LỰA CHỌN hợp KIM NHÔM để NHIỆT LUYỆN

CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 KHÁI QT VỀ NHƠM1 Nhơm kim loại nhóm III, số thứ tự 13 bảng tuần hồn Mendeleev Cấu hình điện tử nhơm là: 1s22s22p63s23p1 Thế ion hóa điện tử lớp 3p nhỏ, khoảng 5,98 cV Điều giải thích nhơm lại dẫn điện tốt Nhơm có khả dẫn nhiệt tốt Nhơm có trọng lượng riêng 2700 kg/m 3, nhiệt độ nóng chảy 660⁰C, độ dẫn nhiệt 20⁰C 210 W/m.⁰C điện trở riêng 0,028.10-6Ω.m Nhơm dẻo bền, thí dụ sau cán nguội, nhơm 99,996% có độ bền khoảng 114 Mpa độ dãn dài khoảng 5,5% Sau ủ, độ bền nhơm cịn 48 Mpa độ dãn dài tăng đến 48% Nhiệt độ kết tinh lại nhôm phụ thuộc vào lượng tạp chất mức độ biến dạng Nhôm 99,994% sau biến dạng 40%, bắt đầu kết tinh lại 150⁰C kết thúc 270⁰C Ở nhiệt độ thường, nhôm bao bọc màng oxit nhơm Al2O3, có cấu trúc xít chặt, với chiều dày khoảng 40 - 100A Do cấu trúc xít chặt liên kết bền với nhơm kim loại phía bên trong, màng oxit có tác dụng bảo vệ chống ăn mòn tốt gây thụ động hóa mạnh nhiều mơi trường điện ly Bởi vậy, nhôm nguyên chất dùng làm lớp bọc chi tiết làm việc điều kiện ăn mòn mơi trường điện ly có độ pH khoảng Trong kỹ thuật cịn áp dụng cơng nghệ anot hóa nhằm tạo màng oxit nhơm xít chặt để bảo vệ nhôm hợp kim nhôm hiệu Trong nhôm sạch, tạp chất đáng ý sắt silic Lượng sắt nhơm q 0,05% sinh hợp chất FeAl 3, hình kim giòn Hợp chất làm giảm độ dẻo giảm khả chống ăn mịn nhiều Silic nhơm kết hợp với sắt tạo thành pha liên kim α(AlFeSi) kết tinh dạng khung xương β(AlFeSi) hình kim thơ to, làm giảm độ dẻo nhơm Do pha có điện cực khác so với nhôm nền, nhôm có chứa tạp chất sắt silic có tính chơng ăn mịn nhiều Có thể hạn chế tác hại sắt cách cho thêm Nguyễn Hữu Dũng, HỢP KIM ĐÚC, Nhà xuất khoa học kỹ thuật Hà Nội download by : skknchat@gmail.com vào nhơm lượng nhỏ mangan để hình thành pha liên kim AlFeSiMn dạng hạt tập trung, ảnh hưởng đến tính dẻo Trong kỹ thuật, nhơm phân loại theo TCVN 1659-75 sau Bảng 1.1 Thành phần nhôm TCV TT 10 11 1.2 PHÂN LOẠI HỢP KIM NHƠM Nhơm ứng dụng nhiều lĩnh vực cơng nghiệp khác đặc tính nhẹ khả chống ăn mịn tốt, như: đóng tàu, bồn chứa, ô-tô, hàng không nhiều kết cấu thông dụng khác Tùy theo ứng dụng cụ thể mà lựa chọn loại nhôm phù hợp Với đặc tính thành phần hóa học khác nhau, loại nhơm có ứng xử khác hàn Vì vậy, việc phân loại nhơm để hiểu rõ đặc tính loại việc quan trọng, từ có lựa chọn vật liệu hàn thích hợp để tạo mối hàn có chất lượng mong muốn Phụ thuộc vào chất nguyên tố hợp kim hóa thành phần chúng mà giản đồ có thay đổi khác Nhưng chia làm hai loại : hợp kim nhôm biến dạng hợp kim nhôm đúc download by : skknchat@gmail.com Hình 1.1 Giản đồ hợp kim nhôm2 1.2.1 Hợp kim nhôm biến dạng3 Chúng chia làm hai phân nhóm nhỏ khơng hóa bền nhiệt luyện hóa bền nhiệt luyện Nhóm Nguyên