ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA CƠNG NGHỆ VẬT LIỆU
----oOo----

BÁO CÁO MƠN HỌC
THÍ NGHIỆM KIM LOẠI và HỢP KIM
CBGD : Th.S Nguyễn Tấn Thơng

Sinh Viên : Lương Hồi Nam
MSSV:

V1002019

Lớp :

VL10KL


Bài 1: SƠN KHN
I. Mục đích:
- Trong q trình đúc trong khuôn, kim loại lỏng tiếp xúc với khuôn và tạo nên các
tương tác cơ, nhiệt, nhiệt hóa làm ảnh hưởng đến chất lượng vật đúc. Trong các tương
tác trên, tương tác cơ đóng vai trị rất quan trọng trong công nghệ đúc.
- Dưới tác dụng của một áp lực nào đó( áp lực xác định này phụ thuộc vào sức căng bề
mặt của kim lọai lỏng, chiều cao cột kim loại lỏng…), kim loại lỏng sẽ thâm nhập vào
các lỗ rỗng trên bề mặt khuôn và khi đông đặc, chúng nằm trong hỗn hợp làm khuôn
nhưng vẫn nối liền với vật đúc tạo nên các khuyết tật trên vật đúc và dính khn.
Ngồi ra, kim lọai lỏng cũng tuơng tác với thùng rót, gầu múc…
- Trong q trình nấu luyện
+ Nồi grafit có đặc điểm truyền nhiệt nhanh nhưng cháy hao.

+ Nồi Cacbua - Silic có đặc điểm chịu nhiệt cao, đáp ứng được hầu hết kim loại.
Ít đưa tạp chất vào khi nấu luyện, nhưng truyền và dẫn nhiệt hiểu quả thấp, giá nồi lại
cao.
+ Nồi gang có đặc điểm là rẻ, truyền nhiệt, dẫn nhiệt cao hơn nồi Graphic mà yếu tố
tái sử dụng cao phù hợp với điều kiện kinh tế.
Các phản ứng khi nấu nhôm bằng nồi gang:
FeO + Al = Al2O3 + Fe
H2O + Al = Al2O3 + H2
- Vì thế việc sơn nồi để Fe trong nồi khơng hịa tan trong q trình nấu luyện và chống
dính khi đúc.
- Nội dung bài thí nghiệm này là sơn bề mặt các dụng cụ để bảo vệ dụng cụ. Chống
dính, biến trắng bề mặt (grafit + Fe - Si)
II. Quá trình thực hiện
1. Chuẩn bị dụng cụ:
+ Chuẩn bị dụng cụ, khuôn
+ Mài các dụng cụ cho sạch bề mặt, loại bỏ lớp gỉ, lớp sơn khn trước đó.
+ Sau đó đem nung nóng trong lò ở nhiệt độ khoảng 250 độ C.


2. Chuẩn bị chất sơn
- Sơn gồm dung môi, chất tạo màng, chất độn:
+ Dung mơi: Cần dễ bay hơi,có thể chọn hệ dung môi cồn hoặc hệ dung môi nước,
+ Chất tạo màng: nước thủy tinh
+ Chất độn: bột tal + ZnO, bột graphic.
- Cách pha, thành phần (theo khối luợng) :
+ Nước thủy tinh : 7 – 8 phần
+ Nước : 100 phần
+ Bột tal, ZnO : 25 phần
+ Bột grafit : 30 phần
Chia hỗn hợp bột trên:

+ 1/3 trộn với nước thủy tinh
+ 2/3 trộn đều với dung mơi nước
Đưa 1/3 hỗn hợp lên máy khốy từ , đổ thêm 2/3 lượng còn lại vào. Đợi nhiệt độ tăng
lên khoảng 70 oC
Sau đó đem ra lọc hỗn hợp sơn khuôn.
3. Thao tác sơn khuôn:
+ Lấy dụng cụ cần sơn ra khỏi lò nung, đợi khỏang 1-2 phút để nhiệt độ của dụng cụ
giảm tới nhiêt độ sơn khuôn (150-2000C).
+ Đồng thời khuấy đều sơn.
+ Dụng cụ cần sơn nguội đến 150-2000C thì bắt đầu sơn
Lưu ý khi sơn khuôn:
Sơn đều tay và sơn theo một chiều.
Nên quét thử một diện tích nhỏ truớc để xem nhịêt độ dụng cụ đã đạt yêu cầu hay
chưa.
Quét sơn tới đâu, sơn khơ tới đó là tốt.
III. Kết luận, đánh giá:
- Bề mặt sơn có nhiều dấu bọt khí bị vỡ: Nhiệt độ dụng cụ quá cao, sơn bị quá nhiệt.
- Sơn đọng thành vũng: Sơn không đều tay
-Sơn bị bong, tróc: thành phần sơn chưa đúng hoặc nhiệt độ dụng cụ quá thấp.
- Sơn đạt yêu cầu khi bề mặt sơn đều, đẹp, nhẵn, và khơng bị bong tróc ( có thể thử bằng cách cà vật nhọn lên bề mặt, xung quanh vết cà khơng có cát vết rạn là tốt


Bài 2. NẤU HỢP KIM TRUNG GIAN
I.

