TƯ VẤN LẮP ĐẶT - VẬN HÀNHNgày: 30-08-2024 bởi: Hoàng Thúy
TÌM HIỂU VỀ CẤU TẠO CHI TIẾT CỦA KIM LOẠI VÀ HỢP KIM
Kim loại và hợp kim là chất liệu quan trọng để sản xuất ra các sản phẩm phụ tùng máy công trình. Hãy cùng Phúc Long tìm hiểu về cấu tạo của hai loại vật chất này nhé.
1. Cấu tạo của kim loại
Theo định nghĩa, kim loại là một loại vật chất có đặc tính sáng, dẻo, có thể rèn dưới một mức độ nhiệt độ nhất định, có khả năng dẫn điện và dẫn nhiệt cao.
Đặc điểm cấu tạo mạng tinh thể:
- Kim loại tồn tại ở thể rắn trong điều kiện thường và áp suất khí quyển
- Hình vẽ dưới đây mô tả cấu tạo mạng tinh thể
Mạng tinh thể chính là mô hình hình học mô tả sự sắp xếp các nguyên tử trong không gian
Mạng tinh thể gồm nhiều mặt đi qua các nguyên tử, các mặt này gọi là mặt tinh thể luôn song song và cách đều nhau.
Đây được gọi là ô cơ sở, được coi là hình khối nhỏ nhất, có cách sắp xếp chất điểm đại diện chung cho mạng tinh thể.
Các kiểu mạng tinh thể
Mạng lập phương thể tâm: Đây là mạng mà các nguyên tử nằm ở các đỉnh và ở tâm của khối lập phương (minh họa ở dưới). Một số kim loại có cấu tạo mạng này như Fe, W, Cr, V, Mo
Mạng lập phương diện tâm: các nguyên tử nằm ở các đỉnh và giữa (tâm) các mặt của hình lập phương. Một số kim loại có cấu tạo mạng này như: Ni, Cu, Pb, Al,... Các kim loại nguyên chất có kiểu mạng này như: Feg, Cu, Ni, Al, Pb…
Lục giác xếp chặt: Đây là mạng bao gồm 12 nguyên tử nằm ở các đỉnh, 2 nguyên tử nằm ở giữa và 2 mặt đáy của hình lăng trụ lục giác, 3 nguyên tử nằm ở khối tâm của 3 lăng trụ tam giác cách đều nhau. Một số ví dụ như Zn, Mg
Qua đó, chúng ta có thể thấy một khối kim loại là tập hợp của các mạng tinh thể mà trong đó các nguyên tử sắp xếp theo một quy luật nhất định.
Như vậy có thể xem một khối kim loại nguyên chất là tập hợp vô số các mạng tinh thể (hạt tinh thể) được sắp xếp hỗn độn, mạng tinh thể lại gồm vô số các ô cơ sở và dạng của từng ô cơ sở tùy thuộc vào kiểu mạng của kim loại đó.
Đặc điểm thù hình của kim loại
Một kim loại có thể có nhiều kiểu mạng tinh thể khác nhau phụ thuộc và áp suất và nhiệt độ. Mỗi thù hình được kí hiệu bằng các kí tự như α, β, γ, δ… Khi kim loại chuyển từ thù hình này sang thù hình kia thì nó sẽ có sự thay đổi về tính chất bên trong và thể tích. Điều này ảnh hưởng rất nhiều tới cách sử dụng.
Chúng ta lấy ví dụ về kim loại sắt, bình thường, sắt ở thể rắn. Tuy nhiên khi được nung ở những nhiệt độ khác nhau thì sắt sẽ thay đổi thành ba kiểu mạng tinh thể, tương ứng với 3 mức nhiệt độ (≤ 911 độ C, 911 – 1392 độ C, ≥ 1392 độ C), được kí hiệu lần lượt là Feα, Feg, Feδ. 3 mức biển đổi này sẽ làm cho sắt có những đặc tính khác nhau, ảnh hưởng tới ứng dụng.