Tố hợp kim 1xxx Al 2xxx Al + Cu 3xxx Al + Mn 4xxx Al + Si 5xxx Al + Mg 6xxx Al + Mg + Si 7xxx AL + Zn 8xxx Nguyên tố khác Hợp kim nhơm biến dạng, khơng hóa bền nhiệt luyện có tổ chức dung dịch rắn nhiệt độ, khơng có chuyển biến pha nên khơng thể hóa bền nhiệt luyện Muốn hóa bền chúng nhắt biến dạng nguội GIÁO TRÌNH NGHỀ CƠNG NGHỆ ƠTƠ, Trường trung cấp nghề giao thơng vận tải Hải P Phân loại nhôm hợp kim nhôm, Lincoln Electric , truy cập ngày 14/10/2021 download by : skknchat@gmail.com Hợp kim nhơm biến dạng hóa bền nhiệt luyện nhiệt độ thường có tổ chức hai pha dung dịch rắn pha thứ hai Khi nung nóng đến nhiệt độ cao giới hạn bão hòa pha thứ hai hòa tan hết vào dung dịch rắn (có chuyển biến pha) nên hóa bền nhiệt luyện Trong đó, Nhóm nguyên tố hợp kim XXXX Biến thể so với hợp kim gốc Số hợp kim Ví dụ : Nhơm 5083 có nghĩa thuộc nhóm 5, hợp kim Nhơm-Magie (Al/Mg), phiên gốc (0), có số hợp kim 83 Nhôm 5183 phiên biến thể thứ nhơm 5083 Riêng trường hợp đặc nhiệt nhóm 1xxx nhóm Nhơm ngun chất, 02 ký tự cuối thể thành phần % tối thiểu nhôm 99% Ví dụ: Nhơm 1350 có 99.50% nhơm ngun chất 1.2.2 Hợp kim nhôm đúc Gồm hợp kim chứa nhiều nguyên tố hợp kim có nhiệt độ nóng chảy thấp hơn, có tổ chức nên tính đúc cao Do chứa nhiều pha thứ hai (chủ yếu hợp chất hóa học) nên giịn, khơng thể biến dạng dẻo được, khả hóa bền nhiệt luyện không đáng kể Chế tạo sản phẩm chủ yếu phương pháp đúc download by : skknchat@gmail.com Nhóm Nguyên tố hợp kim 1xxx Al 2xxx Al + Cu 3xxx Al + Si + Mg / Al + Si + Cu 4xxx Al + Si 5xxx Al + Mg 6xxx - 7xxx Al + Zn 8xxx Al + Sn 9xxx Ngun tố khác Trong đó, Ví dụ : Nhơm A356.0, ký tự “A” thể phiên có sửa đổi nhơm 356.0 Số “3” nhóm A3xx.x hợp kim nhơm + Đồng và/hoặc Magie Ký tự “56” tên nhóm nhóm hợp kim 3xx.x Và ký tự “.0” phôi cuối dạng phôi đúc dạng thỏi/thanh 1.3 KÝ HIỆU HỢP KIM NHÔM4 1.3.1 Ký hiệu hợp kim nhôm theo Hoa Kỳ Khi ký hiệu trạng thái gia cơng hóa bền thường dùng ký hiệu sau: F - trạng thái phôi thô ; O-ủ; H - hóa bền biến dạng nguội ; H11 ÷ H19 - túy biến dạng nguội ; H22 ÷ H29 - sau biến dạng có ủ hồi phục Nguyễn Chung Cảng (2006), SỔ TAY nhiệt luyện tập 1, Nhà xuất khoa học kỹ thuật download by : skknchat@gmail.com H32 ÷ H39 - sau biến dạng nguội ủ ổn định hóa T - tơi hóa già T1 - sau biến dạng nóng tiến hành tơi hóa già tự nhiên T2-ủ T3 - sau tơi đưa biến dạng nguội hóa già tự nhiên T4 - sau tơi hóa già tự nhiên T5 - sau biến dạng nóng đưa tơi hóa già tự nhiên T6 - sau tơi hóa già nhân tạo T7 - sau tơi tiến hành q trình hóa già T8 - sau tơi đưa biến dạng nguội hóa già nhân tạo T9 - sau tơi hóa già nhân tạo biến dạng nguội 1.3.2 Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 1659-75 Chữ Al, ký hiệu hóa học nguyên tố hợp kim số % Nếu hợp kim đúc, sau kí hiệu có chữ Đ đúc Ví