Mục đích chính

+ Nấu nhanh, làm cho thành phần của mẻ nấu đồng đều, ít cháy hao hợp kim do tiếp
xúc với môi trường. Các nguyên tố hợp kim có nhiệt độ nóng chảy lớn hơn nhiệt độ
nóng chảy của các kim loại cơ bản.

+ Tăng khả năng khuếch tán của nguyên tố hợp kim trong nhôm
+ Các hợp kim cơ bản khi nấu trong nhôm như : Si, Mn, Cr, Zr, Ti...
+ Những nguyên tố tại nhiệt độ nấu chảy có áp suất hơi cao, đưa vào hợp kim trung
gian để tránh bay hơi.
+ Các nguyên tố có ái lực hóa học mạnh hơn , hoạt tính cao...do đó nên đưa vào hợp
kim trung gian.
II. Chọn thành phần hợp kim trung gian

+ Cao nhất có thể : chọn hợp kim cùng tinh
+ Hợp kim trung gian dễ khuếch tán có nhiệt độ nóng chảy nhỏ hơn 1000 độ C
Thành phần :
Ti - Al : 5%
Cr : 3.5%
Zr : 1.5%
Si : 20 - 25%
Mg : không nên quá cao, khoảng 10 - 12%
* Cách đưa các nguyên tố vào
+ Nguyên tố có tỉ trọng cao hơn Al thì ta thả vào và tự chìm.
+ Ngun tố có tỉ trọng thấp hơn Al thì dùng biện pháp nhúng vào.
+ Các nguyên tố có ái lực hóa học mạnh như Mg thì cách một lớp tương đối dày vfi
dễ tác dụng với Oxi
* Phối liệu
250g Al + 30g Mg
* Thực hiện
+ Bỏ 250g Al vào lò nấu chảy.
+ Khi Al đã chảy lỏng hoàn toàn, ta đưa Mg vào bằng cách dùng chụp , chụp có đục
lỗ thốt khí.
Ta gạt bớt xỉ trên bề mặt, sau đó dùng chụp nhúng Mg vào. Giữ chụp vào sát đáy lò



giữ yên trong 10 - 15 giây. Sau đó di chuyển nhẹ sát đáy lị để Mg hịa tan hồn toàn.
III. Kết quả và đánh giá
Kết quả thu được : 278,45g => tỉ lệ thu được = (278,45/280)*100% = 99,45%.

Bài 3. TRỢ DUNG
I. Mục đích, yêu cầu.
* Loại bỏ tạp phi kim
Tạp phi kim có thể tạo ra trong quá trình nấu
Al/Mg + N2/CO/H2O => Al2O3.H2 (bọt khí H2 dính vào Al2O3)
Ở 660 oC lượng khí hịa tan ở trạng thái rắn lớn hơn trạng thái lỏng là 18.5 lần.
Giải pháp :
+ Hạn chế q trình trên
+ Khống chế khơng cho khí tiết ra
* Che phủ, bảo vệ, chống sự thâm nhập của khí
Tạo ra bề mặt cách ly.
+ Chất hợp kim hóa : tạo ra màng oxit bền chắc, đặc biệt là MgO càng cao thì độ xốp
càng cao.
+ Trợ dung : tạo ra trên bề mặt kim loại lớp thụ động và tạo ra lớp oxit phi kim và các
khí bám vào nó.
* Biến tính
* u cầu của trợ dung
+ Nhiệt độ nấu chảy thấp
+ Chảy loãng tốt nhưng phải đảm bảo dễ cào xỉ
+ Trợ dung không thấm ướt kim loại nhưng thấm ướt tới tạp phi kim ( hấp thụ trên bề
mặt).
+ Tính hút ẩm thấp
+ Điều chỉnh khả năng hòa tan oxit Al2O3 , Mg khi nấu các hợp kim có Mg cao
+ Trợ dung có CaF2 hấp phụ tốt, criolit Na3AlF6 hịa tan oxit Al tốt
+ Trợ dung hấp phụ MgO tốt : KCl.MgCl2 và CaF2
Tỉ trọng của chất trợ dung nhỏ hơn 1.4 lần so với Al lỏng nên nổi lên trên bề mặt.



