Bài giảng Chuơng 6: Hợp kim màu và bột

.0 hay AЛ2 (Nga)) 
Biến tính : bằng hỗn hợp muối (2/3NaF+1/3NaCl) với l−ợng 0,05ữ0,08% tăng cơ 
tính từ σb = 130MPa, δ = 3%) lên σb = 180MPa, δ = 8% nh−ng vẫn còn thấp so với 
yêu cầu sử dụng. 
Hình 6.7. Tổ chức tế vi của hợp kim Al - (10 ữ 13)%Si: 
a. không biến tính, 
b. có biến tính 
Các hợp kim Al - Si - Mg(Cu) Là các hợp kim với khoảng Si rộng 
b. Silumin phức tạp: Ngoài Al,Si còn có <1%Mg, 3ữ5%Cu phải qua nhiệt luyện 
hóa bền, cơ tính và có tính đúc tốt: đúc piston (AA 390.0, AЛ26), nắp máy (AЛ4) 
của động cơ đốt trong. 
6.2. Hợp kim đồng 
6.2.1. Đồng nguyên chất và phân loại hợp kim đồng 
a. Các đặc tính của đồng đỏ: Cu nguyên chất có màu đỏ = đồng đỏ 
- dẫn nhiệt, dẫn điện cao, dùng làm dây dẫn. - chống ăn mòn khá tốt. - dẻo dễ 
cán mỏng, kéo sợi tiện cho sử dụng. - tính hàn khá tốt 
Nh−ợc điểm: nặng (ρ = 8,94g/cm3), + tính gia công cắt kém do phoi quá dẻo, + 
tính đúc kém, chảy ở 1083oC, độ chảy loãng thấp (P khi đúc t−ợng). 
b. Các loại đồng nguyên chất: 
Đồng điện phân ETP (Electrolytic Tough Pitch) có 0,04%O2. 
Do có O2 nên chỉ gia công, chế biến ở < 400
oC để tránh bệnh hydro. 
Đồng sạch oxy OFHC (Oxygen Free High Conductivity) là loại đ−ợc nấu chảy 
trong chân không hoặc môi tr−ờng bảo vệ, O2< 0,003% nên không nhạy cảm với 
hyđrô. 
Đồng đ−ợc khử oxy khử ôxy triệt để khi nấu bằng Cu-P, dẫn điện= 85% của 
OFHC, do sạch oxy nên có thể biến dạng nóng. 
c. Phân loại hợp kim Cu: latông = Cu-Zn, brông = Cu-Sn từ lâu đời 
d. Hệ thống ký hiệu cho hợp kim đồng 
Hoa kỳ: CDA (Copper Development Association): CDAxxx, số đầu tiên: 
1xx - đồng đỏ và các hợp kim Cu - Be, 2xx - latông đơn giản, 
4xx - latông phức tạp, 5xx - brông thiếc, 6xx - brông Al, 7xx - brông Al, 
 88 
8xx và 9xx - hợp kim đồng đúc 
Ph−ơng Tây dùng các ký hiệu O, H, T nh− của Al (O: ủ và kết tinh lại, H: hóa bền 
bằng biến dạng nguội, T- tôi + hoá già), riêng trạng thái phôi thô: Al là “F” thì Cu là 
M, song các chữ và số tiếp theo khác đi (tra bảng). 
6.2.2. Latông (đồng thau, Pháp - laiton, Anh - brass, Nga - латунь) 
Latông đơn giản: đ−ợc dùng nhiều hơn cả, phổ biến < 45%Zn nên tổ chức α 
hoặc α+β. 
Điều rất đặc biệt: khi tăng %Zn độ bền và độ dẻo tăng lên, độ dẻo max ứng với ~ 
30%Zn. Ngoài ra khi pha thêm Zn, màu đỏ của đồng nhạt dần và chuyển dần 
thành vàng. 
