Lam nho min hat hop kim nhom 109892

Đồ án tốt nghiệp Đề tài: Làm nhỏ mịn hạt hợp kim nhôm Lớp: Đúc - Nhiệt luyện Khoa: Khoa học công nghệ vật liệu Mục lục Tran g Phần I: Lời nói đầu .3 PhÇn II: Cë së lý thuyÕt II.1 m« hình tạo mầm thuyết phần tử tạo mầm thuyết giản đồ pha II.1.1 Các thuyết phần tao mÇm II.1.2 Các thuyết giản đồ pha II.2 thuyết đợc phát triển để thoả mÃn mô hình tạo mầm 10 II.2.1 Các thuyết phân tử tạo mầm khác .10 II.2.2 ThuyÕt bao tinh khèi lín 11 II.2.3 Thuyết siêu tạo mầm 12 II.2.4 Thuyết tạo mầm kép 13 II.3 m« h×nh chÊt tan 16 II.3.1 Sự tạo mầm 17 II.3.2 ¶nh hëng chất tan đến tạo mầm 18 II.3.3 Mối quan hệ chất tan phát tinh thể nhánh 22 II.3.4 Giới thiệu mô hình chất tan 25 II.4 đánh giá thảo luận mô hình 27 II.4.1 Tỉng hỵp mô hình tìm đợc qua tài liệu 27 II.4.2 Các giả thuyết then chốt mô hình tạo mầm 28 II.4.3 Những thay đổi kiến thức qua việc tổng hợp công trình nghiên cứu gần 29 PhÇn III: Thùc nghiƯm 31 A Lý thuyÕt thùc nghiÖm 31 I ChuÈn bÞ thùc nghiÖm 31 II Chn bÞ tríc nÊu 32 III.Giai đoạn nấu kim loại đổ vào khuôn 33 b Tính toán 44 Phần IV: Kết thảo luận 73 PhÇn V: luËn 86 Kết Đồ án tốt nghiệp Đề tài: Làm nhỏ mịn hạt hợp kim nhôm Lớp: Đúc - Nhiệt luyện Khoa: Khoa học công nghệ vật liệu Tài khảo .88 Phần VI: liệu tham Phần I Lời nói đầu Ngày việc sản xuất ứng dụng nhôm ngày phổ biến ứng dụng nhôm ngày thể tính u việt : khối lợng nhẹ nhiều so với sắt, đồng mục tiêu toán kinh tế giảm nhiều tiêu hao lợng Lịch sử ứng dụng, nghiên cứu nhôm cha lâu khoảng 100 năm so với sắt, đồng hàng ngàn năm, cần phải nghiên cứu thêm nhiều nhằm đợc có hiểu biết tổng thể, đầy đủ nhôm hợp kim nhôm Trong sản xuất đúc, việc nâng cao tính đáp ứng nhu cầu sử dụng yêu cầu cần thiết Xuất phát từ thực tiễn đó, chọn đề tài Làm nhỏ mịn hạt hợp kim nhôm dùng hợp kim trung gian Al-Ti-B Đồ án tốt nghiệp Đề tài: Làm nhỏ mịn hạt hợp kim nhôm Lớp: Đúc - Nhiệt luyện Khoa: Khoa học công nghệ vật liệu Phần II Cơ sở lý thuyết Việc làm nhỏ hạt tinh thể kỹ thuật quan trọng để nâng cao tính sản phẩm làm từ nhôm Việc cho thêm chất làm nhỏ hạt, thờng hợp kim trung gian có chứa tạo mầm mạnh tạo điều kiện thuận lợi cho hình thành tổ chức ủ mịn ngăn chặn phát triển hạt dạng cột kép Các vật đúc có hạt tinh thể dạng cột hạt lớn có tính chảy loáng tính tốt so với vật đúc có hạt tinh thể mịn Cỡ hạt mịn làm giảm kích thớc khuyết tật xốp tế vi phân tử pha thứ hai, nâng cao tính vật đúc Việc làm nhỏ hạt đà đợc chứng minh hợp kim nhôm biến dạng, nhng trờng hợp hợp kim nhôm đúc thi việc cho thêm chất làm nhỏ hạt ảnh hởng chúng đến tính đúc cha đợc hiểu biết cách cặn kẽ vậy,cần nghiên cứu hoàn thiện thêm Trong việc sản xuất hợp kim nhôm biến dạng, hầu hết chất cho thêm để đạt đợc mức cao nồng độ titan trớc bao tinh (tức díi 0,15 %Ti ) Trong TiAl râ rµng chất tạo mầm với nồng độ titan sau bao tinh chế chế xẩy thành phần trớc bao tinh ván đề đợc tranh luận Điều đà đợc tổng quan từ số nghiên cứu Từ trở đà có thay đổi đáng kể quan niệm làm nhỏ mịn hạt Tuy nhiên, trớc trình bày thay đổi