Nghiên cứu ảnh hưởng của đất hiếm đến tính dẻo cao của hợp kim AlZnMgCu.

Nghiên cứu ảnh hưởng của đất hiếm đến tính dẻo cao của hợp kim AlZnMgCu. Nghiên cứu ảnh hưởng của đất hiếm đến tính dẻo cao của hợp kim AlZnMgCu. Nghiên cứu ảnh hưởng của đất hiếm đến tính dẻo cao của hợp kim AlZnMgCu. Nghiên cứu ảnh hưởng của đất hiếm đến tính dẻo cao của hợp kim AlZnMgCu. Nghiên cứu ảnh hưởng của đất hiếm đến tính dẻo cao của hợp kim AlZnMgCu. Nghiên cứu ảnh hưởng của đất hiếm đến tính dẻo cao của hợp kim AlZnMgCu. Nghiên cứu ảnh hưởng của đất hiếm đến tính dẻo cao của hợp kim AlZnMgCu. Nghiên cứu ảnh hưởng của đất hiếm đến tính dẻo cao của hợp kim AlZnMgCu. Nghiên cứu ảnh hưởng của đất hiếm đến tính dẻo cao của hợp kim AlZnMgCu.

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Bùi Thị Ngọc Mai NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA ĐẤT HIẾM ĐẾN TÍNH DẺO CAO CỦA HỢP KIM Al-Zn-Mg-Cu LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT VẬT LIỆU Hà Nội – 2022 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Bùi Thị Ngọc Mai NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA ĐẤT HIẾM ĐẾN TÍNH DẺO CAO CỦA HỢP KIM Al-Zn-Mg-Cu Ngành: Kỹ thuật Vật liệu Mã số: 9520309 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT VẬT LIỆU NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS Trần Đức Huy PGS.TS Phạm Mai Khánh Hà Nội – 2022 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận án Tiến sĩ Kỹ thuật Vật liệu “Nghiên cứu ảnh hưởng đất đến tính dẻo cao hợp kim Al-Zn-Mg-Cu” cơng trình tơi nghiên cứu thực hiện, hướng dẫn khoa học PGS TS Trần Đức Huy PGS TS Phạm Mai Khánh Các số liệu kết trình bày luận án hoàn toàn trung thực chưa tác giả khác cơng bố hình thức Các thơng tin trích dẫn ghi rõ nguồn gốc Tôi xin chịu trách nhiệm nghiên cứu Hà Nội, ngày 08 tháng 08 năm 2022 Giáo viên hướng dẫn PGS TS Trần Đức Huy PGS TS Phạm Mai Khánh Tác giả Bùi Thị Ngọc Mai i LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, xin bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc chân thành tới hai thầy giáo PGS TS Trần Đức Huy PGS TS Phạm Mai Khánh tận tình giúp đỡ, hướng dẫn tơi suốt thời gian thực luận án Tôi xin cảm ơn tới Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, Viện Khoa học Kỹ thuật vật liệu tạo điều kiện thuận lợi cho thời gian học tập trường Tôi xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo Bộ môn Vật liệu Công nghệ đúc – Viện Khoa học Kỹ thuật Vật liệu – Trường Đại học Bách khoa Hà Nội nhiệt tình giúp đỡ, tạo điều kiện động viên suốt thời gian sinh hoạt chuyên môn Bộ môn Đồng thời, tơi xin bày tỏ lịng biết ơn tới lãnh đạo Khoa Đóng tàu – trường Đại học Hàng hải Việt Nam, Bộ môn Lý thuyết thiết kế tạo điều kiện tốt cho thời gian làm nghiên cứu sinh Cuối cùng, muốn cảm ơn gia đinh tôi, bên cạnh động viên tinh thần giúp tơi vượt qua khó khăn để hồn thiện luận án Hà Nội, ngày 08 tháng 08 năm 2022 Nghiên cứu sinh Bùi Thị Ngọc Mai ii MỤC LỤC MỤC LỤC iii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT v DANH MỤC HÌNH vi DANH MỤC BẢNG ix MỞ ĐẦU Chương TỔNG QUAN HỢP KIM HỆ Al-Zn 1 Giới thiệu chung hợp kim Al-Zn 1.1.1 Ảnh hưởng nguyên tố có lợi đến hợp kim Al-Zn 1.1.2 Ảnh hưởng tạp chất .9 Tình hình nghiên cứu hợp kim Al-Zn 11 1.2.1 Nghiên cứu nước 11 1.2.2 Tình hình nghiên cứu nước .21 Chương VẬT LIỆU CĨ ĐỘ DẺO CAO VÀ SỰ MỊN HỐ HẠT .24 Vật liệu độ dẻo cao .24 2.1.1 Định nghĩa .24 2.1.2 Đặc điểm vật liệu độ dẻo cao 24 2.1.3 So sánh cấu trúc vật liệu thường vật liệu độ dẻo cao 25 2.1.4 Cơ chế biến dạng độ dẻo cao 29 Làm nhỏ mịn hạt chất biến tính 35 Làm nhỏ mịn hạt cơ- nhiệt luyện 42 Xử lý nhiệt hợp kim Al-Zn-Mg-Cu .43 Chương 3.1 THỰC NGHIỆM 46 Quy trình thí nghiệm .46 3.1.1 Quy trình thí nghiệm .46 3.1.2 Đối tượng nghiên cứu 46 3.2 Chế tạo hợp kim Al-Zn-Mg-Cu .47 3.2.1 Quá trình nấu luyện .47 3.2.2 Quy trình xử lý nhiệt; – nhiệt 51 3.2.3 Thí nghiệm xác định góc thấm ướt 52 3.2.4 Chuẩn bị mẫu phân tích tổ chức tính 52 3.3 Các phương pháp phân tích thành phần nguyên tố tổ chức tế vi .53 3.3.1 