dụ AlCu4Mg có chữa ~ 4% Cu, ~ 1% Mg Với Al ký hiệu % sau Al, ví dụ Al99, Al95,5 1.4 ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC NGUYÊN TỐ HỢP KIM Các nguyên tố hợp kim sử dụng để cải thiện tính chất hợp kim nhơm bao gồm: Cu, Si, Mn, Mg Zn Dưới tính chất nguyên tố: Đồng (Cu): Cải thiện độ bền khả tạo hình Silic (Si): Giảm nhiệt độ nóng chảy, tăng độ chảy lỗng, cải thiện tính đúc Mangan (Mn): Tăng độ bền độ dẻo dai Magie (Mg): Cải thiện độ bền, khả chống ăn mịn Mg/Si: Tăng độ bền, tính tạo hình khả kéo Kẽm (Zn): kết hợp với Mg Cu giúp cải thiện độ bền download by : skknchat@gmail.com Ngoài ra, số nguyên tố khác như: Cr, Zr, V, Ni, Ti, Sc giúp làm mịn tổ chức hạt Nguyên tố Fe giúp giảm ứng suất dư Nguyên tố: Se, Bi, Pb, Sn: Cải thiện khả gia cơng khí giảm tính hàn 1.5 MỤC ĐÍCH NHIỆT LUYỆN NHƠM Một nhược điểm khơng tốt nhơm độ cứng độ bền thấp Giá trị sử dụng không cao dễ hư hỏng sau thời gian dài Nhiệt luyện vật liệu thực cách nung nóng nhơm hay hợp kim nhôm đến nhiệt độ yêu cầu đảm bảo nhiệt độ vật liệu không hóa lỏng Sau đó, trì nhiệt độ khoảng thời gian (yêu cầu thành phần nguyên tố hợp kim khác cần khoảng thời gian trì nhiệt độ khác nhau) Cuối tiến hành làm nguội vật liệu với tốc độ định Kết quả, từ vật liệu ban đầu, chúng bị thay đổi vi cấu trúc thành phần hóa học Mục đích nhiệt luyện nhôm giúp gia tăng ưu điểm độ cứng, kéo dài tuổi thọ, nâng cao độ bền khả chống mài mòn vật liệu Nhiệt luyện nhơm làm cứng tồn phần gia tăng độ cứng bề mặt giữ dẻo dai bên chúng, tạo thích ứng cho việc ứng dụng loại chi chiết máy loại kết cấu xây dựng 1.6 LỰA CHỌN HỢP KIM NHÔM ĐỂ NHIỆT LUYỆN Ở điều kiện làm nguội bình thường, hợp chất hịa tan (ngun tố) nhơm có xu hướng tiết biên giới hạt, làm ảnh hưởng xấu đến tính hợp kim nhơm Bằng phương thức làm nguội nhanh sau tôi, nguyên tố phân bố đồng hạt nhơm, làm tăng tính Trong số mác hợp kim nhơm mác nhiệt luyện mác 2xxx (Al-Cu), 6xxx(Al-Mg-Si), 7xxx(Al-Zn) Lý mac trình nhiệt luyện tạo pha bền CuAL2, Al2MgCu, Mg2Si hay MgZn2… download by : skknchat@gmail.com Hình 1.2 Hình thái pha nhơm q trình nhiệt luyện Dịch thuật: Solution treating - dung dịch hịa tan, Age - hóa già, Quench - tơi Temperature - nhiệt độ , Weight percent copper - phần trăm khối lượng Đồng Các pha nâng nhiệt hòa tan Al tạo dung dịch bão hòa, làm nguội với tốc độ lớn để chúng tiết đường biên giới hạt theo nguyên tắc thơng thường Thay vào chúng phân bố đều, sau thực cơng đoạn hóa già khiến pha tiết dần nhôm làm tăng tính Ở nhóm khác 1xxx(Al), 3xxx(Al-Mn), 4xxx(Al-Si), 5xxx(Al-Mg) khơng thể hóa bền nhiệt luyện chúng khơng có pha tăng bền chúng đẩy cao chút độ cứng so với nhôm nguyên chất nhờ vào nguyên tố Các loại nhóm thường hóa bền phương pháp gia công nguội cán kéo, ép, miết … nguyên tắc giảm tiết