Tải bản đầy đủ

BỘ môn THIẾT bị CNVL cơ KHÍ bài TIỂU LUẬN vật LIỆU ĐỒNG và hợp KIM ĐỒNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

KHOA CƠ KHÍ
BỘ MÔN THIẾT BỊ & CNVL CƠ KHÍ

BÀI TIỂU LUẬN
VẬT LIỆU ĐỒNG VÀ HỢP KIM ĐỒNG

SVTH

: Lưu Quang Linh

MSSV

: 1711952

GV LÝ THUYẾT
NHÓM HỌC LÝ THUYẾT

: Lương Hồng Đức
: L05-A


TP. HCM, 8 THÁNG 6 NĂM 2019

SV: LƯU QUANG LINH MSSV: 1711952

1


Mục Lục
1.Đồng nguyên chất ........................................................................................................... 1
1.1 Khái quát .............................................................................................................. 1
1.2 Tính chất............................................................................................................... 2
1.2.1 Tính chất vật lý ........................................................................................... 2
1.2.2 Tính chất hóa học ....................................................................................... 4
1.2.3 Đồng vị ....................................................................................................... 5
1.2.4 Phân bố ...................................................................................................... 5
1.3 Sản xuất ............................................................................................................... 5
1.3.1 Trữ lượng ................................................................................................... 6
1.3.2 Phương pháp.............................................................................................. 6
1.3.3 Tái chế ........................................................................................................ 7
1.4 Ứng dụng.............................................................................................................. 7
1.5 Các loại đồng nguyên chất.................................................................................... 8
1.6. Phân loại hợp kim đồng và hệ thống kí hiệu hợp kim đồng .................................. 9
2. Latông............................................................................................................................ 9
3. Brông ........................................................................................................................... 12
3.1 Brông thiếc ......................................................................................................... 13
3.2 Brông nhôm ........................................................................................................ 15
3.3 Brông berili ......................................................................................................... 16
4. Hợp kim Cu - Ni và Cu - Zn - Ni ................................................................................... 17

SV: LƯU QUANG LINH MSSV: 1711952

0


1.Đồng nguyên chất
1.1 Khái quát
- Đồng là nguyên tố hóa học trong bảng tuần hoàn nguyên tố có ký
hiệu Cu và số nguyên tử bằng 29. Đồng là kim loại dẻo có độ dẫn điện và
dẫn nhiệt cao. Đồng nguyên chất mềm và dễ uốn; bề mặt đồng tươi
có màu cam đỏ. Nó được sử dụng làm chất dẫn nhiệt và điện, vật liệu xây
dựng, và thành phần của các hợp kim của nhiều kim loại khác nhau.
- Đồng là một trong số ít các kim loại xuất hiện trong tự nhiên ở dạng
kim loại có thể sử dụng trực tiếp thay vì khai thác từ quặng. Do đó nó có
được con người sử dụng từ rất sớm khoảng 8000 TCN. Nó là kim loại đầu
tiên được nung chảy từ quặng của nó vào khoảng 5000 TCN, kim loại đầu
tiên được đúc thành khối vào khoảng 4000 TCN và kim loại đầu tiên được
tạo thành hợp kim với các loại khác, là thiếc để tạo ra đồng đỏ vào khoảng
3500 TCN.
- Kim loại và các hợp kim của nó đã được sử dụng cách đây hàng ngàn
năm. Trong thời kỳ La Mã, đồng chủ yếu được khai thác ở Síp, vì thế tên
gọi ban đầu của kim loại này là сyprium (kim loại Síp), sau đó được gọi
tắt là сuprum. Các hợp chất của nó thường tồn tại ở dạng muối đồng(II),
chúng thường có màu xanh lam hoặc xanh lục của các loại khoáng
như ngọc lam và trong lịch sử đã được sử dụng rộng rãi làm chất nhuộm.
Các công trình kiến trúc được xây dựng có đồng bị ăn mòn tạo ra màu
xanh lục verdigris (hoặc patina).
- Các ion đồng(II) tan trong nước với nồng độ thấp có thể dùng làm chất
diệt khuẩn, diệt nấm và làm chất bảo quản gỗ. Với số lượng đủ lớn, các
ion này là chất độc đối với các sinh vật bậc cao hơn, với nồng độ thấp
hơn, nó là một vi chất dinh dưỡng đối với hầu hết các thực vật và động vật
bậc cao hơn. Nơi tập trung đồng chủ yếu trong cơ thể động vật
là gan, cơ và xương. Cơ thể người trưởng thành chứa khoảng 1,4 đến
2,1 mg đồng trên mỗi kg cân nặng.