Latông một pha (α), <35%Zn, dẻo cao làm các chi tiết máy qua dập. 
Latông ~ 20%Zn (LCuZn20,CDA 240, Л80): màu nh− Au, đồ trang sức, giả vàng 
Latông ~ 30%Zn (LCuZn30,CDA 260, Л70), dẻo và độ bền max làm vỏ đạn 
(catridge brass). 
Latông hai pha (α + β): với ~ 40%Zn (LCuZn40, CDA 280, ΓOCT Л60), 
La tông phức tạp: ngoài Cu, Zn còn có Pb dễ đúc, cắt gọt, Sn chống ăn mòn, Ni 
tăn bền 
LCuZn40Pb, CDA 370, ЛC59-1, dễ cắt, LCuZn29Sn, đồng thau Hải quân. 
6.2.3. Brông: là hợp kim của Cu với các nguyên tố không phải là Zn nh− Sn, Al, 
Be... và đ−ợc gọi là brông thiếc, brông Al, brông berili... (riêng Cu-Ni không gọi là 
brông mà là cuni). 
a. Brông thiếc: hợp kim Cu-Sn: cổ x−a nhất, thời kỳ đồ đồng - Bronze Age). 
Brông thiếc biến dạng: < 8%Sn (có thể tới 10%) có cơ tính cao và chống ăn mòn 
trong n−ớc biển tốt hơn latông. Để cải thiện tính gia công cắt th−ờng 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 БрOЦC4-4-4. 
Brông thiếc đúc: là loại chứa nhiều hơn 10%Sn hay với tổng l−ợng các nguyên tố 
đ−a vào cao hơn 12% nh− 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. Brông thiếc chứa Zn, 
Pb đ−ợc dùng để đúc các tác phẩm nghệ thuật: t−ợng đài, chuông, phù điêu, họa 
tiết trang trí. 
b. Brông Al: Brông Al một pha (với 5 ữ 9%Al) đ−ợc sử dụng khá rộng rãi để chế 
tạo bộ ng−ng tụ hơi, hệ thống trao đổi nhiệt, lòxo 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 (Cu3Al, pha điện tử mạng A2) 
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 ph−ơng) cũng có tên là 
mactenxit, không cứng, 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 Al chứa 10 ữ 13%Al đ−ợc tôi ram cao 
và có cơ tính cao. 
Các brông Al đúc có l−ợng Al ≥ 9% nên cũng có thể có thành phần nh− loại biến 
dạng nh− CDA 952 (giống với CDA 614), ΓOCT БрAЖ9-4Л (giống với БрAЖ9-4). 
 89 
c. Brông berili: Hợp kim Cu với 2%Be (CDA 172, ΓOCT БрБ2) sau khi tôi 750 ữ 
790oC trong n−ớc, hóa già ở 320 ữ 320oC có tính đàn hồi rất cao, không phát ra tia 
lửa điện khi va đập nên đ−ợc làm các chi tiết đàn hồi trong mỏ và thiết bị điện. 
6.2.4. Hợp kim Cu - Ni và Cu - Zn - Ni 
Cu và Ni hòa tan vô hạn, kiểu mạng A1. Ni hòa tan vào Cu làm tăng mạnh độ 
bền, độ cứng, tính chống ăn mòn trong n−ớc biển. Hợp kim Cu - Ni với 10 ữ 30%Ni 
(ví dụ CDA 715 có 30%Ni) đ−ợc dùng làm bộ ng−ng tụ của tàu biển, ống dẫn n−ớc 
biển, trong công nghiệp hóa học. 
Hợp kim Cu với 17 ữ 27%Zn và 8 ữ 18%Ni đ−ợc dùng làm dây biến trở, với tổ chức 
là dung dịch rắn nên có điện trở suất rất cao và có màu bạc nh− của niken. 
