Đang tải... (xem toàn văn)
•Nguyên vật liệu •Al1,34 Mg2Si (6061), một hợp kim loãng và Al2.25 Mg2Si (6069), một hợp kim tập trung đã được sử dụng trong dự án, họ đã nhận được trong DC phôi của 4 đường kính. • Tại sao là hợp kim AlMgSi? •AlMgSi (6xxx) hợp kim tạo nên phần lớn các hợp kim nhôm đùn; gần 23 của tất cả ép đùn được làm từ hợp kim nhôm và 90% trong số này là các hợp kim loạt 6xxx.
College of Technology, Graduate Seminar 2007 Xây dựng quy trình hệ nhiệt cho hợp kim Al Mg Si Mingdong Cai Mechanical Engineering Technology Program Department of Engineering Technology 1/37 Outline •Nhơm ứng dụng ngành cơng nghiệp •Khuyết tật tác động chúng đặc tính vật liệu •Tính chất hợp kim nhận • Tĩnh lão hóa - Vi cấu trúc tính chất •Chiến lược- Qui trình cơng nghệ •Lão hóa nhanh hợp kim Al- Vi cấu trúc tính chất •Tóm tắt Department of Engineering Technology 2/37 A Nhơm • Nhơm, ngun tử số13 • Face-lập phương tâm (FCC) cấu trúc tinh thể (a = 0.4041nm) • Nhơm có phong phú vỏ trái đất cao số tất nguyên tố kim loại kết hợp độc đáo tính chất vật lý: khối lượng riêng thấp (khoảng 2.70g / cm3), mô đun đàn hồi trung bình (khoảng 70GPa) điện trở suất thấp (khoảng2.67 cm-1 at 20C) • độ dẻo cao với 12 hệ thống trượt{111} {111} • Gốm sứ thường giịn, ví dụ Al2O3 có hệ thống trượt {0001} tại1200C Department of Engineering Technology 3/37 Ứng dụng nhơm • Hợp kim nhơm sử dụng rộng rãi ngành công nghiệp xây dựng, cung cấp điện, hàng không vũ trụ ô tô Department of Engineering Technology 4/37 B Các khuyết tật vật liệu kim loại People are like crystals It is the defects in them that make them interesting (mọi người tinh thể.Điều làm cho họ trở nên thú vị) - Sir F Charles Frank Perfection has one grave defect : it is apt to be dull? ( Hoàn hảo có khiếm khuyết nghiêm trọng: Nó khuynh hướng ngu si ) William Somerset Maugham Khuyết tật tạo đặc tính vật liệu Các tính chất hữu ích cho cơng nghệ Loại khuyết tật: khuyết tật điểm (chỗ trống, quảng cáo chuyển) khuyết tật Line (sai lệch mạng) khuyết tật Plane (ranh giới hạt, bề mặt) Khuyết tật tác động chúng đặc tính vật liệu Department of Engineering Technology 5/37 Các khuyết tật ảnh hưởng tới thuộc tính vật liệu •Độ dẫn điện chất bán dẫn : = n e e + p e h Trong n/p = mật độ e /lỗ trống ; e = điện tích e; h = tính động lỗ; h and e khác Khiếm khuyết: Mang điện tích (điện, lỗ trống ) tăng tính dẫn Khiếm khuyết bên cho phép vào khoảng trống bị ngăn cản bên Mức bẫy electron lỗ trống(i.e reduce n, p) giảm mạnh Department of Engineering Technology 6/37 Defects - Dislocations Edge dislocation Department of Engineering Technology 7/37 Khuyết tật- Biên hạt http://www-classes.usc.edu/engr/ms/125/MDA125/defects_files/frame.htm Department of Engineering Technology 8/37 Tăng cường sức bền Tinh thể hoàn hảo !!! ??? HOẶC Các tinh thể khơng hồn hảo hồn tồn Department of