Vật liệu học kỹ thuật - Nguyễn Văn Tư

http://slidepdf.com/reader/full/vat-lieu-hoc-ky-thuat-nguyen-van-tu 1/144
Bé m«n : VËt liÖu häc vµ NhiÖt luyÖn
§¹i häc B¸ch khoa Hµ néiNgµy sinh: 19 th¸ng 1 n¨m 1951 N¬i sinh: Phó c− êng, Ba v×, Hµ t©y
Kü s −
: 1
975, §HBK Hµ néiTiÕn sü: 1988, INPG Céng Hoµ Ph¸p, PGS: 1996 §· xuÊt b¶n:
VËt liÖu häc, nxb KHKT, 1
996Xö lý bÒ mÆt, nxb §HBK Hµ néi, 1999 ¡n mßn vµ b¶o vÖ vËt liÖu, nxb KHKT, 2002
T¸c gi¶
WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNH
WWW.BOIDUONGHOAHOCQUYNHON.BLOGSPOT.C
WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM
vËt liÖu häc kü thuËt Ch− ¬ng 0 : Bµi më ®Çu
Ch− ¬ng 1 : CÊu tróc tinh thÓ Ch− ¬ng 2 : BiÕn d¹ng dÎo vµ c¬ tÝnh Ch− ¬ng 3 : Hîp kim vµ gi¶n ®å pha
Ch− ¬ng 4 : NhiÖt luyÖn thÐp Ch− ¬ng 5 : ThÐp vµ gang Ch− ¬ng 6 : Hîp kim mµu vµ bét Ch− ¬ng 7 : VËt liÖu ceramic Ch− ¬ng 8 : VËt liÖu polyme
Ch −
WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNH
WWW.BOIDUONGHOAHOCQUYNHON.BLOGSPOT.C
WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM
•
VËt liÖu häc lµ khoa häc nghiªn cøu mèi quan hÖ gi÷a cÊu tróc vµ tÝnh
chÊt cña vËt liÖu, trªn c¬ së ®ã ®Ò ra çc biÖn ph¸p c«ng nghÖ nh»m c¶i thiÖn tÝnh chÊt vµ sö dông thÝch hîp vµ ngµy mét tèt h¬n.
b) §èi t− îng nghiªn cøu - VËt liÖu • VËt liÖu ë ®©y chØ dïng ®Ó chØ nh÷ng vËt r¾n mµ con ng− êi sö dông ®Ó
•
Nh −
vËy tÊt c¶ çc chÊt láng, khÝ cho dï rÊt quan träng song còng kh«ngph¶i lµ ®èib t− îng nghiªn cøu cña m«n häc.
c)
Bèn nhãm vËt liÖu chÝnh (h×nh 0.1):
VËt liÖu kim lo¹i: chñ yÕu lµ hîp kim= h2 KL+ ¸kim hoÆc KL kh¸c - dÉn nhiÖt, dÉn ®iÖn cao, cã ¸nh kim, ph¶n x¹ ¸nh s¸ng, kh«ng cho ¸nh s¸ng th− êng ®i qua, dÎo, dÔ biÕn d¹ng (çn, kÐo, rÌn, Ðp) → tÝnh c«ng nghÖ tèt - cã ®é bÒn c¬ häc, nh− ng kÐm bÒn hãa häc, trõ Al, çc kim lo¹i th«ng dông kh¸c nh− : Fe, Cu, ... ®Òu kh¸ nÆng, nhiÖt ®é ch¶y biÕn ®æi trong ph¹m vi tõ thÊp ®Õn cao nªn ®¸p øng ® − îc yªu cÇu ®a d¹ng cña kü thuËt. Ceramic (vËt liÖu v« c¬) : Lµ hîp chÊt gi÷a KL, silic víi ¸ kim («xit, nitrit, cacbit), bao gåm çc lo¹i: gèm vµ VLCL, thñy tinh & gèm thuû tinh, xim¨ng & bªt«ng. - cøng, gißn, bÒn ë nhiÖt ®é cao, bÒn hãa häc - dÉn nhiÖt vµ dÉn ®iÖn rÊt kÐm (çch nhiÖt vµ çch ®iÖn)
H×nh 0.1. S¬ ®å minh ho¹ çcnhãm vËt liÖu chÝnh vµ quan hÑ gi÷a chóng
1. b¸n dÉn 2. siªu dÉn 3. silicon 4. polyme dÉn ®iÖn
cerami
Compoz
HiÖn dïng phæ biÕn çc compozit hÖ kÐp: kim lo¹i - polyme, kim lo¹i - ceramic, polyme - ceramic víi nh÷ng tÝnh chÊt míi l¹, rÊt hÊp dÉn. Ngoµi bèn lo¹i trªn - b¸n dÉn, siªu dÉn nhiÖt ®é thÊp, siªu dÉn nhiÖt ®é cao, chóng n»m trung gian gi÷a kim lo¹i vµ ceramic (trong ®ã hai nhãm ®Çu gÇn víi kim lo¹i h¬n, nhãm sau
cïng gÇn víi ceramic h¬n). - silicon n»m trung gian gi÷a vËt liÖu v« c¬ víi h÷u c¬, song gÇn víi vËt liÖu h÷u c¬ h¬n.
d)

ChÕ t¹o, sö dông vËt liÖu theo kinh nghiÖm, KL ph¸t triÓn → m¸y mãc → t− b¶nng− êi ViÖt luyÖn thÐp 3000 n¨m TCN, La m· cæ ®¹i t«i thÐp tõ TK 10-15 TCN Cét thÐp New Dehli, 6,5 tÊn kho¶ng TK 5 SCN, kh«ng gØ?
LuyÖn thÐp ë quy m« CN → TK 19 t¹o ra th¸p Eiffel cao 320m, nÆng 7341 tÊn Bª t«ng cèt thÐp, n¨m 1875 (Hoa kú), gèm ViÖt nam Trung hoa rÊt l©u ®êi

BÊt kú mét s¸ng t¹o nµo cña con ng− êi còng ®Òu ph¶i sö dông vËt liÖu, ®Òu
ph¶i khai th¸c çc ®Æc tÝnh kh¸c nhau cña vËt liÖu
C¬ khÝ (vËt liÖu kim lo¹i) → m¸y tÝnh c¬ häc (vµi chôc phÐp tÝnh/phót)
§Ìn ®iÖn tö → m¸y tÝnh ®iÖn tö MHCK22 (vµi tr¨m phÐp tÝnh/phót)
B¸n dÉn (vi xö lý) (90-130)MHz → 200MHz (P) → (330-400)MHz (PII) → (400- 700)MHz (PIII), PIV → 1GHz,.. ?

Xu h− íng ph¸t triÓn cña vËt liÖu ¤t« (Mü) 1978: thÐp (60)%, polyme (10-20)%, HK Al (3-5)%, VL kh¸c cßn l¹i
1993: thÐp (50-60)%, polyme (10-20)%, HK Al (5-10)%, VL kh¸c cßn l¹i Polyme, compozit xu h− íng t¨ng, kim lo¹i → gi¶m nh− ng vÉn quan träng nhÊt
kim lo¹ikim lo¹ikim lo¹ikim lo¹ikim lo¹ikim lo¹ikim lo¹ikim lo¹i
polymepolymepolymepolyme elastomeelastomeelastomeelastome
. HK Al-Li
. siªu HK míi
l− îng,CN
caosu
eo

e) Néi dung m«n häc gåm bèn phÇn chÝnh: - CÊu tróc vµ c¬ tÝnh: quan hÖ gi÷a cÊu tróc vµ c¬ tÝnh cã nhÊn m¹nh h¬n cho kim lo¹i gåm cÊu tróc tinh thÓ, t¹o pha, tæ chøc, biÕn d¹ng, ph¸ hñy.
- Hîp kim vµ biÕn ®æi tæ chøc: cÊu tróc cña hîp kim, chuyÓn pha → nhiÖt luyÖn.- VËt liÖu kim lo¹i: tæ chøc, thµnh phÇn hãa häc, c¬ tÝnh, nhiÖt luyÖn vµ c«ng dông - VËt liÖu phi kim lo¹i: cÊu tróc, thµnh phÇn, c¬ tÝnh, t¹o h×nh vµ c«ng dông Lùa chän & Sö dông hîp lý vËt liÖu: ®¶m b¶o çc chØ tiªu c¬, lý, ho¸ tÝnh, tÝnh c«ng nghÖ ®ång thêi rÎ, nhÑ vµ b¶o vÖ m«i tr − êng → CMS (Cambridge Materials Selector).
Quan hÖ tæ chøc - tÝnh chÊt hay sù phô thuéc cña tÝnh chÊt cña vËt liÖu vµo cÊutróc lµ néi dung c¬ b¶n cña toµn bé m«n häc. Tæ chøc hay cÊu tróc lµ sù s¾p xÕp cña çc thµnh phÇn bªn trong bao gåm tæ chøc vÜ m« vµ vi m« cña vËt liÖu.
Tæ chøc vÜ m« cßn gäi lµ tæ chøc th« ®¹i (macrostructure) lµ h×nh th¸i s¾p xÕp cña çc phÇn tö lín, quan s¸t ® − îc b»ng m¾t th− êng (0,3mm) hoÆc b»ng kÝnh lóp (0,01mm).
Tæ chøc vi m« lµ h×nh th¸i s¾p xÕp cña çc phÇn tö nhá, kh«ng quan s¸t ® − îcb»ng m¾t hay lóp. Bao gåm 2 lo¹i: - Tæ chøc tÕ vi (microstructure) lµ h×nh th¸i s¾p xÕp cña çc nhãm nguyªn tö hay ph©n tö (pha) víi kÝch th− íc cì micromet hay ë cì çc h¹t tinh thÓ (mm) víi sù gióp ®ì cña kÝnh hiÓn vi quang häc (0,15µm) hay kÝnh hiÓn vi ®iÖn tö (10nm). - CÊu t¹o tinh thÓ lµ h×nh th¸i s¾p xÕp vµ t− ¬ng t¸c gi÷a çc nguyªn tö trong kh«ng gian, çc d¹ng khuyÕt tËt cña m¹ng tinh thÓ →tia X vµ ph− ¬ng tiÖn kh¸c.