mô hình khái quát số mô hình tơng tự Hầu hết tài liệu trớc tranh luận nguồn ngốc hạt tinh thể: tạo mầm pha mẹ, qua phản ứng bao tinh pha TiAl3 có sẵn, thờng đợc gọi pha tiền bao tinh Khi câu hỏi đặt là: hạt tinh thể bắt đầu hình thành nh nào?; Câu hỏi nêu lên sở mối quan hệ: số vị trí tạo mầm nhiều kích thớc hạt tinh thể nhỏ mịn Điều đại diện cho mô hình tạo mầm Tuy nhiên gần quan niệm đà thay đổi, hầu hết tài liêu gần đay cho nguyên tố chất tan quan trọng trình làm nhỏ mịn hạt Do vậy, câu hỏi đổi thành: Khả thiên tích nguyên tố chất tan, kết hơp vơi khả tạo mầm cho pha mẹ (chất biến tính) đợc cho thêm ảnh hởng nh đến trình làm nhỏ nịm hạt? Điều dẫn đến mô hình chất tan Đồ án tốt nghiệp Đề tài: Làm nhỏ mịn hạt hợp kim nhôm Lớp: Đúc - Nhiệt luyện Khoa: Khoa học công nghệ vật liệu Từ lâu, ngời ta đà nhận thấy: Các nguyên tố thiên tích, la ti tan, kìm hÃm phát triển bề mặt phân cách rắn-lỏng, dẫn đến làm nhỏ nịm hạt đáng kể Tuy nhiên,việc nồng độ chất tan yếu tố chế làm nhỏ hạt đà không đợc đa vào giả thuyết trớc Ta thấy nguyên tố chất tan yếu tố có liên quan trực tiếp tơi trình làm nhỏ hạt Những hiểu biết sâu vấn đề làm nhỏ mịn hạt đà đợc nhờ nghiên cứu hợp kim đúc; hợp kim có hành vi khác cho chất làm nhỏ mịn hạt, chúng đà có sẵn chất tan với nồng độ lớn Trong khuân khổ luận văn tốt nghiệp, chúng em tập trung nghiên cứu giải đáp chế việc làm nhỏ mịn hạt hợp kim trung gian AlTiB AlTi Phần lý thuyết giới thiệu giả thuyết nhà khoa học đa Phần thực nghiệm kiểm tra phù hợp so với lý thuyết đà đặt II.1 mô hình tạo mầm thuyết phần tử tạo mầm thuyến giản đồ pha Để hiểu đợc phát triển mô hình tạo mầm, cần biết có hai dòng quan điểm sở Đó thuyết chất tạo mầm thuyết giản đồ pha hai dòng thuyết có liên quan tới hai dạng chất có mặt hợp kim trung gian Al-Ti-B Các thuyết phần tử tạo mầm hay gọi thuyết borit cho rằng: tạo mầm xẩy phần tử borit có hợp kim trung gian (TiB2;AlB2) (Ti,Al)B2, thuyết giản đồ pha giải thích trình làm nhỏ mịn hạt nảy nhờ có tạo mầm phần tử TiAl hay gọi tiền bao tinh II.1.1 Các 6.73 Lỏng thuyết phần tử tạo mầm Lỏng + TiAl3 Các thuyết 6.73 phần tử tạo mầm lần cho 0.15% 22 6.65 rằng:sự tạo mầm Lỏng + xảy phần tử borit cacbit chúng có mặt 6.62 hợp kim lỏng Borit đợc đa vào + TiAl3 6.55 Hình Góc dới giản đồ pha Al -Ti thể hịên đIểm 0.15% Ti nh th 6.47 Đồ án tốt nghiệp Đề tài: Làm nhỏ mịn hạt hợp kim nhôm Lớp: Đúc - Nhiệt luyện Khoa: Khoa học và10 công nghệ20 vật liệu30 đờng hợp kim chung gian cacbit đợc tạo phản ứng bon có sẵn ki loại lỏng với ti tan đợc cho thêm vào để tạo TiC Vẫn có nhiều tranh luận tính ổn định TiC trongnhôm lỏng việc sản xuất hợp kim trung gian Al-Ti-C có hiệu đợc thực cẩn thận Tuy nhiên borit phần tử đợc cho thêm phổ biến nhất, phần tập trung vào borit nh phần tử tạo mầm Hành vi tạo mầm tất borit đợc thảo luận cách đồng thời TiB2 AlB2 đợc đồng hình lục giác thông số mạng tinh thể khác ít, tơng ứng a= 0.30311nm a= 0.3009nm, c= 0.3262nm Pha borit hỗn hợp đợc tạo cách thay nguyên tử titan mạng tinh thể nguyên tử nhôm Tính ổn