Engineering Technology 9/37 Sức bền nhơm • strain hardening ys Gb • grain boundary hardening ys i k y d 1 / ys kG 1.5 X f • solid solution strengthening (e.g Al-Mg) c b / • precipitation hardening (e.g Al-Mg-Si) • dispersion strengthening (e.g composites) In a real alloy, a combination of the above strengthening mechanisms can be operative simultaneously: i p 1Gb 2Gb Department of Engineering Technology 10/37 Qui trình kĩ thuật • Qui trình kĩ thuật– Equal channel angular extrusion (ECAE) N N cot( ) cos ec( ) • Tính • Các hình mẫu tổng thể trì; biến dạng trượt cao đạt được; thông số biến dạng (nhiệt độ tốc độ căng) điều chỉnh dễ dàng nhân rộng • Vật liệu xử lý • hợp kim nhơm; thép carbon; composit kim loại (MMC) polyme • Cải thiện độ bền kéo siêu dẻo đạt kết hạt siêu mịn sản xuất ECAE Department of Engineering Technology 22/37 Già hóa động tĩnh– Phản ứng già hóa a ge i ng r e sponse VPN (kg/mm2) 200 160 120 80 solution treated 6061 solution treated 6069 dynamically aged 6061 dynamically aged 6069 40 10 100 1000 10000 Time (min) So sánh đặc điểm lão hóa động mẫu 170 C Department of Engineering Technology 23/37 Tính bền kéo mechanical testing of 6069 Áp lực (MPa) 450 400 350 300 250 200 150 100 50 Homogenisation + ageing homogenisation ECAE+homogenisation +ageing 15 % 10 Sức căng 20 25 - đường cong xử lí nhiệt mẫu 6069 Department of Engineering Technology 24/37 Già hóa động tĩnh– Đặc tính học 50 UTS YS 40 Elong 30 Stress (MPa) 500 400 300 20 200 10 100 Elongation (%) 600 dynamically statically dynamically statically aged 6069 aged 6069 aged 6061 aged 6061 Tính bền kéo hợp kim 6069 6061 sau lão hóa động tỉnh đạt đỉnh điểm 170C Department of Engineering Technology 25/37 Già hóa tĩnh– Nghiên cứu TEM BF DF BF DF hình ảnh hợp kim điển hình Al-Mg-Si-tĩnh đạt đỉnh già hóa, hướng chùm tia [100] Department of Engineering Technology 26/37 Già hóa động– Nghiên cứu TEM BF DF BF DF hình ảnh già hóa động 6061, hướng chùm tia [100] Department of Engineering Technology 27/37 Già hóa động tĩnh– Nghiên cứu TEM BF DF BF DF hình ảnh già hóa động 6069, hướng chùm tia [100] Department of Engineering Technology 28/37 Lão hóa động– nghiên cứu TEM 6069 6061 BF hình ảnh già hóa động 6061 (a) 6069 (b) cho thấy subgrains tinh ED viết tắt hướng đùn ECAE Department of Engineering Technology 29/37 Lão hóa động tĩnh- Cơ chế Những đóng góp hạt, kích thước hạt sai lệch mạng đến sức mạnh tổng thể hợp kim kết hợp tạo thêm hình thức y k1 b r k d k3 b y úng suất 0 ứng suấtcủa ma trận, u mô đun biến dạng, b vector Burger, r bán kính trung bình chất kết tủa d đường kính hạt trung bình / subgrain, tham số phụ thuộc căng thẳng / vi, mật độ sai lệch mạng ki (i = 1, 3) số Già hóa động tạo hạt /subgrains and precipitations, mật độ sai lệch mạng cao biên dạng không xác định hạt /subgrain cấu trúc làm tăng hiệu suất vật liệu