TÝnh chÊt bao gåm: c¬ tÝnh, vËt lý tÝnh, hãa tÝnh, tÝnh c«ng nghÖ & sö dông. f) Çc tiªu chuÈn vËt liÖu
- Tiªu chuÈn ViÖt Nam - TCVN - Tiªu chuÈn Nga Γ OCT - Çc tiªu chuÈn Hoa Kú: ASTM (American Society for Testing and Materials),
AISI (American Iron and Steel Institute),SAE (Society of Automotive Engineers), AA (Aluminum Association), CDA (Copper Development Association), UNS (Unified Numbering System)
WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHONWWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM
CÊu tróc tinh thÓ vµ sù h×nh thµnh
1.1. CÊu t¹o vµ liªn kÕ t nguyª n tö nguyªn tö = h¹ t nh©n + electron = (proton + n¬tron) + electron n¬tron kh«ng mang ®iÖn proton mang ®iÖ n d− ¬ng = ®iÖ n tÝ ch cña electron → ng/tö trung hoµ Kh¸ i niÖm c¬ b¶ n vÒ cÊu t¹ o nguyªn tö
CÊ u h× nh electron (electron configuration) chØ râ: sè l− îng tö chÝ nh (1, 2, 3...), ký hiÖu ph©n líp (s, p, d...), sè l− îng electron thuéc ph©n líp (sè mò trªn ký hiÖu ph©n
líp). VÝ dô: Cu cã Z = 29 cã cÊu h× nh electron lµ 1s22s22p6 3s23p63d 1
04s 1
qua ®ã biÕ t®− îc sè electron ngoµ i cïng (ë ®© y lµ 1, hãa trÞ 1). Çc kim lo¹ i chuyÓn tiÕ p: Fe cã Z = 26: 1s22s22p63s23p63d64s2
1.1.2. Çc d¹ng liª n kÕt nguyªn tö trong chÊt r¾n Çc lo¹ i vËt liÖ u kh¸c nhau cã thÓ tån t¹ i çc d¹ ng liª n kÕ t riªng. Sù kh¸ c nhau cña çc d¹ ng liª n kÕ t ®ã còng lµ nguyª n nh©n t¹ o nª n ç c tÝ nh chÊ t kh¸c nhau.
a. Liªn kÕt ®ång hãa trÞa. Liª n kÕt ®ång hãa trÞa. Liªn kÕt ®ång hãa trÞa. Liªn kÕ t ®ång hãa trÞ
+
a) b) c)
H× nh 1.1. S¬ ®å biÓu diÔn liªn kÕt ®ång hãa trÞ a. ph©n tö clo, b. giecmani (Ge), c. mªtan (CH4)
• Giecmani (Ge, z=32) cã 4e líp ngoµi cïng (4s2, 4p2), 4 nguyªn tö gã p chung (h× nh 1.1b). Liªn kÕt gi÷a çc nguyªn tö cïng lo¹i (tõ IVB VIIB nh− Cl, Ge) lµ lo¹i
®ång cùc, cßn gi÷a çc nguyªn tè kh¸ c lo¹ i nh− CH4 lµ lo¹ i dÞ cùc. • Mª tan (CH4). Cacbon (z=6), cã 4e líp ngoµi cïng vµ 4 nguyªn tö H ®Ó mçi
nguyª n tö nµ y gãp cho nã 1 electron lµ m cho líp electron ngoµ i cïng ®ñ 8 (h× nh 1.1c). b. Liªn kÕt ionb. Liª n kÕ t ionb. Liªn kÕt ionb. Liª n kÕ t ion KL nhãm IB (Cu, Ag, Au), IIB (Zn, Cd, Hg) trao e ç c nguyª n tè : VIB (O, S...),
VIIB (H F Cl B I) Ç « it ki l i h Al O M O C O F O NiO ã thÕ
C
H
H
H
H
Ge
Ge
GeGe
Ge
5
H× nh 1.2. S¬ ®å biÓu diÔn liªn kÕt ion trong ph©n tö LiF
H× nh 1.3. S¬ ®å liªn kÕt kim lo¹i
c. Liªn kÕt kim lo¹i (c. Liª n kÕt kim lo¹i (c. Liªn kÕt kim lo¹i (c. Liª n kÕt kim lo¹i (h× nh 1.3) o §/n: lµ liªn kÕ t trong ®ã çc cation kim lo¹ i nhÊ n ch× m trong ®¸ m m© y electron tù
do. o N¨ng l− îng liª n kÕ t lµ tæng hîp (c© n b»ng) → çc ion kim lo¹ i cã vÞ trÝ x¸ c
®Þ nh. Ç c nguyªn tè nhãm Ia cã tÝ nh kim lo¹ i ®iÓn h× nh, cµ ng dÞ ch sang bª n ph¶ i tÝ nh chÊ t kim lo¹ i cµ ng gi¶ m, tÝ nh ®å ng hãa trÞ trong liª n kÕ t cµ ng t¨ng.
o TÝ nh chÊ t cña kim lo¹ i : liª n kÕ t nµy t¹o cho kim lo¹ i çc tÝ nh chÊ t ®iÓ n h× nh: ¸nh kim hay vÎ s¸ng, dÉ n nhiÖ t vµ dÉn ®iÖ n tèt vµ tÝ nh dÎo, dai cao
d.d.d.d. Liª n kÕ t hçn hîpLiª n kÕ t hçn hîpLiª n kÕ t hçn hîpLiª n kÕ t hçn hîp -
Thùc ra çc liªn kÕt trong çc chÊt, vËt liÖu th«ng dông th −
êng mang tÝ nh hçnhîp cña nhiÒu lo¹i. VÝ dô: Na vµ Cl cã tÝ nh © m ®iÖn lÇn l− ît lµ 0,9 vµ 3,0. V× thÕ liªn kÕ t gi÷a Na vµ Cl trong NaCl gåm kho¶ng 52% liªn kÕ t ion vµ 48% liª n kÕ t ®å ng hãa trÞ . e.e.e.e. Liª n kÕt yÕ u (Van deLiª n kÕt yÕu (Van deLiª n kÕt yÕ u (Van deLiªn kÕt yÕu (Van der Waals)r Waals)r Waals)r Waals)
Do sù kh¸ c nhau vÒ tÝ nh © m ®iÖ n t¹ o thµnh vµ ph© n tö ph©n cùc. Ç c cùc tr¸ i dÊu hót nhau t¹o ra liª n kÕ t Van der Waals. Liª n kÕ t nµ y yÕ u, rÊ t dÔ bÞ ph¸ vì khi t¨ng nhiÖ t ®é . 1.2.1.2.1.2.1.2. S¾p xÕ p nguyªn tö trong vËt chÊtS¾p xÕp nguyªn tö trong vËt chÊtS¾p xÕ p nguyªn tö trong vËt chÊtS¾p xÕp nguyªn tö trong vËt chÊt 1.2.1. ChÊt khÝ1.2.1. ChÊt khÝ1.2.1. ChÊt khÝ1.2.1. ChÊt khÝ Trong chÊ t khÝ cã sù s¾ p xÕ p nguyªn tö mét ç ch hçn lo¹n → kh«ng cã h× nh d¹ng, kÝ ch th− íc x¸ c ®Þ nh. 1.2.2.1.2.2.1.2.2.1.2.2. ChÊt r¾n tinh thÓChÊt r¾n tinh thÓChÊt r¾n tinh thÓChÊt r¾n tinh thÓ
Li+ F-
6 1.2.3.1.2.3.1.2.3.1.2.3. ChÊt láng, chÊt r¾n v« ®Þ nh h× nh vµ vi tinh thÓChÊt láng, chÊt r¾n v« ®Þ nh h× nh vµ vi tinh thÓChÊt láng, chÊt r¾n v« ®Þ nh h× nh vµ vi tinh thÓChÊt láng, chÊt r¾n v« ®Þ nh h× nh vµ vi tinh thÓ
a.a.a.a. ChÊt lángChÊt lángChÊt lángChÊt láng Trong ph¹m vi hÑp (kho¶ng 0,25nm) çc nguyªn tö chÊt láng cã xu thÕ tiÕp xóc
(xÝ t) nhau t¹o thµ nh çc ®¸ m nhá, do vË y kh«ng co l¹ i khi nÐn nh− chÊ t khÝ , ç c ®¸ m nguyªn tö nµ y lu«n h× nh thµ nh vµ tan r· . ChÊt láng chØ cã trË t tù gÇ n, kh«ng cã trËt tù xa. Gi÷a çc ®¸m cã kho¶ng trèng do ®ã mËt ®é xÕp cña chÊt láng thÊp, khi ®«ng ®Æc th− êng kÌ m theo gi¶m thÓ tÝ ch (co ngãt). b.b.b.b. ChÊt r¾n v« ®Þ nh h× nhChÊt r¾n v« ®Þ nh h× nhChÊt r¾n v« ®Þ nh h× nhChÊt r¾n v« ®Þ nh h× nh
ë mét sè chÊt, tr¹ng th¸i láng cã ®é sÖt cao, çc nguyªn tö kh«ng ®ñ ®é linh ho¹ t ®Ó s¾p xÕ p l¹ i khi ®«ng ®Æ c; chÊ t r¾ n t¹ o thµnh cã cÊu tróc gièng nh− chÊ t láng
tr− íc ®ã gäi lµ chÊ t r¾ n v« ® Þ nh h× nh. Thñy tinh (mµ cÊu t¹o c¬ b¶ n lµ SiO2) lµ chÊ t r¾ n v« ® Þ nh h× nh
Nh− vËy vÒ mÆt cÊ u tróc, ç c chÊt r¾n gåm 2 lo¹i: tinh thÓ vµ v« ®Þ nh h× nh. Kim lo¹ i, hîp kim vµ phÇ n lín çc chÊ t v« c¬ , rÊ t nhiÒ u polyme - tinh thÓ
Tuú theo b¶n chÊ t cña vË t liÖu vµ tèc ®é lµm nguéi khi ®« ng ®Æ c → tinh thÓ hoÆ c v« ®Þ nh h× nh. Thñy tinh nãng ch¶ y, ç c ph© n tö SiO2 [trong ®ã ion O2- ë çc ®Ø nh khèi tø diÖ n (bèn
mÆt) tam gi¸c ®Òu, t©m cña khèi lµ ion Si 4+
nh− biÓ u thÞ ë h× nh 1.5a] lµ m nguéi b× nhth− êng → v« ®Þ nh h× nh (h× nh 1.5b); lµm nguéi v« cïng chËm çc ph©n tö SiO2 cã ®ñ thêi gian s¾ p xÕ p l¹ i theo trË t tù xa sÏ ®− îc thñy tinh (cã cÊ u tróc) tinh thÓ (h× nh 1.5c).