định (Al, Ti)B cha đợc biÕt, nhiªn ngêi ta cho r»ng nã sÏ chun thành TiB thời gian giữ nhiệt lâu Khi hợp kim trung gian AlTiB đợc cho thêm cho titan có mặt với lồng độ trớc bao titan (tức dới 0,15% titan, hình1) phần tử borit, phổ biến đám borit kết tụ, thờng đợc tìm thấy tâm hạt tinh thể, nhánh giàu titan phát triển từ đám borit Điều gợi ý phần tử borit tạo mầm cho - Al Tuy nhiên lý khác, borit lại đợc cho chất tạo mầm hiệu hiệu hay hiệu so với TiAl Trong nhiều năm ngời ta đà không tìm thấy mối liên hệ phơng mạng borit -Al, hợp kim trung gian ngời ta đà thấy borit bị đẩy biên giới hạt aluminit lại nằm tâm hạt Gần (Mohaty cộng ) đà xác nhận borit đà bị đẩy biên hạt đạt đợc làm nhỏ hạt tinh thể Titan hoà tan, điều nói lên sai khác mạng tinh thể nhôm borit chất tạo mầm hiệu Đồng thời ngời ta đà biệt borit cần độ nguội để tạo mầm -Al anuminit không cần Để so sánh, TiAl3 đợc cho chất tạo mầm có hiệu Khi có mặt kim loại lỏng với nồng độ sau bao tinh thi làm nhỏ mịn hạt tinh thể đà đạt đợc tốt TiAl3 đợc tìm thấy tâm hạt tinh thể với nồng độ cho phép đạt đợc ổn định; ngời ta đà biết mối quan hệ định hớng đa chiều TiAl3 -Al Từ tất điều nói trên, kết luận TiAl3 chất tạo mầm tốt TiB2 Quan điểm nói Đồ án tốt nghiệp Đề tài: Làm nhỏ mịn hạt hợp kim nhôm Lớp: Đúc - Nhiệt luyện Khoa: Khoa học công nghệ vật liệu chung đà đợc đa số nhà nghiên cứu đồng tình, theo việc làm nhỏ hạt tinh thể phần tử borit Các thuyết giản đồ pha đà đợc phát triển để giải thích TiAl3 mầm hiệu nh với thành phần trớc bao tinh II.1.2 Các thuyết giản đồ pha Các thuyết đợc góp lại dới tiêu đề giả thuyết đề nghị việc làm nhỏ mịn hạt tinh thể phản ứng bao tinh phần tử sơ cấp (TiAl3) Nãi chung ngêi ta cho r»ng sù dÞch chun ®iĨm bao tinh vỊ phÝa nång ®é titan thÊp (vÝ dụ 0.05%Ti)là việc cho thêm nguyên tố bo gây va lý việc làm nhỏ mịn hạt tinh thể Nh vậy, đợc thừa nhận chung r»ng cã sù cã mỈt cđa bao tinh ba nguyên Al-Ti-B; suy đoán giả thuyết đợc dựa thừa nhận Marcantonio Môdlfo để xuất có mặt tinh ba nguyên theo phản ứng lỏng (Ai,Ti)B2 + TiAl3 + rắn với khoảng 0,05% Ti, 0,01%B ở659,50C, nhng họ không đa liệu thí nghiệm trực tiếp nhà nghiên cứu thấy điều xảy Sự làm nhỏ hạt tinh thể đà quan sát đợc với nồng độ thấp giá trị nêu Mặc dù giả thiết cho việc cho thêm bo làm thay đổi đáng kể giản đồ pha khiến cho TiAl3 ổn định nồng độ titan thấp giải thích đợc nhiều tợng đà quan sát thấy nhng không phù hơp với tính toán giản đồ pha Một số nhà nghiên cứu đà khảo sát góc giàu nhôm Al-Ti-B B hầu nh ảnh hởng đến giản ®å pha Al-Ti Jones, Pearson vµ Sigworth ®· tiÕn hµnh phân tích nhiệt động học lý thuyết ®Õn kÕt ln r»ng: sù thay ®ỉi vỊ gi¶n ®å pha cho thêm nguyên tố bo dùng để giải thích cho chế làm nhỏ hạt tinh thể Al-Ti-B Nh vậy, bao tinh nguyên không tồn Mặt khác, phần tử TiAl3 hợp kim trung gian không bị hoà tan Các phần tử TiAl3 đợc đa vào nhôm lỏng tạo mầm -Al chúng bị hoà tan Do với thành phần trớc bao tinh, động học hoà tan có ý nghĩa quan trọng nh giản đồ pha cân để hiểu đợc vai trò TiAl3 việc làm