SV: LƯU QUANG LINH MSSV: 1711952

1


Hình khối đồng trong quặng tự nhiên.

Các sản phẩm từ đồng nguyên chất

1.2 Tính chất
1.2.1 Tính chất vật lý
- Đồng, bạc và vàng đều nằm trong nhóm 11 của bảng tuần hoàn nên
chúng có nhiều thuộc tính giống nhau: chúng có 1 electron trong phân lớp
s1 nằm trước nhóm d10 và được đặc trưng bởi tính dẻo và dẫn điện cao. Các
orbital được lấp đầy các electron trong các nguyên tố này không đóng góp
nhiều vào các tương tác nội nguyên tử, chủ yếu ảnh hưởng bởi các electron
phân lớp s thông qua các liên kết kim loại. Trái ngược với các kim loại mà
phân lớp d không được lấp đầu bởi các electron, các liên kết kim loại trong
đồng thiếu các đặc điểm của liên kết cộng hóa trị và chúng tương đối yếu.
Điều này giải thích tại sao các tinh thể đồng riêng biệt có độ dẻo cao và độ
cứng thấp. Ở quy mô lớn, việc thêm vào các khuyết tật trong ô mạng tinh
thể như ranh giới hạt, sẽ làm cản trở dòng vật liệu dưới áp lực nén từ đó làm
tăng độ cứng của nó. Ví dụ, đồng thường được đưa ra thị trường ở
SV: LƯU QUANG LINH MSSV: 1711952

2


dạng polycrystalline hạt mịn, dạng này có độ cứng lớn hơn
dạng monocrystalline.
- Độ cứng thấp của đồng giúp giải thích một phần tính dẫn điện cao của
nó(59.6×106 S/m) và cũng như tính dẫn nhiệt cao, các tính chất này được
xếp hạng thứ 2 trong số những kim loại nguyên chất có tính chất tương tự ở
nhiệt độ phòng. (trong số các kim loại nguyên chất ở nhiệt độ phòng chỉ
có bạc có độ dẫn điện cao hơn). Đặc điểm này là do điện trở suất đối với sự
vận chuyển electron trong các kim loại ở nhiệt độ phòng chủ yếu bắt nguồn
từ sự tán xạ của electron đối với dao động nhiệt của mạng tinh thể, mà điện
trở xuất này tương đối yếu đối với cho một kim loại mềm. Mật độ dòng
thấm tối đa của đồng trong không khí ngoài trời vào khoảng 3,1×106 A/m2,
vượt trên giá trị này nó bắt đầu nóng quá mức. Cùng với những kim loại
khác, nếu đồng được đặt cạnh kim loại khác, ăn mòn galvanic sẽ diễn ra.
- Cùng với lưu huỳnh và vàng (cả hai đều có màu vàng), đồng là một trong
3 nguyên tố có màu tự nhiên khác với màu xám hoặc bạc. Đồng tinh khiết
có màu đỏ cam và tạp ra màu lam ngọc khi tiếp xúc với không khí. Màu đặc
trưng này của đồng tạo ra từ sự chuyển tiếp electron giữa phân lớp 3d và
phân lớp 4s – năng lượng chênh lệch do sự chuyển đổi trạng thái electrong
giữa hai phân lớp này tương ứng với ánh sáng cam. Cơ chế xảy ra tương tự
đối với màu vàng của vàng và lưu huỳnh.

Hình đĩa đồng (độ tinh khiết 99.95%) được làm bằng đúc liên tục và khắc.

SV: LƯU QUANG LINH MSSV: 1711952

3


Hình đồng ở nhiệt độ nóng chảy cao hơn điểm nóng chảy của nó một chút làm
cho nó có ánh hồng khi đủ ánh sáng sẽ làm cho nó rạng rỡ hơn với màu cam
đỏ.
1.2.2 Tính chất hóa học
- Đồng tạo nhiều hợp chất khác nhau với các trạng thái ôxy hóa +1 và +2,
mà thường được gọi theo thứ tự là cuprous và cupric.Nó không phản ứng
với nước, nhưng phản ứng chậm với ôxy trong không khí tạo thành một lớp
ôxit đồng màu nâu đen. Ngược lại với sự ôxy hóa của sắt trong không khí
ẩm, lớp ôxit này sau đó sẽ ngăn cản sự ăn mòn. Một lớp màu lục
của verdigris (đồng cacbonat) thường có thể bắt gặp trên các công trình cổ
có sử dụng đồng như Tượng Nữ thần tự do, tượng bằng đồng lớn nhất trên
thế giới được xây dựng dùng repoussé and chasing.
Hydrogen sulfua và sulfua phản ứng với đồng tạo ra các hợp chất đồng
sulfua khác nhau trên bề mặt. Trong trường hợp phản ứng với sulfua, ăn
mòn đồng diễn ra khi đồng tiếp xúc với không khí có chứa các hợp chất
sulfua. Các dung dịch amoni chứa ôxy có thể tạo ra một phức chất hòa tan
trong nước với đồng, khi phản ứng với ôxy và axit clohydric để tạo thành
đồng clorua và hydro peroxit bị axit hóa để tạo thành các muối đồng(II).
Đồng(II) clorua và đồng phản ứng với nhau tạo thành đồng (I) clorua.