Phương pháp hiển vi quang học (OM) 53 3.3.2 Phương pháp hiển vi điện tử quét, phổ tán xạ lượng tia X 54 3.3.3 Phương pháp nhiễu xạ Rơnghen (X-ray) .55 iii 3.3.4 Phương pháp đo kích thước hạt trung bình 56 3.4 Các phương pháp đánh giá tính 57 Chương 4 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 59 Vai trò pha liên kim .59 Sự thay đổi tổ chức hợp kim Al-Zn-Mg-Cu .76 4.2.1 Tổ chức tế vi hợp kim sau đúc 76 4.2.2 Tổ chức tế vi hợp kim sau ủ đồng hóa 83 4.2.3 Tổ chức tế vi hợp kim sau cán 87 4.2.4 Tổ chức tế vi hợp kim sau ủ kết tinh lại 90 4.2.5 Tổ chức tế vi hợp kim sau thử kéo 98 Sự thay đổi tính hợp kim Al-Zn-Mg-Cu .99 KẾT LUẬN .105 KIẾN NGHỊ 106 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH CỦA LUẬN ÁN .107 TÀI LIỆU THAM KHẢO .108 iv DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Tnc: Nhiệt độ nóng chảy Al: nhơm Zn: Kẽm Mg: Ma-gie Cu: Đồng La: Latan Ce: Ce-ri TEM: Hiển vi điện tử truyền qua SEM: Hiển vi điện tử quét EDS: Phân tích phổ nguyên tố FESEM: Hiển vi điện tử quét độ phân giải cao XRD: nhiễu xạ rơn ghen REVN: đất Việt Nam GRF: Năng lượng tự α: dung dịch rắn nhôm v DANH MỤC HÌNH Hình 1 Giản đồ pha hợp kim Al-Zn [1] Hình 1.2 Tổ chức tế vi hợp kim Al-Zn-Mg-Cu nguội chậm (a) nguội nhanh (b)[26] Hình 1.3 Tổ chức tế vi hợp kim nhôm trạng thái đúc [15] .7 Hình 1.4 Giản đồ pha ba nguyên hợp kim Al-Cu-Zn Al-Mg-Zn [1] Hình Giản đồ pha hợp kim Al-Zn-Mg-Cu-Sc-Zr [23] Hình Tổ chức tế vi hợp kim ủ: hợp kim với hàm lượng Cu < 2% (c; e) với hàm lượng Cu > 2% (d f)[27] Hình Tổ chức tế vi hợp kim Al – Mg – Er sau đúc Trái Al – 5Mg, phải Al – 5Mg – 0,5Er [28] 11 Hình Tổ chức tế vi hợp kim Al – Cu sau đúc Trái Al – 4Cu, phải Al – 4Cu – 0,2Er [28] 11 Hình Ảnh tổ chức tế vi (a) Al-Zn-Mg-Cu; (b) Al-Zn-Mg-Cu-0.18Zr; (c) AlZn-Mg-Cu-0.18Sc; (d) Al-Zn-Mg-Cu-0.30Sc-0.18Zr[29] .12 Hình 10 Ảnh SEM phân tích phổ nguyên tố[29] .12 Hình 11 Ảnh TEM Al3Zr, Al3Sc Al3(Sc,Zr) hợp kim nghiên cứu [29] 13 Hình 12 Tổ chức tế vi hợp kim nghiên cứu sau cán nóng: (a) Al-ZnMg-Cu-0.18%Sc; (b) Al-Zn-Mg-Cu-0.18%Zr; (c) Al-Zn-Mg-Cu-0.1%Sc0.18%Zr[29] 13 Hình 13 Ảnh TEM hạt Al3(Sc1-xZrx) nano biến dạng độ dẻo cao 500oC 0.01s-1, ε=0.69 [33] .14 Hình 14 Ảnh EBSD, TEM SEM hợp kim độ biến dạng thực khác 500oC 0.01s-1, hợp kim Al-Zn-Mg biến dạng tới phá hủy (ε~1.10) [33] 15 Hình 15 Kết XRD với mẫu thử [34] .16 Hình 16 Ảnh EDS với (a): 0%RE (b) 0,2%RE [34] 17 Hình 17 Mẫu hợp kim A b sau biến dạng độ dẻo cao[8] 17 Hình 18 Các mẫu thực nghiệm tổ chức tế vi [8] .18 Hình 19 a Tổ chức vật liệu xử lí, b Tổ chức tế vi vật liệu nền, c d Tổ chức tế vi vùng hàn [37] 18 Hình 20 Ảnh chụp SEM cho hợp kim Al-7475 hóa già 20 phút, (a)490 o K, (b) 520 oK, (c) 575 oK (d) 620 oK [38] .19 Hình 21 Tổ chức tế vi hợp kim nhiệt độ khác [38] 20 Hình 22 Đồ thị ứng suất với độ nhạy tốc độ biến dạng 'm' (a) hợp kim AA7010 chứa Sc (b) hợp kim AA7010 [6] 20 Hình 23 Ảnh hiển vi điện tử truyền qua mẫu sau thử kéo [40] 21 Hình 24 Ảnh tổ chức silumin AlSi20 sau biến tính với hàm lượng P khác nhau[41] 22 Hình Độ giãn dài hợp kim nhôm nhiệt độ khác [46] 24 Hình 2 Sự phụ thuộc ứng suất chảy σ, độ giãn dài tương đối (δ) số m vào tốc độ biến dạng 𝜀 hợp kim trạng thái độ dẻo cao (1) trạng thái thông thường (2) [4] .26 vi Hình Sự phân bố hạt thay đổi hình thái chúng biến dạng thường (a,b) biến dạng độ dẻo cao (c,d) [47] 29 Hình Mơ hình Raj-Ashby trượt biên hạt .30 Hình Mơ hình thêm hạt Dzifkins [59] 31 Hình Mơ hình hốn đổi vị trí, thể thay đổi vị trí hạt liền kề biến dạng độ dẻo cao [59] .31 Hình Sơ đồ xếp vị trí hạt Esbi-Veralla [59] 32 Hình Sơ đồ trượt từ biến dạng hạt trình biến dạng độ dẻo cao Yphương kéo [59] 32 Hình Mơ hình trượt biên hạt Ashby - Verral điều chỉnh dòng khuếch tán [4] 33 Hình 10 Trượt biên hạt khuếch tán biên hạt [47] 34 Hình 11 Mơ hình trượt biên hạt Ball- Hutchinson [47] 34 Hình 12 Mơ hình lõi lớp áo Gifkins [47] 34 Hình 13 Vai trị chế biến dạng độ dẻo cao hợp kim MA8 (a) АМг6 (b) vùng I-II-III [59] .35 Hình 14 Góc thấm ướt 𝜀 [60] .38 Hình 15 Trữ lượng đất giới 40 Hình 16 Cấu