nhỏ hạt, lẽ Al,Ti tồn điều kiện không cân thời gian dài phần tử tạo mầm Đồ án tốt nghiệp Đề tài: Làm nhỏ mịn hạt hợp kim nhôm Lớp: Đúc - Nhiệt luyện Khoa: Khoa học công nghệ vật liệu Khi hợp kim trung gian Al-Ti đợc cho thêm vào nhôm lỏng với nồng độ trớc bao tinh kích thớc hạt tăng lên theo thời gian giữ nhiệt aluminit bị hoà tan làm cho hiệu làm nhỏ hạt giảm Quá trình đợc biết với tên gọi hiệu ứng mờ dần Vì mờ dần xảy hoà tan phân tử tạo mầm hệ Al-Ti nên tợng mờ dần không khắc phục đợc titan trạng thái cân dung dịch Cã mét sè tranh ln vỊ tỉng thêi gian ®Ĩ hoà tan aluminit (Guzowski cộng sự) qua thí nghiệm kích thớc hạt, đà đề nghị aluminit khoảng 30 phút để hoà tan 700 0C Modolfor vµ céng sù cho r»ng thêi gian hoµ tan cỡ hàng giờ, giữ nhệt độ cao tới 8000C Tuy nhiên, Gohnson lại cho r»n c¸c aluminit chØ mÊt díi phót, thËm chÝ dới 1phút để hoà tan nhiệt độ 775100C Dựa nghiên cứu tổ chức tế vi toàn anuminit bị hoà tan vòng 30 giây Các tính toán Backerud cộng đà hạt TiAl hình cầu có đờng kính 20 m bị hoà tan thời gian 3-4 giây, Walqi Reif, qua tính toán lại cho TiAl bị hoà tan thời gian díi 10 Thêi gian hoµ tan nh vËy, thêi gian mờ dần dờng nh phụ thuộc vào nhiệt độ giữ nhiệt kích thớc TiAl3 Khi tăng độ nhiệt, lực điều khiển hoà tan tăng Măxwell Hellawell cho rằng: thời gian để hoà tan hoàn toàn aluminit phụ thuộc đáng kể vào kích thớc alumint, tức tỉ lệ bình phơng đờng kính phần tự Theo tính toán họ khoảng 10 giây để hoà tan phân tử cỡ 1m, đó, với phần tử có kích thớc 10m khoảng 1000s, nhng nhiệt độ phân tích không đợc biết Một số nhà nghiên cứu dự đoán có khác thời gian hoà tan đồi vơi hạt có hình thái khác nhau: {thời gian thuộc vào kích thớc hạt, nhiệt độ giữ nhiệt nồng độ titan thÊy r»ng }TiAl3 cã thĨ víi nång ®é titan tríc bao tinh Marcantonio vµ Modolfo cho r»ng sù lµm nhá mịn hạt tinh thể điều kiện không cân bên trờng khuyếch tán pha thứ nhất, mà nh vây TiAl3 chắn chất tạo mầm, Tuy nhiên vấn đề đặt điều đợc tạo nh nào? Đồ án tốt nghiệp Đề tài: Làm nhỏ mịn hạt hợp kim nhôm Lớp: Đúc - Nhiệt luyện Khoa: Khoa học công nghệ vật liệu II.2 Các thuyết đợc phát triển để thoả mÃn mô hình tạo mầm Cả thuyết phân tử tạo mầm lẫn thuyết giản đồ pha giải thích cách đầy đủ việc cho thêm B vào hệ Al-Ti lại cải thiện đáng kể việc làm nhỏ hạt tinh thể Do vậy, thuyế khác đà đợc phát triển cố gắng kết hợp thuyết nói bổ sung yếu tố khác nh chất tan, song chúng liên quan tới hình thành hạt tinh thể Các thuyết đợc trình bầy dới II.2.1 Các thuyết phần tử tạo mầm khác Nếu nh TiAl3 chất tạo mầm tốt nhiều so với TiB2, nh thờng đợc giả thiết, chế làm nhỏ mịn cho thêm bo chấp nhận là: nguyên tố bo, cách làm giảm tốc độ hoà tan aluminit, vây hợp kim trung gian có chứa phần tử kép aluminit với borit bề mặt đợc xem chất làm nhỏ hạt tốt Ngời ta cho điều đà xẩy aluminit bị bao bọc borit, sau 48h giữ nhiệt 8000C, thấy đợc aluminit Nếu aluminit đợc coi phần tử tạo mầm hệ Al-Ti-B việc tăng hiệu aluminit cần đợc giải thích, điều dẫn đến việc đa thuyết phần tử tạo mầm khác, đợc gọi