TOM TẮT: Bài báo trình bày một số kết quả nghiên cứu xác định các tính chất công nghệ của hợp kim nhôm biến dạng АМц và những thay đổi tổ chức, cũng như tính chất của hợp kim АМц tro
Trang 1KHẢO SÁT CÁC TÍNH CHẤT CÔNG NGHỆ CỦA HỢP KIM NHÔM АМц
CHO CÁC ỨNG DỤNG ĐẶC BIỆT Phùng Tuấn Anh 1 , Kim Xuân Lộc 2
1 Khoa Cơ khí - Học viện Kỹ thuật Quân sự
2 XN59/Z127 - Tổng cục CNQP Phường Quang Trung, thành phố Thái Nguyên, tỉnh Thái Nguyên
Email: Phungtuananhmta@gmail.com
TOM TẮT:
Bài báo trình bày một số kết quả nghiên cứu
xác định các tính chất công nghệ của hợp kim
nhôm biến dạng АМц và những thay đổi tổ chức,
cũng như tính chất của hợp kim АМц trong quá
trình tạo phôi Kết quả thực nghiệm cho thấy, nhiệt
độ đúc phôi và ủ đồng đều hóa thành phần hợp
kim АМц được xác định khoảng (700±10) o
C và (560±5) o C tương ứng Hợp kim АМц chịu gia công
biến dạng nguội rất tốt, mức độ biến dạng nguội
lên đến trên 70% Với mức độ biến dạng nguội 70%, so với trạng thái ủ, độ cứng hợp kim tăng từ 35,1 HV3 lên đến 68,6 HV3, còn độ dẫn điện giảm
từ 45,6% IACS xuống 36,8% IACS Các kết quả đạt được là cơ sở để nghiên cứu chế tạo các bán thành phẩm dạng tấm, thanh cán hoặc dây chuốt nguội ứng dụng trong cơ khí chế tạo máy, công nghiệp hóa chất, kỹ thuật điện, đặc biệt là các chi tiết sử dụng trong lĩnh vực quân sự (dây vi sai…)
Từ khóa: hợp kim nhôm АМц, đúc, ủ đồng đều hóa, biến dạng nguội, độ cứng, độ dẫn điện
1 ĐẶT VẤN DỀ
Các hợp kim nhôm hệ Al-Mn là các hợp kim không
hóa bền được bằng nhiệt luyện, có cơ tính cao
hơn nhôm nguyên chất do được hợp kim hóa
thêm Mn, Si Fe, Mg, Ca,… Các hợp kim hệ này
kết hợp được đô bền vừa phải, khả năng gia công
tạo hình, khả năng hàn vảy, chống ăn mòn và dẫn
nhiệt tốt và được sử dụng rộng rãi trong kỹ thuật
cơ khí, kỹ thuật điện, hóa chất, quân sự,… [1-5]
Trong số các hợp kim hệ Al-Mn, hợp kim trên cơ
sở hai nguyên tố Al và Mn được nghiên cứu phổ
biến nhất là hợp kim АМц theo tiêu chuẩn Nga
Mặc dù có nhiều ưu điểm và được ứng dụng khá nhiều trong thực tế song các nghiên cứu về hợp kim này được công bố không đầy đủ và rõ ràng Bài báo này tiến hành khảo sát thực nghiệm xác định các tính chất công nghệ của hợp kim nhôm biến dạng АМц và đánh giá khả năng gia công chế tạo của hợp kim này trong sản xuất thực tiễn ở Việt Nam
2 THỰC NGHIỆM
Thành phần hóa học của hợp kim АМц được quy định trong tiêu chuẩn ГОСТ 4784-97 (Nga), cụ thể như trong Bảng 1
Bảng 1 Thành phần hóa học của hợp kim АМц (ГОСТ 4784-97)
Thành phần hóa học, % (khối lượng)
Nguyên tố
Riêng Tổng
Hợp kim АМц được tính toán và nấu luyện trong lò
điện trở trên cơ sở vật tư sẵn có trong nước bao
gồm nhôm thỏi A7, hợp kim trung gian
Al-10Mn Thành phần hóa học hợp kim АМц sau nấu luyện (hợp kim nghiên cứu) được cho trong Bảng 2
Trang 2Bảng 2 Thành phần hóa học của hợp kim АМц nghiên cứu Hợp kim nghiên
cứu Si Fe Cu Thành phần, % (khối lượng) Mn Mg Zn Ti V Al
Nhiệt độ rót đúc hợp kim được xác định nằm trong
khoảng (700±10)oC Sau ủ đồng đều hóa, hợp kim
được cắt thành các mẫu có kích thước 60x10x6
mm (dài x rộng x dày) và tiến hành biến dạng cán
