Đang tải... (xem toàn văn)
Microsoft Word 6855 DOC céng hßa x∙ héi chñ nghÜa viÖt nam Bé c«ng th−¬ng ViÖn khoa häc vµ c«ng nghÖ Má LuyÖn kim B¸o c¸o tæng kÕt ®Ò tµi Nghiªn cøu c«ng nghÖ s¶n xuÊt hîp kim HÀN NHÔM 6855 15/5/2008[.]
cộng hòa x hội chủ nghĩa việt nam Bộ công thơng Viện khoa học công nghệ Mỏ - Luyện kim Báo cáo tổng kết đề tài Nghiên cứu công nghệ sản xuất hợp kim HN NHễM 6855 15/5/2008 thành HÀ NỘI – 2007 céng hßa x∙ héi chđ nghĩa việt nam Bộ công thơng Viện khoa học công nghệ Mỏ - Luyện kim báo cáo tổng kết đề tài Nghiên cứu công nghệ sản xuất hợp kim hàn NHễM Chủ nhiệm đề tài: Kỹ s Phm Bỏ Kiờm Ngày tháng 12 năm 2007 Thủ trởng quan chủ quản Ngày tháng 12 năm 2007 Thủ trởng quan chđ tr× BCKT: Nghiên cứu sản xuất hợp kim hàn nhơm Nh÷ng ng−êi thùc hiƯn TT Họ tên Chức vụ Cơ quan Phạm Bá Kiêm Kỹ sư hoá Viện KH&CH Mỏ-Luyện kim Lê Hồng Sơn Kỹ sư hoá Viện KH&CH Mỏ-Luyện kim Nguyễn Minh Đạt Kỹ sư LK Viện KH&CH Mỏ-Luyện kim Ngô Quyền Kỹ sư điện Viện KH&CH Mỏ-Luyện kim Viện Khoa học Công nghệ Mỏ-Luyện kim BCKT: Nghiên cứu sản xuất hợp kim hàn nhôm MỤC LỤC Số hiệu Danh mục Tr Mở đầu Tổng quan Tình hình nghiên cứu sản xuất nước, mục tiêu đề tài 1.1.1 Tình hình nghiên cứu ngồi nước 1.1.2 Tình hình nghiên cứu nước 1.1.3 Mục tiêu đề tài Tổng quan sở lý thuyết 11 Các vấn đề hàn nhôm hợp kim nhôm 11 1.2.1.1 Đặc điểm hàn nhôm hợp kim nhôm 11 1.2.1.2 Chất trợ dung 12 1.2.1.3 Tiết diện dây hàn 13 Cấu trúc, tính chất hợp kim hàn nhơm 14 1.2.2.1 Các hợp kim hàn nhôm 14 1.2.2.2 Giản đồ trạng thái hệ Al-Si 15 1.2.2.3 Giản đồ trạng thái hệ Al-Cu 17 1.2.2.4 Giản đồ trạng thái hệ Al-Zn 18 1.2.2.5 Giản đồ trạng thái hệ Al-Si-Cu 20 1.2.2.6 Giản đồ trạng thái hệ Al-Mn 20 Phương pháp nghiên cứu công tác chuẩn bị 21 2.1 Phương pháp nghiên cứu 21 2.2 Thiết bị vật tư nghiên cứu 21 2.2.1 Thiết bị nghiên cứu 21 2.2.2 Nguyên liệu hoá chất 21 2.2.3 Sơ đồ công nghệ 22 2.2.4 Công tác phân tích 22 Nội dung nghiên cứu 23 3.1 Nghiên cứu nấu luyện số loại hợp kim trung gian 23 3.2 Nghiên cứu ảnh hưởng nhiệt độ nấu luyện đến thành phần hợp kim 24 3.2.1 Hợp kim hàn nhôm hệ Al-Si 24 3.2.1.1 Hợp kim Al-Si (5% Si) 24 3.2.1.2 Hợp kim Al-Si (12% Si) 25 Chương 1.1 1.2 1.2.1 1.2.2 Chương Chương Viện Khoa học Công nghệ Mỏ-Luyện kim BCKT: Nghiên cứu sản xuất hợp kim hàn nhôm Hợp kim hàn nhôm hệ Al-Cu-Si 26 3.2.2.1 Hợp kim Π35A 26 3.2.2.2 Hợp kim Π52A 27 Hợp kim hàn nhôm hệ Al-Zn 28 3.2.3.1 Hợp kim Al-20Zn 28 3.2.3.2 Hợp kim Zn-5Al 29 3.2.3.3 Hợp kim ΠцAM65A 29 3.3 Nghiên cứu ảnh hưởng thời gian nấu luyện đến hiệu suất thu hồi hợp kim hàn nhôm 30 3.3.1 Nghiên cứu ảnh hưởng thời gian nấu luyện đến hiệu suất thu hồi hợp kim hàn nhôm hệ Al-Si 30 3.3.2 Nghiên cứu ảnh hưởng thời gian nấu luyện đến hiệu suất thu hồi hợp kim hàn nhôm hệ Al-Cu-Si 31 3.3.3 Nghiên cứu ảnh hưởng thời gian nấu luyện đến hiệu suất thu hồi hợp kim hàn nhôm hệ Zn-Cu-Mn-Al 33 3.3.4 Nghiên cứu ảnh hưởng thời gian nấu luyện đến hiệu suất thu hồi nguyên tố hợp kim hàn nhơm hệ Al-20Zn 34 3.4 Nghiên cứu thí nghiệm mẻ lớn, sản xuất thử sản phẩm 35 3.5 Khảo sát khả kéo dây, tạo phôi hàn 36 3.6 Định hướng áp dụng sản phẩm nghiên cứu 36 3.7 Tính toán sơ số tiêu tiêu hao cho mác hợp kim hàn nhôm nghiên cứu 