trúc mạng tinh thể số pha liên kim Al-Re 41 Hình 17 Cấu trúc tinh thể pha liên kim 41 Hình 18 Giản đồ trạng thái a) Al-La b) Al-Ce [1] .42 Hình 19 Kết tinh lại vật liệu kim loại a → b phát triển hạt tinh thể (b → c → d) 44 Hình 20 Kết tinh lại đồng sạch[14] 44 Hình 21 Mơ hình hợp kim sau biến dạng (a) kết tinh lại (b) [14] .45 Hình Sơ đồ thí nghiệm .46 Hình Hợp kim Al-Zn-Mg-Cu dạng thỏi .48 Hình 3 Phơi nhơm sau cắt 48 Hình Kim loại Mg Zn 48 Hình Đất chứa 65 % La 35 % Ce 49 Hình Khuôn chế tạo phôi 49 Hình Muối criolit .50 Hình Lị nhiệt luyện 52 Hình Thí nghiệm xác định góc thấm ướt 52 Hình 10 Mẫu thử kéo 53 Hình 11 Kính hiển vi quang học Axiovert 25A 54 Hình 12 Kính hiển vi điện tử quét FESEM Jeol 7600 55 Hình 13 Mơ tả phương pháp xác định kích thước hạt trung bình 57 Hình 14 Thiết bị thử kéo .58 Hình Hình Hình Hình Hình Tổ chức tế vi mẫu trạng thái đúc 60 Phổ phân tán lượng mẫu sau đúc cho RE trực tiếp 61 Phổ phân tán lượng mẫu sau đúc cho RE trực tiếp 63 Giản đồ nhiễu xạ hợp kim trung gian .64 Ảnh SEM mẫu hợp kim trung gian 65 vii Hình Kết EDS mẫu hợp kim trung gian .67 Hình Kết phân tích mapping mẫu hợp kim trung gian .67 Hình Ảnh hiển vi điện tử phổ lượng mẫu M3 .69 Hình Mơ hình cấu trúc Al11Ce3 α-Al 70 Hình 10 Giản đồ nhiễu xạ phân tích pha liên kim RE Al 72 Hình 11 Kết phân tích mapping mẫu M3 73 Hình 12 Sơ đồ hình thành q trình q nguội phía trước mặt phân cách rắn –lỏng 74 Hình 13 Phân tích góc thấm ướt giọt kim loại lỏng .76 Hình 14 Ảnh hiển vi quang học tổ chức tế vi mẫu trạng thái đúc x200 77 Hình 15 Ảnh hiển vi điện tử quét mẫu sau đúc 78 Hình 16 Ảnh hiển vi điện tử phổ lượng mẫu M3 79 Hình 17 Ảnh hiển vi điện tử quét mẫu M3 80 Hình 18 Phổ lượng nguyên tố mẫu M3 82 Hình 19 Phổ nguyên tố theo đường quét mẫu M3 82 Hình 20 Ảnh tổ chức tế vi mẫu sau ủ đồng hóa, x200 83 Hình 21 Giản đồ nhiễu xạ hợp kim chế độ khác 84 Hình 22 Ảnh hiển vi điện tử quét tổ chức tế vi mẫu sau đồng hóa 85 Hình 23 Bản đồ nguyên tố phương pháp mapping (mẫu có La Ce) 87 Hình 24 Ảnh hiển vi quang học tổ chức tế vi mẫu biến dạng 88 Hình 25 Ảnh hiển vi điên tử quét mẫu sau biến dạng theo phương cán .89 Hình 26 Đường quét phổ nguyên tố mẫu sau biến dạng theo phương cán 90 Hình 27 Tổ chức tế vi mẫu M3 sau ủ kết tinh lại 350 oC .91 Hình 28 Tổ chức tế vi mẫu sau ủ kết tinh lại 400 oC 93 Hình 29 Tổ chức tế vi mẫu sau ủ kết tinh lại 450 oC 96 Hình 30 Tổ chức tế vi mẫu sau ủ kết tinh lại .97 Hình 31 Ảnh tổ chức tế vi mẫu sau thử kéo 400 oC vị trí đứt 98 Hình 32 Mẫu sau cán: a) Mẫu M1 (không chứa La, Ce); b) Mẫu M3 (chứa La, Ce) 100 Hình 33 Biểu đồ độ giãn dài chế độ khác 100 Hình 34 Giản đồ kéo mẫu M1 M3 kéo 400 oC .101 Hình 35 Biểu đồ mức độ giãn dài mẫu sau biến dạng ủ kết tinh lại tốc độ kéo khác .103 Hình 36 Ảnh mẫu trước sau kéo .103 viii 4.2.5 Tổ chức tế vi hợp kim sau thử kéo a) Mẫu M1 Nứt b) Mẫu M3 Hình 31 Ảnh tổ chức tế vi mẫu sau thử kéo 400 oC vị trí đứt Hình 4.31 cho thấy tổ chức vị trí đứt mẫu sau kéo Ở hai mẫu xuất vết nứt bắt đầu biên giới hạt Với mẫu khơng có La, Ce sau kéo nhiệt độ 400 oC kích thước hạt thơ so với mẫu có La, Ce Như vậy, La, Ce kết hợp với biến dạng ủ kết tinh lại giữ hạt nhỏ thực biến dạng nhiệt độ cao; góp phần làm tăng mức độ giãn dài hợp kim nghiên cứu Sự thay đổi tính hợp kim Al-Zn-Mg-Cu Bảng Chiều dày mẫu biến dạng khơng có La, Ce Lần cán Mẫu khơng chứa La Ce (mm)/(%) Mẫu có chứa La Ce (mm)/(%) 5,8 5,7 4,1 4,4 3,6 3,8 3,1 3,5 2,5 3,0 1,8 2,4 1,4 Tính tốn lượng biến dạng sau kết thúc trình cán cho thấy: - Đối với mẫu khơng chứa La Ce có: ∆ = Üln # - Đối với mẫu có chứa La Ce có: ∆ = Üln = #,D Ü 100% = 117% #,S T,S Ü 100% = 140% T,E Như thấy mẫu có chứa La Ce chiều dày mẫu giảm không nhiều so với mẫu khơng có La Ce lượng biến dạng mẫu 140% so với mẫu khơng có La Ce 117% Hai loại mẫu cán sau ủ đồng hóa 480 oC 16 (hình 4.32) Mỗi lần cán giảm 15-25% độ dày mẫu ủ khử ứng suất 400 oC 15 phút Đối với mẫu khơng chứa La, Ce, sau q trình cán giảm 265 % độ dày, mẫu có tượng nứt viền có khả phá hủy cán tiếp, điều cho thấy sau trình ủ mẫu khơng chứa La, Ce hạt thơ, kích thước hạt lớn chênh lệch nhiều, tổ chức mẫu không đồng Theo bảng 4.6 nhận thấy mẫu không chứa La, Ce có mức độ giảm chiều dày sau lần cán nhanh mẫu biến tính % (chỉ sau lần cán giảm 265%) nhiên mẫu biến dạng đến gần phá hủy Đối với mẫu chứa La Ce, sau lần cán mẫu giảm 273 % độ dày, sau q trình cán mẫu khơng có tượng phá hủy cán tiếp Điều cho thấy mẫu chứa La Ce, sau ủ đồng hóa hạt có độ mịn tốt, kích thước hạt nhỏ tổ chức hạt đồng mẫu khơng chứa La Ce Mẫu có biến tính độ giảm chiều dày thấp mẫu khơng biến tính sau q trình cán, chứng tỏ mẫu có chứa La Ce có độ bền tốt mẫu khơng chứa La Ce a) b) Hình 32 Mẫu sau cán: a) Mẫu M1 (không chứa La, Ce); b) Mẫu M3 (chứa La, Ce) Độ giãn dài mẫu thử kéo nhiệt độ 300 oC 400 oC trạng thái khác cho bảng 4.7 hình 4.33 cho thấy rõ ảnh hưởng biến tính, nhiệt độ kéo nhiệt luyện đến độ dẻo hợp kim Bảng Độ giãn dài mẫu thử kéo (%) sau đúc Khơng có RE Có RE 14 32.2 Ủ đồng hóa, kéo 350 oC 75 250 Ủ đồng hóa kéo 400 oC 133 310 Sau cán kết tinh lại 433 667 % Mẫu thử Khơng có RE Có RE Ủ s8 a0 u đ đ n gú c đ ề0 u B i ể u 14 32,2 kéo 350 kéo 400 tinh lại 75 250 133 310 433 667 Hình 33 Biểu đồ độ giãn dài chế độ khác h ó a Ủ 0 đ n g0 k é o đ ề0 u h ó a m ứ c đ B iộ ế n g i ã -n d n g a) Mẫu M1 sau biến dạng ủ kết tinh lại 450 oC K ế t d i b) Mẫu M3 sau biến dạng ủ kết tinh lại 450 oC Hình 34 Giản đồ kéo mẫu M1 M3 kéo 400 oC Từ Bảng 4.7 hình 4.33; 4.34 thấy rõ chênh lệch mức độ biến dạng tối đa mẫu có La, Ce mẫu khơng có La, Ce Phân tích kết trạng thái khác cho thấy mẫu có La, Ce có biến dạng lớn so với mẫu khơng có La, Ce Đối chế độ sau đúc mẫu khơng có La, Ce mức độ biến dạng 14% mẫu có La, Ce mức độ biến dạng 32.2 % Điều này, thấy độ hạt giảm khơng nhiều hiệu tăng khả biến dạng dẻo lớn Sau xử lý ủ đồng hóa mức độ biến dạng hợp kim tăng lên đáng kể hai nhiệt độ thử kéo Tại nhiệt độ kéo 350 oC mức độ biến dạng 75% mẫu khơng có RE so với mẫu có RE mức độ biến dạng 250% Còn điều nhiệt độ thử kéo 400 oC 133 % 310 % Kết thực nghiệm cho thấy, sau xử lý nhiệt đồng hóa mức độ biến dạng dẻo tăng lên đáng kể hai nhóm mẫu tổ chức tế vi sau đúc khử bỏ trở nên đồng Theo tổ chức tế vi mẫu khơng có chứa La Ce, hạt α nhơm cịn biên giới chứa pha liên kim thô đại (màu đen) Sau biến dạng ủ kết tinh lại có hình thành hạt mới, nhiên pha liên kim Khi biến dạng, cản trở phần tử pha liên kim thô biên hạt α-Al nguyên thủy giảm nhiều trình biến dạng Đối với hợp kim có La Ce sau đúc sau nhiệt luyện, lượng pha liên kim Al nguyên tố Zn, Mg, Cu giảm khơng cịn tập trung biên giới hạt tạo thuận lợi cho trình trượt biên hạt Sau biến dạng ủ kết tinh lại kết phân tích tổ chức cho thấy hạt có kích thước nhỏ mịn nằm hạt nguyên thủy, tròn yếu tố thuận lợi cho trình trượt hạt; tăng độ dẻo cho hợp kim nghiên cứu Những pha liên kim Al 11Ce3 Al3La tồn dạng nhỏ mịn phân tán góp phần cho q trình biến dạng nhờ chế khuếch tán Đối với hợp kim sau biến dạng dẻo ủ kết tinh lại tốc độ kéo nhiệt độ kéo 400 oC mức độ giãn dài hợp kim tăng lên đáng kể Đối với hợp kim khơng có La Ce mức độ giãn dài 433 % hợp kim có La Ce mức độ giãn dài 667 % Kết phân tích cho thấy hiệu biến tính kết hợp với biến dạng xử lý nhiệt góp phần làm tăng mức độ giãn dài hợp kim nghiên cứu Những kết mức độ giãn dài phù hợp với tổ chức tế vi hợp kim sau biến dạng ủ kết tinh lại Sau ủ kết tinh lại kích thước hạt hợp kim nhỏ 10 µm; hạt trịn yếu tố quan trọng để tăng độ dẻo cho hợp kim Ngoài ra, việc xuất lượng nhỏ pha liên kim Al với La Ce yếu tố thuận lợi cho trình biến dạng dẻo Bảng Thay đổi tốc độ kéo mẫu sau biến dạng kết tính lại Khơng có RE Có RE 10mm/ph 213 384 1mm/ph 277 484 0,1mm/ph 433 667 Hình 35 Biểu đồ mức độ giãn dài mẫu sau biến dạng ủ kết tinh lại tốc độ kéo khác Hình 36 Ảnh mẫu trước sau kéo Thay đổi tốc độ kéo mẫu sau biến dạng ủ kết tinh lại nhận thấy: Sau biến dạng ủ kết tinh lại mức độ giãn dài lớn so với mẫu trước biến dạng kết tinh lại Những kết thực nghiệm phù hợp với kết phân tích biến đổi tổ chức trước sau biến dạng - ủ kết tinh lại