(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu ảnh hưởng của đất hiếm đến tính dẻo cao của hợp kim Al Zn Mg Cu

(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu ảnh hưởng của đất hiếm đến tính dẻo cao của hợp kim Al Zn Mg Cu(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu ảnh hưởng của đất hiếm đến tính dẻo cao của hợp kim Al Zn Mg Cu(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu ảnh hưởng của đất hiếm đến tính dẻo cao của hợp kim Al Zn Mg Cu(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu ảnh hưởng của đất hiếm đến tính dẻo cao của hợp kim Al Zn Mg Cu(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu ảnh hưởng của đất hiếm đến tính dẻo cao của hợp kim Al Zn Mg Cu(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu ảnh hưởng của đất hiếm đến tính dẻo cao của hợp kim Al Zn Mg Cu(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu ảnh hưởng của đất hiếm đến tính dẻo cao của hợp kim Al Zn Mg Cu(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu ảnh hưởng của đất hiếm đến tính dẻo cao của hợp kim Al Zn Mg Cu(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu ảnh hưởng của đất hiếm đến tính dẻo cao của hợp kim Al Zn Mg Cu(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu ảnh hưởng của đất hiếm đến tính dẻo cao của hợp kim Al Zn Mg Cu(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu ảnh hưởng của đất hiếm đến tính dẻo cao của hợp kim Al Zn Mg Cu(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu ảnh hưởng của đất hiếm đến tính dẻo cao của hợp kim Al Zn Mg Cu(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu ảnh hưởng của đất hiếm đến tính dẻo cao của hợp kim Al Zn Mg Cu(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu ảnh hưởng của đất hiếm đến tính dẻo cao của hợp kim Al Zn Mg Cu(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu ảnh hưởng của đất hiếm đến tính dẻo cao của hợp kim Al Zn Mg Cu

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 1 TỔNG QUAN HỢP KIM HỆ Al-Zn 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 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 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 nhơm 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] 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) Al-Zn-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 trò chế biến dạng độ dẻo cao hợp kim MA8 (a) АМг6 (b) vùng I-II-III [59] 35 Hình 14 Góc thấm ướt 𝜃 [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 Phôi nhôm 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 trình 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 ... σ) Hợp kim Al- Zn- Mg Mg 2Zn1 1 AlMgZn (Al2 Mg 3Zn3 ; Al6 Mg1 1Zn1 1; (Al, Zn) 4 9Mg3 2) MgZn2 Hợp kim Al- Cu -Mg Al2 Cu Cu 6Mg 2Al5 Al2 CuMg CuMg 4Al6 Al6 Cu 4Mg2 1.1.2 Ảnh hưởng nguyên tố có lợi đến hợp kim Al- Zn. .. TỔNG QUAN HỢP KIM HỆ Al- Zn 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 Tình hình nghiên cứu hợp kim Al- Zn ... suất mạnh Mg Mg làm giảm độ dẻo hợp kim rõ rệt thành phần >2.5% 1.1.1 Quá trình chuyển biến pha hợp kim Al- Zn- Mg- Cu Hợp kim Al- Zn- Mg- Cu hợp kim nhôm hệ nguyên có độ bền cao loại hợp kim nhơm,