Ảnh hưởng của nhiệt độ ủ đến khả năng biến dạng và cơ tính của hợp kim nhôm ma giê

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ Nghiên cứu ảnh hưởng nhiệt độ ủ đến khả biến dạng tính hợp kim nhơm ma giê NGUYỄN QUANG TỒN nguyenvantoan@sis.hust.edu.vn Ngành Khoa học vật liệu – VLKL(KH) Chữ ký GVHD Giảng viên hướng dẫn: TS ĐẶNG THỊ HỒNG HUẾ Bộ môn: Cơ học vật liệu Cán kim loại Viện: KHOA HỌC VÀ KỸ THUẬT VẬT LIỆU HÀ NỘI, 10/2020 ĐỀ TÀI LUẬN VĂN Đề tài: Nghiên cứu ảnh hưởng nhiệt độ ủ đến khả biến dạng tính hợp kim nhôm ma giê Tác giả luận văn: Nguyễn Quang Tồn Khóa: 2019A Người hướng dẫn: TS ĐẶNG THỊ HỒNG HUẾ Viện Khoa học Kỹ thuật vật liệu Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Giáo viên hướng dẫn Ký ghi rõ họ tên Lời cảm ơn Để hồn thành luận văn này, trước hết tơi xin bày tỏ lịng kính trọng biết ơn tới TS Đặng Thị Hồng Huế, người trực tiếp hướng dẫn tơi q trình thực luận văn Tơi xin chân thành cảm ơn thầy, cô Viện Khoa học Kỹ thuật vật liệu, đặc biệt thầy cô Bộ môn Cơ học vật liệu Cán kim loại, anh/ chị nghiên cứu sinh em sinh viên nhóm nghiên cứu hỗ trợ, giúp đỡ thời gian học tập làm nghiên cứu trường Đại học Bách khoa Hà Nội Cuối cùng, xin cảm ơn gia đình, bạn bè quan tâm, động viên đồng hành theo thời gian Lời cam đoan Tơi, Nguyễn Quang Tồn xin cam đoan, luận văn cơng trình nghiên cứu tơi hướng dẫn TS Đặng Thị Hồng Huế Các kết nêu báo cáo luận văn trung thực, khơng chép cơng trình khác Hà Nội, ngày 10 tháng 10 năm 2020 HỌC VIÊN NGUYỄN QUANG TỒN TĨM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ Đề tài: Nghiên cứu ảnh hưởng nhiệt độ ủ đến khả biến dạng tính hợp kim nhôm ma giê Tác giả luận văn: Nguyễn Quang Tồn Khóa: 2019A Người hướng dẫn: TS ĐẶNG THỊ HỒNG HUẾ Viện Khoa học Kỹ thuật vật liệu, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Từ khóa: Hợp kim nhôm ma giê, nhiệt độ ủ, khả biến dạng, tính Nhơm hợp kim nhơm vật liệu sử dụng rộng rãi đời sống trọng lượng nhẹ, khả chống ăn mịn mơi trường nước biển cao có tính dẫn điện, dẫn nhiệt tốt Bên cạnh đó, độ bền hợp kim nhơm cao nhiều so với kim loại nhôm nguyên chất Tuy nhiên, so với thép giới hạn bền giới hạn chảy đa số hợp kim nhôm thấp Nhằm tận dụng ưu điểm khả chống ăn mịn nhiều mơi trường đặc biệt môi trường nước biển tận dụng đặc điểm trọng lượng nhẹ loại vật liệu để thay chi tiết thép công nghiệp hàng không, công nghiệp khai thác dầu mỏ, nhiều nghiên cứu cải thiện độ bền hợp kim nhôm công bố giới Tuy nhiên, nghiên cứu hợp kim nhơm ma giê cịn hạn chế, đặc biệt nghiên cứu ảnh hưởng nhiệt độ đủ đến tính khả biến dạng hợp kim nhơm Vì vậy, luận văn lựa chọn vấn đề để thực với mục tiêu tìm nhiệt độ tối ủ ưu để đạt hợp kim nhơm ma giê có độ bền cao Phương pháp nghiên cứu tác giả sử dụng nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực nghiệm Cụ thể, vấn đề liên quan đến sở lý thuyết nhôm hợp kim nhôm đặc điểm kiểu mạng, giản đồ pha hợp kim hai nguyên, thành phần nguyên tố hóa học có vật liệu, phương pháp tăng bền, xử lý nhiệt với hợp kim nhôm trình bày chi tiết luận văn Thực nghiệm q trình ủ hợp kim nhơm AA5083 thực nhiệt độ nhiệt độ khác là: 150 oC, 200oC, 250oC, 300oC, 350oC, 400oC, thời gian ủ giờ, sau cán nguội lần với tổng mức độ biến dạng 80% Các mẫu sau thí nghiệm ủ đồng hóa đo độ cứng, thử độ bền chụp ảnh tổ chức tế vi Kết nhận cho thấy, mẫu ủ 300 oC cho giới hạn bền kéo độ giãn dài lớn nhất, tiếp đến mẫu ủ 200 oC Các nhiệt độ lại, giá trị giới hạn bền giới hạn chảy thay đổi nhiều so với giới hạn bền giới hạn chảy mẫu ban đầu Trong đó, mức độ biến dạng tất mẫu giảm nhiều so với mức độ biến dạng vật liệu ban đầu Điều cho thấy rằng, điều kiện ủ, độ bền vật liệu cải thiện rõ rệt, ngược lại khả biến dạng vật liệu giảm rõ rệt Bên cạnh đó, độ cứng mẫu sau ủ mẫu ban đầu khảo sát Kết cho thấy, độ cứng vật liệu thay đổi theo nhiệt độ ủ, độ cứng vật liệu đạt giá trị nhỏ 82 HV nhiệt độ ủ 300 0C Các mẫu lại giá trị độ cứng thay đổi so với mẫu cao chênh lệch lớn HV Ảnh tổ chức tế vi mẫu sau ủ biến dạng cho thấy, sau ủ, kích thước hạt nhỏ nhiều đồng so với mẫu ban đầu kích thước hạt khơng đồng đều, tổ chức chứa nhiều song tinh Học viên Ký ghi rõ họ tên Nguyễn Quang Toàn MỤC LỤC CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ NHÔM VÀ HỢP KIM NHƠM .1 1.1 1.2 Nhơm kim loại .1 1.1.1 Tính chống ăn mịn 1.1.2 Độ dẫn nhiệt nhôm 1.1.3 Độ dẫn điện nhôm 1.1.4 Độ phản xạ ánh sáng nhôm 1.1.5 Tính chất học nhơm Hợp kim nhôm .2 1.2.1 Hệ thống ký hiệu hợp kim nhôm 1.2.2 Tính chất hợp kim nhôm 1.2.3 Xử lý nhiệt hợp kim nhôm .5 1.3 Hợp kim nhôm hệ Al-Mg 10 1.4 Tổng quan hợp kim nhôm AA5083 12 1.4.1 Đặc tính nhơm AA5083 .13 1.4.2 Ảnh hưởng nguyên tố hợp kim 13 1.4.3 Ủ hợp kim nhôm AA5083 .15 1.5 Phương pháp hóa bền với hợp kim nhơm 17 1.6 Tổ chức tính chất hợp kim nhôm sau biến dạng 19 1.7 Ứng dụng hợp kim nhôm ma giê 20 1.8 Tổng quan đề tài nghiên cứu 21 1.9 Kết luận .24 CHƯƠNG PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 27 2.1 Thực nghiệm trình kiểm tra tính 27 2.1.1 Thuật ngữ định nghĩa .27 2.2 2.3 2.4 2.1.2 Xác định đặc trưng học vật liệu 32 2.1.3 Kết thử 37 Đo độ cứng 39 2.2.1 Phương pháp đo độ cứng Brinell: 40 2.2.2 Phương pháp đo Rockwell 40 2.2.3 Phương pháp đo Vicker: .41 Chụp ảnh hiển vi quang học 42 2.3.1 Mài mẫu 42 2.3.2 Đánh bóng 42 2.3.3 Đánh bóng dung dịch 43 2.3.4 Tẩm thực .43 Kết luận .43 CHƯƠNG QUY TRÌNH VÀ THIẾT BỊ THỰC NGHIỆM 46 3.1 Sơ đồ quy trình thí nghiệm 46 3.2 Mẫu nghiên cứu 47 3.3 Thiết bị thí nghiệm 48 3.4 3.5 3.3.1 Máy cán 48 3.3.2 Lò nung 49 3.3.3 Máy đánh bóng .49 3.3.4 Máy soi tổ chức 50 3.3.5 Máy đo độ cứng 51 3.3.6 