Hình Sợi đồng không bị oxy hóa(trái) và sợi đồng bị oxy hóa( phải)

SV: LƯU QUANG LINH MSSV: 1711952

4


1.2.3 Đồng vị
- Đồng có 29 đồng vị.63Cu and 65Cu là đồng vị bền, với 63Cu chiếm khoảng
69% đồng có mặt trong tự nhiên; cả hai đều có spin 3/2. Các đồng vị còn lại
có tính phóng xạ, trong đó đồng bị phóng xạ bền nhất là 67Cu với chu kỳ
bán rã 61,83 giờ. Bảy đồng vị kích thích đặc trưng nhất là 68mCu tồn tại lâu
nhất với chu kỳ bán rã 3,8 phút. Các đồng vị với số khối lớn hơn 64 phân
rã β-, ngược lại các đồng vị có số khối dưới 64 thì phân rã β+ 64Cu, có chu
kỳ bán rã 12,7 giờ, phân rã theo cả hai cơ chế trên. 62Cu và 64Cu có những
ứng dụng đáng chú ý.64Cu chất được sử dụng trong chụp hình tia-X, và
dạng tạo phức với chelate có thể được dùng trong điều trị ung thư.62Cu được
dùng trong 62Cu-PTSM là một phương pháp vết phóng xạ trong chụp cắt
lớp bằng positron.
1.2.4 Phân bố
- Đồng có thể tìm thấy như là đồng tự nhiên hoặc trong dạng khoáng chất.
Đồng tự nhiên là một dạng polycrystal, với các tinh thể riêng lẻ lớn nhất đã
được ghi nhận có kích thước 4,4×3,2×3,2 cm. Khối đồng nguyên tố lớn nhất
có cân nặng 420 tấn, được tìm thấy năm 1857 trên bán đảo
Keweenaw ở Michigan, Hoa Kỳ.
- Có nhiều dạng khoáng chứa đồng như cacbonat azurit (2CuCO3Cu(OH)2)
và malachit (CuCO3Cu(OH)2) là các nguồn để sản xuất đồng, cũng như là
các sulfua như chalcopyrit (CuFeS2), bornit (Cu5FeS4), covellit (CuS), chalco
cit (Cu2S) và các ôxít như cuprit (Cu2O).
- Phần lớn đồng trích xuất được trong các mỏ lộ thiên trong các khoáng
sản có ít hơn 1% đồng. Các ví dụ bao gồm: mỏ Chuquicamata ở Chilê và
mỏ El Chino ở New Mexico. Việt Nam có mỏ đồng Sinh Quyền ở Lào Cai.
- Đồng có mặt trong vỏ Trái Đất với hàm lượng 50 ppm, và có thể được
tổng hợp trong các ngôi sao có khối lượng lớn.
1.3 Sản xuất
- Hầu hết đồng được khai thác hoặc chiết tách ở dạng đồng sulfua từ các
mỏ đồng porphyr khai thác lộ thiên chứa từ 0,4 đến 1,0% đồng. Ví dụ một
số mỏ như: mỏ Chuquicamata ở Chile; Bingham Canyon Mine ở Utah, Hoa
Kỳ; và El Chino Mine ở New Mexico, Hoa Kỳ. Theo Cục Khảo sát địa chất
Anh, năm 2005, Chile là nước dẫn đầu về khai thác đồng chiếm ít nhất 1/3
SV: LƯU QUANG LINH MSSV: 1711952

5


sản lượng đồng thế giới, theo sau là Hoa Kỳ, Indonesia và Peru. Đồng cũng
được thu hồi qua quá trình In-situ leach. Nhiều nơi ở tiểu bang Arizona
được xem là những ứng viên cho phương pháp này. Lượng đồng đang
đượng sử dụng đang tăng và số lượng có sẵn là hầu như không đủ để cho
phép tất cả các nước để đạt đến mức độ sử dụng của thế giới phát triển.
1.3.1 Trữ lượng
- Đồng đã được sử dụng ít nhất là cách nay 10.000 năm, nhưng có hơn 95%
tất cả đồng đã từng được khai thác và nấu chảy đã được tách chỉ bắt đầu từ
thập niên 1900. Với nhiều nguồn tài nguyên tự nhiên, tổng lượng đồng trên
Trái Đất là rất lớn (khoảng 1014 tấn nằm trong vòng vài km của vỏ Trái Đất,
hoặc tương đương 5 triệu năm khai thác với tốc độ khai thác hiện tại. Tuy
nhiên, chỉ có một tỷ lệ nhỏ trữ lượng này là có giá trị kinh tế trong điều kiện
chi phí và công nghệ hiện tại. Nhiều ước tính trữ lượng đồng hiện tại cho
thấy việc khai thác có thể diễn ra từ 25 đến 60 năm tùy thuộc vào những giả
định cốt lõi như tốc độ phát triển.Tái chế là một nguồn chính của đồng trong
thế giới hiện đại. Do ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố khác nhau, sản lượng và
cung ứng đồng trong tương lai là một chủ đề còn nhiều tranh cãi, bao gồm
cả khái niệm về đỉnh đồng, tương tự như đỉnh dầu.
- Giá đồng trong lịch sử là không ổn định, và nó tăng gấp 5 lần từ giá
thấp duy trì 60 năm từ US$1,32/kg trong tháng 6 năm 1999 đến US$8,27/kg
trong tháng 5 năm 2006. Nó rớt từ US$5,29/kg trong tháng 2 năm 2007, sau
đó tăng lên US$7,71/kg tháng 4 năm 2007.[28] Tháng 2 năm 2009, nhu cầu
toàn cầu giảm và giá cả hàng hóa giảm mạnh từ mức cao của năm trước là
US$1,51/lb.000000000
1.3.2 Phương pháp
- Hàm lượng đồng trong quặng trung bình chỉ 0,6%, và hầu hết quặng
thương mại là các loại đồng sulfua, đặc biệt là chalcopyrit (CuFeS2) và ít
hơn là chalcocit (Cu2S). Các khoáng này được tách ra từ các quặng được
nghiền để nâng hàm lượng lên 10–15% đồng bằng froth
flotation hay bioleaching. Nung vật liệu này với silica trong flash
smelting để loại sắt ở dạng xỉ. Quá trình này khai thác dễ dàng chuyển sắt
sulfua thành dạng ôxit của nó, sau đó các ôxit này phản ứng với silica để tạo
ra xỉ silicat nổi lên trên khối nóng chảy. Sản phẩm tạo ra copper matte chứa
Cu2S sau đó được roasted để chuyển tất cả các sulfua thành ôxit:
SV: LƯU QUANG LINH MSSV: 1711952

6


2 Cu2S + 3 O2 → 2 Cu2O + 2 SO2
- Ôxit đồng được chuyển thành đồng blister theo phản ứng nung:
2 Cu2O → 4 Cu + O2
- Quá trình Sudbury matte chỉ biến đổi 1/2 sulfua thành ôxit và sau đó sử
dụng ôxit này để loại phần sulfua còn lại thành ôxit. Sản phẩm này sau đó
đem điện phân. This step exploits the relatively easy reduction of copper
oxides to copper metal. Khí thiên nhiên được thổ qua blister để loại hầu hết
ôxy còn lại và áp dụng tinh chế điện (electrorefining) để tạo ra đồng tinh
khiết:
Cu2+ + 2 e– → Cu
1.3.3 Tái chế
- Đồng, giống như nhôm, có thể tái chế 100% mà không bị giảm chất
lượng cho dù ở dạng thô hoặc nằm trong các sản phẩm khác. Về khối lượng,
đồng là kim loại được tái chế phổ biến xếp hàng thứ 3 sau sắt và nhôm. Ước
tính có khoảng 80% đồng đã từng được khai thác hiện tại vẫn còn sử
dụng. Theo Metal Stocks in Society report của International Resource
Panel, phân bổ bình quân đầu người về đồng hiện đang sử dụng trong xã hội
là 35–55 kg. Phần nhiều trong số này là ở các nước phát triển nhiều (140–
300 kg/người) hơn là các nước ít phát triển (30–40 kg/người).
- Quá trình tái chế đồng tuân theo những bước gần như tương tự với
chiết tách đồng nhưng đòi hỏi ít công đoạn hơn. Đồng phế liệu có độ tinh
khiết cao được nung trong lò cao và sau đó được khử, đúc
thành billet và ingot; các phế liệu có độ tinh khiết thấp hơn được tinh chế
bằng mạ điện trong một bể axit sulfuric.
1.4 Ứng dụng
- Đồng là vật liệu dễ dát mỏng, dễ uốn, có khả năng dẫn điện và dẫn
nhiệt tốt, vì vậy nó được sử dụng một cách rộng rãi trong sản xuất các sản
phẩm:
• Dây

điện.
• Que hàn đồng.
• Tay nắm và các đồ vật khác trong xây dựng nhà cửa.