thuyết mặt (tinh thể) lợng cao Một số ngời cho hợp kim chung gian có chứa phần tử kép hiệu so với không có, mặt lợng cao đợc tạo bề mặt phần tử kép, mà tạo mầm u tiên xẩy Jonhson cộng cho lợng cao tạo hình thái học cải thiện kết làm nhỏ mịn chút vị độ hoạt hoá mặt phẳng đợc tăng Việc phần tử kép đợc thấy có tham gia vào trình tạo mầm đà xác nhận phần tư nµy Mayes vµ céng sù thÊy r»ng sù tån phần tử kép ảnh hởng đến hiệu làm nhỏ hạt Nh vây, thuyết đợc chấp nhận với nồng độ (titan) sau bao tinh, nh đà nói, aluminit đợc biết hoà tan nhanh nồng độ trớc bao tinh II.2.2.ThuyÕt bao tinh khèi lín ThuyÕt bao tinh khối lớn số giả thuyến phổ biến vào cuối năm 1980 đầu năm 1990: ThuyÕt nµy cho r»ng TiAl lµ mét chÊt tạo mầm mạnh TiB Do vậy, có cố gắng giải thích borit làm chậm tốc độ hoà tan TiAl3 nh cho hợp kim trung gian Al-Ti-B vào nhôm lỏng Đồ án tốt nghiệp Đề tài: Làm nhỏ mịn hạt hợp kim nhôm Lớp: Đúc - Nhiệt luyện Khoa: Khoa học công nghệ vật liệu khiến cho tạo mầm mạnh xảy thời gian dài.Thuyết bao tinh khối lớn cho borit tạo nên lớp vỏ bao quanh aluminit làm chậm hoà tan aluminit khuếch tán cần phải thực qua lớp vỏ borit có thành phần xấp xỉ thành phần bao tinh phản ứng bao tinh xảy để tạo -Al, có phát triển xảy từ Mặc dù thuyết có phù hợp với nhiều chứng thực nghiệm nhng điểm không phù hợp Các borit ổn định nhôm lỏng, so với TiAl3 thành phần titan trớc bao tinh Thuyết bao tinh khối lớn cho rằng: borit co khả bị hoà tan cao TiAl3 borit cần phải hoà tan kim loại lỏng để sau lắng lại phần tử TiAl hoà tan chậm với vùng giàu titan đợc tao hoà tan borit Điều dờng nh xảy Ngay đến bo hợp kim trung gian, TiAl tan vòng vài phút nhiệt độ cao Khi nấu chảy làm đông đặc nhiều lần hợp kim trớc bao tinh thấy hiệu làm nhỏ mịn hạt không thay đổi theo chu trình nấu chảy- đông đặc Nếu chế bao tinh khối lớn xảy ta hình dung hiệu làm nhỏ hạt giảm theo số lần lặp lại điều có khuếch tán titan khỏi vỏ borit đó, phản ứng bao tinh sÏ ngõng xÈy Ngêi ta cịng cã thĨ tëng tợng rằng, với thời gian giữ nhiệt dài, mờ dần xảy mức titan bên bên vỏ borit cân nồng ®é ti tan cao bé ë bªn vá borit không Các vỏ borit đợc tìm thấy tinh thể nhôm, nhiên kết luận chúng vị trí tạo mầm hay không Nếu chúng đóng vai trò chất tạo mầm chế chủ yếu thông thờng phần tử borit đợc thấy tâm hạt với nồng độ titan trớc bao tinh vậy, điều chứng tỏ chế bao tinh khối lớn xẩy II.2.3 Thuyết siêu tạo mầm Thuyết siêu tạo mầm đợc đặt tên nh hiệu bất thờng mà lợng nhỏ titan bo tác động đến kích thớc hạt tinh thể nhôm nguyên nhân do: 1/ Các chất tan kim loại lỏng có thiên tích (tích tụ) bề mặt phân cách kim loai lỏng- phần tử dị thể 2/ Trong điều kiện thuận lợi, giả tinh thể ổn định đợc tao nhiệt độ cao đờng lỏng hợp kim Đồ án tốt nghiệp Đề tài: Làm nhỏ mịn hạt hợp kim nhôm Lớp: Đúc - Nhiệt luyện Khoa: Khoa học công nghệ vật liệu 3/ Ngay phía dới đờng lỏng, giả tinh thể cho phép -Al phát triển, nh tránh đợc độ nguội 4/ Tơng quan kích thớc nguyên tử nguyên tố thiên tích với nguyên tử nhôm yếu tố then chốt theo chế siêu tạo