36 Kết luận 38 Tài liệu tham khảo 39 Phụ lục 40 3.2.2 3.2.3 Viện Khoa học Công nghệ Mỏ-Luyện kim BCKT: Nghiên cứu sản xuất hợp kim hàn nhôm MỤC LỤC BẢNG VÀ HÌNH Bảng Thành phần tính chất lý số hợp kin hàn nhôm Bảng Hợp kim hàn nhôm (Thành phần, tính chất lĩnh vực ứng dụng theo DIN 8513-4) Bảng Hợp kim hàn nhơm (Thành phần, tính chất lĩnh vực ứng dụng theo DIN 1707 – D) 10 Bảng Sợi để hàn hợp kim nhôm 12 Bảng Thành phần trợ dung để hàn học nhôm hợp kim nhôm (%) 12 Bảng Chiều dày vật hàn tiết diện điện cực hàn để hàn hồ quang 14 Bảng Tiết diện sợi hàn hàn thủ công 14 Bảng Độ tan silic nhơm 15 Bảng Độ hồ tan đồng nhôm 17 Bảng 10 Độ tan kẽm nhôm 18 Bảng 11 Ảnh hưởng nhiệt độ đến hiệu suất thu hồi Si – HK Al-5Si 24 Bảng 12 Ảnh hưởng nhiệt độ đến hiệu suất thu hồi Si – HK Al-12Si 25 Bảng 13 Ảnh hưởng nhiệt độ nấu luyện đến hiệu suất thu hồi kim loại – HK П35A 26 Bảng 14 Ảnh hưởng nhiệt độ đến hiệu suất thu hồi kim loại – HK П52A 27 Bảng 15 Ảnh hưởng nhiệt độ nấu luyện đến hiệu suất thu hồi kim loại – HK ПцAM65A 29 Bảng 16 Ảnh hưởng thời gian đến hiệu suất thu hồi kim loại – KH Al-12Si 31 Bảng 17 Ảnh hưởng thời gian đến hiệu suất thu hồi kim loại – HK П35A 32 Bảng 18 Ảnh hưởng thời gian đến hiệu suất thu hồi kim loại – KH ПцAM65A 33 Bảng 19 Ảnh hưởng thời gian đến hiệu suất thu hồi kim loại – HK Al-20Zn 34 Bảng 20 Chỉ tiêu tiêu hao số vật tư cho 1Kg sản phẩm loại 37 Hình Các dạng mối hàn hợp kim nhơm 13 Hình Góc nhơm giản đồ trạng thái hệ Al-Si-Cu 15 Hình Giản đồ trạng thái hệ Al-Si [7] 16 Hình Giản đồ trạng thái hệ Al-Cu [7] 17 Hình Giản đồ trạng thái hệ Al-Zn 19 Hình Giản đồ trạng thái hệ Al-Mn 20 Hình Sơ đồ cơng nghệ dự kiến 22 Hình Ảnh hưởng nhiệt độ đến hiệu suất thu hồi hợp kim (Hệ Al-5Si) 24 Viện Khoa học Công nghệ Mỏ-Luyện kim BCKT: Nghiên cứu sản xuất hợp kim hàn nhơm Hình Ảnh hưởng nhiệt độ đến hiệu suất thu hồi hợp kim (Hệ Al-12Si) 25 Hình 10 Ảnh hưởng nhiệt độ đến hiệu suất thu hồi hợp kim (Hệ Π35A) 27 Hình 11 Ảnh hưởng nhiệt độ đến hiệu suất thu hồi 28 Hình 12 Ảnh hưởng nhiệt độ đến hiệu suất thu hồi hợp kim (Hệ ΠцAM65A) 30 Hình 13 Ảnh hưởng thời gian đến hiệu suất thu hồi hợp kim (Hệ Al-Si) 31 Hình 14 Ảnh hưởng thời gian đến hiệu suất thu hồi hợp kim (Hệ Al-Cu-Si) 32 Hình 15 Ảnh hưởng thời gian đến hiệu suất thu hồi hợp kim (Hệ Zn-Cu-Mn-Al) 33 Hình 16 Ảnh hưởng thời gian đến hiệu suất thu hồi hợp kim (Hệ Al-20Zn) 34 Hình 17 Sơ đồ cơng nghệ nấu luyện hợp kim hàn nhôm 37 Viện Khoa học Công nghệ Mỏ-Luyện kim BCKT: Nghiên cứu sản xuất hợp kim hàn nhôm MỞ ĐẦU Các vật đúc nhơm thường có khuyết tật xử lý cơng nghệ hàn, hàn nối cấu kiện hợp kim nhơm lị sưởi điện, thiết bị sấy điện, thiết bị lượng mặt trời, đế máy… Trong thực tế công nghệ hàn nhôm hợp kim hàn nhơm sử dụng phổ biến Nhơm có lực lớn với oxy tạo thành oxyt nhôm (Al2O3) Oxyt mối hàn gây rỗ xỉ nằm mặt vật hàn ngăn cản trình hàn Nhiệt độ nóng chảy 2050oC nhiệt độ nóng chảy nhơm khoảng 650oC Khối lượng riêng oxyt nhôm lớn nhôm hợp kim nhơm nên khó bể hàn Mặt khác nhiệt độ cao nhơm dễ hồ tan hydro H2 nên tạo rỗ khí Trong thực tế có nhiều loại hợp kim để hàn nhơm, tuỳ theo kích thước, thành phần tính chất vật hàn mà chọn hợp kim hàn thích hợp Hợp kim hàn nhơm có nhiều