a) c)
H× nh 1.5. CÊu tróc khèi tø diÖn [ SiO4] 4- (a), thñy tinh th− êng SiO2 (b)
thñy tinh tinh thÓ SiO2 (c) c.c.c.c. ChÊt r¾n vi tinh thÓChÊt r¾n vi tinh thÓChÊt r¾n vi tinh thÓChÊt r¾n vi tinh thÓ
Còng víi vË t liÖ u tinh thÓ kÓ trªn khi lµm nguéi tõ tr¹ng th¸i láng rÊ t nhanh (trªn d− íi 104®é/s) sÏ nhËn ®− îc cÊu tróc tinh thÓ nh− ng víi kÝ ch th− íc h¹t rÊt nhá (cì nm), ®ã lµ vË t liÖ u cã tª n gäi lµ vi tinh thÓ (cßn gäi lµ finemet hay nanomet).
Tãm l¹i çc vËt liÖu cã ba kiÓu cÊu tróc: tinh thÓ (th− êng gÆp nhÊ t), v« ®Þ nh h× nh vµ vi tinh thÓ (Ý t gÆ p).
Ò ÓÓÓÒ Ó
- Oxy - Si (b)
7
• TÝ nh ®è i xøng lµ tÝ nh chÊ t h× nh häc khi quay mét ®iÓ m hay mét phÇn tö xung quanh 1 ®iÓm hay mét ®− êng víi mét gãc α chóng sÏ trïng lÆ p nhau. §iÓ m hay ®− êng ®− îc quay xung quanh ®ã ®− îc gäi lµ t©m hay trôc ®è i xøng. §èi xøng qua
mÆt ph¼ng ® −
îc gäi lµ ®è i xøng g −
¬ng. Gäi n = 2π / α lµ bËc ®è i xøng, chØ cã n =1, 2, 3, 4, 6; ký hiÖu L1, L2, L3, L4, L6.
n=2 (L2) n=3 (L3) n=4 (L4) n=6 (L6)
1.3.2.1.3.2.1.3.2.1.3.2. ¤ c¬ së¤ c¬ së¤ c¬ së¤ c¬ së ---- ký hiÖu ph− ¬ng, mÆt tinh thÓký hiÖu ph− ¬ng, mÆt tinh thÓký hiÖu ph− ¬ng, mÆt tinh thÓký hiÖu ph− ¬ng, mÆt tinh thÓ a.a.a.a. ¤ c¬ së ¤ c¬ së ¤ c¬ së ¤ c¬ së • §/n: lµ h× nh khèi nhá nhÊ t cã ç ch s¾p xÕ p nguyªn tö ® ¹ i diÖn
cho toµ n bé m¹ ng tinh thÓ . • Do tÝ nh ®è i xøng b» ng ph− ¬ng ph¸ p xoay vµ tÞ nh tiÕ n ta sÏ suy
ra toµ n bé m¹ng tinh thÓ • Th«ng sè m¹ng (h» ng sè m¹ ng) lµ kÝ ch th− íc cña « c¬ së,
th− êng lµ kÝ ch th− íc çc c¹nh cña « c¬ së tõ ®ã cã thÓ H× nh 1.6. ¤ c¬ së vµ hÖ täa ®é
x¸ c ®Þ nh toµ n bé kÝ ch th− íc cña « c¬ së (h× nh 1.6) b.b.b.b. Nót m¹ngNót m¹ngNót m¹ngNót m¹ng
Nót m¹ng t− ¬ng øng víi vÞ trÝ çc nguyªn tö trong m¹ ng tinh thÓ .
c.c.c.c. ChØ sè ph− ¬ngChØ sè ph− ¬ngChØ sè ph− ¬ngChØ sè ph− ¬ng Ph− ¬ng lµ ®− êng th¼ng ®i qua çc nót m¹ng, ®− îc ký hiÖ u b» ng [u v w]; Ba chØ sè u, v, w lµ ba sè nguyªn tû lÖ thuËn víi täa ®é cña nót m¹ ng n»m trªn ph− ¬ng ®ã ë gÇ n gèc täa ®é nhÊ t (h× nh 1.7).
L
a
35
2
4
H× nh 1 7 Çc ph−¬ng ®iÓn h× nh H× nh 1 8 Çc mÆt ®iÓn h× nh cña hÖ
ax
y
z
[110]
[ 111
8
[110], [011], [101], [110], [011], [101], [110], [011], [101], [110], [011], [101] (çc ®− êng chÐ o) d. ChØ sè Miller cña mÆt tinh thÓd. ChØ sè Miller cña mÆt tinh thÓd. ChØ sè Miller cña mÆt tinh thÓd. ChØ sè Miller cña mÆt tinh thÓ
MÆt tinh thÓ lµ tËp hîp çc mÆt cã çch s¾p xÕp nguyªn tö gièng hÖt nhau, song song vµ çch ®Òu nhau, chóng cã cïng mét ký hiÖu. Ng− êi ta ký hiÖ u mÆ t b» ng chØ sè Miller (h k l). Ç c chØ sè h, k, l ®− îc x¸c ®Þ nh theo ç c b− íc nh− sau: . t× m giao ®iÓ m cña mÆ t ph¼ ng trªn ba trôc theo thø tù Ox, Oy, Oz, . x¸ c ®Þ nh täa ®é çc giao ®iÓ m, råi lÊy çc gi trÞ nghÞ ch ®¶ o, . quy ®å ng mÉ u sè, lÊy ç c gi¸ trÞ cña tö sè, ®ã chÝ nh lµ çc chØ sè h, k, l . VÝ dô, x¸ c ®Þ nh ç c chØ sè Miller cho çc mÆt
mÆ t ®iÓ m c¾ t ç c trôc nghÞ ch ®¶ o chØ sè 1 1, 1, 1 /2 1, 1, 2 (112) 2 1, 1, 1 1, 1, 1 (111) 3 1, 1, ∞ 1, 1, 0 (110) 4 1, ∞, ∞ 1, 0, 0 (100) 5 1, 1, 2 1, 1, 1 /2 (221)
H× nh 1.8 S¬ ®å ký hiÖu mÆ t tinh thÓ theo chØ sè Miller Çc mÆ t cã çc chØ sè gi¸ trÞ tuyÖ t ®è i h, k, l gièng nhau t¹o nª n hä mÆ t {h k l}.
VÝ dô, çc mÆ t hép t¹o nªn hä {100} gåm (100), (010), (001), (100), (010), (001). e.e.e.e. ChØ sè MillerChØ sè MillerChØ sè MillerChØ sè Miller ---- Bravais trong hÖBravais trong hÖBravais trong hÖBravais trong hÖ lôc gi¸clôc gi clôc gi¸clôc gi c
ChØ sè Miller - Bravais víi hÖ cã bèn trôc täa ®é Ox, Oy, Ou, Oz (h× nh 1.9). ChØ sè Miller - Bravais ®− îc ký hiÖ u b» ng (h k i l), trong ®ã chØ sè thø ba i (cña trôc Ou) cã
quan hÖ : i = - (h + k)H·y thö so s¸ nh hai chØ sè nµ y cho çc mÆ t trong hÖ lôc gi c ®− îc tr× nh bµ y ë h× nh 1.9:
mÆt chØ sè Miller chØ sè Miller - Bravais ABHG (100) (1010) BCIH (010) (0110) AGLF (110) (1100)
ABCDEF (00 1
) (000 1
)ACIG (1120)
H× nh 1.9. HÖ täa ®é trong hÖ lôc gi¸c vµ çc mÆtx
y
u
9 trong ®ã :
• l, s, v lÇ n l− ît lµ chiÒu dµ i, diÖ n tÝ ch, thÓ tÝ ch bÞ nguyª n tö (ion) chiÕm chç, • L, S, V lÇn l− ît lµ tæng chiÒu dµ i, diÖ n tÝ ch, thÓ tÝ ch xem xÐ t.