II. Thành phần trợ dung, quá trình thực hiện
1. Thành phần cơ bản
KCl, Na2F có nhiệt độ nóng chảy thấp, góc thấm ướt nhỏ
NaCl 805 độ C
NaF 992
KCl 772
CaF2 1378
Criolit 935
Cactalit (KCl.MgCl2) 487
2. Trợ dung thường dùng
* Dùng trong hợp kim Al
50% NaCl
30 - 45% KCl
5 -20 % Criolit
* Dùng trong nấu hợp kim Al (Mg < 1%) : Al - Si - Cu
39% NaCl
30% KCl
6.5% Criolit
4.5% CaF2
* Hợp kim có Al - Mg
80% CaNaLi
20% CaF2
Chất tạo xỉ phải khơ vì thế nên sấy trước ở 200 - 250 độ C
3. Yêu cầu khi thực hiện
+ Chất tạo xỉ cho vào khi xuất hiện kim loại lỏng
+ Xỉ biến tính : dùng trục nhúng sâu vào trong kim loại thì độ bề tăng lên 18%
+ Khi sục khí , thêm xỉ khơ vào được làm nóng ở 150 - 200 độ C
* Lượng dùng trợ dung là 1 - 2%

Nếu hòa tan oxit trên bề mặt , dùng khoảng 0.1% để tạo độ dày che phủ khoảng 2 4mm
* Ta có bước thí nghiệm ở hệ xỉ
+ 5 - 10% Criolit ( 20g)
+ 40% KCl ( 80g)
+ 50% NaCl (100g)
Khi lớp xỉ lỏng khoảng 1mm thì ta cho vào NaF


BÀI 4 : NẤU MÁC AL 6063
I. MỤC ĐÍCH & YÊU CẦU
Yêu cầu nấu được thành phần mác Al 6063 như sau :
Fe

Si

Mg

Ti

Cu

<0,35%

0,2-0,6%

0,45-0,9%

%

0,1%


0,33%

0,7%

1%

So sánh tổ chức hạt của Al không biến tính và có biến tính xem có gì khác nhau.
Tính xem có bao nhiêu hạt trên 1 mm2. Chụp tại cùng 1 điểm trên 2 mẫu khác nhau.
II. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Biến tính là biện pháp cơng nghệ đơn giản, rẻ và rất có hiệu quả để nâng cao tính chất
cơ học và tính chất làm việc của hợp kim nhôm. Để làm tăng số lượng tâm mầm kết
tinh nhằm tạo ra hợp kim nhơm có cấu trúc tinh thể nhỏ mịn, cần biến tính chúng bằng
hợp kim trung gian (HKTG) Al-Ti, Al-B hoặc Al-Ti-B.
Các tâm mầm kết tinh là các hợp chất hoá học như Al3Ti và TiB2. Do tổ chức hạt tinh
thể mịn, tính chất của hợp kim nhôm được nâng lên rất đáng kể.
Đối tượng nghiên cứu là hợp kim nhơm biến dạng mác 6063 có thành phần hoá học
(%) : 0,2-0,6 Si; 0,45-0,90 Mg; 0,1-1,0 (Si+Mg), cịn lại Al. Hợp kim nhơm được nấu
trong lị điện trở, có bộ phận điều khiển tự động nhiệt độ của lị.
Hợp kim nhơm được khử khí và tinh luyện bằng khí nitơ trong điều kiện tối ưu. Chất
biến tính được dùng cho nghiên cứu là HKTG Al-Ti
Tác dụng của các nguyên tố hợp kim:
Ti có tác dụng làm nhỏ hạt.
Si có tác dụng làm tăng cơ tính và tăng tính đúc.
Mg có tác dụng làm tăng cơ tính.


Việc đưa các nguyên tố hợp kim Si, Mg, Ti vào Al đều dùng hợp kim trung gian có
thành phần như sau :
Đưa Si vào dùng Al-Si với 18% Si

Đưa Mg vào dùng Al-Mg với 11% Mg
Đưa Ti vào dùng hợp kim trung gian Al-Ti với 4% Ti
Nguyên tố có ái lực hóa học nhỏ cho vào trước như Si, nguyên tố có ái lực hóa học
lớn cho vào sau như Mg, Ti.
Tính tốn phối liệu cho mẻ nấu 250g :


Lượng Al-Si cần thêm vào



Lượng Al-Mg cần thêm vào :
Lượng Al ngun chất cần cho vào

III. TRÌNH TỰ THÍ NGHIỆM
Ta đem cân chính xác lượng phối liệu đã tính ở trên để sang một bên.
Trước tiên ta cho Al nguyên chất vào lò đợi cho Al chảy lỏng.
Sau khi Al đã chảy lỏng ta gạt xỉ qua một bên rồi cho Al-Si vào, dìm các miếng Al-Si
xuống để khoảng chừng 2-3 phút rồi khuấy 2 vòng theo chiều kim đồng hồ và 2 vòng
ngược lại để Si tan đều trong Al.
Tiếp đó ta dùng gầu múc kim loại lỏng đổ ra khuôn chờ nguội và đánh dấu mẫu thứ 1.
Sau đó cho tiếp Al-Ti vào, dìm các miếng Al-Ti xuống để khoảng chừng 2-3 phút rồi
khuấy 2 vòng theo chiều kim đồng hồ và 2 vòng ngược lại để Ti tan đều trong Al.
Tiếp theo ta dùng gầu múc kim loại lỏng đổ ra khuôn chờ nguội và đánh dấu mẫu thứ
2.
Đem 2 mẫu thử trên chụp ảnh tổ chức tế vi và tính xem có bao nhiêu hạt/mm2 ở mẫu 1
(khơng biến tính) và mẫu 2 (có biến tính).


