Ch−¬ng I Hµn kim lo¹i

1.1 Kh¸i niÖm chung

1.1.1 Kh¸i niÖm

Hµn kim lo¹i lµ mét ph−¬ng ph¸p nèi liÒn c¸c chi tiÕt l¹i víi nhau thµnh mét khèi kh«ng thÓ th¸o rêi ®−îc b»ng c¸ch: • Nung kim lo¹i vïng hµn ®Õn nhiÖt ®é nãng ch¶y sau khi ®«ng dÆc ta ®−îc mèi

liªn kÕt v÷ng ch¾c gäi lµ hµn nãng ch¶y;

• HoÆc cã thÓ nung chóng ®Õn nhiÖt ®é cao nhá h¬n nhiÖt ®é nãng ch¶y cña kim

lo¹i ®ã (®èi víi kim lo¹i dÎo th× cã thÓ kh«ng nung) råi dïng lùc lín Ðp chóng

dÝnh ch¾c vµo nhau gäi lµ hµn ¸p lùc;

• Cã thÓ dïng kim lo¹i trung gian nãng ch¶y råi nhê sù hoµ tan, khuyÕt t¸n kim

lo¹i hµn vµo vËt hµn mµ t¹o nªn mèi ghÐp gäi lµ hµn v¶y. HiÖn nay cßn cã thÓ

dïng keo ®Ó d¸n c¸c chi tiÐt l¹i víi nhau ®Ó t¹o nªn c¸c mèi nèi ghÐp; • Ngoµi ra ta cßn cã thÓ dung keo kim lo¹i ®Ó d¸n chung dÝnh ch¾c vµo nhau gäi lµ

d¸n kim lo¹i.

1.1.2 øng dông :

Hµn kim lo¹i dãng mét vai trß rÊt quuan träng trong qu¸ tr×nh gia c«ng, chÕ

t¹o vµ söa ch÷a phôc håi c¸c chi tiÕt m¸y.Hµn kh«ng chØ thÓ dïng ®Ó nèi ghÐp c¸c kim lo¹i l¹i víi nhau mµ cßn øng dông ®Ó nèi c¸c phi kim lo¹i hoÆc hæn hîp kim lo¹i víi phi kim lo¹i. Hµn cã mÆt trong c¸c ngµnh c«ng nghiÖp, trong ngµnh y tÕ hay trong c¸c ngµnh phôc håi söa ch÷a c¸c s¶n phÈm nghÖ thuËt,...

1.1.3 §Æc ®iÓm cña hµn kim lo¹i

a. TiÕt kiÖm kim lo¹i

• So víi t¸n ri vª, hµn kim lo¹i cã thÓ tiÕt kiÖm tõ 10 - 15 % kim lo¹i (do phÇn

®inh t¸n, phÇn khoa læ) vµ ch−a kÓ ®Õn ®é bÒn kÐªt cÊu bÞ gi¶m do khoan læ.

H. 1-1 So s¸nh mèi ghÐp nèi hµn vµ t¸n rivª

• So víi ®óc : TiÕt kiÖm kho¶ng 50 % kim lo¹i do mèi hµn khi hµn kh«ng cÇn

hÖ th«ng ®Ëu h¬i, ®Ëu ngãt, bªn c¹nh ®ã chiÒu dµy vËt ®óc lín h¬n vËt hµn,... • TiÕt kiÖm kim lo¹i quý hiÕm : VÝ dô khi chÕ t¹o dao tiÖn ta chØ cÇn mua vËt

liÖu phÇn c¾t gät lµ thÐp dông cô cßn phÇn c¸n ta sö dông thÐp th−êng CT38 SÏ

cã gÝ thµnh rÎ mµ vÉn tho¶ m·n c¸c yªu cÇu kü thuËt.

b. §é bÒn mèi hµn cao, mèi hµn kÝn, chÞu ®−îc ¸p lùc c. ThiÕt bÞ ®¬n gi¶n, gi¸ thµnh h¹

d. Nh−îc ®iÓm Tæ chøc kim lo¹i vïng mèi hµn kh«ng ®ång nhÊt, tån t¹i øng suÊt vµ biÕn d¹ng sau khi hµn.