mầm 5/ Sự thiên tích cạnh tranh (lựa chọn) chất tan có kích thớc không tơng ứng làm hại đến trình siêu tạo mầm Hạn chế chủ yếu thuyết siêu tạo mầm chứng thực nghiệm chứng minh chế thuyết khó kiểm chứng thực nghiệm Thoạt nhìn thuyết có giá trị giải thích phần lớn tợng xảy việc làm nhỏ mịn hạt, song tồn số vấn đề nhiệt động học Mặc dù nguyên tố đợc biết tụ mặt phân cách, song điều không giải thích đợc thay đổi đáng kể hành vi tạo mầm mà thuyết dự đoán Điều dẫn đến nghi ngê cho r»ng cã tån t¹i mét gradient ho¹t tính phần tử TiB đợc cho vào kim loại lỏng, song điều sở vững mặt nhiệt động học, lẽ trạng thái cân bằng, hoá học gradient hoạt tính phải không đổi II.2.4 Thuyết tạo mầm kép Trong số tất chế làm nhỏ hạt tinh thể đà đa gần đây, thuyết tạo mầm kép đa đáng lu ý nhất, số tồn Mohanty cộng đà đa phần tử TiB2 tổng hợp có đờng kính 5m vào nhôm lỏng với nồng độ titan hoà tan khác nhau, Khi titan không quan sát đợc làm nhỏ hạt tinh thể, ngời ta cho TiB2 chất tạo mầm hiệu quả, phần tử TiB đợc quan sát thấy biên hạt Tuy nhiên, cho d titan quan sát thấy làm nhỏ mịn hạt đáng kể borit đợc tìm thấy tâm hạt tinh thể Với nồng độ titan sau bao tinh, lớp TiAl3 đợc hình thành bề mặt phần tử TiB2, bao quanh lớp -Al Tuy nhiên, thành phần trớc bao tinh, nh đà tồn lớp nằm TiB Al đợc cho TiAl3 Bằng chứng họ ®èi víi ®iỊu ®· x¶y ë nång ®é titan trớc bao tinh dựa ngoại suy quan sát nồng độ sau bao tinh quan sát lớp màng hình thành TiB ; lớp màng dờng nh có nồng độ titan tăng nên Do chứng thuyết phục Đồ án tốt nghiệp Đề tài: Làm nhỏ mịn hạt hợp kim nhôm Lớp: Đúc - nhiệt luyện Khoa: Khoa học công nghệ vật liệu Nghiên cứu hợp kim đúc đa đến tồn tại hành vi làm nhỏ hat tinh thể hợp kim nhôm đúc lại khác hợp kim nhôm biến dạng Câu trả lời ảnh hởng chất tan đến làm nhỏ hạt cụ thể đến tạo mầm phát triển hạt tinh thể Những nghiên cứu sâu vấn đề đợc thực đợc mô hình chất tan II.3.2 Mối liên hệ chất tan phát triển tinh thể nhánh ảnh hởng nguyên tố chất tan nh titan, silic sắt đà đợc nghiên cứu Họ thấy nguyên tố kìm hÃm tốc độ phát triển tinh thể nhánh ảnh hởng chúng đợc cộng thêm đại lợng GRF Đà thí nghiêm tơng tự khoảng rộng nguyên tố hoà tan nồng độ sở Al-5Ti B thấy kích thớc hạt giảm nhanh theo GRF Các số liệu họ đà đợc dùng để vẽ đồ thị theo GRF đợc giới thiệu hình với liệu Johnsson Cả hai tập hợp liệu thể giảm nhanh kích thớc hạt lúc ban đầu, sau thêm chất tan dẫn đến hiệu Các giữ liệu cho thấy tai giá trị GRF 20, kích thớc bắt đầu tăng, không thấy đợc điều mức cho thêm chất tan họ nhỏ ảnh hởng silic nh chất tan tạo làm nhỏ mịn hạt tinh thể tối u với khoảng 3% titan chất thiên tích mạnh hợp kim nhôm gần nguyên chât cần cho thêm khoảng 0.1% đạt đợc hiệu làm nhỏ mịn hạt tối u đây, giá trị GRF gần tơng đơng (tức 17.7đối với 3%Si 24.5 0.1%Ti) Kích thớc hạt tinh thể bắt đầu tăng lên giá trị tới hạn giá trị thay đổi chế phát triển tinh thể nhánh Với giá tri GRF thấp, chất tan làm chậm phát triển bề mặt phân cách chất tan khuếch tán phía trớc bề mặt phân cách nhng với giá trị GRF cao, ®Ønh