nguội với các mức độ biến dạng khác nhau và xác
định sự thay đổi độ cứng, độ dẫn điện cũng như
sự thay đổi tổ chức tế vi của hợp kim Các thiết bị
thực nghiệm bao gồm lò nấu kim loại màu
(Nabertherm - Đức), máy đo độ cứng Vickers
Wilson Wolpert (Trung Quốc), thiết bị đo điện trở
Megger DLRO10 (Anh)
3 KẾT QUẢ VA THẢO LUẬN
Hợp kim sau đúc được thường được ủ đồng nhất
thành phần ở nhiệt độ (560±5)oC [3,6-8] Nhiệt độ
ủ đồng nhất với hợp kim nhôm АМц nghiên cứu
được lựa chọn cụ thể là (560±5)o
C Sau ủ đồng nhất, độ cứng của hợp kim đạt khoảng 35,1 HV3
Tổ chức tế vi hợp kim АМц sau ủ đồng nhất được
cho trên Hình 1 Theo [3,5], trên nền dung dịch rắn
màu sáng là các hạt pha MnAl6 màu tối phân bố
trên biên giới hạt Hầu hết các hạt pha MnAl6 khá
nhỏ mịn, bên cạnh đó vẫn có một số hạt thô to
Hình 1 Tổ chức tế vi hợp kim АМц sau ủ đồng
nhất ở nhiệt độ (560±5)o
C trong 6 h
Tiến hành biến dạng bằng phương pháp cán
nguội các tấm mẫu hợp kim АМц với các mức độ
biến dạng khác nhau từ (10-70)% Sự phụ thuộc
độ cứng của hợp kim vào mức độ biến dạng nguội
được chỉ ra trên Hình 2 Kết quả thực nghiệm cho
thấy, độ cứng của hợp kim tăng lên theo mức độ
biến dạng Với mức độ biến dạng nguội 70%, khả năng mẫu bị nứt và phá hủy vẫn chưa xảy ra Điều
đó cho thấy khả năng gia công biến dạng nguội rất cao của hợp kim nhôm АМц Độ cứng của hợp kim sau biến dạng cán nguội 70% từ trạng thái ủ tăng từ 35,1 HV3 lên đến 68,6 HV3
Hình 2 Sự thay đổi độ cứng của hợp kim АМц
sau biến dạng cán nguội Khảo sát độ dẫn điện của hợp kim cho thấy, độ dẫn điện giảm dần theo mức độ biến dạng Sự phụ thuộc của độ dẫn điện vào mức độ biến dạng được chỉ ra trên Hình 3 Biến dạng dẻo làm tăng khuyết tật mạng tinh thể, làm nhỏ hạt dẫn đến sự gia tăng biên giới hạt, làm tăng mức độ cản trở sự chuyển động của các hạt mang điện, do đó làm giảm tính dẫn điện của hợp kim [9-12]
Hình 3 Sự thay đổi độ dẫn điện của hợp kim АМц
sau biến dạng cán nguội
Tổ chức tế vi của hợp kim АМц sau biến dạng
nguội với các mức độ biến dạng 40 và 70% được
cho trong Hình 4 và 5 Giản đồ nhiễu xạ tia X của
hợp kim sau biến dạng 70% được cho trong Hình
6 Với mức độ biến dạng càng tăng, hạt càng bị kéo dài theo phương biến dạng Tổ chức tế vi của hợp kim chỉ chứa pha MnAl6 phân tán trên nền dung dịch rắn của nhôm
Trang 3Hình 4 Tổ chức tế vi của hợp kim АМц sau biến
dạng cán nguội 40%
Hình 5 Tổ chức tế vi của hợp kim АМц sau biến
dạng cán nguội 70%
Hình 6 Giản đồ nhiễu xạ tia X của hợp kim АМц sau biến dạng cán nguội 70%
4 KẾT LUẬN
Hợp kim nhôm АМц sau đúc ở (700±10)o
C và ủ đồng nhất ở nhiệt độ (560±5)oC có tính dẻo khá
tốt, chịu được gia công biến dạng nguội với mức
độ biến dạng lên đến 70% Độ cứng của hợp kim
tăng lên theo mức độ biến dạng, nhưng độ dẫn
điện lại giảm xuống Với mức độ biến dạng nguội
70%, độ cứng và độ dẫn điện hợp kim đạt 68,6
HV3 (tăng so với 35,1 HV3 ở trạng thái ủ) và 36,8
%IACS (giảm so với 45,6 %IACS ở trạng thái ủ)
Tổ chức tế vi chỉ bao gồm một pha nền dung dịch
rắn và pha phân tán MnAl6 Các kết quả này là