loại, dựa vào nhiệt độ nóng chảy chia làm hai nhóm • Nhóm hợp kim dễ nóng chảy: Thường gọi hợp kim hàn mềm, nhiệt độ nóng chảy chúng 450oC • Nhóm hợp kim khó nóng chảy: Thường gọi hợp kim hàn cứng, nhiệt độ nóng chảy chúng 450oC Ở nước ngồi người ta sản xuất hàng chục loại hợp kim để hàn nhôm Ở nước ta nhu cầu hợp kim hàn nhơm lớn chưa có quan nghiên cứu sản xuất hợp kim hàn nhôm Đề tài “Nghiên cứu công nghệ sản xuất hợp kim hàn nhôm” Bộ Công Thương cho phép triển khai nghiên cứu theo định số 873/QĐ-BCN ký ngày 19/03/2007 Bộ Công nghiệp Sản phẩm đề tài ứng dụng thực tế Viện Nghiên cứu vũ khí-Bộ Quốc phịng, Cơng ty khí Đơng Anh-Bộ Xây dựng, Cơng ty đóng tàu Bạch Đằng-Tập đồn VINASHIN, xưởng nhơm gia dụng Tân Đức Thành-TP.Cần Thơ Viện Khoa học Công nghệ Mỏ-Luyện kim BCKT: Nghiên cứu sản xuất hợp kim hàn nhơm CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ SẢN XUẤT TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC, MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI 1.1.1 Tình hình nghiên cứu nước Ở nước người ta sản xuất công nghiệp nhiều loại hợp kim hàn nhôm [2; 3; 4; 5; 6] Liên Xô cũ sản xuất mác hợp kim hàn nhôm bảng 1: Bảng 1: Thành phần tính chất lý số hợp kin hàn nhơm [6] ToC nóng chảy Thành phần hoá học Mác HK Cu Si Zn Mn Al Bắt đầu Kết thúc δB Kg/mm Lĩnh vực sử dụng Silumin _ 11,7 _ _ Còn lại 577 577 17 ÷ 19 Để hàn chi tiết, khắc phục khuyết tật, hàn lò sưởi điện từ HK AlMц 34A 28 _ _ Cịn lại 525 525 18 ÷ 24 -nt- 35A 21 _ _ Còn lại 535 535 13 ÷ 14 -nt- 590 _ _ Để hàn giao điểm nhơm HK nhơm giữ anơt hố Cịn lại 575 _ _ Để hàn nhôm HK nhôm 1,5 ± 0,2 Còn lại 550 _ _ _ Còn lại 490 500 13 ÷ 15 0,6 ± 0,1 Cịn lại 390 420 32 ÷ 35 Π52A 10 ± 1± 0,1 _ _ Π575A _ _ 20 ± _ Π550A 27 ± 6±1 _ B62 20 3,5 20 ± 24 ΠЦAM65 14,5 ± 0,5 _ 65 ± Cịn lại Để hàn HK nhơm nhiệt độ 480oC cao Ở châu Âu Đức sản xuất mác hợp kim hàn nhôm theo ISO: EN 573-3, EN AW-4343, EN AW-4045, EN AW-4047A… tương đương DIN 8513-4, DIN 1732….[2] Viện Khoa học Công nghệ Mỏ-Luyện kim BCKT: Nghiên cứu sản xuất hợp kim hàn nhơm Thành phần, tính chất lĩnh vực ứng dụng hợp kim hàn nhôm nêu bảng bảng (Trang trang 10) 1.1.2 Tình hình nghiên cứu nước Các hợp kim hàn nhôm nước chưa quan tâm nghiên cứu Chưa có tạp chí cơng bố kết nghiên cứu chế tạo hợp kim hàn nhôm ứng dụng thực tế Hầu hết sở sản xuất có nhu cầu hàn nhơm sử dụng hợp kim hàn nhôm nhập từ nước mác Al-Si Al-Si 11,5 Zn-Al 5, ПЦAM 65… Hiện nhu cầu hợp kim hàn nhôm lớn Các sở sản xuất đúc sử dụng hàn khuyết tật, hàn nối cấu kiện hợp kim nhơm Hàn nhơm cịn sử dụng cơng nghiệp đóng tàu biển, cơng nghiệp ơtơ…[1] 1.1.3 Mục tiêu đề tài: Nghiên cứu công nghệ sản xuất số mác hợp kim hàn nhôm theo tiêu chuẩn Liên Xô cũ: + Hợp kim mác Silumin: Si 10 ÷ 13%, lại Al + Hợp kim mác Π575A: Zn 20 ± 1%, lại Al + Hợp kim mác ΠЦAM65: Cu 14,5 ± 0,5%, Zn 65 ± 1%, Mn 0,6 ± 0,1%, cịn lại nhơm Chọn mác sản xuất thử, kéo dây ф3mm, ф4mm Viện Khoa học Công nghệ Mỏ-Luyện kim BCTK:Nghiên cứu công nghệ sản xuất hợp kim hàn nhơm Qua kết thí nghiệm cho thấy nhiệt độ nấu luyện hợp kim đạt hiệu suất thu hồi hợp kim cao 700oC đạt 98,5% 3.2.1.2 Hợp kim Al-Si (12%Si) Nghiên cứu nấu luyện hợp kim hàn nhôm Al-12Si: Tiến hành tương tự nấu luyện