nhän cđa c¸c tinh thĨ ®ang ph¸t triĨn gièng nh đầu lao phát triển vào pha lỏng thải chất tan vuông góc với phát triển Sự thay đổi hình thái học tinh thể nhánh chuyển đổi từ phát triển kiểm so¸t b»ng khch t¸n sang sù ph¸t triĨn kiĨm so¸t bán kính đỉnh tinh thể nhánh cây, mà ®ã hiƯu øng mao dÉn chiÕm u thÕ, ®ỵc so sánh mô hình phát triển với hoạt động lỡi cày, tinh thể chủ yếu có dạng trụ, với hoạt động chùm sao, mà tinh thể bậc cao phát triển Sinh viên TH : Nguyễn Thanh Tùng Đỗ Việt Hùng MSSV: 0200069 0200052 Đồ án tốt nghiệp Đề tài: Làm nhỏ mịn hạt hợp kim nhôm Lớp: Đúc - nhiệt luyện Khoa: Khoa học công nghệ vật liệu Sự tăng kích thớc hạt tinh thể giá trị GRF cao hợp kim Al-Si dờng nh có ngoại lệ định hệ hợp kim đặc biệt Tuy nhiên, nghiên cứu gần cho thấy hệ Al-Zn tăng kích thớc hạt nhiều kẽm đợc cho thêm vào sau đạt đợc kích thớc nhỏ nhất, không giống nh điều ®· thÊy ®èi víi hỵp kim Al-Si ChÊt tan ®ỵc cho vào để đạt giá trị GRF tới 50 Rõ ràng ảnh hởng GRF khác hệ hợp kim khác nhau, hình thái tinh thể nhánh hai hệ khác Do GRF không để mô tả ảnh hởng chất tan đến phát triển tổ chức tế vi.Toàn liệu thí nghiệm cho thấy giảm mạnh kích thớc hạt tinh thể cho thêm lợng chất tan có mặt chất tạo mầm Hình hợp kim trung gian Al-Ti-B đợc sử dụng phổ biến lại chất làm nhỏ hạt hợp kim trung gian chứa phần tử borit mà d titan Kết đợc giải thích quan sát hệ Al-Si đà đợc thử đoán phần tríc Theo lý thut, sù cã d chÊt tan lµm giảm bán kính chóp tinh thể nhánh làm cho kích thớc hạt tinh thể tăng lên tăng tốc độ phát triển Tuy nhiên trờng hợp không xảy liệu không cho thÊy mét sù gi¶m tiÕp theo vỊ kÝch thíc hạt tinh thể Ngay sau đà đạt đợc kích thớc hạt nhỏ cách cho thêm nguyên tố chất tan làm nhỏ hạt gặp khó khăn cho thêm nguyên tố chất tan khác Với điều kiện đông đặc đà quan sát, ảnh hởng titan d hợp kim đúc đến việc làm nhỏ mịn hạt đà đợc nghiên cứu Ngời ta thấy lợng titan d làm giảm đáng kể kích thớc hạt tinh thể, nh tiếp tục tăng nồng độ titan ảnh hởng không tăng bất chấp chất làm nhỏ hạt có đợc thêm vào hay không Những kết làm phức tạp hoá luận đợc giới thiệu số tài liệu lẽ việc cho thêm chất tan hợp kim thờng làm tăng kích thớc hạt làm giảm Cịng cã thĨ gi¶i thÝch r»ng Si cã thĨ thay đổi thành phần bao tinh titan, nhng điều phải chứng thực Titan Sinh viên TH : Nguyễn Thanh Tùng Đỗ Việt Hùng MSSV: 0200069 0200052 Đồ án tốt nghiệp Đề tài: Làm nhỏ mịn hạt hợp kim nhôm Lớp: Đúc - nhiệt luyện Khoa: Khoa học công nghệ vật liệu Silic thiên tích theo hớng trái ngợc tạo cảm giác chúng không thiết kìm hÃm phát triển tinh thể Tất điều cho cần phải tiến hành nghiên cứu tác động lẫn chất tan ảnh hởng chúng tới GRF Việc cho thêm chất làm nhỏ hạt Al-5Ti-B làm tăng phần pha rắn liền mạng giảm tốc độ phát triển tinh thể nhánh tập hợp hợp kim Al-Si trớc tinh nh hợp kim hai nguyên khác Việc cho thêm chất làm nhỏ hạt có chứa chất tạo mầm, khác chất chứa chất tạo mầm thiên tích thờng tạo sai khác đáng kể kích thớc hạt tinh thể pha liền mạng Điều dờng nh ám số phần tử tạo mầm có ảnh