Department of Engineering Technology 30/37 E Phân tích lỗi- hợp kim nhận Sự tồn giai đoạn liên kim (Al13Fe4, Al5FeSi and -Al8Si6Mg3Fe) tách biệt ranh giới nhánh hình dẫn đến việc nứt dọc theo ranh giới nhánh hình hai hợp kim Department of Engineering Technology 31/37 Phân tích lỗi- Hợp kim già hóa tĩnh Gãy kiên kết & Gãy giũa hạt SE hình ảnh bề mặt gãy hợp kim đúc 6069 sau già hóa tĩnh Transgranular fracture SE hình ảnh bề mặt gãy 6069 sau trải qua ba ECAE, điều trị giải pháp già hóa 170 C cho 1000 phút Department of Engineering Technology 32/37 Phân tích lỗi- Hợp kim già hóa tự động Đứt ,gãy klie6n kết hạt SE hình ảnh bề mặt gãy 6061/6069 sau xử lý giải pháp tự động già hóa 170C 10 phút Department of Engineering Technology 33/37 Tóm tắt Tiêu chuẩn đồng sản xuất hạt kích thước 140 m q trình lão hóa tĩnh tăng sức bền cho vật liệu Năng động, lão hóa cách sử dụng kỹ thuật ECAE dẫn đến gia tăng UTS 6061 6069 hợp kim so sánh với điều trị đỉnh lão hóa tĩnh thông thường nhiệt độ lượng mưa Trật khớp hỗ trợ xảy trình lão hóa động 6061 6069 hợp kim 170C Kích thước kết tủa hợp kim động độ tuổi tuân theo tỷ lệ nhiệt độ biến dạng Sự phát triển kết tủa q trình lão hóa động điều chỉnh chế khuếch tán trật khớp hỗ trợ Động lão hóa sử dụng ECAE q trình lượng hướng Synergic dẫn đến tính chất học cao thời gian xử lý Department of Engineering Technology 34/37 F Cơng việc tương lai- q trình sản xuất Synergic Thiết kế bố cục Qui trình đúc/ đơng đặc Đồng hóa/ giải pháp xử lí Quy trình sản xuất (cán, rèn, ép đùn, kéo, ép, vv) nhiệt độ lão hóa Department of Engineering Technology 35/37 Lời cảm ơn • Dự án hỗ trợ ORS, Alcan Inc, Đại học Manchester, Bộ Năng lượng Hoa Kỳ theo hợp đồng DE-FG03-02ER45988 (WSU) DE-AC0676RLO 1830 (thí nghiệm quốc gia Pacific Northwest) • Các nhóm nghiên cứu Tiến sĩ Wayne P Hess CMS (Gang Xiong, Alan G Joly, Kenneth M Beck Wayne P Hess), Tiến sĩ Don Baer (Timothy C Droubay, Mark H Engelhard, Don Baer ),, Phịng thí nghiệm quốc gia Tây Bắc Thái Bình Dương EMSL • Tiến sĩ Lyle Levine Mark Stoudt NIST • Nhóm nghiên cứu tiến sĩ W.M Huang (Mingjie Wu, Qiang Ông Weimin Huang) Trường Hàng khơng vũ trụ & Cơ khí, Đại học Cơng nghệ Nanyang, Singapore Department of Engineering Technology 36/37 ... Mg2 Si (6061), hợp kim loãng Al- 2.25 Mg2 Si (6069), hợp kim tập trung sử dụng dự án, họ nhận DC phơi "đường kính • Tại hợp kim Al- Mg- Si? ? ?Al- Mg- Si (6xxx) hợp kim tạo nên phần lớn hợp kim nhôm đùn;... hợp kim nhôm đùn; gần 2/3 tất ép đùn làm từ hợp kim nhôm 90% số hợp kim loạt 6xxx (Al5 FeSi) / AlxSiy(FeMn,Cr)z Mg2 Si đồ EPMA Mg (trái) Si (bên phải) cho thấy cấu trúc vi mô lõi đúc 6061 Department... 12/37 C Cơ chế lão hóa T (oC) + Liquid 600 595oC 1.85% 400 6069 6061 200 + Mg2 Si Mg2 Si (wt%) Chuỗi kết tủa chứng minh hợp kim Al- Mg- Si hình thành (Edwards, 1998): SSSS cụm nguyễn tử Si Mg