IV. KẾT QUẢ VÀ TRAO ĐỔI THẢO LUẬN

Lượng cân ban đầu : 254,62g
Lượng cân thu hồi : 247,2g
⇨

Cháy hao :

Thành phần các nguyên tố (%) thu được sau mẻ nấu ( có biến tính):

Si

Fe
0,121

Cu
0,007

Mn
0,005

Mg
0,72

Zn
0,02

Ni
0,006

Cr
0,001


Pb
<0,002

Sn
<0,002

Ti
0,125

Ag
0,002

B
0,022

Be
0

Bi
<0,002

Ca
0,004

Cd
0,001

Na
0


P
0

Sr
0

Li
0

Zr
0,001

Co
<0,001

V
0,01

Ga
0,016

Al
98,4

0,580

Từ kết quả phân tích thành phần mẫu, ta có thể thấy hàm lượng các nguyên tố Fe, Si,
Mg, Ti, Cu đều nằm trong mức cho phép của hợp kim Al 6063.
Các vấn đề gặp phải trong lúc làm

thí nghiệm

Nguyên nhân và cách khắc phục

Khi sục khí Ar kim loại lỏng văng
tung tóe lên thành nồi nấu

Nhúng sâu ống thổi khí vào kim loại lỏng và
điều chỉnh áp suất thổi nhỏ lại.


BÀI 5 : TINH LUYỆN KHỬ KHÍ

I. MỤC ĐÍCH & YÊU CẦU
Khử khí trong kim loại nhằm làm tăng độ bền 20-25%, tăng tuổi thọ của chi tiết
từ 2-4 lần.
II. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Khí trong Al chủ yếu là Hidro.
Khí đi vào Al bằng hai cách:
Di truyền trong mẻ nấu.
Trên bề mặt Al ln có màng oxit, khi nấu Al thì các màng oxit đi vào mẻ nấu và
mang theo khí vào. Màng oxit có cơng thức là 8Al2O3.H2O
Với áp suất 10-20 MPa, 1000oK thì xảy ra phản ứng sau :
H2O + Al -> Al2O3 + H2
- Phương pháp khử khí : hấp phụ và khơng hấp phụ
Hấp phụ là dùng khí khác thổi vào kim loại, khí trơ đối với kim loại N2, Ar. Thổi
Ni vào kim loại lỏng ở 700oC, nếu lớn hơn 700oC thì thổi N2 + Ar.
Ta dùng ống thổi khí có đường kính 10-20mm. ở dầu ống có khoan những lỗ nhỏ
có đường kính 1-2mm. ống thổi được để cách đáy lò 50-100mm, lưu lượng khí là
1,5 l/phút.

Trong hai loại khí trên thì dùng khí N2 là kinh tế nhất
Phương pháp hấp phụ thứ 2 : đưa vào chất hấp phụ rắn khử ở thể rắn
Dùng MnCl2 làm chất hấp phụ : MnCl2 + Al -> AlCl3 + [Mn] ,AlCl3 bay hơi ở
183oC
Ta nên tránh phản ứng này : MeCl2 + O2 -> MeO + Cl2 nên cần phải sấy muối
clorua ở 100-200oC khoảng 2-4 giờ trước khi đưa vào kim loại lỏng.


II.III. TRÌNH TỰ THÍ NGHIỆM
Đem cân 0,08-0,1g MnCl2 rồi cho lò sấy ở 2000oC.
Tiếp theo đem cân chất trợ dung gồm 20g KCl + 10g Criolit trộn đều lại với nhau.
Cho Al vào lò nấu đến khi chảy lỏng ta cho chất trợ dung vào để xỉ loãng ra Al
tan vào kim loại lỏng. Vớt xỉ xong ta sục khí Ar vào để trong 5 phút. Sục khí
xong vớt xỉ ra ngay vẫn để kim loại lỏng trong nồi từ 7-15 phút để thốt hết
những bọt khí nhỏ.
Sau đó mới đem đổ khuôn.

BÀI 6 : QUAN SÁT TỔ CHỨC TẾ VI CỦA AL 6063
I. MỤC ĐÍCH & YÊU CẦU
So sánh tổ chức hạt của Al khơng biến tính và có biến tính xem có gì khác nhau.
Tính xem có bao nhiêu hạt trên 1 cm2. Chụp tại cùng 1 điểm trên 2 mẫu khác nhau.
II. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
*Phương pháp hiển vi quang hoc : Là phương pháp dùng kính hiển vi quang học để
xem hình ảnh, tổ chức bề mặt của mẫu vật liệu trong một vùng diện tích nhỏ với độ
phóng đại từ 50, 100, 200, 500, 1000, và 1500 lần.
* Nhờ kính hiển vi quang học ta có thể quan sát đuợc cấu trúc bề mặt của vật liệu
nói chung, tổ chức kim lọai và hợp kim nói riêng
*.Phương pháp dùng kính quang học ( kính hiển vi kim tương ) để đánh giá, phân
tích tổ chức tế vi kim lọai và hợp kim gọi là phương pháp phân tích kim tương (
phương pháp kim tương học ).