1.2 - Ph©n lo¹i c¸c ph−¬ng ph¸p hµn

2 III

KG/mm

II

I

IV

Tnc

T oC

H ×nh 1-2 S¬ ®å ph©n lo¹i c¸c ph−¬ng ph¸p hµn

I - Vïng hµn nãng ch¶y; II - Vïng hµn ¸p lùc, II Vïng hµn h¹n chÕ IV- Vïng kh«ng thÓ t¹o thµnh mèi hµn ®−îc

Hµn nãng • Hµn hå quang ®iÖn, ch¶y • Hµn khÝ,

• hµn b»ng c¸c chïm tia, • Hµn ®iÖn xû, • Hµn nhiÖt,...

Hµn kim lo¹i

• Hµn ®iÖn tiÕp xóc,

Hµn ¸p lùc • Hµn siªu ©m,

• Hµn cao tÇn, • Hµn næ, • Hµn ma s¸t, • Hµn khuyÕch tan, • Hµn khÝ - Ðp

Hµn v¶y • Hµn nguéi

. . .

H×nh 1-2 S¬ ®å ph©n lo¹i c¸c ph−¬ng ph¸p hµn

Ch−¬ng 2 Qóa tr×nh luyÖn kim khi hµn nãng ch¶y

2.1 Qu¸ tr×nh luyÖn kim khi hµn nãng ch¶y

Khi hµn nãng ch¶y nhiÖt ®é vïng hµn trung b×nh lµ 1700 - 1800 oC. ë tr¹ng

th¸i nhiÖt ®é cao kim lo¹i láng chÞu sù t¸c ®éng m¹nh cña m«i tr−êng xung quanh vµ c¸c nguyªn tè cã trong thµnh phÇn que hµn vµ thuèc bäc que hµn; Kim lo¹i mèi hµn ë tr¹ng th¸i láng vµ mét phÇn bi bay h¬i. Trong vïng mèi hµn x¶y ra nhiÒu qu¸ tr×nh nh− « xy ho¸, khö « xy, hoµn nguyªn vµ hîp kim ho¸ mèi hµn, qu¸ tr×nh t¹o xû vµ tinh luyÖn ,... C¸c qu¸ tr×nh ®ã phÇn nµo t−¬ng tù nh− nh÷ng qu¸ tr×nh luyÖn kim nªn ng−êi ta gäi qu¸ tr×nh nµy lµ qu¸ tr×nh luyÖn kim khi hµn nh−ng x¶y ra trong mét thÓ tÝch nhá vµ thêi gian ng¾n.

Xû, thuèc bäc que hµn: FeO, MnO,

SiO2,...

M«i tr−¬ng khÝ.

C¸c nguyªn tè cã trong vËt hµn vµ que

hµn : [Fe], [FeO], [Si], [Mn],...

H×nh 2 - 1 S¬ ®å nh÷ng yÕu tè ¶nh h−ëng ®Õn chÊt l−îng mèi hµn

¶ nh h−ëng cña «xy

¤xy cã trong c¸c m«i tr−¬ng xung quanh nh− kh«ng khÝ, h¬i n−íc, Co2,

H2O, vµ trong c¸c çit kim lo¹i, trong líp xØ khi hµn,...

¤xy cã t¸c dông m¹nh víi c¸c nguyªn tè : Fe, Mn, Si, C, ... kÕt qu¶ sÏ lµm

thay ®æi thµnh phÇn vµ tÝnh chÊt cña kim lo¹i mèi hµn. VÝ dô :

Fe + O ----> FeO

Fe + O ----> 2FeO 2

Mét phÇn c¸c «xit s¾t nh− trªn sÏ ®i vµo xØ, mét phÇn sÏ trén lÉn víi kim lo¹i

mèi hµn do kh«ng tho¸t ra ngoµi kÞp. Mèi hµn cã lÉn xØ sÏ lµm cho c¬ tÝnh gi¶m m¹nh.

Trong m«i tr−êng xung quanh còng cßn cã nhiÒu chÊt khÝ cã ¶nh h−ëng ®Õn

chÊt l−îng mèi hµn nh− hydro., Nit¬, l−u huúnh, phèt pho,...

Hydro: cã trong h¬i n−íc, trong c¸c lo¹i khÝ b¶o vÖ hoÆc do bÞ ph©n huû

c¸c chÊt trong qu¸ tr×nh hµn sÏ hoµ tan vµo mèi hµn vµ g©y nªn rç khÝ. §èi víi thÐp vµ hîp kim nh«m, hy dro lµ nguyªn nh©n chñ yÕu g©y nªn rç khÝ.