SV: LƯU QUANG LINH MSSV: 1711952

7


• Đúc

tượng: Ví dụ tượng Nữ thần Tự Do, chứa 81,3 tấn (179.200 pao)
đồng hợp kim.
• Cuộn từ của nam châm điện.
• Động cơ, đặc biệt là các động cơ điện.
• Động cơ hơi nước của Watt.
• Rơ le điện, dây dẫn điện giữa các bảng mạch và các chuyển mạch điện.
• Ống chân không, ống tia âm cực và magnetron trong các lò vi ba.
• Bộ dẫn sóng cho các bức xạ vi ba.
• Việc sử dụng đồng trong các mạch IC đã trở nên phổ biến hơn để thay
thế cho nhôm vì độ dẫn điện cao của nó.
• Là một thành phần trong tiền kim loại.
• Trong đồ nhà bếp, chẳng hạn như chảo rán.
• Phần lớn các đồ dùng bằng niken trắng dùng ở bàn ăn (dao, nĩa, thìa) có
chứa một lượng đồng nhất định.
• Trong chế tạo đồ đựng thức ăn bằng bạc (hàm lượng bạc từ 92,5% trở
lên), có chứa một số phần trăm đồng.
• Là thành phần của gốm kim loại và thủy tinh màu.
• Các loại nhạc khí, đặc biệt là các loại nhạc khí từ đồng thau.
• Làm bề mặt tĩnh sinh học trong các bệnh viện hay các bộ phận của tàu
thủy để chống hà.
• Các hợp chất, chẳng hạn như dung dịch Fehling, có ứng dụng trong
phân tích hóa học.
• Đồng (II) Sulfat được sử dụng như là thuốc bảo vệ thực vật và chất làm
sạch nước.
1.5 Các loại đồng nguyên chất.
- Các loại đồng nguyên chất để dẫn điện phải có ít nhất 99.9% Cu được sản
xuất theo 3 phương pháp sau:
+ Đồng điện phân ETP (Electrolytic Tough Pitchc ) có chứa khoảng
0.04%O2. Trong đồng, oxy hầu như không hòa tan, chỉ tạo ra Cu2O nên
không làm giảm tính dẫn điện. Tuy nhiên loại này nhạy cảm với hydro khi
nhiệt độ > 400 C (H2 khử Cu2O tạo nên bọt nước, gây nứt ở biên hạt). Do
vậy loại này chỉ dùng để gia công, chế biến ở < 400 C .
+ Đồng sạch oxy OFHC ( Oxygen Free High Conducvity) là loại nấu chảy
các catot đồng trong khí quyển hoàn nguyên, có ít nhất 99,95% Cu, lượng
oxy nhỏ hơn 0,003% nên không nhạy cảm với hidro.
SV: LƯU QUANG LINH MSSV: 1711952

