô đó.

Hiệu ứng hợp kim và ví dụ hợp kim

Các tác động chính của các nguyên tố hợp kim có thể được tóm tắt trong ba điều sau đây. (1) Tác động đầu tiên là thay đổi các đặc tính của dung dịch rắn chính như là pha nền. Độ bền của một kim loại nguyên chất thường tăng lên khi các nguyên tố hợp kim hòa tan. Đây được gọi là dung dịch rắn làm cứng (tăng cường). Ví dụ, vàng nguyên chất (vàng 24) quá mềm, nên người ta dùng dung dịch rắn chứa 25% đồng để gọi là vàng 18. Lý do cơ bản nhất tại sao hợp kim được sử dụng làm vật liệu kim loại là làm cứng dung dịch rắn. Sự hiện diện của một phần tử dung dịch rắn làm thay đổi cấu trúc năng lượng của các electron trong tinh thể, và không chỉ ảnh hưởng đến các tính chất điện từ như điện trở và độ từ thẩm, mà còn ảnh hưởng đến tông màu của ánh kim loại. Ví dụ, thép silic được sử dụng cho lõi sắt của máy biến áp là một hợp kim sắt, trong đó khoảng 3% silic được thêm vào để tăng khả năng chịu điện. Vàng 18K không chỉ được sử dụng vì độ cứng mà còn cho màu sắc đẹp. Ngoài ra, sự hiện diện của các phần tử dung dịch rắn có thể cải thiện khả năng chống oxy hóa ở nhiệt độ cao và khả năng chống ăn mòn trong dung dịch nước. Ví dụ, thép không gỉ là một trong những hợp kim sắt, trong đó niken, crom, vv được hòa tan trong sắt để cải thiện khả năng chống ăn mòn. (2) Hiệu ứng thứ hai là làm tăng các loại pha ma trận bằng cách thay đổi các điểm biến đổi mạng tinh thể và sự hình thành các pha trung gian. Ví dụ, thép Austenit được làm bằng cách hòa tan niken, mangan, v.v. trong sắt và ổn định austenit, là giai đoạn nhiệt độ cao của sắt, đến nhiệt độ phòng hoặc thấp hơn. Nó có độ dẻo dai tuyệt vời ở nhiệt độ thấp và không phải là sắt từ. Nó có các thuộc tính như. Hơn nữa, nhiệt độ chuyển pha có thể được thay đổi bằng cách tạo hợp kim. Ví dụ, hợp kim đông đặc eutectic dựa trên thiếc-chì Sn-Pb được sử dụng để hàn là một ví dụ về điều này và được sử dụng bằng cách hạ nhiệt độ nóng chảy. Các hợp kim có pha ma trận là pha trung gian bao gồm hợp kim sắt từ dựa trên mangan-nhôm Mn-Al, hợp kim nhớ hình dạng dựa trên niken-titan Ni-Ti và đồng thau. (3) Hiệu ứng thứ ba dựa trên sự hình thành các pha phân tán, một trong số đó là sự làm cứng hợp kim bởi các hạt phân tán hoặc các hạt kết tủa. Trong duralumin và các chất tương tự, độ bền tăng lên khi các nguyên tố hợp kim bị phân giải rắn ở nhiệt độ cao tạo thành pha thứ hai ở nhiệt độ thấp và kết tủa. Những hợp kim như vậy được gọi là hợp kim làm cứng kết tủa hoặc hợp kim làm cứng tuổi. Ảnh hưởng của sự hình thành hạt phân tán là Kết tinh lại Kích thước của các hạt tinh thể được tạo ra bởi Tổ chức tổng hợp Ngoài ra còn có quyền kiểm soát.

Nhiệt luyện là một phương pháp kiểm soát các đặc tính của hợp kim bằng cách thay đổi cấu trúc của hợp kim bằng cách tận dụng sự khác biệt về độ hòa tan do nhiệt độ và sự biến đổi mạng tinh thể bằng cách thực hiện gia nhiệt ở nhiệt độ cao hoặc làm nguội nhanh đến nhiệt độ thấp. Xử lý làm cứng kết tủa là một ví dụ. Việc dập tắt sắt nguyên chất hầu như không chữa khỏi, nhưng khi khoảng 0,8% cacbon được thêm vào để tạo ra thép, sự biến đổi mactenxit xảy ra do quá trình tôi luyện và nó cứng lại. Việc bổ sung các nguyên tố hợp kim mở rộng phạm vi thay đổi cấu trúc do xử lý nhiệt, đây cũng là một trong những lý do cơ bản tại sao hợp kim được sử dụng làm vật liệu kim loại. Một số nguyên tố hợp kim được thêm vào để loại bỏ tác động bất lợi của các nguyên tố tạp chất. Ví dụ, lưu huỳnh trong thép gây ra tính giòn (tính giòn) ở nhiệt độ cao. Bằng cách thêm mangan để tạo thành mangan sulfua, tác dụng của lưu huỳnh có thể được loại bỏ.

Phân loại hợp kim

Các hợp kim có tổng số các nguyên tố dung môi và các nguyên tố hợp kim của 2, 3, ... và n được gọi là hợp kim nhị phân, hợp kim bậc ba, ... và hợp kim nguyên tố n , và những nguyên tố có bậc ba trở lên. các nguyên tố thường được gọi là hợp kim đa nguyên tố. Hợp kim thực tế nói chung là hợp kim đa nguyên tố. Các hợp kim có pha ma trận loại 1, 2, ... tương ứng được gọi là hợp kim một pha, hợp kim hai pha, v.v. Thép thông thường là hợp kim hai pha của ferit và ximăng. Các hợp kim có thành phần thể hiện sự đông đặc đặc trưng, sự biến đổi pha và phản ứng như eutectic, sự đông đặc điểm nóng chảy không đổi và phản ứng eutectoid được gọi là hợp kim eutectic, hợp kim có điểm nóng chảy không đổi và hợp kim eutectoid, tương ứng.

Như đã đề cập ở trên, hợp kim được phân loại thành hợp kim kẽmhợp kim titan theo các yếu tố thành phần chính, nhưng cũng có các phân loại theo đặc tính và ứng dụng, và một ví dụ được hiển thị dưới đây. Vàng hợp nhất dễ dàng , Hợp kim từ tính , Hợp kim chống ăn mòn Hợp kim chịu nhiệtThép chịu nhiệt Thép phong hóa Cacbua xi măng Hợp kim chống rung , Hợp kim y tế , Hợp kim nha khoa Hợp kim chịu lực Thép chịu lực Như là.
Kunio Ito