L−u huúnh lµ chÊt g©y nªn nøt nãng cho mèi hµn Phèt pho g©y nªn nøt nguéi cho mèi hµn

Trong vïng mèi hµn x¶y ra qu¸ tr×nh khö «xy. Cã thÓ tãm t¾t theo c¸c d¹ng ph¶n øng sau:

[FeO] + (Si) --> [Fe] + (SiO2)

[ ] - Thµnh phÇn c¸c chÊt ®i vµo kim lo¹i;

( ) - Thµnh phÇn c¸c chÊt ®i vµo trong xû ;

[FeO] + (Mn) --> [Fe} + (MnO 2) [FeO] + (SiO2 --> (FeO.SiO2) FeS + Mn -- > MnS + Fe

FeS + MnO --> MnS + FeO

Fe 3P + FeO ---> (P2O5) + 9 Fe CaO + P 2O5 --> Ca3P2O8

C¬ tÝnh cña vËt liÖu

σ AH σ

% O 2

H×nh 2 - 2 S¬ ®å ¶nh h−ëng cña o xy ®Õn c¬ tÝnh mèi hµn [13]

¶nh h−ëng cña mét sè chÊt khÝ ®Õn c¬ tÝnh mèi hµn (nh− h×nh 2 - 3)

σ B N2 %δ Ak

O N2 N2 2

% O % O 22

% N % N 22 % O 2

% N 2

H×nh 2 - 3 ¶nh h−ëng cña mét sè chÊt khÝ ®Õn c¬ tÝnh mèi hµn [13]

2.2 Vòng hµn vµ ®Æc ®iÓm cña nã.

Khi hµn, d−íi t¸c dông cña nguån nhiÖt, vïng kim lo¹i nãng ch¶y t¹o nªn

mét vòng hµn. Kim lo¹i ë ®©y lµ hæn hîp c¸c nguyªn tè cña kim lo¹i c¬ b¶n vµ kim lo¹i vËt liÖu hµn. Vòng hµn ®−îc chia ra 2 vïng chÝnh: vïng ®Çu vµ vïng ®u«i vòng hµn.

a/ b/

H. 2-4 S¬ ®å mèi ghÐp hµn (a) vµ t¸c dông cña nguån nhiÖt khi hµn hå quang

(b)

II I B

3 2 1

H. 2-5 S¬ ®å ®−êng hµn vµ vÞ trÝ vòng hµn

I - Vïng ®Çu vòng hµn; II - Vïng ®u«i vòng hµn

1 - Vïng cã nhiÖt ®é kh«ng x¸c ®Þnh 2- Vïng cã nhiÖt ®é kho¶ng 1800 oC; 3 - Vïng cã nhiÖt ®é gÇn nhiÖt ®é nãng ch¶y (kho¶ng 1500 oC)

Qu¸ tr×nh kÕt tinh cña mèi hµn

• Mèi hµn kÕt tinh trong ®iÒu kiÖn phÇn ®Çu vòng hµn lu«n bÞ nung nãng bëi nguån

nhiÖt hµn cßn vïng ®u«i th× ®−îc nguéi dÇn.

• Kim lo¹i vòng hµn lu«n chuyÓn ®éng; • 3 ThÓ tÝch vòng hµn nhá kho¶ng 0,2-0,4 cm. • Thêi gian kim lo¹i mèi hµn tån t¹i ë tr¹ng th¸i láng nhá,; • Tèc ®é lµm nguéi lín

2.3. Tæ chøc kim lo¹i mèi hµn vµ vïng cËn mèi hµn

Sau khi ®«ng ®Æc, kim lo¹i mèi hµn sÏ cã thµnh phÇn kh¸c so víi kim lo¹i c¬ b¶n. D−íi t¸c dông cña nhiÖt ®é æ chøc kim lo¹i mèi hµn còng ®−îc chia thµnh nhiÒu vïng kh¸c nhau.

Tæ chøc kim lo¹i mèi hµn phô thuéc ph−¬ng ph¸p hµn, kim lo¹i vËt hµn, vµ chÕ ®é hµn. Tæ chøc kim lo¹i vïng mèi hµn vµ gÇn mèi hµn ®−îc chia ra 7 vïng kh¸c nhau : Vïng mèi hµn, vïng viÒn ch¶y, vïng ¶nh h−ëng nhiÖt gåm cã c¸c vïng : vïng qu¸ nhiÖt, vïng th−êng ho¸, vïng kÕt tinh l¹i kh«ng hoµn toµn vïng kÕt tinh l¹i, vïng dßn xanh.