6.3. Hợp kim ổ tr−ợt 
Mặc dầu ngày nay ổ lăn (bi và đũa) đ−ợc sử dụng rất phổ biến, các ổ tr−ợt 
vẫn có vị trí trong máy móc vì các −u điểm của nó: dễ chế tạo, dễ thay, rẻ, bôi trơn 
dễ và trong nhiều tr−ờng hợp không thể thay thế khác đ−ợc (nh− ở trục khuỷu), tốc 
độ cao không gây ồn. 
6.3.1. Yêu cầu đối với hợp kim làm ổ tr−ợt 
- Ma sát nhỏ với bề mặt trục thép: hệ số ma sát nhỏ và diện tích tiếp súc nhỏ: pha 
cứng trên nền mềm, hoặc hạt mềm trên nền cứng để khi làm việc phần mềm bị 
mòn đi thành các ổ chứa dầu. Tổ chức hạt cứng - nền mềm có khả năng cho độ 
ma sát bé hơn loại nền cứng - hạt mềm. 
- ít làm mòn cổ trục thép và chịu đ−ợc áp lực cao: bằng các hợp kim mềm: Sn, Pb, 
Al, Cu... 
Để nâng cao khả năng chịu áp lực: đúc tráng hay gắn ép lên trên máng thép C8s. 
- Tính công nghệ tốt: dễ đúc, khả năng dính bám vào máng thép cao... 
- Rẻ tiền. 
Hợp kim ổ trục ra làm hai nhóm lớn: tuỳ theo nhiệt độ chảy: 
6.3.2. Hợp kim ổ tr−ợt có nhiệt độ chảy thấp: là hợp kim các kim loại dễ chảy: 
Sn, Pb... gọi là babit (babbitt). 
a. Babit thiếc (do Babbitt (ng−ời Anh) tìm ra) 
Dùng làm các ổ tr−ợt quan trọng với tốc độ lớn và trung bình nh− trong tuabin, 
động cơ điêzen. 2 mác: 83%Sn-11%Sb-6%Cu (ΓOCT Б83, UNS L13820) 
 88%Sn-8%Sb-3%Cu-1%(Ni+Cd) (ΓOCT Б88, UNS L13890). 
Tổ chức: nền mềm: dung dịch rắn α - Sn(Sb) (màu xẫm), hạt cứng: pha β' là SnSb 
(mảng sáng đa cạnh) (hình 6.14) và kim Cu3Sn (hay Cu6Sn5), tác dụng chính của 
nó là tránh thiên tích (SnSb do nặng nên có xu h−ớng chìm xuống d−ới, nhờ 
Cu3Sn kết tinh sớm tạo khung ngăn cản). Loại sau với nhiều Sn, ít Sb hơn nên 
Hình 6.12. Hình thái tổ chức 
của hợp kim ổ tr−ợt nền mềm - 
hạt cứng 
 90 
trong tổ chức hầu nh− không có SnSb, vai trò hạt cứng chỉ do Cu3Sn dạng kim, 
dạng sao đảm nhiệm. 
Hình 6.14. Tổ chức tế vi của 
hợp kim babit 
ΓOCT Б83, UNS L13820 
b. Babit chì 
Là hợp kim trên cơ sở Pb với 6 ữ16%Sn, 6 ữ 16%Sb và ~1%Cu 
Tổ chức: nền mềm là cùng tinh (Pb + Sb), hạt cứng: SnSb, Cu3Sn 
2 mác Б6 (với 6%Sn, 6%Sb) và Б16 (với 16%Sn, 16%Sb), trong đó Б16 có nhiều 
hạt cứng hơn, giòn hơn chỉ dùng trong điều kiện không chịu va đập. Б6 đ−ợc dùng 
nhiều hơn để thay Б83, Б88 trong các động cơ xăng, chịu va đập hơn và rẻ hơn. 
Sau đây là các hợp kim ổ tr−ợt có nhiệt độ chảy cao hơn. 