hợp kim Al-5Si, khối lượng mẻ nấu 400g gồm 150g Al-A7 250g Al-20Si Kết đưa bảng 12 hình Bảng 12: Ảnh hưởng nhiệt độ đến hiệu suất thu hồi silic Nhiệt độ thí nghiệm (ToC) 650 Lượng HKTG thu (g) 375 700 390 12,10 97,50 96,80 750 385 11,95 96,25 94,37 800 380 11,95 95,00 93,14 T T Hàm lượng Hiệu suất Hiệu suất Si (%) thu hồi kim thu hồi Si loại (%) (%) 12,20 93,75 93,84 Hình 9: Ảnh hưởng nhiệt độ đên hiệu suất thu hồi hợp kim (Hệ Al-12Si) 98 97.5 Hiệu suất (%) 97 96.5 96 95.5 95 94.5 94 93.5 600 700 800 900 o Nhiệt độ (T C) Viện Khoa học Công nghệ Mỏ - Luyện kim 25 BCTK:Nghiên cứu công nghệ sản xuất hợp kim hàn nhơm Từ kết thí nghiệm cho thấy hệ hợp kim Al-Si có hàm lượng Si 5%, 12% nấu luyện nhiệt độ 700oC hợp lý, không cần nấu luyện nhiệt độ cao cho hợp kim trung gian Al-20Si vào Al hàm lượng Si đến 12%Si tạo thành etecti có Tonc = 577oC Trong thực tế, trình nấu luyện cho thấy đưa hợp kim trung gian Al-Si vào hợp kim lỗng, độ linh động cao, rót chất lượng hợp kim đúc tốt 3.2.2 Hợp kim hàn nhôm hệ Al-Cu-Si 3.2.2.1 Hợp kim Π35A Nghiên cứu nấu luyện hợp kim hàn nhơm mác Π35A (21%Cu, 7%Si, cịn lại Al): Khối lượng mẻ nấu 400g gồm 36g Al-A7 216g Al-Cu (39%Cu), 148g Al-Si (19,5%Si) Quá trình tiến hành cách nấu chảy Al-A7, sau đưa hợp kim trung gian Al-39Cu Al-19,5Si vào Thời gian nấu luyện 20 phút Nhiệt độ nấu thay đổi từ 600oC đến 800oC Các kết đưa bảng 13 hình 10 Bảng 13: Ảnh hưởng nhiệt độ nấu luyện đến hiệu suất thu hồi kim loại T T Nhiệt độ nấu Lượng HK thu Hàm lượng (%) luyện (ToC) (g) (%) Cu Si 600 380 95,0 20,00 7,10 Hiệu suất (%) Cu Si 90,21 93,48 650 390 97,5 21,15 7,10 98,14 95,94 700 390 97,5 21,10 6,95 97,91 93,91 750 385 96,2 20,10 6,90 91,86 92,04 800 380 95,0 19,80 6,90 89,31 90,85 Kết nghiên cứu cho thấy hợp kim Π35A nấu luyện nhiệt độ 650 ÷ 700oC cho kết tốt Đièu phù hợp với lý thuyết hợp kim hệ bậc Al-Si (5 ÷ 13%Si) có Tonc ~ 577oC, hợp kim hệ Al-Cu-Si có thành phần nêu có Tonc ~ 535oC Viện Khoa học Cơng nghệ Mỏ - Luyện kim 26 BCTK:Nghiên cứu công nghệ sản xuất hợp kim hàn nhơm Hình 10: Ảnh hưởng nhiệt độ đến hiệu suất thu hồi hợp kim (Hệ П35A) 98 Hiệu suất (%) 97.5 97 96.5 96 95.5 95 94.5 550 600 650 700 750 800 850 o Nhiệt độ (T C) 3.2.2.2 Hợp kim Π52A Nghiên cứu nấu luyện hợp kim hàn nhôm mác Π52A (10%Cu, 1%Si, lại Al): Tiến hành tương tự nấu luyện hợp kim Π35A Khối lượng mẻ nấu 400g gồm 276g Al-A7 103g Al-39Cu, 21g Al-19,5Si Quá trình tiến hành cách nấu chảy Al-A7, sau đưa hợp kim trung gian Al-39Cu Al19,5Si vào Thời gian nấu luyện 20 phút Nhiệt độ nấu luyện thay đổi từ 600oC đến 750oC Các kết đưa bảng 14 hình 11 Bảng 14: Ảnh hưởng nhiệt độ nấu luyện đến hiệu suất thu hồi kim loại TT Nhiệt độ nấu luyện (ToC) Lượng hợp kim (g) Hiệu suất (%) 600 380 95,00 650 395 98,75 700 395 98,75 750 390 97,50 Viện Khoa học Công nghệ Mỏ - Luyện kim 27 BCTK:Nghiên cứu công nghệ sản xuất hợp kim hàn nhơm Hình 11: Ảnh hưởng nhiệt độ đến hiệu suất thu hồi 99.5 99 Hiệu suất (%) 98.5 98 97.5 97 96.5 96 95.5 95 94.5 550 600 650 700 750 800 Nhiệt độ (ToC) Kết thí nghiệm cho thấy nhiệt độ nấu luyện hợp kim mác Π52A thích hợp nhiệt độ từ 650 ÷ 700oC 3.2.3 Hợp kim hàn nhôm hệ Al-Zn Qua tài liệu tham khảo [2, 6, 7] chọn nghiên cứu mác