* Nhờ kính hiển vi kim tương ta có thể xác định đuợc chủng lọai của vật liệu ( thép,
gang, nhôm, đồng, vv… ) quan sát được tổ chức các pha, sự phân bố các pha, hình
dáng và kích thước của các pha. Ví dụ với gang ta có thể xác định được hình dáng,
kích thước của grafit.Ngịai ra, ta còn thấy được khuyết tật của vật liệu như vết nứt tế
vi, rổ khí, tạp chất, bề dầy lớp thấm, lớp mạ, kích thước hạt trong các pha, nhờ đó ta
có thể đánh giá tính chất, phân tích được tổ chức của vật liệu. Phương pháp này gọi là
phương pháp kim tương định lượng, phân tích kim tương định lượng có vai trị quan
trọng khi xác định cơ tính của kim lọai vì ta có thể đo đựoc kích thước hạt của kim


lọai và hợp kim. Kích thước hạt càng thơ thì độ dẻo và độ cứng càng thấp và ngược
lại hạt càng min thì độ dẻo và độ cứng càng cao.
❖

TÍNH NĂNG THIẾT BỊ : ( kính hiển vi quang học GX51 )

Kính hiển vi quang học chuyên dùng cho ngành vật liệu và luyện kim
- Khả năng vận hành thiết bị : Kính hiển vi quang học dùng để xem hình ảnh, tổ
chức bề mặt của mẫu trong một vùng diện tích nhỏ với độ phóng đại từ 50, 100, 200,
500, 1000, và 1500 lần. Chụp được hình ảnh tổ chức qua máy chụp ảnh kỹ thuật số

- Các dạng vật liệu, mẫu có thể phân tích :
* Vật liệu dạng khô như kim loại, sợi, bột, composite, v.v..
* Mẫu có khối lượng tối đa 01 kg.
- Các thơng sơ phân tich : Với sự kết hợp của phần mềm OLYSA 3, ảnh bề mặt của
mẫu được phân tích và cho biết một số kết quả tuỳ theo chức năng của phần mềm, cụ
thể như sau:
* Xác định kích thước hạt hoặc mẫu tại các vị trí và theo phương bất kỳ.
* Xác định số pha và tỉ lệ mỗi pha có trong tổ chức tế vi của mẫu.
* Thống kê số hạt có trong mẫu với các thơng số hạt kèm theo (diện tích, đường kính,

hình dạng, số lỗ trống,…)
* Đối với gang có graphit : xác định hình dạng graphit, số lượng graphit có trong tổ
chức tế vi của gang.
Các kết quả phân tích trên được thể hiện dưới dạng bảng excel giúp cho kỹ thuật viên
dễ dàng tổng hợp và xử lý số liệu.
- Yêu cầu quy cách mẫu, cách thức chuẩn bị mẫu : Tùy theo vật liệu cần phân
tích:
* Đối với vật liệu dạng bột, sợi ta đặt vật liệu lên trên lamp kính để quan sát
* Đối với vật liệu dạng rắn ta có thể đặt trực tiếp lên bàn để mẫu


* Đối với mẫu kim lọai, hợp kim cần quan sát tổ chức tế vi phải cắt mẫu theo yêu
cầu mục đích nghiên cứu sau đó phải mài mẫu, đánh bóng mẫu, tẩm thực mẫu bằng
hóa chất thích hợp mới xem được tổ chức.
* Cấu tạo : Kính hiển vi quang học gồm những bộ phận sau :
1. Cơ cấu nâng hạ bàn mẫu : Dịch chuyển vị trí thẳng đứng của mẫu đối với vật kính
để thay đổi khỏang cách quan sát.
2. Bàn mẫu và các núm chỉnh dọc ngang: thay đổi vùng quan sát của mẫu.
3. Ống kính : gồm vật kính và thị kính.
4. Núm chỉnh thơ và chỉnh tinh: chỉnh khỏang cách của mẫu cho trùng với mặt phẳng
tiêu diện của vật kính.
5. Vật kính: tạo ảnh thật
6. Thị kính: phóng đại ảnh thật tạo ra do vật kính lên một lần nữa và ảnh này có thể
nhìn thấy bằng mắt khi nhìn vào thị kính
7. Hệ thống chiếu sáng.
Mỗi kính hiển vi quang học có gắn một số vật kính với độ phóng đại khác nhau
*. Cách xem mẫu :
- Xem bề mặt mẫu :
Đặt mẫu lên tấm đỡ mẫu với bề mặt quan sát úp xuống. Nếu mẫu quá nhẹ,mỏng
không tự cân bằng trên tấm đỡ, gắn mẫu vào một tấm đế phẳng (lamp kính ) hoặc đổ

mẫu vào khn nhựa …
-Xem tổ chức tế vi của mẫu kim lọai : Theo những yêu cầu cụ thể của phương pháp
soi kim tương ( cắt mẫu, mài mẫu, đánh bóng mẫu, tẩm thực mẫu )
Đo các thơng số khác ( kích thước hạt, phân bố các pha, tỉ lệ các pha ….), sử dụng
phần mềm OLYSA 3.