6.3.3. Hợp kim Al 
 Hợp kim Al: ma sát nhỏ, nhẹ, tính dẫn nhiệt cao, bền ăn mòn tốt trong dầu, đặc 
biệt là cơ tính cao hơn, tuy tính công nghệ hơi kém. 
Các mác th−ờng gặp: ΓOCT AO 9-2 (9%Sn, 2%Cu), AA 851.0 (6%Sn, 1%Cu) 
đ−ợc dùng ở trạng thái đúc làm bạc hay ống lót dày > 10mm hoặc bimêtal 
ổ tr−ợt bằng hợp kim Al chịu đ−ợc áp lực cao (200 ữ 300kG/mm2), tốc độ vòng lớn 
(15 ữ 20m/s), dùng nhiều trong động cơ điêzen. 
6.3.4. Các hợp kim khác 
Brông thiếc với các mác CDA 836, ΓOCT БрOЦC5-5-5 (đúc) và CDA 544,ΓOCT 
БрOЦC4-4-4 (biến dạng), trong đó Pb không tan là các hạt mềm, nền cứng là Cu 
hòa tan Sn, Zn. 
Brông chì th−ờng dùng với mác ΓOCT БрC30 (30%Pb), với các phần tử Pb không 
tan là hạt mềm, Cu là nền cứng. 
6.4. Hợp kim bột 
6.4.1. Khái niệm chung 
a. Công nghệ bột 
So sánh công nghệ truyền thống và công nghệ bột: 
VL ban đầu → phối liệu → nấu chảy → đúc → biến dạng → gia công cắt → sản 
phẩm 
VL ban đầu → bột → phối liệu → ép → thiêu kết → sản phẩm 
Tạo bột kim loại hay hợp kim: nghiền (cho vật liệu giòn), phun loại lỏng vào môi 
tr−ờng nguội nhanh (trên tang đồng hay trong n−ớc, khí áp suất cao), hoàn 
nguyên từ ôxyt, điện phân, CVD, PVD, ... 
- Tạo hình: ép, nén d−ới áp suất 100 ữ 1000MPa, tùy theo yêu cầu về khối l−ợng 
riêng. Muốn đ−ợc khối l−ợng riêng lớn và đồng đều phải ép với áp suất lớn và rung 
cơ học, ép nung nhiều lần 
- Thiêu kết: để bột liên kết với nhau, 
nền mềm 
hạt cứng 
kim Cu3Sn 
hạt cứng 
SnSb 
 91 
• Nhiệt độ thiêu kết: Ttk = (2/3ữ3/4)TC (TC là T chảy của cấu tử chính, K). Trong 
quá trình thiêu kết, sản phẩm sẽ co lại, mật độ tăng lên. Có thể kết hợp hai khâu 
ép và thiêu kết bằng cách ép nóng, có thể đạt đ−ợc mật độ cao nhất 
• Thời gian thiêu kết: 15-120 min, dài quá làm hạt thô, cơ tính xấu 
• Môi tr−ờng thiêu kết: chân không hoặc khí bảo vệ : H2, N2, Ar, He, 
Trong tr−ờng hợp thiêu kết nhiều loại bột ta có 2 tr−ờng hợp: có xuất hiện pha lỏng 
và không 
ắ không xuất hiện pha lỏng: 2 loại bột không tạo dung dịch rắn với nhau → bột 
có Tc thấp sẽ kết khối bao quanh bột có nhiệt độ chảy cao (Cu-W). Nếu giữa 
chúng có tạo thành dung dịch rắn, tuỳ theo mức độ thiêu kết (Ttk&τ) có thể 
nhận đ−ợc ddrắn+xốp (Cu-Ni) 
ắ có xuất hiện pha lỏng: Ttk TC của cấu tử nào đó hoặc 
cùng tinh 
Điều kiện: tỷ lệ pha lỏng < 30% thể tích 
Đặc điểm: xít chặt cao, τ thiêu ngắn, sai lệch kích th−ớc lớn