hợp kim: Al-20Zn có Tonc = 575oC Zn-5Al có Tonc = 390oC ΠцAM65A (14,5%Cu, 65%Zn, 0,6%Mn) 3.2.3.1 Hợp kim Al20Zn (Tương đương Π575A) Nghiên cứu nấu luyện hợp kim hàn nhôm mác Al-20Zn với khối lượng mẻ nấu thí nghiệm 400g gồm 320g Al-A7 80g Zn 99,9% Quá trình tiến hành nấu chảy Al 700oC, cho Zn vào, lúc nhiệt độ hợp kim giảm xuống 650oC Giữ nhiệt độ 15 phút để hoà tan hết Zn Hợp kim chảy lỗng, có độ linh động cao rót khn Khi phân tích thành phần hố học cho thấy thành phần hợp kim có 19,5%Zn 79,2%Al Đối với hợp kim Al-Zn cho thấy không cần khảo sát nhiệt độ nấu luyện Nhiệt độ nấu luyện tối ưu từ 650oC ÷ 700oC, hiệu suất thu hồi hợp kim đạt 97% Viện Khoa học Công nghệ Mỏ - Luyện kim 28 BCTK:Nghiên cứu công nghệ sản xuất hợp kim hàn nhôm 3.2.3.2 Hợp kim Zn-5Al Trong thực tế tài liệu công bố, số nước dùng hợp kim Zn-5Al (94,0 ÷ 96,0%Zn, 4,0 ÷ 6,0%Al) có nhiệt độ nóng chảy Tonc = 390oC để hàn siêu âm, hàn hợp kim nhôm Hợp kim Zn-5Al nấu luyện dễ dàng từ hợp kim Π575A Zn kim loại Mẻ nấu thí nghiệm có khối lượng 600g trình tiến hành: Nấu chảy Zn kim loại 450 ÷ 500oC, sau cho hợp kim Al-20Zn vào với tỷ lệ 560g Zn 40g Al-20Zn Hợp kim thu có thành phần hố học ổn định 94,0 ÷ 96,0%Zn, 4,0 ÷ 6,0%Al Hiệu suất thu hồi hợp kim đạt 98% 3.2.3.3 Hợp kim ΠцAM65A (14,5%Cu, 65%Zn, 0,6%Mn, cịn lại Al) Q trình nghiên cứu nấu luyện mác hợp kim tiến hành với: • Khối lượng mẻ nấu: 600g • Kẽm kim loại: 390g • Hợp kim trung gian Al-Cu (50,0%Cu): 180g • Hợp kim trung gian Al-Mn (15,0%Mn): 30g • Trợ dung JIZ Trung Quốc • Thời gian nấu luyện: 20 phút • Thành phần hố học hợp kim nghiên cứu: 14,0% ÷ 14,85%Cu, 0,60% ÷ 0,70%Mn, 64,0% ÷ 64,5%Zn, 18,0% ÷ 19,0%Al Kết thí nghiệm nêu bảng 15 hình 12 Bảng 15: Ảnh hưởng nhiệt độ nấu luyện đến hiệu suất thu hồi kim loại Lượng hợp Hiệu suất thu hồi (%) kim (g) Hợp kim Cu Zn 93,33 89,60 92,25 560 T T Nhiệt độ (ToC) 450 500 588 98,00 94,08 96,86 84,93 550 585 96,66 93,60 96,37 84,50 600 575 95,83 92,00 94,72 83,05 650 570 95,00 91,20 93,90 82,33 Viện Khoa học Công nghệ Mỏ - Luyện kim Mn 80,88 29 BCTK:Nghiên cứu cơng nghệ sản xuất hợp kim hàn nhơm Hình 12: Ảnh hưởng nhiệt độ đến hiệu suất thu hồi hợp kim (Hệ ПцAM65A) 99 Hiệu suất (%) 98 97 96 95 94 93 400 450 500 550 600 650 700 Nhiệt độ (ToC) Kết thí nghiệm cho thấy hợp kim hệ Zn-Cu-Mn-Al nấu luyện thời gian 20 phút, nhiệt độ nấu luyện tối ưu 500oC, cho hiệu suất thu hồi cao đạt 98,0% ÷ 99% 3.3 NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA THỜI GIAN NẤU LUYỆN ĐẾN HIỆU SUẤT THU HỒI HỢP KIM HÀN NHÔM 3.3.1 Nghiên cứu ảnh hưởng thời gian nấu luyện đến hiệu suất thu hồi hợp kim hàn nhôm hệ Al-Si Qua nghiên cứu tham khảo chọn mác hợp kim Al-12Si làm đối tượng nghiên cứu Mẻ nấu thí nghiệm có khối lượng 400g Phối liệu gồm 150g AlA7 250g Al-Si (20%Si) Nhiệt độ nấu luyện 700oC Thời gian nấu luyện thay đổi từ 10 phút đến 30 phút Kết thí nghiệm đưa bảng 16 hình 13 Đối với hợp kim hệ Al-Si chọn thời gian nấu luyện từ 15 phút ÷ 20 phút mẻ với khối lượng mẻ nấu 400g Kết cho thấy hiệu suất thu hồi kim loại đạt 97,5% ÷ 98,0%, hiệu suất thu hồi Si đạt 97,0% Viện Khoa học Công nghệ Mỏ - Luyện kim 30 BCTK:Nghiên cứu công nghệ sản xuất hợp kim hàn nhôm Bảng 16: Ảnh hưởng thời gian