diện để tăng ứng suất Kết luận: download by : skknchat@gmail.com CHƯƠNG LỰA CHỌN VẬT LIỆU 2.1 THANH NHƠM ĐỊNH HÌNH Thanh nhơm định hình loại nhơm qua q trình xử lý kim loại nhằm phát huy tối đa đặc tính vật lý nhơm, phù hợp cho nhà thiết kế, kỹ sư nhà sản xuất Đối với ngành Kiến trúc, sản phẩm từ nhôm định hình xử lý khơng gian tinh tế, sáng tạo kiểu trang trí đại, ấn tượng lạ vật liệu khác Các nhôm ứng dụng công trình xây dựng vững chắc, chịu sức ép gió, khơng bị cơng vênh, co ngót, oxi hóa han gỉ theo thời gian Hình 2.1 Thanh nhơm định hình Đối với ngành Cơng nghiệp, với đặc tính cứng, chịu lực tốt, khả chống ăn mịn cao, khả tạo hình vượt trội nhơm định hình cơng nghiệp sử dụng rộng rãi ngành công nghiệp với nhiều ứng dụng làm mặt bàn máy CNC, khung máy, khung tháp gió, khung pin lượng mặt trời… Hình 2.2 Vẽ kĩ thuật nhơm định hình CHẤT LIỆU THƯỜNG DÙNG download by : skknchat@gmail.com a) Nhôm Oxide thường11 ; b) Nhôm Anode12 Tuy lớp màng oxit có độ bền định chúng khơng có cấu trúc trật tự rõ ràng làm cho bề mặt độ bóng vốn có Ngồi chúng cịn có nhiều lỗ xốp không đồng đều, dẫn đến không đồng độ bền bề mặt Chính sản phẩm nhơm tiến hành anode Mục đích để thay đổi trật tự lớp oxit, tạo độ đồng cấu trúc từ dẫn đến tính chất riêng Nhơm anode có đột bền cực cao gần vĩnh cữu, đồng thời đặc trưng vật liệu nhẹ, cịn có đặc tính gần vật liệu kim loại khác khơng có … khả chống dẫn điện chống bào mòn So với lớp oxit tự nhiên, lớp oxit anode hóa có cấu trúc trật tự, hạn chế khuyết điểm lỗ xốp tính thẩm mĩ bề mặt sản phẩm Nhơm anod cứng gần kim cương sau trải qua trình anodizing Nhiều cơng trình xây dựng đại sử dụng nhôm anod để làm kết cấu khung nhà thép phần kết cấu hở 11 Bharthasaradhi and L.C.Nehru, Preparation and Characterisation of Nanoscale α-Al2O3 By Precipitation Method (2015) AIP Conference Proceedings 1665 12 Single-Pass AAO (5p/Pack), ACS MATERIAL truy cập ngày 20.11.2021 download by : skknchat@gmail.com Hình 4.2 Cấu trúc lớp nhôm anode13 Thực tế, nhôm anode chưa phải vật liệu tối ưu cho tất ứng dụng lớp anode khơng dẫn điện Chính khơng thể dùng lĩnh vực linh kiện điện tử 4.2 Cơ sở lý thuyết Hình 4.3 Dụng cụ thí nghiệm anode nhơm với DC (bên trái) AC (bên phải) Nguồn dòng ; Chất điện ly ; điện cực ; Chi tiết nhơm cần anode Có thể thực q trình anode cho dịng điện chiều chiều Tại điện cực xảy trình trao đổi ion bao gồm phản ứng chính: 13 About Anodizing, MIYAKI CO,LTD truy cập ngày 20.11.2021 download by : skknchat@gmail.com Al → Al3+ + 3e2Al3+ + 3O2- → Al2O3 2Al3+ + 3OH- → Al2O3 + 3H+ For which the overall process is: 2Al + 3H2O → Al2O3 + 6H+ + 6e- GIẢI THÍCH THÊM… Theo lý thuyết hợp kim nhơm tiến hành anode dựa thực tế có số mác khơng hữu hiệu Về bản, nhơm dễ anode chả dùng nhôm để sử dụng làm vật liệu