1

VÍ DỤ VÀ BÀI TẬP VỀ GIẢN ĐỒ PHA VÍ DỤ A. Xét hợp kim 40% Si – 60% Al (% khối lượng) tại 700 oC trên giản đồ

1. Xác định % khối lượng pha lỏng L và pha rắn β (gần đúng) a) 25% L và 75% β b) 20% L và 80% β c) 75% L và 25% β d) 80% L và 20% β % Khối lượng pha lỏng L = %L = MB/AB = 6/8 = 75 % % Khối lượng pha rắn β = %β = MA /AB = 2/8 = 25% 2. Xác định thành phần pha lỏng của trường hợp trên a) 20% Si và 80% Al b) 25% Si và 75% Al c) 80% Si và 20% Al d) 75% Si và 25% Al Từ điểm A hạ đường thẳng vuông góc với trục hoành. Thành phần pha lỏng L là 20% Si và 80 % Al. 3. Xác định khối lượng tổ chức cùng tinh a) 12,6% b) 31,4% c) 68,6% d) 88,8% Tại điểm N tách ra lỏng L (tổ chức cùng tinh tại điểm I) và rắn β (điểm J) % khối lượng của tổ chức cùng tinh tại điểm I:

2%LE = (99,83-40)/(99,83-12,6) = 68,6 % 4. Xác định bậc tự do của hợp kim trên tại 700 oC a) -1 b) 0 c) 1 d) 2

C: số cấu tử = 2 P: số pha = 2 = lỏng L + rắn β F = 2 – 2 + 1 = 1

5. Phản ứng cùng tinh trên giản đồ ở 577 oC là a) L12,6%Si → α1,65%Si + β99,83%Si b) L12,6%Si → (α1,65%Si + β99,83%Si) c) L12,6%Si → [α1,65%Si + β99,83%Si] d) L12,6%Si → (α40%Si + β60%Si) 6. Bản chất pha α a) Dung dịch rắn xen kẽ b) Dung dịch rắn thay thế c) Pha trung gian d) Pha liên kết kim loại B. Cho giản đồ pha hệ Sn – Pb như sau

7. Xét hợp kim 46% Sn –54% Pb. Ở 44 oC hệ tồn tại ở dạng pha a) L + α b) L c) α + β d) L + β Điểm A: α + β 8. Xét hợp kim 77% Sn –23% Pb. Ở 190 oC hệ tồn tại ở dạng pha

3

a) L + α b) L c) α + β d) L + β Điểm B: L + β 9. Xét hợp kim 25% Sn –75% Pb. Ở 200 oC dạng pha tồn tại và thành phần của nó là a) α = 17 % Sn - 83 % Pb; L = 55.7 % Sn – 44,3 % Pb b) L = 25 % Sn - 75 % Pb; α = 25 % Sn - 75 % Pb c) α = 17 % Sn - 83 % Pb; β = 55.7 % Sn – 44,3 % Pb d) α = 18,3 % Sn – 81,7 % Pb; β = 97,8 % Sn – 2,2 % Pb Điểm C: L + α, với α 17 % Sn; L = 55.7 % Sn

10. Xét hợp kim 40% Sn –60% Pb. Ở 150 oC tỷ lệ khối lượng các pha sẽ là a) 66 % α + 34 % β b) 34 % α + 66 % β c) 10 % α + 90 % β d) 2 % α + 98 % β

Điểm D: %6610984098% =

−−

=α , % β = 34 %

11. Hợp kim tạo thành từ 1,25 kg Sn và 14 kg Pb ở 200 oC sẽ có các pha và thành phần a) α = 17 % Sn - 83 % Pb; L = 55.7 % Sn - 44.3 % Pb 68,6% b) L = 25 % Sn - 75 % Pb; α = 25 % Sn - 75 % Pb c) α = 17 % Sn - 83 % Pb; β = 55.7 % Sn - 44.3 % Pb d) α với Cα = 8,2 % Sn – 91,8 % Pb

%8,912,8100Pb%

%2,81425,1

25,1Sn%

=−=

=+

=

Điểm E, 100% α với Cα = 8,2 % Sn – 91,8 % Pb 12. Xét hợp kim 15% Sn –85% Pb. Ở 100 oC dạng pha tồn tại và thành phần của nó là a) α = 17 % Sn - 83 % Pb; L = 55.7 % Sn – 44,3 % Pb 68,6%

4

b) L = 25 % Sn - 75 % Pb; α = 25 % Sn - 75 % Pb c) α = 5 % Sn - 95 % Pb; β = 98 % Sn – 2 % Pb d) α = 18,3 % Sn – 81,7 % Pb; β = 97,8 % Sn – 2,2 % Pb Điểm F: α và β, α = 5 % Sn; β = 98 % Sn C. Cho giản đồ pha hệ Cu– Ag như sau

13. Cho hợp kim 60 % Cu – 40 % Ag a) Xét quá trình nguội của hợp kim này b) Vẽ sơ đồ hình thành cấu trúc trong quá trình kết tinh ở trạng thái cân bằng c) Xác định thành phần khối lượng của tổ chức cùng tinh và của các pha α, β trong hợp kim ở nhiệt độ 779 oC khi nguội (đã chuyển biến cùng tinh)

Giải: c) %1,500,89,71

0,840)%( =−−

=β+α

α sơ cấp là %9,49%1,50%100% =−=α

α trong cùng tinh là %6,11%1,50x0,82,919,712,91% =

−−

=α

% α = α sơ cấp + α trong cùng tinh = 49,9 + 11,6 = 61,5 % % β = 100 % - 61,5 % = 38,5 %