đến hiệu suất thu hồi kim loại Nhiệt độ T nghiên cứu T (ToC) 700 Thời gian (phút) 10 Khối lượng (g) Hiệu suất (%) 380,0 95,00 Hàm lượng Si (%) 12,20 Lượng hợp kim Hiệu suất (%) 95,09 700 15 390,0 97,50 12,15 97,20 700 20 392,0 98,00 12,10 97,29 700 25 390,0 97,50 12,05 96,40 700 30 385,0 96,25 11,95 94,37 Hình 13: Ảnh hưởng thời gian đến hiệu suất thu hồi hợp kim (Hệ Al-Si) 98.5 Hiệu suất (%) 98 97.5 97 96.5 96 95.5 95 94.5 10 20 30 40 Thời gian (Phút) 3.3.2 Nghiên cứu ảnh hưởng thời gian nấu luyện đến hiệu suất thu hồi hợp kim hàn nhơm hệ Al-Cu-Si Q trình nghiên cứu nghiên cứu ảnh hưởng nhiệt độ đến hiệu suất thu hồi, tiến hành khảo sát hai mác hợp kim Π35A Π52A Ở nghiên cứu ảnh hưởng thời gian đến hiệu suất thu hồi nguyên tố tiến hành khảo sát mác hợp kim Π35A Kết nghiên cứu áp dụng cho mác Viện Khoa học Công nghệ Mỏ - Luyện kim 31 BCTK:Nghiên cứu công nghệ sản xuất hợp kim hàn nhôm hợp kim họ Al-Cu-Si khác Nhiệt độ nấu luyện 650oC, thời gian nấu luyện từ 10 đến 30 phút Kết thí nghiệm nêu bảng 17 hình 14 Bảng 17: Ảnh hưởng thời gian đến hiệu suất thu hồi kim loại T Nhiệt độ nấu T luyện (ToC) 650 Thời gian (Phút) 10 Hợp kim thu (g) (%) 385 96,25 Hiệu suất thu hồi (%) Cu Si 95,97 94,71 650 15 392 98,00 98,18 96,43 650 20 392 98,00 98,18 94,40 650 25 390 97,50 93,05 93,24 650 30 387 96,75 92,33 92,52 Hình 14: Ảnh hưởng thời gian đến hiệu suất thu hồi hợp kim (Hệ Al-Cu-Si) 98.2 98 Hiệu suất (%) 97.8 97.6 97.4 97.2 97 96.8 96.6 96.4 96.2 96 10 20 30 40 Thời gian (Phút) Quá trình thí nghiệm tiến hành với mẻ thí nghiệm 400g, nhiệt độ nấu luyện 650oC Thời gian nấu luyện thay đổi từ 10 phút đến 30 phút Thời gian nấu luyện hợp kim hàn mác Π35A 15 phút đạt hiệu suất thu hồi cao Viện Khoa học Công nghệ Mỏ - Luyện kim 32 BCTK:Nghiên cứu công nghệ sản xuất hợp kim hàn nhôm 3.3.3 Nghiên cứu ảnh hưởng thời gian nấu luyện đến hiệu suất thu hồi hợp kim hàn nhôm hệ Zn-Cu-Mn-Al (ΠцAM65A) Q trình thí nghiệm với khối lượng mẻ nấu 600g, phối liệu tính tốn theo tỷ lệ ngun tố Cu, Zn, Mn có hợp kim: • Hợp kim trung gian Al-Cu (50%Cu): 180g • Hợp kim trung gian Al-Mn (15%Mn): 30g, ã Km kim loi (Zn ữ 99,0%): 390g Nhiệt độ nấu luyện: 500oC, thời gian nấu luyện thay đổi từ 15 phút đến 35 phút Kết nghiên cứu đưa bảng 18 hình 15 Bảng 18: Ảnh hưởng thời gian đến hiệu suất thu hồi kim loại T Nhiệt độ Thời gian T (ToC) (Phút) 500 15 Lượng hợp kim thu (g) 570 Hiệu suất thu hồi (%) Hợp kim Cu Zn Mn 95,00 91,20 93,90 82,33 500 20 590 98,33 94,40 97,19 85,22 500 25 588 98,00 94,08 96,86 84,93 500 30 570 95,00 91,20 93,90 82,33 500 35 565 94,16 90,40 93,08 81,61 Hình 15: Ảnh hưởng thời gian đến hiệu suất thu hồi hợp kim (Hệ Zn-Cu-Mn-Al) 99 98.5 Hiệu suất (%) 98 97.5 97 96.5 96 95.5 95 94.5 94 93.5 10 15 20 25 30 35 40 Thời gian (Phút) Viện Khoa học Công nghệ Mỏ - Luyện kim 33 BCTK:Nghiên cứu công nghệ sản xuất hợp kim hàn nhơm Thành phần hố học hợp kim thu nằm khoảng dự kiến có kết sau: Cu 14,0% ÷15,0% Mn 0,60% ÷ 0,70% Zn 65,0% ÷ 66,0% Al 18,5% ÷ 19,0% 3.3.4 Nghiên cứu ảnh hưởng thời gian nấu luyện đến hiệu suất thu hồi nguyên tố hợp kim hàn nhôm hệ Al-Zn20 Quá trình thí nghiệm với khối lượng mẻ nấu 400g (320g Al-M7 80g Zn) Nhiệt độ nấu luyện 700oC Thời gian nấu