III. TRÌNH TỰ THÍ NGHIỆM
* Cách chuẩn bị mẫu để xem tổ chức tế vi của kim lọai :


Để quan sát được tổ chức của kim lọai, hợp kim ta phải mài mẫu, đánh bóng mẫu.
Dựa theo nguyên tắc phản xạ ánh sáng từ bề mặt nhẵn của mẫu qua hai hệ thống vật
kính và thị kính của kính hiển vi quang học. Các tia tới gặp mặt phẳng ngang sẽ phản
xạ lại vng góc với mặt mẫu qua vật kính, thị kính tới mắt nên ta nhìn thấy sáng, các
tia tới gặp mặt nghiêng phản xạ lại sẽ khơng đi vào vật kính khơng tới được mắt nên
ta thấy tối.
Nếu mẫu được mài nhẵn bóng thì tịan bộ ánh sáng được phản xạ lại và ta thấy tồn
màu sáng, trừ một số pha khơng phản xạ ánh sáng như graphit trong gang. Nếu mẫu
đượcc tẩm thực thì vùng biên giới và các pha mềm bị ăn mòn nhanh sẽ lỏm xuống tạo
ra mặt phẳng nghiêng, ánh sáng khơng đi vào vật kính nên có màu tối. Trên kính hiển
vi ta sẽ nhìn được tổ chức của pha sáng, tối và các đường biên giới hạt màu tối.

Chuẩn bị mẫu để xem tổ chức của kim lọai và hợp kim thực hiện theo các bước sau
*Chọn và cắt mẫu :
Việc lấy mẫu phải phục vụ cho mục đích nghiên cứu. Ví dụ : khi muốn quan sát sự
thay đổi tổ chức từ bề mặt vào lõi, ta phải cắt theo tiết diện ngang, còn muốn nghiên
cứu tổ chức dạng thớ, sợi, ta phải cắt theo dọc trục …
Khi cắt mẫu, có thể dùng máy cắt kim lọai như máy tiện , phay… cưa máy, cưa
tay… Các mẫu quá cứng có thể dùng đá mài để cắt, với thép đã tôi , gang trắng, hợp
kim cứng khi cắt bằng đá mài phải chú ý làm nguội trong quá trình cắt ( nhiệt độ khi

cắt không quá 1000C ) nếu không sẽ làm thay đổi tổ chức bên trong của nó.
Nếu mẫu có kích thước nhỏ, mõng, hoặc phải nghiên cứu lớp bề mặt ( thấm carbon,
ăn mòn bề mặt … ) thì mẫu cần phải được kẹp vào các giá hoặc đổ khuôn bao quanh. .
Chất đổ khuôn thường là cácc hợp kim có nhiệt độ chảy thấp như hợp kim:
t nc = 700oC

Bi = 50%

Cd = 10% Pb = 27% Sn = 13%

Bi = 56%

Cd = 18% Pb = 14% Sn = 14% tnc = 560oC

Hợp các chất nhựa dẻo, bakelit ….
*Mài mẫu :


Mẫu sau khi cắt xong được mài thô trên đá mài hoặc giấy nhám từ thô đến mịn. Giấy
nhám thường được đánh số từ nhỏ đến lớn. Số càng lớn thường độ hạt càng mịn. Để
tránh rách giấy nhám khi mài, ta thường vạt mép mẫu.
Giấy nhám phải được đặt lên bề mặt thật phẳng hoặc mặt tấm kính dầy. Bề mặt mẫu
phải áp sát vào giấy. Khi mài tiến hành theo một chiều. Khi bề mặt mẫu tương đối
phẳng, các vết xước song song vào đều nhau. Sau đó, ta quay mẫu đi 900 và lại mài
tiếp, cho đến khi tạo ra bề mặt phẳng mới, các vết xước mới xóa đi các vết xước cũ.
Mỗi loại giấy nhám, ta mài như thế tới 3 ÷5 lần , và lặp lại với các giấy nhám càng
mịn hơn cho đến tờ giấy nhám mịn nhất .Mài thơ cũng có thể tiến hành trên máy. Máy
mài đơn giản là một môtơ trục đứng, trên có gắn một đĩa kim lọai phẳng. Ta lần lượt
dán các giấy nhám từ thô đến mịn lên đĩa cho mô tơ quay để mài. Chú ý không để
nhiệt độ tăng quá nhiệt độ chuyển pha khi mài mẫu ( có thể mài trong nước ).