8


+ Đồng dược khử oxy là loại được khử oxy triệt để bằng photpho, toàn bộ
oxy ở dưới dạng P2O5 . Nếu lượng P tự do trong đồng < 0,005% thì hầu như
không làm giảm tính dẫn điện ( nhưng với 0,04%P tính dẫn điện chỉ bằng
85% của loại OFHC), do sạch oxy nên có thể biến dạng nóng.
1.6. Phân loại hợp kim đồng và hệ thống kí hiệu hợp kim đồng
- Cũng giống như hợp kim nhôm, hộp kim đồng cũng được phân loại thành:
biến dạng và đúc trên cùng nguyên tắc. Ngoài ra do lịch sử lâu đời, các hợp
kim khác nhau của đồng mang những tên riêng latông và brông, trong đó
latông là hợp kim Cu - Zn, brông là tên chỉ các hợp kim Cu - nguyên tố
không phải Zn.
- Để ký hiệu các hợp kim đồng, người ta thường dùng hệ thống đánh số theo
CDA( Copper Development Association) của Hoa Kỳ bằng xxx, trong đó số
đầu tiên có ý nghĩa như sau.
1xx - đồng đỏ và các hợp kim Cu - Be
2xx - latông (Cu- Zn) đơn giản
4xx - latông phức tạp
5xx - brông thiếc
6xx - brông nhôm
7xx - brông nhôm
8xx và 9xx - hợp kim đồng đúc
- Để ký hiệu các trạng thái gia công và hóa bền, các nước phương Tây dùng
các ký hiệu O, H, T như của nhôm ( riêng trạng thái tạo phôi thô được ký hiệu
là M), song có các chữ và số tiếp theo khác đi. Ví dụ, hóa bền bằng biến dạng
nguội có từ H00 ( tương đương với H11 của nhôm) đến H04 (~H18) cho đến
H06, H08, H10, H12, H13, H14.
2. Latông
Latông là hợp kim của đồng mà nguyên tố hợp kim chính là kẽm [tên gọi do
TCVN 1659-75 quy định trên cơ sở thuật ngữ đã được dùng phổ biến ở ta từ
tiếng Pháp, ngoài ra có thể gọi là đồng thau (cần chú ý trong thực tế còn có
nhiều tên gọi khác nữa). Các từ nước ngoài tương ứng là: Pháp - laiton, Anh brass, Nga - латунь.

SV: LƯU QUANG LINH MSSV: 1711952

9


Giản đồ pha Cu - Zn
Latông đơn giản được dùng nhiều hơn cả, đó là hợp kim chỉ có hai nguyên
tố là Cu và Zn. Giản đồ pha Cu - Zn (hình 6.8) là loại rất phức tạp, tạo nên rất
nhiều pha, song trong thực tế chỉ dùng loại có ít hơn 45%Zn nên chỉ gặp hai
pha α và β.
Pha α là dung dịch rắn thay thế của Zn trong Cu với mạng A1, nó có thể chứa
tới 39%Zn ở 454oC. Đó là pha cơ bản của latông và là pha duy nhất của
latông ít Zn, do đó nó quyết định quan trọng các tính chất cơ bản của latông.
Điều rất đặc biệt là Zn khi hòa tan vào Cu không những nâng cao độ bền mà
cả độ dẻo của dung dịch rắn (đây là một trong số ít các trường hợp hiếm có,
thông thường độ bền tăng lên, độ dẻo, độ dai phải giảm đi), đồng thời có hiệu
ứng hóa bền biến dạng cao (hình 6.9). Do vậy nói chung cơ tính của latông
một pha cao hơn và rẻ hơn đồng. Độ dẻo cao nhất ứng với khoảng 30%Zn.
Ngoài ra khi pha thêm Zn, màu đỏ của đồng nhạt dần và chuyển dần thành
vàng.

SV: LƯU QUANG LINH MSSV: 1711952

10


Ảnh hưởng của Zn và độ biến dạng đến cơ tính của dung dịch rắn α:
a. giới hạn đàn hồi,
b. giới hạn bền,
c. độ giãn dài tương đối [với các mức tăng biến cứng 1/4, 2/4, 3/4, 4/4 (toàn
phần) và R - cứng đàn hồi]
- Pha β là pha điện tử ứng với công thức CuZn (N = 3/2) có thành phần dao
động trong khoảng 46 - 50%Zn. Khác với α, β cứng và giòn hơn, đặc biệt ở
nhiệt độ thấp (< 457oC) khi nó bị trật tự hóa thành pha β'. Do vậy không thể
dùng latông quá 45%Zn với tổ chức hoàn toàn là β'. Trong thực tế thường
dùng ≤ 40%Zn với hai loại một pha α và hai pha α + β.
- Latông một pha (α) thường chứa ít hơn 35%Zn. Do có tính dẻo cao nó là
loại biến dạng được cán nguội thành các bán thành phẩm, làm các chi tiết máy
qua dập.
- Latông chứa Zn thấp, 5 - 12%, có màu đỏ nhạt và tính chất khá giống đồng
(nhưng tốt hơn) được dùng làm các đồ dùng và các chi tiết giả đồng như tiền
xu, huy chương, khuy áo, fecmơtuya...
- Latông với khoảng 20%Zn (CDA 240, Л80) có màu vàng giống như Au,
được làm các chi tiết trang sức, giả vàng (ngạn ngữ có câu “vàng, thau lẫn
lộn”, thau ở đây là đồng thau, latông).
- Latông với khoảng 30%Zn (CDA 260, Л70) có tính dẻo cao nhất và độ bền
cao nên được dùng làm chi tiết dập sâu với công dụng chủ yếu làm vỏ đạn
(catridge brass). Các latông một pha bền và dẻo cao nên khó gia công cắt. Để
cải thiện tính chất này người ta thường đưa thêm Pb vào với lượng 0,4 - 3,0%
với cơ chế tác dụng như ở thép dễ cắt.
- Nhược điểm của latông với ≥ 20%Zn ở trạng thái biến cứng hay chịu ứng
suất cao có khuynh hướng bị nứt ăn mòn khi có hơi nước, amôniac, ôxy. Để
tránh khuyết tật này phải đem ủ.
- Latông hai pha (α + β) thường dùng với 40%Zn (có tên là Muntz với các
mác CDA 280, ΓOCT Л60) hay có pha thêm Pb để cải thiện tính gia công cắt
(CDA 370, Γ?OCT ЛC59-1). Tuy cứng và bền hơn loại một pha, hợp kim vẫn
có thể biến dạng dẻo được ở trạng thái nóng (do > 454oC pha β dẻo hơn).
- Các latông đúc bao giờ cũng có thành phần Zn và các nguyên tố hợp kim
khác cao hơn, như mác CDA 863 với tổng lượng các nguyên tố đưa vào cao
tới 38%.
Bảng 6.2. Thành phần hóa học (%) và cơ tính của một số mác hợp kim đồng
theo CDA