Thay đổi tốc độ kéo nhận thấy: Với tốc độ kéo chậm mức độ biến dạng tăng lên đạt giá trị cao thử kéo tốc độ kéo 0.1 mm/ph Mức độ dẻo lớn đạt 667 % với tốc độ kéo 0,1 mm/ph Tăng độ độ kéo mức độ dẻo giảm dần; tăng tốc độ kéo 10 mm/ph mẫu có RE mức độ giãn dài giảm xuống 384 % Điều xảy tương tự với mẫu khơng có RE Với tốc độ kéo chậm thuận lợi cho trình hạt trượt lên trình thử kéo Phân tích tổ chức mẫu có RE cho thấy có độ hạt nhỏ mịn sau biến dạng ủ kết tinh lại điều kiện thuận lợi cho trình tăng độ dẻo hợp kim nghiên cứu Đối với mẫu khơng có RE kích thước hạt thơ không dẫn đến hiệu tăng độ dẻo khơng đảm bảo Hình 4.36 cho thấy ảnh mẫu trước sau kéo mức độ dẻo lớn 667% với tốc độ kéo 0,1mm/ph mẫu làm nhỏ mịn hạt La, Ce; biến dạng nguội xử lý nhiệt Những kết nghiên cứu chương thể qua số vấn đề sau: - Bằng thực nghiệm kết hợp với lập luận lý thuyết xác định vai trò pha liên kim Al11Ce3 đóng vai trị làm tâm mầm kết tinh pha liên kim Al3La đóng vai trị pha ngăn cản trình phát triển hạt - Đã xác định chế độ công nghệ để tăng độ dẻo hợp kim Al-ZnMg-Cu: làm nhỏ mịn hạt hợp kim trung gian có chứa đất hiếm; ủ đồng hóa 480 oC 16 giờ; biến dạng với mức độ biến dạng nguội 275 % ủ kết tinh lại 450 oC Tổ chức hạt thu có kích thước nhỏ 10 µm; độ giãn dài đạt 667 % - Bước đầu chứng minh chế tăng độ dẻo hợp kim nghiên cứu nhờ chế trượt biên hạt khuếch tán KẾT LUẬN 1.Luận án chứng minh vai trò La Ce đưa vào hợp kim dạng trực tiếp dạng hợp kim trung gian trình làm nhỏ mịn hạt Vai trò pha liên kim Al11Ce3 hợp kim trung gian có cấu trúc tương đồng với pha α-Al nên đóng vai trị tâm mầm cho q trình kết tinh tạo hạt nhỏ mịn so với mẫu La, Ce đưa vào dạng trực tiếp Pha liên kim Al 3La đóng vai trị ngăn cản phát triển pha α-Al 2.Xác định vai trị chế độ ủ đồng hóa hợp kim Al-Zn-Mg-Cu có chất làm nhỏ mịn hạt La Ce Q trình ủ đồng hóa khử bỏ tổ chức sau đúc tạo tổ chức đồng điều kiện thuận lợi cho trình biến dạng 3.Biến dạng ủ kết tinh lại tạo hạt có kích thước 10 µm; tổ chức hạt đồng dẫn đến độ giãn dài hợp kim Al-Zn-Mg-Cu sau làm nhỏ mịn hạt hợp kim trung gian có chứa La Ce tăng độ dẻo đạt tới 667 % Bước đầu chứng minh chế tăng độ dẻo hợp kim Al-Zn-Mg-Cu nhờ chế trượt biên hạt trình khuếch tán 4.Luận án xác định chế độ công nghệ tạo hạt nhỏ 10 µm độ giãn dài đạt 667 % cho hợp kim Al-Zn-Mg-Cu gồm: làm nhỏ mịn hạt hợp kim trung gian Al-La-Ce (%La: 10,96 %; %Ce: 6,87 %); ủ đồng hóa 480 oC 16 giờ; cán nguội với mức độ biến dạng 275 % sau ủ kết tinh lại 450 oC KIẾN NGHỊ 1.Cần có nghiên cứu thêm xử lý nhiệt hợp kim Al-Zn-Mg-Cu có sử dụng chất nhỏ mịn hạt La Ce để nâng cao độ dẻo hợp kim Qua đó, xác định vùng tối ưu để đạt siêu dẻo với mức độ dẻo lớn 2.Hoàn thiện công nghệ chế tạo thử nghiệm số chi tiết có dạng mỏng dễ cán, dập tạo hình từ hợp kim nghiên cứu DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH CỦA LUẬN ÁN Bui Thi Ngoc Mai, Nguyen Xuan Dong, Pham Mai Khanh and Tran Duc Huy, “Influence of rare earth on the microstructure and mechanical properties of Al-Zn alloy”, (2020), International Journal of Modern Physics B, Vol 34, No, 22n24, pp 2040125-1 – 2040125-8, doi.org/10.1142/S0217979220401256, ISSN: 1793-6578 Bùi Thị Ngọc Mai, “Nghiên cứu ảnh hưởng La, Ce đến tổ chức độ cứng pha hợp kim Al-5Zn-3.5Mg-1.2Cu sau xử lý nhiệt”, (2021) Tạp chí Khoa học Công nghệ Hàng hải (số đặc biệt), pp 102 – 107, ISSN: 1859-316X Bui Thi Ngoc Mai, Nguyen Duong Nam, Sai Manh Thang, Vu Anh Tuan, Pham Mai Khanh, Tran Duc Huy, “A Study of Microstructure and Mechanical Properties at High temperature of Al-Zn Alloys Through Modification and Heat Treatment”, (2021), Proceedings of the International Conference on Advanced Mechanical Engineering, Automation, and Sustainable Development 2021 (AMAS2021); ISBN 978-3-030-99665-9 ISBN 978-3-030-99666-6 (eBook); Lecture Notes in Mechanical Engineering; ISSN 2195-4356 ISSN 2195-4364 (electronic), pp 534 – 542, https://doi.org/10.1007/978-3-030-99666-6 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] A S M Handbook, Alloy Phase