b.b.b.b. Sè phèi trÝ (sè s¾p xÕ p)Sè phèi trÝ (sè s¾p xÕ p)Sè phèi trÝ (sè s¾p xÕ p)Sè phèi trÝ (sè s¾p xÕ p): lµ sè l− îng nguyªn tö çch ®Ò u gÇ n nhÊ t mét nguyªn tö
®· cho. Sè s¾ p xÕ p cµ ng lín chøng tá m¹ng tinh thÓ cµng dµy ®Æ c. c.c.c.c. Lç hængLç hængLç hængLç hæng
Lµ kh«ng gian trèng gi÷a çc nguyªn tö (coi nguyª n tö lµ h× nh cÇu ®Æ c). KÝ ch th− íc lç hæng ®− îc ®¸nh gi¸ b»ng ®− êng kÝ nh hay b¸ n kÝ nh qu¶ cÇu lín nhÊ t cã thÓ ®Æ t lät vµo. 1.4.1.4.1.4.1.4. CÊu tróc tinh thÓ ®iÓ n h× nh cña chÊt r¾nCÊu tróc tinh thÓ ®iÓ n h× nh cña chÊt r¾nCÊu tróc tinh thÓ ®iÓ n h× nh cña chÊt r¾nCÊu tróc tinh thÓ ®iÓ n h× nh cña chÊt r¾n 1.4.11.4.11.4.11.4.1. ChÊt r¾n cã liªn kÕt kim lo¹i (kim lo¹i nguyª n chÊt)ChÊt r¾n cã liªn kÕt kim lo¹i (kim lo¹i nguyª n chÊt)ChÊt r¾n cã liªn kÕt kim lo¹i (kim lo¹i nguyª n chÊt)ChÊt r¾n cã liªn kÕt kim lo¹i (kim lo¹i nguyª n chÊt)
§Æ c tÝ nh cÊu tróc cña kim lo¹i lµ : nguyª n tö (ion) lu«n cã xu h− íng xÕ p xÝ tchÆt víi kiÓu m¹ng ®¬n gi¶n (nh− lËp ph− ¬ng t©m mÆt, lËp ph− ¬ng t©m khèi, lôc gi c xÕp chÆ t). a.a.a.a. LËp ph− ¬ng t©m khèi A2LËp ph− ¬ng t©m khèi A2LËp ph− ¬ng t©m khèi A2LËp ph− ¬ng t©m khèi A2 ¤ c¬ së lµ h× nh lËp ph− ¬ng, c¹nh b»ng a, çc nguyªn tö (ion) n» m ë çc ®Ø nh vµ t©m khèi (h× nh 1.10a, b vµ c). Sè l− îng nguyªn tö cho mçi « : nv = 8 ®Ø nh. 1 /8 + 1 gi÷a = 2 nguyª n tö
(a) (b) (c)
d)
Th− êng dïng çch vÏ t− îng tr− ng (h× nh c). Nguyª n tö n» m xÝ t nhau theo ph− ¬ng <111> do ®ã:
a
a
a
{100} {110}
H× nh 1.10. ¤ c¬ së m¹ng lËp ph− ¬ng t©m khèi (a, b), çc lç hæng (c) vµ çch xÕp çc mÆt tinh thÓ
{ 1
10 nh− ng kÝ ch th− íc ®Ò u nhá, lín nhÊ t còng kh«ng qu¸ 30% kÝ ch th− íc (®− êng kÝ nh) nguyª n tö. Çc kim lo¹i cã kiÓu m¹ng A1 th− êng gÆp lµ : Feα, Cr, Mo, W. M¹ ng chÝ nh ph− ¬ng t©m khèi chØ kh¸ c m¹ ng A2 ë a = b ≠ c
b.b.b.b. LËp ph− ¬ng t©m mÆt A1LËp ph− ¬ng t©m mÆt A1LËp ph− ¬ng t©m mÆt A1LËp ph− ¬ng t©m mÆt A1 o Kh¸c víi kiÓu m¹ng A2 lµ thay cho nguyªn tö n»m ë trung t©m khèi lµ nguyªn tö
n»m ë trung t©m ç c mÆ t bª n, nh− biÓ u thÞ ë çc h× nh 1.11a, b vµ c.
a) b) c)
d) o Sè nguyªn tö trong 1 « lµ : nv = 8 ®Ø nh. 1 /8 + 6 mÆ t. 1 /2 = 4 nguyª n tö . o Trong m¹ng A1, ç c nguyªn tö xÕp xÝ t nhau theo ph− ¬ng ®− êng chÐo mÆ t <110>,
do ®ã :
2 a , sè s¾ p xÕ p lµ 12.
o Çc mÆt tinh thÓ dµy ®Æc nhÊt lµ hä {111}. MË t ®é xÕ p thÓ tÝ ch Mv =74%,
m¹ng A1 nµy lµ kiÓu xÕp dµy ®Æc h¬n A2 vµ lµ mét trong hai kiÓu xÕp dµy ®Æc nhÊt.
Cã 2 lo¹ i lç hæng h× nh 4 mÆ t vµ h× nh 8 mÆ t nh− tr× nh bµ y ë çc h× nh 1.11c. Lo¹ i bèn mÆt cã kÝ ch th− íc 0,225 dng.t (® Ø nh1 vµ t©m ba mÆt 2,3,4). §¸ng chó ý lµ lo¹ i lç hæng h× nh t¸m mÆt, nã cã kÝ ch th− íc lín h¬n c¶ , b» ng 0,414dng.t, n»m ë trung
khèi µ i÷ ¸ h S íi A2 A1 dµ ® h è
a
1
23
4
A B
{100} {111}
BA C
H× nh 1.11. ¤ c¬ së m¹ng lËp ph− ¬ng t©m mÆt (a, b), çc lç hæng (c) vµ çch xÕp çc mÆt tinh thÓ {100} vµ {111} (d)
11 c.c.c.c. Lôc gi cLôc gi cLôc gi cLôc gi c xÕ p chÆt A3xÕ p chÆt A3xÕ p chÆt A3xÕ p chÆt A3 Çc nguyªn tö n»m trªn 12 ®Ø nh, t© m cña 2 mÆ t ®¸ y vµ t©m cña ba khèi l ng
trô tam gi¸c çch ®Ò u nhau (h× nh 1.12a, b vµ c).
a) b) c) d)
H× nh 1.12. ¤ c¬ së m¹ng lôc gi¸c xÕp chÆt (a,b,c) vµçch xÕp çc mÆt tinh thÓ {0001} (d)
Sè l− îng nguyªn tö trong 1 « : nv = 12 ®Ø nh/6 + 2 gi÷a mÆ t/2 + 3 t©m = 6 nguyª n tö Nguyª n tö xÕp xÝ t nhau theo çc mÆ t ®¸ y (0001). 3 nguyªn tö ë gi÷a song song víi mÆt ®¸y s¾p xÕp nguyªn tö gièng nh− 2 mÆt ®¸y, nh− ng n»m ë çc hâm ç ch ®Ò u
nhau (h× nh 1.12d). M¹ng lôc gi c xÕ p chÆ t th× c/a = 38 hay 1,633. Tuy nhiªn trongthùc tÕ c/a cã xª dÞ ch nªn quy − íc: c/a = 1,57 ÷ 1,64 th× m¹ng ®− îc coi lµ xÕp chÆ t, 1,57 < c/a < 1,64 kh«ng xÕ p chÆt.
Çc kim lo¹ i cã kiÓ u m¹ ng nµy Ý t th«ng dông h¬n lµ : Tiα víi a = 0,2951nm, c = 0,4679nm, c/a = 1,5855 (xÕ p chÆ t), Mg víi a = 0,3209nm, c = 0,5210nm, c/a = 1,6235 (xÕp chÆt), Zn ví i a = 0,2664nm, c = 0,4945nm, c/a = 1,8590 (kh«ng xÕ p chÆ t).
1.4.2.1.4.2.1.4.2.1.4.2. ChÊt r¾n cã liªn kÕ t ®ång hãa trÞChÊt r¾n cã liªn kÕ t ®ång hãa trÞChÊt r¾n cã liªn kÕ t ®ång hãa trÞChÊt r¾n cã liªn kÕ t ®ång hãa trÞ a.a.a.a. Kim c− ¬ng A4Kim c− ¬ng A4Kim c− ¬ng A4Kim c− ¬ng A4 Kim c− ¬ng lµ mét d¹ng tån t¹ i (thï h× nh) cña cacbon víi cÊu h× nh electron lµ
1s2 2s2 2p2, vË y sè e líp tham gia liª n kÕ t lµ N = 4, sè s¾ p xÕ p sÏ lµ 4 tøc lµ mçi mét nguyª n tö cacbon cã 4 nguyªn tö bao quanh gÇ n nhÊ t.
A
B
12 b.b.b.b. M¹ng grafitM¹ng grafitM¹ng grafitM¹ng grafit Cã m¹ng lôc gi¸c líp (h× nh 1.15a), trong mét líp kho¶ng çch gi÷a çc nguyªn tö a = 0,246nm, liª n kÕt ®å ng ho¸ trÞ . Kho¶ng çch gi÷a ç c líp c = 0,671nm, t− ¬ng øng víi liª n kÕ t yÕ u Van der Waals, grafit rÊ t dÔ bÞ t¸ ch líp , rÊ t mÒ m, nã ®− îc coi nh− lµ
mét trong nh÷ng chÊ t r¾ n cã ® é cø ng thÊ p nhÊ t. c.c.c.c. CÊu tróc cña sîi cacbon vµ fullereneCÊu tróc cña sîi cacbon vµ fullereneCÊu tróc cña sîi cacbon vµ fullereneCÊu tróc cña sîi cacbon vµ fullerene Ph©n tö cacbon C60 gäi lµ fullerene do hai nhµ khoa häc H. Kroto (Anh) vµ R. Smalley (Mü) t¹o ra 1985 (Nobel n¨m 1995) (h× nh 1.15c): 60 nguyªn tö C n»m trªn mÆt cÇu gåm 12 ngò gi¸c vµ 20 lôc gi c ®Ò u, n»m xen kÏ nhau t¹o ®è i xøng trßn, øng víi ® é bÒn vµ ®é cøng rÊ t cao cña nã ch¾ c ch¾n høa hÑ n sÏ cã nh÷ng øng dông kú l¹ trong kü thuË t.