SV: LƯU QUANG LINH MSSV: 1711952

11


Đối với cả hai loại biến dạng và đúc, ngoài các thành phần trên người ta còn
đưa thêm vào các nguyên tố khác để tăng cơ tính cũng như tăng tính chống ăn
mòn.

- Hình ảnh 1 số sản phẩm bằng latông

3. Brông

SV: LƯU QUANG LINH MSSV: 1711952

12


- Brông là hợp kim của Cu với các nguyên tố không phải là Zn như Sn, Al,
Be... và được gọi là brông thiếc, brông nhôm, brông berili... (riêng hợp kim
Cu - Ni không được gọi là brông). Các từ nước ngoài tương ứng là: bronze
(Anh, Pháp), бронза - (Nga).
3.1 Brông thiếc
- Brông thiếc (hợp kim Cu - Sn) là hợp kim cổ xưa nhất mà loài người biết
sử dụng, trong thực tế nếu chỉ gọi là brông thì nên hiểu đó là brông thiếc (như
đã biết theo vật liệu sử dụng, loài người đã trải qua các thời kỳ đồ đá - Stone
Age, thời kỳ đồ đồng - Bronze Age).
- Từ giản đồ pha Cu - Sn (hình 6.10) thấy rằng với hàm lượng Sn nhỏ hơn
13,5%, sau khi kết tinh chỉ có một pha α là dung dịch rắn thay thế của Sn
trong Cu có kiểu mạng A1 dẻo và tương đối bền do cơ chế hóa bền dung dịch
rắn. Vì khoảng kết tinh lớn, quá trình thiên tích xảy ra khá mạnh nên ngay với
hàm lượng Sn khá nhỏ (< 8%) trong điều kiện đúc thông thường đã xuất hiện
pha β; khi làm nguội tiếp, pha này chuyển thành pha γ rồi sau đó thành pha δ.
Quá trình chuyển biến pha δ →? [α + ε] ở 350oC và sự tiết pha ε trong α ở
dưới 350oC không xảy ra được vì tốc độ phản ứng quá nhỏ. β, γ, δ, ε đều là
các hợp chất điện tử cứng và giòn. ở nhiệt độ thường các hợp kim chứa ít hơn
8%Sn sau khi ủ có tổ chức một pha đồng nhất, khá dẻo chịu biến dạng tốt.
Khi lượng Sn vượt quá 8%, nhất là khi lớn hơn 10%, hợp kim có tổ chức hai
pha α + δ. Hàm lượng Sn dùng trong các brông công nghiệp không vượt quá
16%.
- Brông thiếc biến dạng thường ít hơn 8%Sn (có thể tới 10%) có cơ tính cao
và chống ăn mòn trong nước biển tốt hơn latông. Để cải thiện tính gia công
cắt thường có thêm Pb (CDA 521, CDA 524, ΓOCT БрOC5-1) hay có thêm
Zn để vừa thay cho Sn rẻ hơn vừa có tác dụng hóa bền khi dùng 4% cho mỗi
nguyên tố (4%Sn - 4%Zn - 4%Pb) với mác CDA 544 hay ΓOCT БрOЦC4-44.

