3.1. Bài tập Hợp kim - Cơ bản
Cho các phát biểu sau:
a. Độ cứng của hợp kim thường lớn hơn độ cứng của kim loại nguyên chất.
b. Hợp kim thường dẫn nhiệt và dẫn điện tốt hơn kim loại nguyên chất.
c. Nhiệt độ nóng chảy của hợp kim thường thấp hơn nhiệt độ nóng chảy của kim loại nguyên chất.
d. Liên kết trong đa số tinh thể hợp kim vẫn là liên kết kim loại.
Phát biểu trên Đúng hay Sai?
Hướng dẫn:
ý a,c,d Đúng.
ý b Sai vì Kim loại nguyên chất thì có độ dẫn nhiệt, dẫn điện tốt hơn so với hợp kim của chúng.
Bài 2:
Có 3 hợp kim Cu-Ag ; Cu-Al ; Cu-Zn. Chỉ dùng một dung dịch axit thông dụng và một dung dịch bazơ thông dụng nào để phân biệt được 3 hợp kim trên?
Hướng dẫn:
Cu - Ag [1], cu - Al [2], Cu - Zn [3]
dung dịch HCl, dung dịch H2SO4 [loãng] \[\Rightarrow \left.\begin{matrix} [2] \\ [3] \end{matrix}\right\} \Rightarrow \left\{\begin{matrix} Al \rightharpoonup Al^{3+}+H_2 \\ Zn \rightharpoonup Zn^{2+}+H_2 \end{matrix}\right.\]
Loại phần không tan trong [2], [3] : Cu
\[Al^{3+}: \overset{dd \ NH_3}{\rightarrow} Al[OH]_3 \downarrow\]
\[Zn^{2+}: \overset{dd \ NH_3}{\rightarrow} Zn[OH]_2 \downarrow\rightarrow [Zn[NH_3]_4]][OH]_2\]
D: dung dịch H2SO4[loãng] và dung dịch NH3
Chú ý: nhận biết Zn2+, Al3+ dùng dung dịch NH3.
3.2. Bài tập Hợp kim - Nâng cao
Hòa tan 3 gam một hợp kim Cu - Ag trong dung dịch HNO3 tạo ra được 7,34 gam hỗn hợp hai muối Cu[NO3]2 và AgNO3. Vậy thành phần phần trăm của Cu trong hơp kim là bao nhiêu?
Hướng dẫn:
Bảo toàn nguyên tố Cu, Ag
Ta có hệ phương trình: \[\left\{ \begin{array}{l} 64{\rm{x}} + 108y = 3\\ 188{\rm{x}} + 170y = 7,34 \end{array} \right.\]\[\Rightarrow\left\{ \begin{array}{l} x = 0,03\\ y = 0,01 \end{array} \right.\]
%Cu = 64%
6.2.1. Nhôm
Nhôm là kim loại có một dạng thù hình, có mạng lập phương tâm mặt với thông số mạng a = 4,04 A0, có các tính chất như sau:
- Khối lượng riêng nhỏ [g = 2,7g/cm3].
- Tính dẫn diện và dẫn nhiệt cao, có độ giãn nở nhiệt nhỏ.
- Tính chống ăn mòn cao [vì có màng ôxit Al2O3 xít chặt bảo vệ].
- Nhiệt độ chảy thấp [6600C] có thể làm dễ ràng cho quá trình nấu luyện song các hợp kim nhôm không làm việc được ở nhiệt độ cao. Tính đúc không cao do độ co ngót lớn [lên tới 6%].
- Cơ tính thấp [σb = 6Kg/mm2, HB = 25, δ = 40%] do đó rất dễ biến dạng, tính gia công cắt thấp.
- TCVN 1659-75 quy định ký hiệu nhôm bằng chữ Al và số chỉ % của nhôm, ví dụ Al99, Al99,5.
- Theo tiêu chuẩn AA [Aluminium Association] của Mỹ. Nhôm được ký hiệu AA 1xxx, ba số xxx khi biết sẽ dùng để tra bảng để biết tính chất cụ thể. Ví dụ AA 1100 có 99,00% Al.
- Theo tiêu chuẩn ГOCT của Nga, nhôm nguyên chất được ký hiệu bằng chữ A và số tiếp theo chỉ mức độ sạch. Ví dụ A999 có 99,999% Al; Al995 có 99,995% Al.
6.2.2. Hợp kim nhôm
Hợp kim nhôm được phân làm 2 nhóm chính là hợp kim nhôm biến dạng và hợp kim nhôm đúc.