Sîi cacbon ®− îc tr× nh bµ y ë h× nh 1.15b
H× nh 1.15. CÊu tróc m¹ng cña grafit (a), sîi cacbon (b) vµ fullerene (c). d.d.d.d. CÊu tróc cña SiOCÊu tróc cña SiOCÊu tróc cña SiOCÊu tróc cña SiO2222
H× nh 1.5a, lµ m« h× nh s¾p xÕ p kh«ng cña ç c khèi tø diÖ n tam gi c ®Ò u SiO4
4- cña SiO2. Th¹ ch anh víi cÊu tróc lôc gi¸ c (h× nh 1.16a), cristobalit β víi cÊu tróc lËp
ph− ¬ng (h× nh 1.16b). Trong ®iÒu kiÖ n nguéi nhanh sÏ nhË n ®− îc thñy tinh (v« ® Þ nh h× nh) nh− ë h× nh 1.5b.
13
• Tû sè cña ion ©m vµ ion d− ¬ng ®¶ m b¶ o trung hßa vÒ ® iÖn. • T − ¬ng quan kÝ ch th− íc gi÷a ion ©m vµ ion d− ¬ng: trong tinh thÓ ion, çc ion
lu«n cã xu h− íng s¾ p xÕ p ®Ó ®é xÕp chÆ t vµ tÝ nh ®è i xøng cao nhÊ t. M¹ng tinh thÓ cña hîp chÊ t víi liª n kÕt ion vÉ n cã çc kiÓu m¹ ng ®¬ n gi¶n (A1,
A2) nh− ng sù ph©n bè çc ion trong ®ã kh¸ phøc t¹p nªn vÉn ®− îc coi lµ cã m¹ng phøc t¹ p.
Cã thÓ h× nh dung m¹ng tinh thÓ çc hîp chÊ t hãa häc víi liª n kÕt ion ®− îc t¹o thµ nh trªn c¬ së cña « c¬ së cña ion © m, çc ion d− ¬ng cßn l¹i chiÕm mét phÇn hay toµ n bé çc lç hæng.
TØ mØ vÒ cÊ u tróc cña chÊ t r¾ n cã liªn kÕ t ion ®− îc tr× nh bµ y ë ch− ¬ng 7. 1.4.4.1.4.4.1.4.4.1.4.4. CÊu tróc cña polymeCÊu tróc cña polymeCÊu tróc cña polymeCÊu tróc cña polyme
Kh¸c víi kim lo¹ i vµ çc chÊ t v« c¬, « c¬ së chØ t¹o nª n bëi sè l− îng h¹n chÕ(tõ vµi ®Õn vµi chôc) nguyªn tö (ion), mçi ph©n tö polyme cã thÓ gåm hµng triÖu nguyª n tö . VÝ dô PE (C2H4)n:
H H H H H H H H C = C → C C → C C C C
H H H H H H H Hm¹ch kÝ n bÎ liª n kÕt kÐp t¹o m¹ ch th¼ ng Çc ph© n tö (m¹ ch) polyme ®− îc liª n kÕ t Van der Waals víi nhau (liª n kÕ t yÕu).
Mét sè vïng ç c m¹ ch s¾p xÕ p cã trË t tù t¹o nª n cÊ u tróc tinh thÓ , phÇn cßn l¹ i lµ v« ®Þ nh h× nh. 1.4.5.1.4.5.1.4.5.1.4.5. D¹ng thï h× nhD¹ng thï h× nhD¹ng thï h× nhD¹ng thï h× nh
Thï h× nh hay ®a h× nh lµ sù tån t¹ i hai hay nhiÒ u cÊ u tróc m¹ng tinh thÓ kh¸ c
nhau cña cïng mét nguyªn tè hay mét hîp chÊt hãa häc, mçi cÊu tróc kh¸c biÖt ®ã®− îc gäi lµ d¹ng thï h× nh: ký hiÖ u α, β, γ , δ, ε.... Qu¸ tr× nh thay ®æi tõ d¹ng thï h× nh nµy sang d¹ng thï h× nh kh¸ c ®− îc gäi lµ chuyÓ n biÕn thï h× nh. Ç c yÕ u tè dÉ n ®Õ n chuyÓn biÕ n thï h× nh th− êng gÆ p h¬n c¶ lµ nhiÖt ®é, sau ®ã lµ ¸ p suÊt.
Cacbon ngoµi d¹ ng v« ® Þ nh h× nh cßn tån t¹ i: çc d¹ng thï h× nh (ç c h× nh 1.13, 1.14): kim c− ¬ng (A4), grafit (A9). sîi cacbon (cÊ u tróc líp cuén), fullerene (cÊ u tróc mÆt cÇu C60) trong ®ã. grafit lµ d¹ ng th− êng gÆp vµ æn ®Þ nh nhÊ t.
S¾t (Fe) cã hai kiÓu m¹ng lµ: Fe α -A2, T < 911oC, Fe
γ -A1, T= 911 ÷ 1392oC, Fe
δ T>
1392oC -1539oC; → tÝ nh chÊt ≠. ChuyÓ n biÕn thï h× nh bao giê còng ®i kÌm víi sù thay ®æ i vÒ thÓ tÝ ch (në hay
co) vµ c¬ tÝ nh. VÝ dô: khi nung nãng s¾ t qua 911oC s¾t l¹i co l¹i ®ét ngét (do t¨ng mËt ®é xÕ p tõ 68 lª n 74% khi chuyÓ n tõ Feα → Feγ ) vµ hoµn toµn ng− îc l¹ i khi lµm nguéi (®iÒu nµy h¬i tr¸i víi quan niÖm th−êng gÆ p lµ nung nãng th× në ra cßn lµ m
14 1.5.1.1.5.1.1.5.1.1.5.1. Sai lÖch ®iÓ mSai lÖ ch ®iÓmSai lÖch ®iÓ mSai lÖch ®iÓm
§ã lµ lo¹ i sai lÖch cã kÝ ch th− íc rÊ t nhá (cì kÝ ch th− íc nguyªn tö) theo ba chiÒ u kh«ng gian, cã d¹ng bao quanh mét ®iÓ m. H× nh 1.17 tr× nh bµy tæng qu¸t ç c d¹ng sai lÖ ch ®iÓ m nµ y.
a.a.a.a. Nót trèng vµ nguyªn tö tù xen kÏNót trèng vµ nguyªn tö tù xen kÏNót trèng vµ nguyªn tö tù xen kÏNót trèng vµ nguyªn tö tù xen kÏ (H× nh 1.17a) Do dao ®éng nhiÖ t quanh vÞ trÝ c©n b» ng, ë møc ph©n bè n¨ ng l− îng kh«ng
®Òu, mét sè nguyªn tö bøt khái nót m¹ng ®Ó l¹i nót trèng vµ t¹o nguyªn tö xen kÏ gi÷a.
H× nh 1.17. Çc d¹ng sai lÖch ®iÓm: nót trèng vµ nguyªn tö tù xen kÏ (a) vµ çc nguyªn tö t¹p chÊt (b).
MËt ®é cña nót trèng t¨ng nhanh theo nhiÖt ®é (n= KT
Q
e −
), khi s¾ p ch¶ y láng nmax . Nót trèng cã ¶nh h− ëng lín ®Õn c¬ chÕ vµ tèc ®é khuÕch t¸n cña kim lo¹i vµ hîp kim ë tr¹ng th¸i r¾ n.
b.b.b.b. Nguyª n tö t¹p chÊtNguyªn tö t¹p chÊtNguyª n tö t¹p chÊtNguyªn tö t¹p chÊt Trong thùc tÕ vË t liÖ u hoÆ c kim lo¹ i th− êng cã t¹ p chÊ t: xen kÏ (h× nh 1.17b). Do sù sai kh¸ c vÒ ®− êng kÝ nh nguyª n tö gi÷a çc nguyª n tè nÒ n vµ t¹ p chÊ t →
sai lÖch1.5.2.1.5.2.1.5.2.1.5.2. Sai lÖch ®− ê Sai lÖch ®− ê Sai lÖch ®− ê Sai lÖch ®− êngngngng ---- LÖ chLÖchLÖchLÖch Sai lÖch ®− êng lµ lo¹ i cã kÝ ch th− íc nhá (cì kÝ ch th− íc nguyª n tö) theo hai
chiÒ u vµ lín theo chiÒ u thø ba, tøc cã d¹ng cña mét ®− êng (cã thÓ lµ th¼ng, cong, xo¸y tr«n èc). Sai lÖch ®− êng cã thÓ lµ mét d·y çc sai lÖch ®iÓm kÓ trªn. Chóng gåm: hai d¹ ng lµ biª n vµ xo¾ n.
a.a.a.a. LÖch biªnLÖch biª nLÖch biªnLÖch biª n (edge dislocation hay dislocation line) (h× nh 1.18a)
Cã thÓ h× nh dung lÖch biª n ® −
îc t¹o thµnh nhê chÌ n thªm b¸ n mÆ t ABCD vµ onöa phÇn trªn cña m¹ng tinh thÓ lý t− ëng (h× nh 1.18a), khi ®ã, çc mÆt nguyªn tö kh¸ c ë hai phÝ a trë nªn kh«ng cßn song song víi nhau n÷a.