Sơ đồ thù hình của sắt ở 3 mức nhiệt độ
2. Cấu tạo của hợp kim
Hợp kim là một loại vật chất có chứa nhiều nguyên tố (khác với kim loại là chỉ 1 nguyên tố) nhưng lại có tính chất như kim loại
So với kim loại thì hợp kim có nhiều ưu điểm hợp
- Thích hợp dùng trong chế tạo cơ khí vì đặc tính độ bền cao, tuổi thọ sử dụng lâu dài trong khi vẫn đáp ứng được độ dẻo, độ dai.
- Áp dụng gia công hay công nghệ dễ dạng hơn: Nếu như kim loại khó gia công đúc hay cắt, nhiệt luyện thì hợp kim lại có thể đáp ứng được điều đó, có thể gia công áp lực ở trạng thái nguội hay nóng, hoặc nhiệt luyện nâng cao độ cứng.
- Giá thành rẻ hơn, trong quá trình sản xuất, hợp kim không phải khử các tạp chất triệt để như kim loại.
Cấu tạo của hợp kim
Tình chất của hợp kim phụ nhiều vào thành phần (tức là các kim loại) cấu tạo nên chúng. Khi ở dạng lỏng, các nguyên tố hòa tan vào nhau. Nhưng khi làm nguội, thể rắn sẽ tạo ra các tổ chức pha của hợp kim khác nhau, tùy thuộc vào công thức và các tổ chức pha, như sau:
- Các nguyên tố có tác dụng hòa tan ở trạng thái rắn - dung dịch rắn
- Các nguyên tố có tác dụng hóa học ở trạng thái rắn – hợp chất hóa học
- Tổ chức có từ hai kiểu mạng tinh thể trở lên, gọi là tổ chức hai pha, giữa các pha có tác dụng cơ học với nhau – hỗn hợp cơ học
Dung dịch rắn
Là dạng cấu tạo mà nguyên tử của các nguyên tổ được sắp xếp trong cùng một kiểu mạng, có hai loại khác nhau, bao gồm dung dịch rắn thay thế và dung dịch rắn xen kẽ
- Dung dịch rắn thay thế: Nguyên từ của nguyên tổ hòa tan (B) thay thế cho nguyên tử của nguyên tố dung môi (A)
- Dung dịch rắn xen kẽ: Nguyên tử của nguyên tố hòa tan (B) xen kẽ ở khoảng hở của nguyên từ trong dung môi A
Đặc điểm của dung dịch rắn là có độ bền và độ cứng thấp nhưng độ dẻo và độ dai lại cao, nên để khắc phục, nhà sản xuất thường sử dụng công nghệ nhiệt luyện để nâng cao độ bền, độ cứng.
Hợp chất hóa học
Một số loại hợp kim được tạo thành do sự liên kết giữa các nguyên tố theo một tỷ lệ nhất định, người ta gọi đây là hợp chất hóa học. Mạng tinh thể của loại này khác với mạng tinh thể thành phần nên có thể có nhiều dạng hợp chất khác nhau. Ví dụ cùng là Cu và Zn có thể cho ra nhiều loại hợp chất như CuZn, CuZn3,…
Hợp chất hóa học có độ cứng cao, độ dòn cao do kiểu mạng tinh thể phức tạp đồng thời có nhiệt độ phân hủy cao
Hỗn hợp cơ học
Ngoài 2 dạng trên, hợp kim còn một dạng là các nguyên tổ chỉ liên kết với nhau bằng lực cơ hợp, được gọi là hỗn hợp cơ học. Dạng liên kết này không làm thay đổi mạng nguyên tử của nguyên tố. Đặc tính của loại hợp kim này phụ thuộc và cơ tính của các pha tạo thành, tức là tỉ lệ cấu tạo cũng như cơ tính của nguyên tố thành phần.
Zalo