Cách 2: Phần khối lượng của tổ chức cùng tinh We bằng với phần khối lượng của pha lỏng WL

%1,500,89,71

0,840QP

PWW Le =−−

=+

==

Phần khối lượng của α sơ cấp, Wα

%9,490,89,71

409,71QP

QW ' =−−

=+

=α

Phần khối lượng của pha α tổng, Wα (cả α sơ cấp và α cùng tinh)

5

%5,610,82,91

402,91RQP

RQW =−−

=++

+=α %5,38

0,82,910,840

RQPPW =

−−

=++

=β

14. Vẽ tổ chức tế vi của các pha sau đây trong giản đồ hợp kim Cu-Ag a) 40 % kl Ag ở 900 oC, 780 oC, 778 oC b) 71,9 % kl Ag ở 778 oC c) 95 % kl Ag ở 779 oC, 500 oC

6

BÀI TẬP GIẢN ĐỒ PHA 1. Cho giản đồ pha hệ hai cấu tử dưới đây

a) Xác định bậc tự do của hệ tại điểm E và nêu ý nghĩa của trị số bậc tự do tại E b) Viết phản ứng cùng tinh tại E khi làm nguội từ lỏng c) Tính lượng pha α và β trong cùng tinh tại E’

2. Cho giản đồ pha 2 cấu tử A và B hòa tan có hạn ở trạng thái lỏng

a) Hãy điền sự tồn tại của các pha trong những khu vực trống của giản đồ b) Khi Hợp kim có thành phần 60% A và 40 % B (thành phần khối lượng) thì ở nhiệt độ

150 oC tồn tại những pha nào? Xác định thành phần của chúng

7c) Vẽ tổ chức tế vi của trường hợp trên

Cho giản đồ pha hệ Cu– Ag như sau

3. Đối với hợp kim Cu-Ag có chứa 80 % kl Cu, hãy xác định thành phần pha lỏng, pha rắn và phần trăm khối lượng của chúng khi hợp kim được làm nguội đến 900 oC. Đáp số: 65 % α, 35 % lỏng L 4. Đối với hợp kim Cu-Ag có chứa 71,9 % kl Ag, hãy xác định thành phần các pha có mặt và phần trăm khối lượng của chúng khi hợp kim được làm nguội đến (i) 780 oC, (ii) 778 oC, (iii) nhiệt độ phòng. Đáp số: (i) 100% L (ii) 23% α, 77 % β (iii) 28% α, 72 % β 5. Một hợp kim Cu-Ag chứa 40 % kl Ag Xác định thành phần các pha có mặt và phần trăm khối lượng của chúng khi hợp kim được làm nguội đến (i) 780 oC (ii) 778 oC Đáp số: (i) 50 % α, 50 % lỏng L (ii) α tổng (8 % Ag), β (91,2 % Ag); 50 % α sơ cấp và 50 % tổ chức cùng tinh (α +β)

8 Cho giản đồ pha hệ Fe-C

9

7. Độ tan cực đại của cacbon trong austenite lớn gấp bao nhiêu lần trong ferrite? Các độ tan cực đại này ứng với nhiệt độ bao nhiêu? Đáp số: Độ tan cực đại của cacbon trong γ là 1,7 % ở 1148 oC Độ tan cực đại của cacbon trong α là 0,02 % ở 723 oC Do đó độ tan cực đại của cacbon trong γ lớn gấp 1,7/0,02 = 85 lần trong α. 8. Phải gia nhiệt đến nhiệt độ tối thiểu là bao nhiêu để thép có (a) 0,4 % C (b) 0,8 % C có cấu trúc hoàn toàn là autenite Đáp số: (a) 810 oC (b) 723 oC 9. a) Tính % khối lượng của các pha có mặt trong thép có 0,2 %; 0,4%; 0,6%; 0,8%; và 1,4 % C nếu chúng được làm nguội chậm từ vùng austenite đến 724 oC b) Lặp lại câu a nếu chúng được làm nguội chậm từ vùng austenite đến 722 oC Đáp số: a) Làm nguội đến 724 oC Hợp kim 0,2 % C: 77 % α, 23 % γ Hợp kim 0,4 % C: 51 % α, 49 % γ Hợp kim 0,8 % C: 100 % γ Hợp kim 1,4 % C: 10 % Fe3C, 90 % γ b) Làm nguội đến 722 oC Hợp kim 0,2 % C: 77 % proeutectic ferrite α, 23 % pearlite (α + Fe3C) Hợp kim 0,4 % C: 51 % proeutectic ferrite α, 49 % pearlite (α + Fe3C) Hợp kim 0,8 % C: 100 % pearlite (α + Fe3C) Hợp kim 1,4 % C: 10 % proeutectic Fe3C, 90 % pearlite (α + Fe3C)

1010) Một loại thép có tổ chức tế vi là 100 % pearlite. a) Hỏi % cacbon tổng cộng là bao nhiêu? b) Xác định thành phần các pha của pearlite ở 722 oC và ở nhiệt độ phòng Đáp số: a) 0,8 % C b) Ở 722 oC pearlite có α (0,02 % C) và Fe3C (6,7 % C). Ở nhiệt độ phòng thì α là Fe nguyên chất và Fe3C (6,7 % C) vẫn giữ nguyên 11) Một loại thép được làm nguội đến 722 oC có tổ chức tế vi gồm 25 % pearlite và 75 % ferrite sơ cấp. Tính thành phần của hợp kim? Đáp số: 0,22 % Cacbon 12) Một loại thép được làm nguội đến 722 oC có tổ chức tế vi gồm 90 % pearlite và 10 % cementite Fe3C sơ cấp. Tính thành phần của hợp kim? Đáp số: 1,4 % Cacbon