B
A
C
15 Nh− thÊ y râ ë h× nh 1.18b: ®− êng AD ®− îc gäi lµ trôc lÖch, nã chÝ nh lµ biª n cña b¸n mÆt nª n cã tª n lµ lÖch biª n. Víi sù ph©n bè nh− vËy nöa tinh thÓ cã chøa b¸n mÆ t sÏ chÞ u øng suÊ t nÐ n, nöa cßn l¹ i chÞ u øng suÊ t kÐ o. VÐc t¬ Burgers: lµ vÐ c t¬ ® ãng kÝ n vßng trßn Burgers vÏ trªn mf vu«ng gãc víi trôc
lÖch khi chuyÓ n tõ tinh thÓ kh«ng lÖ ch sang tinh thÓ cã lÖ ch. LÖch th¼ng ADb ⊥ r
c.c.c.c. LÖ ch xo¾nLÖch xo¾nLÖch xo¾nLÖch xo¾n (screw dislocation) (h× nh 1.19a)
a) b) c) H× nh 1.19. LÖch xo¾n: tinh thÓ kh«ng lÖch (a), m« h× nh t¹o thµnh (a),
®Æc ®iÓm s¾p xÕp nguyªn tö trong vïng lÖch (c).
Çc nguyªn tö trong vïng hÑp gi÷a hai ®− êng AD vµ BC s¾p xÕp l¹i cã d¹ng ®− êng xo¾ n èc gièng nh− mÆ t vÝ t nª n lÖch cã tªn lµ lÖch xo¾n nh− thÊ y râ ë h× nh 1.19c.
VÐ c t¬ Burgers song song víi trôc lÖ c AD=Lc.c.c.c. §Æc tr− ng vÒ h× nh th¸i cña lÖch§Æc tr− ng vÒ h× nh th¸i cña lÖch§Æc tr− ng vÒ h× nh th¸i cña lÖch§Æc tr− ng vÒ h× nh th¸i cña lÖch MËt ®é lÖch (ký hiÖ u lµ ρ) lµ tæng chiÒu dµ i trôc lÖ ch trong mét ®¬n vÞ thÓ tÝ ch
cña tinh thÓ , cã thø nguyª n lµ cm/cm3 hay cm-2. MË t ®é lÖ ch phô thuéc rÊ t m¹ nh vµo ®é s¹ch vµ tr¹ ng th¸ i gia c«ng. VÝ dô, ®è i víi kim lo¹ i ρ cã gi¸ trÞ nhá nhÊ t (~ 108 cm-2) øng víi ®é s¹ch cao vµ tr¹ng th¸i ñ; hîp kim vµ kim lo¹i sau biÕn d¹ng nguéi, t«i... ρ tíi 1010 ÷ 1012 cm-2) (cã thÓ coi mËt ®é lÖch lµ trôc lÖ ch ch¹ y qua/ 1 cm2).
ý nghÜ a: lÖch biª n gióp cho dÔ biÕ n d¹ng (tr− ît), khi mËt ®é qu¸ lín l¹i g©yc¶n tr− ît (t¨ng bÒn). Ngoµi ra, lÖch xo¾n gióp cho mÇm ph¸t triÓn nhanh khi kÕt tinh. 1.5.3.1.5.3.1.5.3.1.5.3. Sai lÖch mÆtSai lÖch mÆtSai lÖch mÆtSai lÖch mÆt Sai lÖ ch mÆt lµ lo¹ i sai lÖch cã kÝ ch th− íc lín theo hai chiÒu ®o vµ nhá theo chiÒu thø ba, tøc cã d¹ng cña mét mÆ t (cã thÓ lµ ph¼ng, cong hay uèn l− în). Çc d¹ng ®iÓ n h× nh cña sai lÖch mÆt lµ : - biªn giíi h¹ t vµ siª u h¹ t (sÏ tr× nh bµ y ë môc sau) vµ bÒ mÆ t tinh thÓ. 1.6.1.6.1.6.1.6. §¬n tinh thÓ vµ ®a tinh thÓ§¬n tinh thÓ vµ ®a tinh thÓ§¬n tinh thÓ vµ ®a tinh thÓ§¬n tinh thÓ vµ ®a tinh thÓ 1.6.1.1.6.1.1.6.1.1.6.1. §¬n tinh thÓ§¬n tinh thÓ§¬n tinh thÓ§¬n tinh thÓ
§¬n tinh thÓ (h× nh 1.20a): lµ mét khèi chÊt r¾n cã m¹ng ®ång nhÊt (cïng kiÓu vµ h»ng sè m¹ng), cã ph− ¬ng m¹ng kh«ng ®æi trong toµ n bé thÓ tÝ ch. Trong thiªn nhiªn: mét sè kho¸ng vËt cã thÓ tån t¹i d− íi d¹ng ®¬n tinh thÓ. Chóng cã bÒ mÆt ngoµi nh½n, h× nh d¸ng x¸c ®Þ nh, ®ã lµ nh÷ng mÆt ph¼ng nguyª n tö giíi h¹ n (th− êng
B
A
C
D
B
A
C
D
B
A
C
D
16 th«ng sè m¹ng song ph− ¬ng l¹ i ®Þ nh h− íng kh¸ c nhau (mang tÝ nh ngÉ u nhiªn) vµ liªn kÕt víi nhau qua vïng ranh giíi ®− îc gäi lµ biªn h¹t (hay biªn giíi h¹t) nh− tr× nh bµ y ë h× nh 1.20b.
Tõ m« h× nh ®ã thÊ y râ:
- Mçi h¹ t lµ mét khèi tinh thÓ hoµ n toµn ®ång nhÊ t, thÓ hiÖ n tÝ nh dÞ h− íng. - Ç c h¹ t ®Þ nh h− íng ngÉ u nhiª n víi sè l− îng rÊ t lín nªn thÓ hiÖ n tÝ nh ®¼ ng h− íng - Biª n h¹ t chÞ u ¶nh h− ëng cña çc h¹t xung quanh nªn cã cÊ u tróc “trung gian” vµ v× vËy s¾ p xÕ p kh«ng trË t tù (x« lÖ ch) nh− lµ v« ®Þ nh h× nh , kÐ m xÝ t chÆ t víi tÝ nh chÊ t kh¸ c víi b¶n th©n h¹ t. - Cã thÓ quan s¸ t cÊ u tróc h¹ t ®a tinh thÓ hay ç c h¹ t nhê kÝ nh hiÓn vi quang häc (h× nh 1.20c).
b.b.b.b. §é h¹t§é h¹t§é h¹t§é h¹t §é h¹ t cã thÓ quan s¸t ®Þ nh tÝ nh qua mÆ t g·y, ®Ó chÝ nh x¸c ph¶ i x¸c ®Þ nh trª n tæ chøc tÕ vi.
CÊp h¹t theo tiªu chuÈn ASTM: ph©n thµnh 16 cÊ p chÝ nh ®¸ nh sè tõ 00, 0, 1, 2...., 14 theo trË t tù h¹ t nhá dÇ n, trong ®ã tõ 1 ®Õ n 8 lµ th«ng dông.
CÊp h¹t N=3,322lgZ+1, víi Z lµ sè h¹t cã trong 1inch2 (2,542≈ 6,45cm2) d− íi ®é
phãng ®¹i 100 lÇn. Ng− êi ta th− êng x¸ c ®Þ nh cÊp h¹ t b» ng çch so s¸ nh víi b¶ ng chuÈn ë ®é
phãng ®¹i (th− êng lµ x100) hoÆc x¸ c ®Þ nh trª n tæ chøc tÕ vi. Ç c sè liÖu ph©n cÊp h¹ t xem trong b¶ ng 1.2.
B¶ng 1.2. Çc cÊp h¹t chuÈn chÝ nh theo ASTM CÊp h¹t 00 0 1 2 3 4 5 6 7 8
Z(x100)/inch2 0,25 0,5 1 2 4 8 16 32 64 128
Z thùc/mm2 4 8 16 32 64 128 256 512 1024 2048 S h¹ t, mm2 0,258 0,129 0,0645 0,032 0,016 0,008 0,004 0,002 0,001 0,0005
CÊp h¹t 9 10 11 12 13 14
Z(x100)/inch2 256 512 1024 2048 4096 8200
H× nh 1.20. M« h× nh ®¬n tinh thÓ (a), ®a tinh thÓ (b), tæ chøc tÕ vi kim lo¹i ®a tinh thÓ (c), cÊu tróc cña siªu h¹t d .
17
H× nh 1.21. Thang ¶nh cÊp h¹t chuÈn øng víi ®é phãng ®¹i x100
c.c.c.c. Siª u h¹tSiª u h¹tSiª u h¹tSiª u h¹t NÕu nh− khèi ®a tinh thÓ gåm çc h¹ t (kÝ ch th− íc hµng chôc - hµng tr¨m µm)
víi ph− ¬ng m¹ng lÖch nhau mét gãc ®¸ng kÓ (hµng chôc ®é), ®Õn l− ît mçi h¹t nã còng gåm nhiÒ u thÓ tÝ ch nhá h¬n (kÝ ch th− íc cì 0,1 ÷ 10µm) víi ph− ¬ng m¹ng lÖ ch nhau mét gãc rÊt nhá (≤ 1-2o) gäi lµ siª u h¹ t hay block (h× nh 1.20d). Biªn giíi siªu h¹t còng bÞ x« lÖ ch nh− ng víi møc ®é rÊ t thÊp. 1.6.3.1.6.3.1.6.3.1.6.3. TextuaTextuaTextuaTextua
H× nh 1.22. M« h× nh textua trong d©y nh«m sau khi kÐo sîi (vect¬ V biÓu thÞ h− íng kÐo, trôc textua lµ [111]).
18 1.7.1.7.1.7.1.7. Sù kÕt tinh vµ h× nh thµnh tæ chøc cña kim lo¹iSù kÕt tinh vµ h× nh thµnh tæ chøc cña kim lo¹iSù kÕt tinh vµ h× nh thµnh tæ chøc cña kim lo¹iSù kÕt tinh vµ h× nh thµnh tæ chøc cña kim lo¹i
PhÇn lín kim lo¹i hîp kim ®− îc chÕ t¹o (luyÖn) ra → ®óc, tøc qua kÕt tinh, sau ®ã → çn → b¸n thµnh phÈ m vµ s¶n phÈm.