Diagram, vol 1992 [2] R Auras and C Schvezov, “Wear behavior, microstructure, and dimensional stability of as-cast zinc-aluminum/SIC (metal matrix composites) alloys,” Metall Mater Trans A Phys Metall Mater Sci., vol 35 A, no 5, 2004 [3] K A Padmanabhan, S Sripathi, H Hahn, and H Gleiter, “Inverse Hall-Petch effect in quasi- and nanocrystalline materials,” Materials Letters, vol 133 pp 151–154, 2014 [4] R Version and L Series, Superplasticity, vol 52, no 1989 [5] K Georgy, L Neelakantan, K C H Kumar, and M Mukherjee, “Influence of Cu, Zn and Si alloying elements on Al alloy foams produced using Mg blowing agent,” J Mater Sci., vol 56, no 3, 2021 [6] M Chemingui et al., “Effect of heat treatment on microstructure, hardening and plasticity of a commercial Al–Zn–Mg–Cu alloy,” Int J Mater Res., vol 109, pp 1113–1121, 2018 [7] J Drápala, G Kostiuková, and M Losertová, “Contribution to the aluminumtin-zinc ternary system,” IOP Conf Ser Mater Sci Eng., vol 266, no 1, pp 0–16, 2017 [8] V V Bryukhovetsky, D E Myla, V P Poyda, and A V Poyda, “Effect of Homogenization on the Superplasticity and Microsuperplasticity of the AlZn-Mg-Cu Aluminum Alloy,” J Nano- Electron Phys., vol 12, no 6, pp 06025-1-06025–8, 2020 [9] M T Pérez-Prado, M C Cristina, O A Ruano, and G González-Doncel, “Grain boundary sliding and crystallographic slip during superplasticity of Al5%Ca-5%Zn as studied by texture analysis,” Materials Science and Engineering A, vol 244, no pp 216–223, 1998 [10] H Zhao et al., “Segregation assisted grain boundary precipitation in a model Al-Zn-Mg-Cu alloy,” Acta Mater., vol 156, pp 318–329, 2018 [11] F Carreño and O A Ruano, “Superplasticity of aerospace 7075 (Al-Zn-MgCu) aluminium alloy obtained by severe plastic deformation,” Defect Diffus Forum, vol 385 DDF, pp 39–44, 2018 [12] X Z Li, V Hansen, J Gjénnes, and L R Wallenberg, “HREM study and structure modeling of the Z’ phase, the hardening precipitates in commercial Al-Zn-Mg alloys,” Acta mater, vol 47, no 9, pp 2651–2659, 1999 [13] R xian YANG, Z yi LIU, P you YING, J lin LI, L hua LIN, and S ZENG, “Multistage-aging process effect on formation of GP zones and mechanical properties in Al–Zn–Mg–Cu alloy,” Trans Nonferrous Met Soc China (English Ed., vol 26, no 5, pp 1183–1190, 2016 [14] P A Rometsch, Y Zhang, and S Knight, “Heat treatment of 7xxx series aluminium alloys - Some recent developments,” Transactions of Nonferrous Metals Society of China (English Edition), vol 24, no Nonferrous Metals Society of China, pp 2003–2017, 2014 [15] J D.-M M Q Z B W T Fan Xi-gang, “Press Transactions of Nonferrous Metals Society of China Evolution of eutectic structures in Al-Zn-Mg-Cu alloys during heat treatment,” 2006 [16] L K Berg et al., “GP-zones in Al-Zn-Mg alloys and their role in artifical aging,” 2001 [17] G Sha and A Cerezo, “Early-stage precipitation in Al-Zn-Mg-Cu alloy (7050),” Acta Mater., vol 52, no 15, pp 4503–4516, Sep 2004 [18] A A Alekseev, I N Fridlyander, and L B Ber, “Mechanisms of phase transformations under ageing in the alloys of Al-Zn-Mg-(Cu) system,” in Materials Science Forum, 2002, vol 396–402, no 2, pp 821–826 [19] J X Zang, K Zhang, and S L Dai, “Precipitation behavior and properties of a new high strength Al-Zn-Mg-Cu alloy,” Trans Nonferrous Met Soc China (English Ed., vol 22, no 11, pp 2638–2644, Nov 2012 [20] L L Rokhlin, T V Dobatkina, N R Bochvar, and E V Lysova, “Investigation of phase equilibria in alloys of the Al-Zn-Mg-Cu-Zr-Sc system,” in Journal of Alloys and Compounds, 2004, vol 367, no 1–2, pp 10–16 [21] T Marlaud, A Deschamps, F Bley, W Lefebvre, and B Baroux, “Influence of alloy composition and heat treatment on precipitate composition in Al-ZnMg-Cu alloys,” Acta Mater., vol 58, no 1, pp 248–260, Jan 2010 [22] M Chemingui et al., “Effect of heat treatment on microstructure, hardening and plasticity of a commercial Al–Zn–Mg–Cu alloy,” Int J Mater Res., vol 109, no 12, pp 1113–1121, Dec 2018 [23] GS TS Nguyễn Khắc Xương tác giả, Vật liệu kỹ thuật Nhà xuất Bách