Vïng mèi hµn (1) :

Cã thµnh phÇn kim lo¹i hæn hîp gi−ua vËt hµn, thuèc hµn vµ que hµn. Tæ chøc cã d¹ng kÐo dµi vÒ t©m mèi hµn (theo h−¬ng kÕt tinh)Vïng gÇn viÒn ch¶y cã tæ chøc h¹t nhá mÞn do tèc ®é t¶n nhiÖt nhanh; vung trung t©m cã lÉn nhiÒu t¹p chÊt do kÕt tinh sau cïng.

Vïng viÒn ch¶y (2) :

Vïng nµy kim lo¹i nãng ch¶y kh«ng hoµn toµn. Thµnh phÇn kim lo¹i mèi hµn cã lÉn c¸c nguyªn tè cña que hµn vµ thuèc hµn. Do cã sù t¸c dông qua l¹i gi÷a pha long vµ pha ®Æc nªn trong mèi hµn cã thÓ lÉn c¸c t¹p chÊt. H¹t tinh thÓ vïng nµy nhá, cã c¬ tÝnh tèt. Vïng nµy tån t¹i 2 pha láng cã chhiÒu réng vïng nµy nhá kho¶ng 0,1- 0,3 mm rÊt khã ph©n biÖt chóng nªn gäi chung lµ vïng viÒn ch¶y. Vïng ¶nh h−ëng nhiÖt :

Lµ vïng cã nhiÖt ®é thÊp h¬n nhiÖt ®é nãng ch¶y nh−ng cã tæ chøc vµ tÝnh chÊt thay ®æi d−íi t¸c dông cña nhiÖt ®é. ChiÒu réng vïng nµy phô thuéc chiÒu dµy vËt hµn, nguån nhiÖt, chÕ ®é hµn, ph−¬ng ph¸p hµn,... (xem b¶ng 1.1)

B¶ng 1 -1 Ph−¬ng ph¸p hµn ChiÒu Tæng chiÒu réng vïng Trong ®ã chiÒu réng

dµy (mm) ¶nh h−ëng nhiÖt (a) mm vïng qu¸ nhiÖt (mm)

Hµn khÝ 3 12-13 4 - 7 Hµn khÝ 10 25 - 30 10 - 12 Hµn ®iÖn 10 3 - 5,5 1 - 2 Vïng qu¸ nhiÖt (3) o T = 1100 ... 1200 C

Vïng th−êng ho¸ (4) Cã T 〉 AC3

Cã nhiÖt ®é kho¶ng o (880...1100 C),cã chiÒu réng kho¶ng 0.2 ... 5 mm cã tæ chøc h¹t nhá, c¬ tÝnh tèt.

Vïng kÕt tinh l¹i kh«ng hoµn toµn (5) : cã nhiÖt ®é kho¶ng T = 720 ... 880

Tø lµ n»m trong kho¶ng AC1 - AC3, nªn cã thÓ x¶y ra qu¸ tr×nh chuyÓn biÕn «stenit vÒ tæ chøc pÐclÝt vµ martenxit cho nªn cã thµnh phÇn ho¸ häc vµ c¬ tÝnh kh«ng ®ång nhÊt, c¬ tÝnh bÞ gi¶m.

Vïng kÕt tinh l¹i (6) : o T = 500 ... 700 C

Tæ chøc kim lo¹i gièng vËt hµn nh−ng ®é cøng gi¶m, tÝnh dÎo t¨ng

Vïng dßn xanh (7) : o cÜ T = 100 ... 500 C Tæ chøc kim lo¹i Ýt bÞ thay ®æi nh−ng do kh«ng khÝ x©m nhËp vµo nªn c¬ tÝnh gi¶m, tån t¹i øng suÊt d−, kim lo¹i bÞ ho¸ giµ, khi thö kÐo mÉu hay bÞ ®øt vïng nµy.

I

II

III

H×nh 2 - 6 S¬ ®å c¸c vïng cña mèi hµn (I- Vïng cã nhiÖt ®é cao , II- Vïng cã nhiÖt ®é cao h¬n T nãng ch¶y, III- Vïng cã nhiÖt ®é nhí h¬n nhiÖt ®é nãng ch¶y)

ToC

% C

σ B

H×nh 2 - 7 Tæ chøc kim lo¹i vïng mèi hµn vµ cËn mèi hµn.

[13