hởng đến kích thớc hạt lẫn hình thái phát triển hạt II.3.3 Giới thiệu đơn giản mô hình chất tan Có hai lý đa để giải thích nguyên tố chất tan lại cần thiết cho việc làm nhỏ hạt tinh thể Trớc hết nguyên tố chất tan kìm hÃm tốc độ phát triển có nhiều thời gian để kiện tạo mầm xẩy Điều quan trọng nh tạo mầm tự phát (mầm nội sinh) không định hớng Nhng điều quan trọng nguyên tố thiên tích tạo vùng nguội trạng thái phía trớc bề mặt phân cách Vùng nguội trạng thái kích hoạt chất tạo mầm phía trớc mặt phân cách làm gián đoạn phát triển hạt trớc Điều đà đợc biết tới nh chế kết tinh đợc điều khiển độ nguội Sơ đồ đợc giới thiệu hình Nhiêt luyện kim loại lỏng Nhiệt độ đờng lỏng Nhiệt độ tạo mầm Vùng nguội trạng thái Hình 4- Giản thể vùng nguội trạng thái phía trớc tinh thể Vùng tạođồ mầm nhánh phát triển vùng mà tạo mầm xẩy có mặt phần tử tạo mầm Kích thớc vùng thay đổi phụ thuộc vào khả chất tạo mầm trạng thái hợp kim lỏng Sinh viên TH : Nguyễn Thanh Tùng Đỗ Việt Hùng MSSV: 0200069 0200052 Đồ án tốt nghiệp Đề tài: Làm nhỏ mịn hạt hợp kim nhôm Lớp: Đúc - nhiệt luyện Khoa: Khoa học công nghệ vật liệu Các phần tử tạo mầm nguyên tố thiên tích cần thiết để làm mịn hạt có hiệu đà giải thích phần tử TiB đợc cho thêm vào nhôm nguyên chất lại không đạt đợc làm nhỏ mịn hạt nhôm nguyên chất lại nguyên tố thiên tích, yêu cầu để làm nhỏ mịn hạt đà mặt Nói cách khác, vùng nguội trạng thái phía trớc bề mặt phân cách để tạo điều kiện cho tạo mầm -Al phần tử Nhng có mặt chất tan TiB2 trở nên chất tạo mầm có hiệu tồn vùng nguội trạng thái Điều giải thích cho TiB vào nhôm làm nhỏ hạt Chất tan cần thiết cho tạo mầm xẩy ra, chắn chất tạo mầm mạnh hiệu nhôm nguyên chất Có thể tranh luận là: TiAl chất tạo mầm tốt mặt chất tan nhng điều không nói nên TiAl3 tồn mầm kim loại lỏng (hìmh 1): vậy, aluminit đợc cho thêm vào nhôm chúng hoà tan, tạo titan hoà tan cần thiết cho việc làm nhỏ mịn hạt tinh thể Dù có chế tạo mầm kép nồng độ trớc bao tinh hay không điều không quan trọng thực tiễn Nó không làm thay đổi kết -Al đợc tạo trực tiếp từ TiB2 TiB2 trớc hết tạo lớp mỏng TiAl3 thực tế TiB2 phần tử tạo mầm quan trọng việc làm nhỏ mịn hạt phụ thuộc vào TiB2 chất tan Những hiểu biết việc làm nhỏ mịn hạt áp dụng cho hệ Al-Si Silic đóng vai trò nguyên tố thiên tích phần tử tạo mầm cần đợc cho thêm để làm nhỏ mịn hạt nguyên tố thiên tích khác Do tỷ lệ Ti:B dới mức tỷ lợng hoá học hợp kim trung gian có chứa bo chất làm nhỏ mịn hạt hiệu so với việc cho thêm nguyên tố thiên tích nh Titan II.4 Đánh giá thảo luận mô hình II.4.1.Tổng hợp mô hình tìm đợc qua tài liệu Bảng 3- Tóm tắt giả thuyết quan trọng làm nhỏ hạt tinh thể khía cạch lý giải thuyết trình tạo mầm ảnh hởng chất tan Thuyết I Mô hình tạo mầm Chất tạo mầm ảnh hởng chất tan đến trình làm nhỏ hạt tinh thể Thuyết borit cacbit Xốy phần tử borit cacbit Không ảnh hởng, ngoại trừ só thuyết cho Titan vhất thiên tích làm hạn chế phát triển hạt tinh thể, nh trình tạo mầm tiếp tục xẩy Sinh viên TH : Nguyễn Thanh Tùng Đỗ Việt Hùng MSSV: 0200069 0200052