Giấy nhám dùng trong bài này là P400, P600, P800, P1000, P1200, P1500.
*Đánh bóng mẫu:
Để đánh bóng mẫu, ta tiến hành trên máy đánh bóng. Máy đánh bóng mẫu cũng giống
như máy mài mẫu, thay vì dán tờ giấy nhám lên đĩa, người ta gắn miếng nỉ lên trên,
khi đánh bóng ta phải cho dung dịch mài mẫu lên trên miếng nỉ tránh để miếng nỉ quá
khô làm mẫu bị cháy ; ( dung dịch đánh bóng mẫu thường dùng là Al2O3, Cr2O3,
Parafin, ….).Chú ý khi vật liệu cứng nên dùng vải dầy, nếu vật liệu mềm nên dùng nỉ
mịn. Trong khi đánh bóng mẫu nên thường xuyên quay mẫu 900 như khi mài mẫu và
tốc độ quay chậm để mẫu bóng đều. Đánh bóng mẫu cho đến khi thấy khơng cịn vết
xước trên bề mặt mẫu, không nên đánh mẫu quá lâu, nếu đánh mẫu quá lâu sẽ làm
bong các tổ chức mềm , hoặc hiện tượng nổi các hạt cứng sẽ làm khó khăn khi quan
sát và chụp ảnh. Với những kim lọai rất mềm ( chì, thiếc, kẽm .. .) thường đánh cuối
cùng bằng tay trên vải nhung hoặc dùng máy đánh bóng phải điều chỉnh tốc độ chậm.
Để tránh bị oxyt hóa mẫu, người ta pha vào dung dịch mài các chất thụ động như
NaNO2 , KNO2 …
Sau khi đánh bóng mẫu ta phải rửa thật nhanh và sạch bột mài, rồi đem sấy thật khơ
mẫu
Ngồi phương pháp đánh bóng mẫu thơng dụng, để đánh bóng mẫu đạt chất lượng cao
ta dùng phương pháp đánh bóng điện phân, ngun tắc của đánh bóng điện phân là
hịa tan anod trong dung dịch điện phân dưới tác dụng của dòng điện một chiều .
Đánh bóng điện phân cịn có ưu điểm là rất bóng, tránh được hiện tượng biến dạng
dẻo bề mặt và thời gian nhanh hơn
*Tẩm thực mẫu (trong q trình thí nghiệm khơng có tẩm thực)


Mẫu sau khi đánh bóng đem rửa sạch, thấm và sấy khơ rồi quan trên kính hiển vi. Ta
sẽ thấy được các vết xước khi mài và đánh bóng chưa đạt , các vết nứt tế vi, rổ khí,
xỉ, tạp chất, một số tổ chức như carbit, graphit, chì …
Tẩm thực là quá trình làm hiện tổ chức mẫu , bằng cách dùng hóa chất bơi lên mặt
mẫu làm cho bề mặt mẫu bị ăn mòn, tùy theo vật liệu của mẫu quan sát hoặc yêu cầu

tổ chức nghiên cứu ta sẽ dùng hóa chất thích hợp. Khi tẩm thực biên giới các pha, các
thành phần tổ chức khác nhau thậm chí cùng thành phần tổ chức pha nhưng định
hướng tinh thể khác nhau cũng sẽ bị ăn mòn khác nhau.
Ví dụ muốn xem tinh giới hạt ta dùng phương pháp tẩm thực tinh giới( bằng cách
dùng hóa chất thích hợp ) chủ yếu chỉ ăn mòn biên giới hạt, trong khi bản thân hạt ăn
mịn khơng đáng kể Khi tẩm thực vùng biên giới hạt sẽ bi lõm sâu hơn ở bản thân hạt,
vì ở vùng biên giới hạt bị xô lệch và thường tập trung nhiều tạp chất . Tẩm thực bề
mặt hạt là lọai tẩm thực mà bản thân từng hạt ăn mòn khác nhau. Màu sắc hạt sau khi
tẩm thực phụ thuộc vào nhiều yếu tố. Những chất có tính oxyt hóa mạnh như HNO3,
tạo trên bề mặt tinh thể lớp oxyt hóa dầy, mỏng, lớp oxyt càng dầy thì màu càng đậm.
Sau khi tẩm thực bề mặt mẫu sẽ lồi lõm và màu sáng tối, đậm nhạt khác nhau tương
ứng với các pha và tổ chức ,. Do đó, có thể nhận biết được hình dáng, kích thước và
sự phân bố các pha.
Khi tẩm thực có thể nhúng bề mặt mẫu vào dunh dịch tẩm thực, hoặc dùng đũa thủy
tinh có quấn bơng tẩm dung dịch rồi thoa đều lên mặt mẫu . Thời gian tẩm thực tùy
theo tổ chức và tính chất của từng vật liệu, có thể vài giây, vài phút thậm chí vài
giờ.Có thể dựa vào kinh nghiệm khi quan sát bề mặt mẫu từ màu sáng sang màu tối thì
ta có thể kết thúc tẩm thưc . Nếu để lâu quá mẫu sẽ có màu tối đen khơng quan sát
được. Tẩm thực xong ta phải dùng bông rửa thật sạch bề mặt mẫu dưới vịi nước chảy,
sau đó có thể rửa lại bằng cồn và thấm khô trên giấy lọc hoặc sấy khô bằng máy sấy.
Nếu sau khi tẩm thực, quan sát thấy các đường biên giới hạt đứt đọan là thời gian tẩm
tẩm thực chưa đủ phải tẩm thục lại. Ngược lại đường biên giới quá to đậm, đường
tương phản sáng tối không rõ nét là do thời gian tẩm thực quá lâu hoặc nồng độ dung
dịch tẩm thực cao, ta phải đánh bóng mẫu và tẩm thực lại .
Thành phần và hóa chất tẩm thực cho một số kim lọai thông dụng:
Thành phần dung dịch