khí, kĩ thuật hay kiến trúc thực tế chúng dẻo độ bền lại thấp Các bảng cho biết loại nhôm anode hiệu cao, loại hiệu HỢP KIM NHÔM BIẾN DẠNG Al 99.5 Al 99 Al 99.5 (A) AlMg3 AlMgSi1 AlMg4.5Mn AlCu6BiPb AlCuMg1 AlMg1SiCu AlZn4.5Mg1.5Mn AlZn5.5MgCu AlMg1 AlMnCu AlCuSiMn AlZn4.5Mg1 download by : skknchat@gmail.com AlCuMgPbMgMn AlMgSi0.5 HỢP KIM NHÔM ĐÚC AlSi12 AlSi9Cu3 AlSi12CuNiMg AlMg3 AlMg5 AlZn5Mg AlMg9 Đối với chất điện ly, tùy thuộc vào mục đích anode mà áp dụng số chất sau Ứng dụng Tụ điện - phủ lớp Al2O3 mỏng Kiến trúc (màu theo ý) Kiến trúc (màu bạc) Những ứng dụng cần độ bền cao THIẾU PHẦN TIỀN XỬ LÝ VÀ SAU KHI ANODE… download by : skknchat@gmail.com 4.3 Tính tốn thơng số anode Cường độ dịng điện Thời gian Độ dày lớp nhôm anode phụ thuộc vào thời gian cường độ dịng q trình Có thể áp dụng quy luật sau mẫu nhỏ: 1.5A/dm2 (1dm2=100cm2) cho 60 phút nhiệt độ phịng Cịn chi tiết lớn, tăng cường độ dòng tăng thời gian anode I = S x 1.5 Trong đó: I - cường độ dịng (A) S - diện tích bề mặt (dm2) Chiều dày lớp anode: Có thể tính chiều dày lớp nhôm anode theo mong muốn sau: H = ( 0.26 x τ x I x )/S download by : skknchat@gmail.com Trong đó: H - chiều dày lớp Al2O3 anode (µm) τ - thời gian q trình (phút) I - cường độ dịng (A) S - diện tích bề mặt (dm2) 4.4 Thực nghiệm kiểm định Có tiêu chuẩn kiểm định mât độ bề mặt cho nhôm anode … e dựa theo download by : skknchat@gmail.com 4.4.1 Trang thiết bị, nguyên liệu/ hóa chất 4.4.2 Phương pháp tiến hành thí nghiệm 4.4.3 Kiểm tra, phân tích đánh giá kết TÀI LIỆU KHAM KHẢO [1] Long Vân Group, Nhơm gì? Tính chất, ứng dụng khái niệm nhôm từ A-Z download by : skknchat@gmail.com (2020) , truy cập ngày 14/10/2021 [2] GIÁO TRÌNH NGHỀ CƠNG NGHỆ ƠTƠ, Trường trung cấp nghề giao thơng vận tải Hải Phịng [3] Phân loại nhơm hợp kim nhôm, Lincoln Electric , truy cập ngày 14/10/2021 [4] Nguyễn Chung Cảng (2006), SỔ TAY nhiệt luyện tập 1, Nhà xuất khoa học kỹ thuật [5] TCVN 5910 - 1995, Công ty luật TNHH NPT Cộng LUẬT TRONG TAY , truy cập ngày 19/10/2021 Các kích thước nhơm định hình sử dụng nhiều (2020), Công ty cổ phần thiết bị ANTTEK Việt Nam , truy cập ngày 31.10.2021 download by : skknchat@gmail.com ... số hợp kim nhôm giới gia cơng chưa phải lựa chọn nhất, kim loại lý tưởng cho tất loại kết cấu Hợp kim nhôm 6063 A6N01S sử dụng ngành sản xuất vật liệu kết cấu Cả loại hợp kim nhơm thích hợp để. .. thể Đối với ADC12, hợp kim nhơm xử lý nhiệt luyện nhiên không cần thiết Bản chất nằm việc lựa chọn hợp kim đúc, thông thường người ta chọn điểm tinh hợp kim nhơm để đúc chúng có nhiệt độ nóng chảy... Dù hợp kim nhôm 6063 loại phổ biến để tránh trùng lặp với chi tiết trước luận văn sử dụng hợp kim nhôm 6N01S Tuy nhiên hợp kim nhôm không phổ biến nên phần số liệu đầy đủ khó tìm kiếm Hợp kim nhôm