KÕt tinh lµ b− íc khëi t¹o h× nh thµ nh tæ chøc h¹t, tinh thÓ . → ®é h¹t, tæ chøc mong muèn. 1.7.1.1.7.1.1.7.1.1.7.1. §iÒ u kiÖ n x¶y ra kÕ t tinh§iÒu kiÖn x¶y ra kÕt tinh§iÒ u kiÖ n x¶y ra kÕ t tinh§iÒu kiÖn x¶y ra kÕt tinh a.a.a.a. CÊu tróc ë tr¹ng th¸i lángCÊu tróc ë tr¹ng th¸i lángCÊu tróc ë tr¹ng th¸i lángCÊu tróc ë tr¹ng th¸i láng
ChÊ t láng chØ cã trË t tù gÇn, trong ®ã cã nh÷ng nhãm nguyªn tö s¾p xÕ p trË t tù, chóng ë tr¹ng th¸i c©n b»ng ®éng. VÒ mÆt cÊu tróc tr¹ng th¸i láng gÇn tr¹ng th¸i tinh thÓ h¬n, ç c ®¸ m nguyªn tö → lµ t© m mÇ m gióp cho kÕ t tinh. b.b.b.b. BiÕ n ®æi n¨ng l− îng khi kÕ t tinhBiÕ n ®æi n¨ng l− îng khi kÕt tinhBiÕ n ®æi n¨ng l− îng khi kÕ t tinhBiÕ n ®æi n¨ng l− îng khi kÕt tinh
H× nh 1.23 biÓu thÞ sù biÕ n ®æi n¨ng l− îng G cña çc tr¹ng th¸i láng (GL) vµ r¾n (GR) (tinh thÓ) theo nhiÖt ®é:
- ë nhiÖt ®é T > T O vËt thÓ tån t¹i ë tr¹ng th¸i láng GL<GR
- ë nhiÖ t ®é T o < T O, GR<GL → ®« ng ®Æ c T O ®− îc gäi lµ nhiÖ t ®é kÕ t tinh hay nãng ch¶y T = T
O →
kÕt tinh (nãng ch¶y) ch− a x¶y ra KT&NC chØ x¶y ra khi cã T ≠ 0
H× nh 1.23. BiÕn ®æi n¨ng l− îng tù do cña hÖ
c.c.c.c. §é qu¸ nguéi§é qu¸ nguéi§é qu¸ nguéi§é qu¸ nguéi §é qu¸ nguéi T: nguéi d− íi T O
T = T - T O < 0
T thay ®æi tõ rÊ t nhá (1 ÷ 2oC) ®Õ n rÊ t lín (hµng chôc, tr¨ m ®Õ n ngh× n oC) tïy theo tèc ®é lµm nguéi khi kÕt tinh. Nguéi chËm trong khu«n çt T lín h¬n khi nguéi nhanh trong khu«n kim lo¹i.
Khi nung nãng: sù nãng ch¶y sÏ x¶y ra ë nhiÖt ®é T > T O, T ®− îc gäi lµ ®é qu¸ nung. 1.7.2.1.7.2.1.7.2.1.7.2. Hai qu¸ tr× nh cña sù kÕ t tinhHai qu¸ tr× nh cña sù kÕt tinhHai qu¸ tr× nh cña sù kÕ t tinhHai qu¸ tr× nh cña sù kÕt tinh
Gåm hai qu¸ tr× nh c¬ b¶n nèi tiÕ p nhau x¶ y ra lµ t¹o mÇ m vµ ph¸ t triÓ n mÇ m.
a. T¹o mÇma. T¹o mÇma. T¹o mÇma. T¹o mÇm T¹o mÇ m lµ qu¸ tr× nh sinh ra çc phÇn tö r¾ n cã cÊ u tróc tinh thÓ , víi kÝ ch
th− íc ®ñ lín, chóng kh«ng bÞ tan ®i nh− tr− íc ®ã mµ ph¸ t triÓ n lª n nh− lµ trung t© m cña tinh thÓ (h¹t), hai lo¹ i mÇm: tù sinh vµ ngo¹ i lai. MÇm tù sinh
G
GR
GL
19
Khi ®é qu¸ nguéi T cµ ng lín th× GV còng cµng lín, rth cµ ng nhá → sè l− îng mÇm cµ ng lín → h¹ t nhá. MÇm ký sinh
Lµ çc hËt r¾n n»m l¬ löng trong kim lo¹i láng, thµnh khu«n ®óc → mÇm ngo¹ i lai. Thùc tÕ lµ trong nhiÒ u tr− êng hîp ng− êi ta cßn cè ý t¹o ra vµ ®− a ç c phÇn tö r¾ n vµo ®Ó gióp kÕ t tinh, sÏ ®− îc nãi tíi ë môc sau. b.b.b.b. Ph¸t triÓn mÇmPh¸t triÓn mÇmPh¸t triÓn mÇmPh¸t triÓn mÇm MÇm ph¸ t triÓ n lµ nhê çc ® ¸ m nguyªn tö b¸ m lª n bÒ mÆt mÇm ®Æ c biÖ t lµ trª n ç c bËc lÖ ch xo¾ n.

Khi ®− îc lµm nguéi t− ¬ng ®èi nhanh, tho¹t
tiª n sù ph¸t triÓn mÇm mang tÝ nh dÞ h− íng tøc lµph¸t triÓn rÊt nhanh theo mét sè ph− ¬ng t¹o nªn nh¸ nh c© y, trôc bËc I (A) (h× nh 1.24), råi tõ trôc chÝ nh nµ y t¹o nªn trôc bË c II (B) vu«ng gãc víi trôc bËc I, råi tõ trôc bËc II ph©n nh¸nh tiÕp t¹o nªn trôc bËc III (C)... cø nh− vËy nh¸nh c©y ®− îc h× nh thµ nh.
Sau ®ã kim lo¹ i gi÷a ç c nh¸ nh c©y míi kÕ ttinh t¹o nª n h¹t (tinh thÓ ) ®Æ c kÝ n, kh«ng thÊy trùc tiÕp ®− îc nh¸ nh c©y n÷a. Nh¸ nh c©y chØ ®− îc ph¸t hiÖn thái ®óc lín, phÇn kÕt tinh tr− íc lµm tr¬ ra nh¸nh c©y mµ kh«ng cßn kim lo¹i láng ®iÒn ®Çy. Còng cã thÓ tÈm thùc hîp kim ®Ó thÊy ® − îc nh¸nh c©y.
1.7.3.1.7.3.1.7.3.1.7.3. Sù h× nh thµnh h¹tSù h× nh thµnh h¹tSù h× nh thµnh h¹tSù h× nh thµnh h¹t a.a.a.a. TiÕ n tr× nh kÕt tinhTiÕ n tr× nh kÕt tinhTiÕ n tr× nh kÕt tinhTiÕ n tr× nh kÕt tinh Ta thÊ y: tõ mçi mÇm t¹o nªn mét h¹ t, çc h¹ t ph¸ t triÓn tr− íc → to h¬n; h¹t sau sÏ nhá h¬n → kÝ ch th− íc h¹ t ≠ (chª nh lÖ ch Ý t)
- do çc mÇ m ®Þ nh h− íng ngÉu nhiªn → h¹t kh«ng ®ång h− íng, lÖch nhau mét
çch ®¸ng kÓ → vïng biªn h¹t víi m¹ng tinh thÓ bÞ x« lÖch.
H× nh 1.25. Qu¸ tr× nh t¹o vµ ph¸t triÓn
20 - Nguéi nhanh theo mét ph− ¬ng nµ o ®ã, h¹ t sÏ cã d¹ng ®ò a, cét hay h× nh trô. - D¹ ng tinh thÓ h× nh kim (®Ç u nhän) → chØ khi nhiÖ t luyÖ n. 1.7.4.1.7.4.1.7.4.1.7.4. Çc ph− ¬ng ph¸p t¹o h¹t nhá khi ®ócÇc ph− ¬ng ph¸p t¹o h¹t nhá khi ®ócÇc ph− ¬ng ph¸p t¹o h¹t nhá khi ®ócÇc ph− ¬ng ph¸p t¹o h¹t nhá khi ®óc
H¹t nhá → c¬ tÝ nh cao h¬n (bÒ n vµ dÎo h¬n = ®é dai cao h¬n) → ? h¹ t nhá.