Công dụng

Ghi chú



-4% acid HNO3 trong cồn

Gang, thép carbon

-4% acid piric trong cồn

Nt

-20cm3 HCl đđ + 5gCuSO4 +20cm3H2O - Thép bền nóng,
3phần HCl + phần HNO3
Inox
- dung dịch 0.5% HF trong nước
Hợp kim nhôm
-1%HF + 2,5% HNO3 +1,5% HCl
Nt
+95%H2O
-3% FeCl2 trong dung dịch 10% HCl
-2% - 4% HNO3

Hợp kim đồng
Babit và Hợp kim
Magie

IV. KẾT QUẢ VÀ TRAO ĐỔI THẢO LUẬN

Hình ảnh tế vi thu được:

Trước biến tính:


Xem biên giới hạt
Dùng ngay
Nt


Tổ chức hạt Si ( màu đen) trước
biến tính thơ to, phân bố khơng
đều.

Sau biến tính:

Tổ chức hạt Si sau biến tính
nhỏ mịn và phân tán, đồng đều.


Từ hình ảnh thu được ta có thể thấy tác dụng của Ti trong vai trị làm chất biến tính
làm nhỏ hạt Si, làm cho hạt phân bố đồng đều hơn, từ đó nâng cao cơ tính của vật liệu.
BÀI 7: LÀM KHN CÁT SÉT VÀ ĐÚC NHƠM
MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM

I.

II.

-

Làm quen với các dụng cụ để làm khuôn cát sét cũng như thiết bị dung để
nấu nhơm trong phịng thí nghiệm.


-

Biết cách làm những mẫu khn cơ bản.

-

Biết tính toán thời gian cho mẻ nấu ( 10kg ) cũng như cách rót khn

-

Kiểm tra các khuyết tật có thể có trong mẫu đúc.
Q TRÌNH THỰC HIỆN
1. Làm khn
Mẫu ở đây là mẫu một mặt, nằm trong 1 hịm khn. Hịm khn sử
dụng hịm khn vĩnh cửu có chốt định vị.
Đặt mẫu vào hịm khn dưới, cho cát (đã được chuẩn bị trước) vào
khoảng 2/3 hịm khn, nén lại. Khi nén chú ý lực nén phù hợp, không
quá chặt sẽ làm giảm độ thơng khí, khó rút mẫu; cũng khơng nén quá
nhẹ khuôn sẽ không được chắc, khi nhấc khuôn lên sẽ bị vỡ khn. Nén
cát từ ngồi vào trong, chú ý nén chặt phần gần thành hịm khn để khi
nhấc khuôn không bị vỡ. Tiếp tục cho cát vào đầy hịm khn và nén
lại.
Lật hịm khn và đặt hịm khn trên lên, gắn chốt định vị.
Đặt cốc rót và cho cát vào, thao tác giống như đối với hòm khn dưới.
Sau khi đã nén chặt hịm khn trên, tiến hành lấy cốc rót và làm lỗ
thơng khí.
Tháo chốt và lấy hịm khn trên ra, tạo rãnh dẫn ở hịm khn dưới.
Sau khi tạo rãnh dẫn, đặt hịm khn trên vào và gắn chốt, để khuôn
khô.
2. Nấu nhôm

Cho các thỏi nhơm ( khối lượng ~10kg) vào nồi nấu, bật lị và tiến hành
nấu.


3. Tiến hành rót khn
Sau khi nhơm đã chảy có màu sáng trắng ánh xanh, tiến hành rót khn.
Dùng gáo múc nhơm lỏng và rót vào cốc rót. Khi rót chú ý phải chính
xác, tốc độ rót hợp lí để hạn chế mang khí vào vật đúc.
Để nguội.

III. KẾT QUẢ VÀ NHẬN XÉT

Do thiết bị mới được sử dụng lần đầu nên chưa tính tốn được thời gian nấu
hợp lí.
Hầu hết các mẫu đều bị khuyết tật như lõm co, cháy dính cát cơ nhiệt, đứt
gãy, khơng điền đầy khn…
Ngun nhân có thể là do khơng đặt đậu ngót, kết cấu vật đúc chưa phù
hợp, khuôn không được sấy kĩ cũng như sơn khn trước khi rót…
Có thể khắc phục bằng cách thiết kế thêm đậu ngót ở những vùng khó bù
co, thiết kế vật đúc sao cho q trình đơng đặc là có hướng, thiết kế lại rãnh
dẫn sao cho kim loại lỏng có thể điền đầy khn, sấy và sơn khn trước
khi rót.