Máy thử kéo 52 Quy trình phân tích mẫu thí nghiệm 53 3.4.1 Quy trình kiểm tra mẫu kính hiển vi quang học 53 3.4.2 Quy trình đo độ cứng 53 3.4.3 Quy trình thử kéo 54 Kết luận .56 CHƯƠNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ BÀN LUẬN 57 4.1 Phân tích ảnh hưởng nhiệt độ ủ đến hợp kim nhôm AA5083 57 4.1.1 Kết thử độ bền kéo 57 4.1.2 Kết chụp ảnh tổ chức tế vi .60 4.1.3 Kết đo độ cứng tế vi 62 KẾT LUẬN 64 TÀI LIỆU THAM KHẢO .65 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng Bảng Bảng Bảng Bảng Bảng Bảng 1.1 Hệ thống ký hiệu hợp kim nhôm 1.3 Tính chất vật lý tính hợp kim nhôm AA5083 .13 1.4 Ứng dụng hợp kim nhôm [8] .21 2.1 Ký hiệu thông số mẫu thử kéo 30 2.2 Tốc độ ứng suất 32 4.1 Kết thử kéo 59 4.2 Kết đo độ cứng mẫu sau ủ 63 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình 1.1 Phân loại hợp kim Al theo giản đồ pha 1.2 Giản đồ chọn nhiệt độ đồng hóa tđđ 1.3 Chọn nhiệt độ hợp kim nhôm 1.4 Giản đồ phân hủy đẳng nhiệt α A16 hệ Al-Zn-Mg 1.5 Giản đồ pha Al-Mg .11 1.6 Ảnh hưởng Mg đến tính Al .11 1.7 Thành phần hợp kim AA5083 .13 1.8 Các ứng dụng hợp kim nhôm đời sống .21 2.1 Đồ thị quan hệ ứng suất – biến dạng 37 2.2 Hình minh họa tốc độ biến dạng sử dụng thử kéo 38 2.3 Mẫu trước thử 38 2.4 Mẫu sau thử kéo 39 2.5 Phương pháp đo độ cứng Brinell .40 2.6 Phương pháp đo độ cứng Rockwell 41 2.7 Phương pháp đo độ cứng Vicker .41 3.1 Sơ đồ thực nghiệm trình cán-ủ 46 3.2 Mẫu hợp kim nhôm AA5083 trước cán .47 3.3 Đồ thị ứng suất – biến dạng hợp kim nhôm AA5083 ban đầu .47 3.4 Ảnh tổ chức tế vi mẫu AA5083 ban đầu 48 3.5 Máy cán 49 3.6 Lò nung 49 3.7 Máy mài-đánh bóng Buehler Beta grinder-polisher 50 3.8 Máy soi tổ chức tế vi Axiovert 25 CA/6v 25W 51 3.9 Máy đo độ cứng tế vi Duramin .51 3.10 Máy thử kéo Zwick roell SP600 .52 3.11 Kích thước mẫu thử kéo 54 3.12 Mẫu thử kéo 54 3.13 Mẫu kéo bị phá hủy 55 4.1 Đồ thị ứng suất biến dạng hợp kim AA5083 .57 4.2 Đồ thị ứng suất biến dạng hợp kim AA5083 .58 4.3 Đồ thị độ liên hệ bền kéo nhiệt độ ủ AA5083 .59 4.4 Đồ thị liên hệ độ giãn dài nhiệt độ ủ AA5083 .60 4.5 Ảnh bề mặt mẫu AA5083 sau biến dạng .61 4.6 Ảnh mặt cắt ngang mẫu sau biến dạng 61 4.7 Mặt cắt dọc mẫu 62 4.8 Ảnh tổ chức tế vi mẫu ủ 300oC sau ủ đồng hóa 62 ... nghiên cứu cải thiện độ bền hợp kim nhôm công bố giới Tuy nhiên, nghiên cứu hợp kim nhơm ma giê cịn hạn chế, đặc biệt nghiên cứu ảnh hưởng nhiệt độ ? ?ủ đến tính khả biến dạng hợp kim nhơm Vì vậy,... (AA-Aluminum Association) xxxx (hợp kim nhôm biến dạng) xxx.x (hợp kim nhôm đúc), theo bảng 1.1 Bảng 1.1 Hệ thống ký hiệu hợp kim nhôm Hợp kim nhôm biến dạng Hợp kim nhôm đúc 1xxx Al 1xx.x Al thương... 1.1.5 Tính chất học nhơm Hợp kim nhôm .2 1.2.1 Hệ thống ký hiệu hợp kim nhôm 1.2.2 Tính chất hợp kim nhôm 1.2.3 Xử lý nhiệt hợp kim nhôm .5 1.3 Hợp kim nhôm