Khoa Hà Nội, 2016 [24] X Fan, D Jiang, Q Meng, Z Lai, and X Zhang, “Characterization of precipitation microstructure and properties of 7150 aluminium alloy,” Mater Sci Eng A, vol 427, no 1–2, pp 130–135, Jul 2006 [25] S K Panigrahi and R Jayaganthan, “Effect of annealing on thermal stability, precipitate evolution, and mechanical properties of cryorolled Al 7075 alloy,” Metall Mater Trans A Phys Metall Mater Sci., vol 42, no 10, pp 3208– 3217, Oct 2011 [26] G Fribourg, “Precipitation and plasticity couplings in a 7xxx aluminium alloy: application to thermomechanical treatments for distortion correction of aerospace component,” Institut National Polytechnique de Grenoble, 2010 [27] A M O A A R O K M R A L A K Isadare D.A, “Effect of As-Cast Cooling on the Microstructure and Mechanical Properties of Age-Hardened 7000 Series Aluminium Alloy,” Int J Mater Eng., vol 2015, no 1, pp 5–9, 2015 [28] M F Ibrahim, “Effects of Be, Sr, Fe and Mg Interactions on the Microstructure and Mechanical Properties of Aluminum Based Aeronautical Alloys,” 2015 [29] Z R Nie et al., “Advanced aluminum alloys containing rare-earth erbium,” Mater Forum, vol 28, pp 197–201, 2004 [30] Y D He, X M Zhang, and J H You, “Effect of minor Sc and Zr on microstructure and mechanical properties of Al-Zn-Mg-Cu alloy,” Trans Nonferrous Met Soc China (English Ed., vol 16, no 5, pp 1228–1235, 2006 [31] Y Wang et al., “As-cast microstructure of Al–Zn–Mg–Cu–Zr alloy containing trace amount of Sc,” Rare Met., vol 38, no 4, 2019 [32] A Kishchik, A Mikhaylovskaya, A Kotov, and V Portnoy, “Effect of homogenization treatment on superplastic properties of aluminum based alloy with minor Zr and Sc additions,” Defect Diffus Forum, vol 385 DDF, pp 84–90, 2018 [33] R Wu and X Chen, “Effects of rare-earth element on microstructure and mechanical properties of cast Al-Zn-Mg-Cu alloy,” Mater Test., vol 32, no 12, 2012 [34] R Ohte, K Yoshioka, T Uesugi, Y Takigawa, and K Higashi, “Effects of Zraddition on intergranular fracture of Al-Cu-Mg and Al-Zn-Mg-Cu alloys,” Keikinzoku/Journal Japan Inst Light Met., vol 69, no 4, pp 235–241, 2019 [35] X Zhang, Z Wang, Z Zhou, and J Xu, “Influence of rare earth (Ce and La) addition on the performance of Al-3.0 wt%Mg alloy,” J Wuhan Univ Technol Mater Sci Ed., vol 32, no 3, pp 611–618, 2017 [36] R K Mahidhara, “Superplastic flow and failure in a fine-grained 7475 al alloy,” Materials Letters, vol 25, no 3–4 pp 111–116, 1995 [37] L Li, T T Zhou, H X Li, C Q Chen, B Q Xiong, and L K Shi, “Effect of additional elements on aging behavior of Al-Zn-Mg-Cu alloys by spray forming,” Trans Nonferrous Met Soc China (English Ed., vol 16, no 3, pp 532–538, 2006 [38] Z Y Ma, F C Liu, and R S Mishra, “Superplastic deformation mechanism of an ultrafine-grained aluminum alloy produced by friction stir processing,” Acta Materialia, vol 58, no 14 pp 4693–4704, 2010 [39] G Li et al., “Effect mechanism of yttrium on melting and solidification of 7055 aluminum alloy,” Rare Met Mater Eng., vol 39, no 1, 2010 [40] Y C Lin, Y Q Jiang, X M Chen, D X Wen, and H M Zhou, “Effect of creep-aging on precipitates of 7075 aluminum alloy,” Mater Sci Eng A, vol 588, pp 347–356, Dec 2013 [41] I A Ovid’ko, R Z Valiev, and Y T Zhu, “Review on superior strength and enhanced ductility of metallic nanomaterials,” Prog Mater Sci., vol 94, pp 462–540, 2018 [42] N H Dung, Biến tính hợp kim nhơm sau tinh, no 04 2018 [43] M E Kassner, Fundamentals of Creep in Metals and Alloys 2008 [44] W D Callister, Materials science and engineering: An introduction (2nd edition), vol 12, no 1991 [45] O A Yakovtseva, A V Mikhaylovskaya, A V Pozdniakov, A D Kotov, and V K Portnoy, “Superplastic deformation behaviour of aluminium containing brasses,” Mater Sci Eng A, vol 674, pp 135–143, 2016 [46] X G Wang, Q S Li, R R Wu, X Y Zhang, and L Ma, “A Review on Superplastic Formation Behavior of Al Alloys,” Advances in Materials Science and Engineering, vol 2018 pp 1–18, 2018 [47] Thomas Rodney Wilshaw, “The Effect of Temperature and Strain-Rate on the Deformation and Fracture of Mild Steel Charpy Specimens,” 1961 [48] H Mircadeh, Superplasticity and superplastic forming.pdf [49] G Đ M Nghiệp, “Bài giảng Vật liệu nano P3.” [50] G Đ M Nghiệp, “Bài giảng vật liệu nano P2.” 