09/2010
1
Chương 3. Hợp kim và giản đồ pha
Chương 3. Hợp kim và giản đồ pha
3.1 Các khái niệm cơ bản về hợp kim
3.2 Giản đồ pha hai cấu tử
3.3 Giản đồ pha Fe – C
09/2010
2
3.1 Các khái niệm cơ bản về hợp kim
3.1.1 Khái niệm về hợp kim
a) Khái niệm: Hợp kim là hợp chất giữa các nguyên tố kim
loại hay kim loại với á kim, mang tính chất của KL – nền
VD: Thép: Fe + C, Mn, Si, Cr…
Đura: Al + Cu, Mg
b) Ưu điểm: Độ bền, độ cứng, tính chống mài mòn cao
hơn; tính công nghệ tốt hơn, nhiệt luyện hóa bền tốt hơn
và rẻ hơn
3.1 Các khái niệm cơ bản về hợp kim
3.1.1 Khái niệm về hợp kim
c) Các khái niệm cơ bản:
- Pha: phần đồng nhất về: thành phần hóa học, cơ tính,
hóa lý tính, có cấu trúc tinh thể xác định. Giữa các pha
phân cách nhau bởi biên giới pha
-Cấu tử: là các nguyên tố (hoặc hc hóa học bền vững) tạo
nên pha trong hợp kim
-Hệ: tập hợp các pha, có thểởtrạng thái cân bằng hoặc
không cân bằng
+ (1): giả cân bằng
+ (2): không cân bằng
+ (3): cân bằng ổn định

A
-d
B
⎥/d
A
< 15%(>15% không tồn tại)
Điều kiện để hòa tan vô hạn:
- Cùng kiểu mạng tinh thể
- Δd < 8%
-Số điện tử hóa trị như nhau
- Tính âm điện gần như nhau
09/2010
4
3.1 Các khái niệm cơ bản về hợp kim
3.1.2 Dung dịch rắn
b) Dung dịch rắn xen kẽ
- Các nguyên tử hòa tan nằm ở vị trí xen kẽ (lỗ hổng) trong
mạng tinh thể dung môi (r
B
≤ r
lh
)
- Bán kính nguyên tử hòa tan nhỏ, giới hạn hòa tan thấp
Các đặc tính của dung dịch rắn:
-Có đặc trưng cơ lý hóa tính của
kim loại
-Mạng tinh thể bị biến dạng
-Tăng độ cứng, độ bền so với kim
loại nguyên chất
-B tăng: tăng cứng, bền; dẻo giảm

-Xác định bậc tự do: F = C – P + 1 (F: Số bậc tự do, C: số
cấu tử, P: số pha)
1
2
3
3.2 Giản đồ pha của hệ hai cấu tử
Quy tắc đòn bảy: xác định tỉ lệ các pha, tổ chức
trên giản đồ pha: M
α
.X
α
= M
β
.X
β
Thành phần, %B
09/2010
6
3.2 Giản đồ pha của hệ hai cấu tử
a) Giản đồ pha loại 1: Giản đồ pha hệ hai cấu tử không có
bất kỳ tương tác nào (Pb-Sb)
-aEb: Đường lỏng
-cEd: Đường đặc
- a, b nhiệt độ chảy
của A và B
-E điểm cùng tinh
-Phản ứng cùng tinh:
L → (A + B)
3.2 Giản đồ pha của hệ hai cấu tử
b) Giản đồ pha loại 2: Giản đồ pha hệ hai cấu tử tương tác

α
Nhiệt độ
a
b
m
n
09/2010
7
3.2 Giản đồ pha của hệ hai cấu tử
c) Giản đồ pha loại 3: Giản đồ pha hệ hai cấu tử tương tác
và hòa tan có vô hạn vào nhau ở trạng thái rắn
Ví dụ: Pb-Sn, Cu-Ag
-aEb: đường lỏng
-acEdb: đường đặc
- α = A(B),
- β = B(A)
-E: điểm cùng tinh:
L →α+ β
A
B
Lỏng (L)
L+β
α
Nhiệt độ
β
α+β
a
E
b
cd

A
m
B
n
L+A
m
B
n
L+A
m
B
n
A+A
m
B
n
B+A
m
B
n
c
Tách thành hai giản đồ pha 2 cấutử loại1
09/2010
8
3.3 Giản đồ pha (GĐP) Fe-C (Fe-Fe
3
C)
3.3.1 Tương tác giữa Fe và C
-Tạo dung dịch rắn xen kẽ:
+Fe

0
C): δ = Fe
δ
(C), %C
max
= 0,1%, 1139
0
C
-Tương tác hóa học giữa Fe và C: Fe
3
C (%C = 6,67%)
r
4m
= 0,291r
nt
= 0,036nm
Fe: r
nt
= 0,124nmC: r
nt
= 0,077nm
r
8m
= 0,414r
nt
= 0,052nm
3.3 Giản đồ pha Fe-C (Fe-Fe
3
C)
3.3.2 Các tổ chức một pha và hai pha

0,8
→ [α
0,02
+ Xe
6,67
]
3.3 Giản đồ pha Fe-C (Fe-Fe
3
C)
3.3.2 Các tổ chức một pha và hai pha
b) Các tổ chức một pha
- Ferit (F, α):
+ Dung dịch rắn hòa tan của C trong Feα
+Giới hạn hòa tan 0,02%C tại 7270C
+Tổ chức hạt sáng đa cạnh
- Austenit (A, γ):
+ Dung dịch rắn hòa tan của C trong Feγ
+Giới hạn hòa tan 2,14%C tại 1147
0
C, 0,8 tại
727
0
C
+Tổ chức hạt sáng, đường song tinh
- Xemantit (Fe
3
C, Xe):
+Xe
I
: sinh ra từ trạng thái lỏng, dạng tấm thô to

C)
3.3.3 Phân loại thép và gang theo GĐP
a) Khái niệm: Thép và gang là hợp kim của Fe-C (Mn, Si, P, S…tạp
chất)
- Thép: %C < 2,14%
- Gang: %C > 2,14%
b) Đặc điểm:
- Thép có tổ chức một pha
γ khi nung nóng (trên
đường GSE), có độ dẻo
cao dễ biến dạng
- Tính đúc của thép thấp
- Gang không đạt trạng
thái một pha γ khi nung
nóng nên giòn cứng, khó
gia công biến dạng
- Gang có tính đúc tôt
09/2010
11
3.3 Giản đồ pha Fe-C (Fe-Fe
3
C)
3.3.2 Các tổ chức một pha và hai pha
c) Phân loại thép và gang theo GĐP
Thép theo GĐP: có 3 loại
- Thép trước cùng tích: %C < 0,8%
+Tổ chức: P + F(sáng)
- Thép cùng tích: %C = 0,8%
+Tổ chức 100% P: Ptấm, Phạt
- Thép sau cùng tích: 0,8% < %C < 2,14%

09/2010
12
3.3 Giản đồ pha Fe-C (Fe-Fe
3
C)
3.3.2 Các tổ chức một pha và hai pha
A
3
= 727 + 230(0,8-x)
0
C; A
cm
= 727 + 313(y-0,8)
0
C;x, y là %C)
d) Các điểm tới hạn: tương ứng với các điểm
chuyển biến pha trong thép A
1
, A
3
, A
cm
-A
1
: đường PSK (727
0
C), ứng với chuyển
biến γ→P [F + Xe], có trong mọi thép
-A
3

cm
> Ar
cm