luyện thay đổi từ 10 phút đến 30 phút Kết thí nghiệm trình bày bảng 19 hình 16 Bảng 19: Ảnh hưởng thời gian đến hiệu suất thu hồi kim loại T T Nhiệt độ Thời gian Lượng hợp kim (Phút) thu (g) (ToC) Hàm lượng (%) Al Zn Hiệu suất thu hồi (%) Hợp kim Zn Al 700 10 375 79,60 19,70 93,70 93,28 92,34 700 15 390 79,20 19,50 97,50 96,52 95,06 700 20 390 80,05 19,32 97,50 97,56 94,18 700 25 385 80,30 18,50 96,20 96,61 89,03 700 30 380 81,20 18,26 95,50 96,42 86,70 Hình 16: Ảnh hưởng thời gian đến hiệu suất thu hồi hợp kim (Hệ Al-20Zn) 98 97.5 Hiệu suất (%) 97 96.5 96 95.5 95 94.5 94 93.5 93 10 20 30 40 Thời gian (Phút) Viện Khoa học Công nghệ Mỏ - Luyện kim 34 BCTK:Nghiên cứu công nghệ sản xuất hợp kim hàn nhôm Từ kết thí nghiệm cho thấy hợp kim Al-Zn (20%Zn) có nhiệt độ nấu luyện từ 700oC Thời gian nấu luyện tối ưu 15 phút Ở thời gian nấu luyện 10 phút hợp kim chưa đủ linh động, rót cịn bị dính nồi nên lượng hợp kim thu thấp Ở thời gian nấu 15 phút cho hiệu suất thu hồi Al 96,5% với Zn 95,0% Hiệu suất thu hồi hợp kim đạt 97,5 ÷ 98% Khi kéo dài thời gian nấu 15 phút hiệu suất thu hồi Al giảm chậm Zn giảm nhiều bị cháy hao 3.4 NGHIÊN CỨU THÍ NGHIỆM MẺ LỚN, SẢN XUẤT THỬ SẢN PHẨM Từ kết nghiên cứu thông số công nghệ nấu luyện số mác hợp kim hàn nhôm, tiến hành thí nghiệm nghiên cứu nấu luyện mẻ lớn lò cảm ứng trung tần Khối lượng mẻ 20Kg, hợp kim đúc thỏi ф50 ÷ 52mm với chiều dài l = 300mm Đã tiến hành nấu mác hợp kim sau: • Hợp kim hệ Al-Si: Hợp kim Al-Si (5%Si) Hp kim Al-Si (11,0% ữ 13,0% Si) ã Hợp kim hệ Al-Cu-Si mác Π35A • Hợp kim ΠцAM-65 • Hợp kim Π575A Kết thu từ trình nấu mẻ lớn cho thấy: ¾ Nấu luyện hợp kim hàn nhôm hệ Al-Si hiệu suất thu hồi kim loại chung đạt 98,0%, hiệu suất thu hồi Si đạt 95,0% ¾ Nấu luyện hợp kim hàn nhơm hệ Al-Cu-Si hiệu suất thu hồi kim loại chung đạt 98,0%, hiệu suất thu hồi Cu đạt 98,0%, hiệu suất thu hồi Si đạt 96,0% ¾ Nấu luyện hợp kim hàn nhơm hệ ΠцAM-65 hiệu suất thu hồi kim loại chung đạt 98,0%, hiệu suất thu hồi Cu 94,0%, Mn 85,0%, Zn ~ 97,0% ¾ Nấu luyện hợp kim hàn nhôm hệ Al-Zn (20,0%Zn) hiệu suất thu hồi kim loại chung đạt 97,5%, hiệu suất thu hồi Al đạt 97,5%, Zn đạt 95,0% Viện Khoa học Công nghệ Mỏ - Luyện kim 35 BCTK:Nghiên cứu công nghệ sản xuất hợp kim hàn nhôm 3.5 KHẢO SÁT KHẢ NĂNG KÉO DÂY, TẠO PHƠI HÀN Thơng thường cơng nghiệp hàn nhơm u cầu sợi hàn có tiết diện 2mm ÷ 3mm hàn vật hàn < 3mm Khi hàn vật hàn có chiều dầy lớn sử dụng sợi hàn ф4mm ÷ 5mm lớn Trong q trình hàn thủ cơng dùng sợi hàn tiết diện 2mm ÷ 3mm lớn Từ thực tế đề tài đặt vấn đề kéo dây có tiết diện 2mm ÷ 3mm Hợp kim hàn nhôm nấu luyện theo mác, đúc phơi ф50mm, l = 300mm, sau cán nóng 400oC ÷ 450oC ép đùn phơi ф6mm ÷ 8mm Tiếp tục kéo nguội đến ф2mm ÷ 3mm, ủ, cuộn thành cuộn dây sản phẩm 2Kg Kết nghiên cứu khảo sát cho thấy hợp kim hàn nhơm hệ Al-Si, Al-Zn, ПцAM-65 có khả kéo dây tốt Còn hợp kim Π35A, Al-14Cu-7Si giòn, khả kéo dây thấp có nhu cầu thực tế cần có nghiên cứu tiếp tục biến tính, hợp kim hoá Trong thực tế yêu cầu hợp kim hàn nhôm hệ Al-5Si, Al-12Si hợp kim ΠцAM-65 Từ kết nghiên cứu đề nghị sơ đồ công nghệ tổng quát hình 16 (Trang 37) 3.6 ĐỊNH HƯỚNG ÁP DỤNG SẢN PHẨM NGHIÊN CỨU Qua tiếp cận thị trường cho thấy số