cơ sở bước đầu để nghiên cứu chế tạo các bán
thành phẩm dạng thanh cán, tấm cán hoặc dây
chuốt nguội ứng dụng trong các lĩnh vực chế tạo
máy, kỹ thuật điện, công nghiệp hóa chất và trong
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1 Parson, N., and R Ramanan Optimising AA3003 for extrudability and grain size control Extrusion Technology for Aluminum
Profiles Foundation, 2008
2 Lacaze, J., S Tierce, M.C Lafont, Y Thebault,
N Pebere, G Mankowski, C Blanc, H
Robidou, D Vaumousse, and D Daloz Study
of the microstructure resulting from brazed aluminium materials used in heat exchangers
Materials Science and Engineering A, 2005, 413-414, pp 317-321
Trang 4AA 3003 and AA 3004 Mater Sci
Tech 3 (1987) 1019-1024
4 Hsin-Wen Huang, Bin-Lung Ou and Cheng-Ting
Recrystallization and Precipitation Behavior of
3003 Aluminum Alloy Materials Transactions,
Vol 49, No 2 (2008) pp 250-259
5 M Pokova, M Cieslar, J Lacaze Enhanced
AW3003 Aluminum Alloys for Heat
Exchangers WDS'11 Proceedings of
Contributed Papers, 2011, Part III, pp
141-146
6 Ney Jose Luiggi Isothermal Precipitation of
Commercial 3003 Al Alloys Studied by
Thermoelectric Power Metallurgical and
Materials Transactions B, Vol 28B (February
1997), pp 125-133
7 Patent CA 2725837 A1 Al-Mn based aluminium
alloy composition combined with a
homogenization treatment Publication date:
Dec 17, 2009
8 Patent EP 2305397 A2 Homogenization and heat-treatment of cast metals Publication
date: Apr 6, 2011
9 Nguyễn Khắc Xương Vật liệu kim loại màu Hà
Nội: NXB KHKT, 2003
10 Калачев Б.А., Ливанов Б.А., Елагин В.И
обработка цветных металлов и сплавов
М.: МИСиС, 2005 г
11 B D Long, M Umemoto, Y Todaka, R
Othman, H Zuhailawati Fabrication of high strength Cu–NbC composite conductor by high pressure torsion Materials Science and
Engineering A 528 (2011) 1750-1756
12 B D Long, R Othman, M Umemoto, H
Zuhailawati Spark plasma sintering of mechanically alloyed in situ copper–niobium carbide composite Journal of Alloys and
Compounds 505 (2010) 510-515
DETERMINING TECHNOLOGICAL PROPERITES OF AMts (АМц)
ALUMINUM ALLOY FOR SPECIAL APPLICATIONS
ABSTRACT
In this paper, the results of determining
technological properties and the changes in
microstructure and properties of AMts aluminum
alloy are reported The experimental results
showed that, casting and homogenizing
temperatures of AMts aluminum alloy were at
temperature of (700±10) o C and (560±5) o C,
respectively Alloy has an excellent ductility, and
can be subjected to cold rolling of 70% in
reduction By cold-rolling degree of 70%, the alloy
hardness increases from 35.1 HV3 to 68.6 HV3, whereas electrical conductivity decreases from 45.6% IACS to 36.8% IACS as compared to the alloy in annealed condition These results are the basic to manufacture semi-finished products, including plates, sheets, rods and wires, which can
be used for mechanical engineering, electrical engineering, chemical industry, especially in the
military field
Keywords: АМts aluminium alloy, casting, homogenizing, cold rolling, hardness, electrical conductivity