a.a.a.a. Nguyªn lýNguyªn lýNguyªn lýNguyªn lý KÝ ch th− íc h¹t còng phô thuéc vµo t− ¬ng quan cña hai qu¸ tr× nh: t¹ o mÇ m vµ ph¸ t triÓn mÇm. Sè mÇm ®− îc t¹ o ra cµ ng nhiÒu th× h¹ t cµ ng nhá, mÇm lín lªn (ph¸ t triÓn) cµng nhanh th× h¹ t cµ ng lín. KÝ ch th− íc h¹ t A phô thuéc vµo tèc ® é sinh mÇm
n vµ tè c ®é ph¸ t triÓn v (mm/s) theo c«ng thøc thùc nghiÖ m: A = 1,1 4
3
n
v
, ®Ó t¹ o
h¹ t nhá → t¨ng n vµ gi¶ m vb.b.b.b. Çc ph− ¬ng ph¸p lµm h¹t nhá khi ®ócÇc ph− ¬ng ph¸p lµm h¹t nhá khi ®ócÇc ph− ¬ng ph¸p lµm h¹t nhá khi ®ócÇc ph− ¬ng ph¸p lµm h¹t nhá khi ®óc T¨ng tèc ®é nguéi Khi t¨ng ®é qu¸ nguéi T o, tèc ®é sinh mÇm n vµ tèc ®é ph¸t triÓn dµi cña mÇm v ®Ò u t¨ ng (h× nh 1.26)
. T < T 1(~103 ® é/s): T ↑ → c¶ n&v ®Ò u ↑
. T 1<T < T 2(~104-105 ®é/s): T ↑ → n↑, v ↓ → nano
. T > T 2: T ↑ → v« ®Þ nh h× nh
. §óc khu«n ç t → khu«n kim lo¹ i → h¹ t nhá BiÕ n tÝ nh: . T¹ o mÇm ngo¹i lai : 2 lo¹ i: - kim lo¹ i cã cïng kiÓ u m¹ng hoÆc gÇn gièng nhau: FeSi, FeSiCa (gang), Ti (thÐp) H× nh 1.26. ¶nh h− ëng cña T ®Õn n vµ v - cho chÊ t t¹ o oxit, nitrit : Al2O3, AlN khi ®óc thÐ p . HÊ p phô : Na cho Silumin (AlSi) . CÇ u ho¸ graphit : Mg, Ce, §h T¸c ®éng vË t lý:
Rung, siª u © m → bÎ gÉy tinh thÓ → h¹ t nhá §óc ly t©m → h¹ t nhá 1.7.5. CÊu t¹o tinh thÓ cña thái ®óc1.7.5. CÊu t¹o tinh thÓ cña thái ®óc1.7.5. CÊu t¹o tinh thÓ cña thái ®óc1.7.5. CÊu t¹o tinh thÓ cña thái ®óc aaaa Ba vïng tinh thÓ cña thái ®ócBa vïng tinh thÓ cña thái ®ócBa vïng tinh thÓ cña thái ®ócBa vïng tinh thÓ cña thái ®óc
T2 T1 T
21
Vá ngoµi cïng lµ líp h¹t nhá ® ¼ ng trôc 1: do T lín, mÇm ngo¹ i lai nhiÒ u → h¹ t nhá mÞ n. Do thµ nh khu«n cã ®é nhÊ p nh« → çc mÇm ph¸t triÓn theo çc ph− ¬ng ngÉu nhiª n c¾t nhau, chÌ n Ð p nhau → h¹ t ph¸ t triÓ n ®Ò u theo mäi phÝ a. Vïng tiÕp theo lµ líp h¹t t− ¬ng ®èi lín h× nh trô 2: vu«ng gãc víi thµ nh khu«n, do thµnh khu«n míi b¾t ®Çu nãng lªn → T o ↓, h¹t lín h¬n vµ ph¸t triÓn m¹nh theo ph− ¬ng ph¸p tuyÕ n víi thµnh khu«n lµ ph− ¬ng truyÒn nhiÖ t → h¹t h× nh trô.
Vïng ë gi÷a lµ vïng ç c h¹ t lín ® ¼ ng trôc 3. Kim lo¹ i láng ë gi÷a kÕ t tinh sau cïng, thµ nh khu«n ®· nãng lª n nhiÒu do ®ã: - T ↓ → h¹ t lín, - nhiÖ t t¶ n ®Ò u theo mäi ph− ¬ng → h¹ t ®¼ ng trôc. . Vïng ngoµi cïng lu«n lu«n lµ líp vá máng, 2 vïng sau phô thuéc vµo ®iÒu kiÖn lµm nguéi khu«n: + nguéi m·nh liÖ t th× vïng 2 sÏ lÊn ¸ t vïng 3, thË m chÝ mÊt vïng 3 → xuyªn tinh → khã biÕ n d¹ ng dÎ o, kh«ng phï hîp víi thái çn + nguéi chËm th× vïng 3 l¹ i lÊn ¸ t vïng 2, thái trë nª n dÔ çn h¬n.
b.b.b.b. Çc khuyÕt tËt cña vËt ®ócÇc khuyÕt tËt cña vËt ®ócÇc khuyÕt tËt cña vËt ®ócÇc khuyÕt tËt cña vËt ®óc
Rç co vµ lâm co: Do khi kÕ t tinh kim lo¹ i co l¹ i kh«ng ®− îc bï → co: rç co n»m ph©n t¸n, r¶ i r¸ c gi÷a ç c nh¸nh c©y trªn kh¾p vË t ®óc ®− îc gäi lµ rç co→ gia c«ng ¸ p lùc ë nhiÖ t ®é cao th× chóng ®− îc hµ n kÝ n kh«ng ¶nh h− ëng ®¸ ng kÓ ® Õ n c¬ tÝ nh. co tËp trung → lâm co th− êng n»m ë n¬i kÕ t tinh sau cïng: chç dµ y, phÝ a trªn. PhÇ n thái cã lâm co ph¶i ®− îc c¾t bá → tû lÖ sö dông chØ cßn kho¶ng 85 ®Õ n 95%. §óc liªn tôc o cã lâm co §èi víi chi tiÕ t ®ó c ph¶ i ®Ó phÇ n lâm co ë ® Ë u ngãt → c¾ t bá ®i. Rç khÝ
KhÝ hoµ tan tho¸ t ra kh«ng kÞ p → rç khÝ hay bät khÝ . Khi çn kh«ng thÓ hµn kÝ n ®− îc (líp «xyt ng¨n c¶ n khuÕ ch t n lµm liÒn chç bÑ p), g© y ra trãc vá hoÆ c nøt khi sö dông → khö khÝ tèt tr− íc khi rãt khu«n, sÊy kh« khu«n çt hoÆc ®óc trong ch© n kh«ng. Thiªn tÝ ch (segregation)
Lµ sù kh«ng ®å ng nhÊ t vÒ thµ nh phÇ n vµ tæ chøc cña s¶ n phÈm ®óc, c¶ víi hîp
kim (khi thµ nh phÇn phøc t¹ p) vµ kim lo¹ i do tÝ ch tô t¹ p chÊ t. Cã nhiÒ u d¹ ng thiª n tÝ ch: theo träng l− îng, trong b¶n th© n h¹ t, cña P, S trong thÐp.
BiÕn d¹ng dÎo vµ c¬ tÝnh
§a sè vË t liÖ u, ®Æ c biÖ t lµ kim lo¹ i, th− êng ®− îc b¸n d− íi d¹ ng çc b¸ n thµnh
phÈ m d− íi d¹ ng: d© y, thanh, h× nh, èng, tÊ m, l¸ , b¨ ng... nhê biÕn d¹ ng dÎ o (çn), hoÆ c ç c ph«i rÌ n → kh¶ o s¸ t biÕn d¹ ng dÎo kh«ng nh÷ng gióp hiÓu biÕ t c¬ së qu¸ tr× nh mµ cßn gióp ® Ò ra ç c biÖ n ph¸ p n©ng cao c¬ tÝ nh, kh¾ c phôc nh÷ng khuyÕ t tË t. 2.1. BiÕ n d¹ng dÎ o vµ ph¸ hñy2.1. BiÕ n d¹ng dÎ o vµ ph¸ hñy2.1. BiÕ n d¹ng dÎ o vµ ph¸ hñy2.1. BiÕ n d¹ng dÎ o vµ ph¸ hñy 2.1.1.2.1.1.2.1.1.2.1.1. Kh¸i niÖmKh¸i niÖmKh¸i niÖmKh¸i niÖ m
BiÓ u ®å t¶ i träng (hay øng suÊ t) vs biÕ n d¹ ng h× nh 2.1. cho thÊy:
- NÕ u tiÕp tôc t¨ng t¶ i träng ®Õ n gi¸ trÞ cao nhÊ t Fb, mÉ u bÞ th¾ t l¹ i → t¶ i träng =const (hoÆ c ↓) nh− ng ø/s ↑ →ph¸ hñy ë ® iÓm c.
Sù biÕ n ®æi vÒ m¹ng tinh thÓ ë ba tr¹ng th¸ i trªn tr× nh bµy ë h× nh 2.2.
a) b) c) d)
Khi biÕn d¹ ng ®µ n håi th× biÕ n d¹ ng nhá a<a, biÕ n d¹ng dÎo th× a>a, víi a lµ th«ng sè m¹ ng ph¸ hñy ç c liªn kÕ t bÞ hñy ho¹ i dÉ n ®Õ n ®øt rêi. BiÕ n d¹ ng dÎo = ç ch tr− ît (®« i khi x¶y ra b» ng song tinh), ë ®© y chØ gií i h¹ n kh¶o s¸ t biÕ n d¹ ng dÎo d− íi h× nh thøc nµy. 2.1.2.2.1.2.2.1.2.2.1.2. Tr− ît ®¬n tinh thÓTr− ît ®¬n tinh thÓTr− ît ®¬n tinh thÓTr− ît ®¬n tinh thÓ
Tr− ît lµ sù chuyÓn dêi t − ¬ng ®èi gi÷a çc phÇn cña tinh thÓ theo nh÷ng mÆt vµ ph− ¬ng nhÊt ®Þ nh gäi lµ mÆ t vµ ph− ¬ng tr− ît (h× nh 2.3.)
- Khi F < F®h, ®é gi· n dµ i l tû lÖ bËc nhÊ t víi t¶ i träng→ biÕ n d¹ng ®µ n håi. Víi F1 → biÕn d¹ ng O1, bá t¶ i träng mÉ u l¹ i trë l¹ i kÝ ch th− íc ban ®Ç u. - Khi F > F®h, ®é biÕn d¹ng t¨ ng nhanh theo t¶ i träng, khi bá t¶ i träng biÕn d¹ ng vÉn cßn l¹ i mét phÇn → biÕn d¹ng dÎ o. Khi F= Fa → biÕ n d¹ ng Oa'', khi F=0 → biÕ n d¹ng Oa' → biÕ n d¹ ng dÎo hay d− ,
H× nh 2.1. BiÓu ®å kÐo kim
a’ a’’ ®é d· n dµi
t ¶ &

Vật liệu học kỹ thuật - Nguyễn Văn Tư

Documents

Transcript of Vật liệu học kỹ thuật - Nguyễn Văn Tư