SV: LƯU QUANG LINH MSSV: 1711952

13


Giản đồ pha Cu - Sn (góc Cu)
- Brông thiếc đúc là loại chứa nhiều hơn 10%Sn hay với tổng lượng các
nguyên tố đưa vào cao hơn 12% như loại 5%Sn - 5%Zn - 5%Pb với các mác
CDA 835, ΓOCT БрOЦC5-5-5, hay 10%Sn - 2%Zn với mác CDA 905.
- Nhờ tính đúc tốt do khả năng điền đầy khuôn cao, hệ số co ngót nhỏ, chống
ăn mòn tốt trong khí quyển, có bề mặt nâu - đen (do tạo nên lớp ôxyt thiếc)
nên brông thiếc chứa Zn, Pb được dùng để đúc các tác phẩm nghệ thuật:
tượng đài, chuông, phù điêu, họa tiết trang trí.
Hình ảnh sản phẩm Brông thiếc

SV: LƯU QUANG LINH MSSV: 1711952

14


3.2 Brông nhôm
Từ giản đồ pha hệ Cu - Al (hình 6.11) ta thấy các hợp kim chứa ít hơn
9,4%Al có tổ chức chỉ là dung dịch rắn thay thế của Al trong Cu có mạng A1
khá dẻo và bền. Do bề mặt có lớp Al2O3 nên hợp kim Cu - Al chịu đựng tốt
trong khí quyển công nghiệp hay nước biển.
Brông nhôm một pha (với 5 - 9%Al) được sử dụng khá rộng rãi để chế tạo bộ
ngưng tụ hơi, hệ thống trao đổi nhiệt, lò xo tải dòng, chi tiết bơm, đồ dùng
cho lính thủy (CDA 614, ΓOCT БрAЖ9-4), tiền xu (CDA 608, ΓOCT БрA5).
Brông hai pha (> 9,4%Al) với sự xuất hiện của pha β (hợp chất điện tử mạng
A2 là Cu3Al) chỉ ổn định ở trên 565oC và chịu biến dạng tốt. ở 565oC có
chuyển biến cùng tích β → [α + γ2]. Nếu làm nguội nhanh β → β' (mạng sáu
phương) cũng có tên là mactenxit, nhưng không cứng, song khi ram ở 500oC
γ2 tiết ra ở dạng nhỏ mịn, làm tăng mạnh độ bền, lại rất ít gây ra giòn nên các
brông nhôm chứa 10 - 13%Al được tôi ram cao và có cơ tính cao.

SV: LƯU QUANG LINH MSSV: 1711952

15


Giản đồ pha Cu - Al (góc Cu)
Các brông nhôm đúc có lượng Al ≥ 9% nên cũng có thể có thành phần như
loại biến dạng như CDA 952 (giống với CDA 614), ΓOCT БрAЖ9-4Л (giống
với БрAЖ9-4).
- Hình ảnh sản phẩm của Brông nhôm

3.3 Brông berili
Hợp kim Cu với 2%Be (CDA 172, ΓOCT БрБ2) sau khi tôi 750 - 790oC
trong nước, hóa già ở 320 - 320oC có tính đàn hồi rất cao (như thép đàn hồi)
lại không phát ra tia lửa điện khi va đập nên được làm các chi tiết đàn hồi
trong mỏ và thiết bị điện.
- Hình ảnh sản phẩm bằng Brông Berili

SV: LƯU QUANG LINH MSSV: 1711952

16


4. Hợp kim Cu - Ni và Cu - Zn - Ni

SV: LƯU QUANG LINH MSSV: 1711952

17


Từ giản đồ pha Cu - Ni hai nguyên tố này hòa tan vô hạn vào nhau nên luôn
luôn có vùng tổ chức một pha và kiểu mạng A1. Ni hòa tan vô hạn vào Cu
làm tăng mạnh độbền, độ cứng, tính chống mài mòn trong nước biển. Hợp
kim Cu - Ni với 10 - 30%Ni (ví dụ CDA 715 có 30%Ni) được dùng làm bộ
ngưng tụ của tàu biển, ống dẫn nước biển, trong công nghiệp hóa học.
Hợp kim Cu với 17 - 27%Zn và 8 - 18%Ni được dùng làm dây biến trở, với
tổ chức là dung dịch rắn nên có điện trở suất rất cao và có màu bạc như của
niken.
Hình ảnh sản phẩm hợp kim Cu - Ni và Cu - Zn - Ni

SV: LƯU QUANG LINH MSSV: 1711952

18


SV: LƯU QUANG LINH MSSV: 1711952

19



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Tải bản đầy đủ ngay

×

×