Theo TCVN hợp kim của nhôm được ký hiệu bằng các ký hiệu hóa học của các nguyên tố và theo sau mỗi ký hiệu là số chỉ hàm lượng theo %. Nếu là hợp kim nhôm đúc, ở cuối cùng ghi thêm chữ Đ.
Theo tiêu chuẩn AA của Mỹ. Hợp kim nhôm được ký hiệu AA xxxx, số đầu tiên có nghĩa như Bảng 6.1, ba số xxx tiếp theo sẽ dùng để tra bảng để biết cụ thể các tính chất.
|
Loại biến dạng |
Loại đúc |
||
|
1xxx |
Al sạch [>99%] |
1xx.x |
Al thỏi |
|
2xxx |
Al-Cu hoặc Al-Cu-Mg |
2xx.x |
Al-Cu |
|
3xxx |
Al-Mn |
3xx.x |
Al-Si-Mg hoặc Al-Si-Cu |
|
4xxx |
Al-Si |
4xx.x |
Al-Si |
|
5xxx |
Al-Mg |
5xx.x |
Al-Mg |
|
6xxx |
Al-Mg-Si |
6xx.x |
Không có |
|
7xxx |
Al-Zn-Mg hoặc Al-Zn-Mg-Cu |
7xx.x |
Al-Zn |
|
8xxx |
Al-các nguyên tố khác |
8xx.x |
Al-Sn |
Bảng 6.1. Ký hiệu nhôm và hợp kim nhôm theo tiêu chuẩn của Mỹ.
a. Đura
v Khái niệm: Là hợp kim nhôm biến dạng điển hình được dùng rộng rãi trong kỹ thuật hàng không.
v Thành phần, tính chất
- Thành phần: là hợp kim chủ yếu của 3 nguyên tố Al-Cu-Mg với Cu < 5%, Mg < 2%. Ngoài ra trong thành phần còn có thêm Fe, Si, Mn.
- Tính chất
+ Nói chung đura có độ bền khá cao nhất là sau khi nhiệt luyện σb=42 - 47 Kg/mm2.
+ Do có độ bền cao và nhẹ [g = 2,8g/cm3] nên đura có độ bền riêng lớn nhất. Độ bền riêng là tỷ số σb/g, trong khi độ bền riêng của đura là 15 - 16 thì của thép CT51 là 6 - 6,5 và của gang là 1,5 - 6.
v Ký hiệu, công dụng
- Ký hiệu: AlCu4Mg [có 95% Al, 4% Cu và 1% Mg] hoặc AA 2014.
- Công dụng: do có độ bền riêng cao nên đura được sử dụng phổ biễn trong kỹ thuật hàng không [kết cấu máy bay, tàu vũ trụ…], giao thông vận tải [dầm chịu lực xe tải, sườn tàu biển…] hoặc làm dụng cụ thể thao…
b. Silumin
v Khái niệm: Là hợp kim nhôm đúc được dùng rộng rãi nhất. Nó là hợp kim được tạo nên từ cơ sở hệ hợp kim Al - Si. Ngoài ra trong thành phần còn có thể có thêm Mg, Mn, Cu, Zn…
v Phân loại: theo thành phần hóa học người ta chia silumin ra làm 2 nhóm:
- Silumin đơn giản
+ Là hợp kim nhôm đúc mà thành phần chính của nó là nhôm và silic [Ví dụ: AlSi13 có 87% Al và 13% Si, theo tiêu chuẩn của Liên Xô là AЛ2 hay theo tiêu chuẩn của Mỹ là AA 423.0 ].
+ Silumin đơn giản có tính đúc rất tốt [độ chảy loãng cao, khả năng điền đầy khuôn lớn, độ nhẵn bề mặt rất cao] nên được dùng để đúc định hình các chi tiết có hình dạng phức tạp. Nhược điểm của nó là có rỗ khí, cơ tính thấp,không có khả năng hóa bền bằng nhiệt luyện. Dạng nhiệt luyện duy nhất đối với nó là ủ ở khoảng 3000C, làm nguội trong không khí. Thường dùng làm vật liệu để đúc các chi tiết máy có hình dáng phức tạp, chịu tải trọng nhẹ.
- Silumin phức tạp
+ Là hợp kim nhôm với 4 - 10%Si và có thêm các nguyên tố hợp kim đặc biệt như Cu, Mg, Zn, Mn… [Ví dụ: AlSi8Mg, AlSi6MgMnCu7, AlSi5MnCu3…]. Do có thêm các nguyên tố hợp kim mà độ bền của silumin phức tạp cao hơn hẳn nhất là sau khi nhiệt luyện. Thường dùng làm các chi tiết máy quan trọng như: thân máy nén, thân nắp động cơ ô tô [AЛ4], pit tông [AЛ26 hay AA 390.0 ].