110 [51] George E Dieter, Mechanical metallurgy 1961 [52] G Đ M Nghiệp, “Bài giảng Vật liệu nano,” 2021 [53] P S Mohanty and J E Gruzleski, “Mechanism of grain refinement in aluminium,” Acta Metall Mater., vol 43, no 5, pp 2001–2012, 1995 [54] O A Kaibyshev, Superplasticity of Alloys, Intermetallides and Ceramics 1992 [55] K T Kashyap and T Chandrashekar, “Effects and mechanisms of grain refinement in aluminium alloys,” Bull Mater Sci., vol 24, no 4, pp 345– 353, 2001 [56] F Xie et al., “A study of microstructure and microsegregation of aluminum 7050 alloy,” Mater Sci Eng A, vol 355, no 1–2, pp 144–153, Aug 2003 [57] D A Porter and K E Easterling, Phase transformations in metals and alloys Chapman & Hall, 1992 [58] M G Zelin, “Processes of microstructural evolution during superplastic deformation,” Materials Characterization, vol 37, no pp 311–329, 1996 [59] X Li and M J Starink, “Analysis of precipitation and dissolution in overaged 7xxx aluminium alloys using DSC,” Mater Sci Forum, vol 331-337 II, pp 1071–1076, 2000 [60] О А Кайбышев, Сверхплпастичность промышленных сплавов Москва, 1984 [61] N H Hải, Cơ sở lý thuyết q trình đơng đặc số ứng dụng Nhà xuất Khoa học kỹ thuật, 2006 [62] S Srikanth and K T Jacob, “Thermodynamics of aluminium - strontium alloys,” Zeitschrift fuer Met Res Adv Tech., vol 82, no 9, pp 675–683, 1991 [63] P K Poulose, J E Morral, and A J Mcevily, “Stress Corrosion Crack Velocity and Grain Boundary Prec,pitates an AI-Zn-Mg Alloy,” Metall Trans., vol 5, pp 1393–1400, 1974 [64] J L and D J Chakrabarti, “Grain Structure and Microtexture Evolution During Superplastic Forming of a High Strength Al-Zn-Mg-Cu Alloy,” Acta Metall., vol 44, no 12, pp 4647–4661, 1996 [65] H Fang, H Yang, J Zhu, P Xiao, Z Chen, and T Liu, “Effect of Minor Cr, Mn, Zr or Ti on Recrystallization, Secondary Phases and Fracture Behaviour of Al-Zn-Mg-Cu-Yb Alloys,” Xiyou Jinshu Cailiao Yu Gongcheng/Rare Met Mater Eng., vol 49, no 3, 2020 [66] S Kord, M Alipour, M H Siadati, M Kord, and P G Koppad, “Effects of rare earth Er additions on microstructure and mechanical properties of an Al– Zn–Mg–Cu alloy,” in Minerals, Metals and Materials Series, 2018, vol Part F4 [67] C C Hsu and W H Wang, “Superplastic forming characteristics of a Cu-ZnAl-Zr shape memory alloy,” Materials Science and Engineering A, vol 205, no 1–2 pp 247–253, 1996 [68] K Nha, “https://vnexpress.net/dat-hiem-vu-khi-cong-nghe-bi-mat-cua-trungquoc-4247431.html,” vnexpress, 2021 [69] A L Vasiliev et al., “Microstructural Peculiarities of Al-Rich Al-La-Ni-Fe Alloys,” Metall Mater Trans A Phys Metall Mater Sci., vol 50, no 4, pp 111 1995–2013, 2019 [70] C Colinet and A Pasturel, “Ab initio calculation of the formation energies of L12, D022, D023 and one dimensional long period structures in TiAl3 compound,” Intermetallics, vol 10, no 8, 2002 [71] Y Deng, Z Yin, K Zhao, J Duan, J Hu, and Z He, “Effects of Sc and Zr microalloying additions and aging time at 120°C on the corrosion behaviour of an Al-Zn-Mg alloy,” Corrosion Science, vol 65 pp 288–298, 2012 [72] I Z Awan and A Q Khan, “Recovery, recrystallization, and grain-growth,” J Chem Soc Pakistan, vol 41, no 1, 2019 112 ... TỔNG QUAN HỢP KIM HỆ Al-Zn 1 Giới thiệu chung hợp kim Al-Zn 1.1.1 Ảnh hưởng nguyên tố có lợi đến hợp kim Al-Zn 1.1.2 Ảnh hưởng tạp chất .9 Tình hình nghiên cứu hợp kim Al-Zn... đồng hố hợp kim nhơm sau đúc với chế độ tối ưu 2.Tình hình nghiên cứu hợp kim Al-Zn 1.2.1 Nghiên cứu nước a) Nghiên cứu làm nhỏ mịn hạt đất Nhóm nghiên cứu Z.R.Nie cộng [29] tìm hiểu ảnh hưởng. .. (d) 620 oK [39] Nghiên cứu tính chất độ dẻo cao Nhóm nghiên cứu R.Kaibyshev cộng Viện Khoa học Nga nghiên cứu "Hành vi độ dẻo cao hợp kim nhôm 7055" Thí nghiệm thực sử dụng hợp kim 7055 đồng hóa