sở sản xuất có sử dụng hợp kim hàn nhơm Viện Nghiên cứu Vũ khí-Bộ Quốc Phịng, nhà máy Cơ khí 59-Cơng ty 27-Bộ Quốc Phịng sử dụng dây hàn nhơm ф 3mm Cơng ty Cơ khí Đơng Anh chế tạo khung nhơm sử dụng hợp kim hàn nhơm Ngồi doanh nghiệp Tân Đức Thành-Q.Ninh Kiều-TP.Cần Thơ hàn nhôm hàng tháng sử dụng 500Kg hợp kim hàn nhôm dạng sợi ф2mm ÷ 3mm Sản phẩm nghiên cứu đề tài gửi tới sở sản xuất nêu trên, yêu cầu sử dụng thử cho ý kiến đánh giá Sau có dự kiến sản xuất lượng sản phẩm định thử nghiệm thị trường 3.7 TÍNH TỐN SƠ BỘ MỘT SỐ CHỈ TIÊU TIÊU HAO CHO CÁC MÁC HỢP KIM HÀN NHÔM NGHIÊN CỨU Qua kết nghiên cứu, tính tốn số tiêu tiêu hao dược nêu bảng 20: Viện Khoa học Công nghệ Mỏ - Luyện kim 36 BCTK:Nghiên cứu công nghệ sản xuất hợp kim hàn nhôm Bảng 20: Chỉ tiêu tiêu hao số vật tư cho 1Kg sản phẩm loại T Mác hợp kim T hàn nhôm Al Al-5Si 0,73-0,77 Chỉ tiêu tiêu hao (Kg) Al-Si Al-Cu Al-Mn 0,28-0,30 Al-12Si 0,38-0,42 0,63-0,66 Al-20Zn 0,80-0,84 Al-21Cu-7Si 0,1-0,15 Al-14,5Cu- 0,05-0,06 Zn 0,21-0,22 0,37-0,40 0,54-0,65 0,3-0,31 0,05-0,06 0,65-0,66 65Zn-0,65Mn Al Si Mn Cu Zn Nấu luyện hợp kim trung gian Al-Si Al-Cu Al-Mn Al-Zn Nấu luyện Đúc phôi Cán nóng Kéo dây Sản phẩm dây hàn Hình 17: Sơ đồ công nghệ nấu luyện hợp kim hàn nhôm Viện Khoa học Công nghệ Mỏ - Luyện kim 37 BCTK:Nghiên cứu công nghệ sản xuất hợp kim hàn nhơm KẾT LUẬN Từ kết nghiên cứu phịng thí nghiệm thí nghiệm mẻ qui mơ lớn sản xuất thử sản phẩm rút kết luận: Đã nghiên cứu công nghệ sản xuất 04 loại hợp kim hàn nhơm: • Hệ Al-Si (5% v 12% Si): ắ Nhit nu luyn: 650oC ữ 700oC ắ Thi gian nu luyn: 15 ữ 20 phỳt ¾ Tỷ lệ phối liệu nấu luyện:- Al-5Si: 27,5%÷28,75% HKTG Al-19,5Si -Al-12Si: 62,55ữ68,75% HKTG Al-19,5Si ã H Al-Zn ắ Nhit độ nấu luyện: 700oC ¾ Thời gian nấu luyện: 15 phỳt ắ T l phi liu nu luyn: 20,5% ữ 21,25% Zn ã H Al-Cu-Si ắ Nhit nu luyn: 650oC ữ 700oC ắ Thi gian nu luyn: 15 ữ 20 phút ¾ Tỷ lệ phối liệu nấu luyện: 54,0% ÷ 55,0% HKTG Al-40Cu 37,0% ÷ 37,5% Al-20Si • Hệ Al-Zn-Cu-Mn ¾ Nhiệt độ nấu luyện: 500oC ¾ Thời gian nấu luyện: 20 phút ¾ Tỷ lệ phối liệu nấu luyện: 30,0% ÷ 31,66% HKTG Al-50Cu, 5,0% ÷ 5,83% HKTG Al-15Mn, 65,0% ÷ 66,6% HKTG Al-20Zn Đưa thông số nhiệt độ, thời gian nấu luyện, phối liệu phương pháp nấu luyện từ hợp kim trung gian Từ phương pháp nấu luyện nghiên cứu kết đạt nấu luyện mác hợp kim hàn nhôm có nhu cầu thực tế Đã đưa sơ đồ công nghệ sản xuất sản phẩm hợp kim hàn nhôm Trên sở vật chất Viện Khoa học Công nghệ Mỏ-Luyện kim kết hợp với số sở cán, kéo sản xuất hợp kim hàn nhôm qui mô bán công nghiệp Viện Khoa học Công nghệ Mỏ - Luyện kim 38 BCTK:Nghiên cứu công nghệ sản xuất hợp kim hàn nhôm TÀI LIỆU THAM KHẢO Trương Công Đạt Kỹ thuật hàn-NXB Thanh niên-HN-1999 2.Handbook Vol 1: Fundamentals and Materials Edited by Dr.Ing Catrin Kammer First Edition-1999 Электроды Каталог Cправочник том второй Киев 2000 А.М Китаев, Я.А Китаев Справочная книга сварщика Москва Машиностроение 1985 Г.Л Петров Сварочные материалы Издательство Машиностроение.Ленинград 1972 6.М.В.Мальцев Металлография промышленных цветных металлов и сплавов Издательство Металлугрия Москва 1970 Металловедение алюминич и его сплавов Металлугрия М 1970 Viện Khoa học Công nghệ Mỏ - Luyện kim 39