Chuyên đề thực tập 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) Ch Chữ ký GVHD uy TS ĐẶNG THỊ HỒNG HUẾ Bộ môn: Cơ học vật liệu Cán kim loại đề KHOA HỌC VÀ KỸ THUẬT VẬT LIỆU t tố Viện: ên Giảng viên hướng dẫn: hi ng ệp HÀ NỘI, 10/2020 nh Ki tế ĐỀ TÀI LUẬN VĂN Đề tài: Nghiên cứu ảnh hưởng nhiệt độ ủ đến khả biến dạng tính hợp kim nhơm 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 Tts ên uy Ch đề t tố hi ng ệp nh Ki i tế Lời cảm ơn Để hoàn 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 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 tơi hỗ trợ, giúp đỡ thời gian học tập làm nghiên cứu trường Đại học Bách khoa Hà Nội Cuối cùng, tơi xin cảm ơn gia đình, bạn bè quan tâm, động viên ln đồng hành theo thời gian ên uy Ch đề t tố hi ng ệp nh Ki ii tế 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, không chép cơng trình khác Hà Nội, ngày 10 tháng 10 năm 2020 HỌC VIÊN NGUYỄN QUANG TOÀN ên uy Ch đề t tố hi ng ệp nh Ki iii tế TÓM 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 nhôm 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 Ch ăn mịn nhiều mơi trường đặc biệt môi trường nước biển tận dụng uy ên đặc điểm trọng lượng nhẹ loại vật liệu để thay chi tiết thép đề công nghiệp hàng không, công nghiệp khai thác dầu mỏ, nhiều nghiên cứu cải t tố 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 ng hi hưởng nhiệt độ đủ đến tính khả biến dạng hợp kim nhơm Vì ệp vậy, luận văn lựa chọn vấn đề để thực với mục tiêu tìm nhiệt độ tối ủ ưu iv nh Ki để đạt hợp kim nhơm ma giê có độ bền cao Phương pháp nghiên cứu tác tế 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 nhơm trình bày chi tiết luận văn Thực nghiệm trình ủ hợp kim nhôm 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 Ch Bên cạnh đó, độ cứng mẫu sau ủ mẫu ban đầu khảo uy sát Kết cho thấy, độ cứng vật liệu thay đổi theo nhiệt độ ủ, độ cứng vật ên liệu đạt giá trị nhỏ 82 HV nhiệt độ ủ 300 0C Các mẫu lại giá trị độ đề cứng thay đổi so với mẫu cao chênh lệch lớn HV Ảnh tổ chức tế vi t tố mẫu sau ủ biến dạng cho thấy, sau ủ, kích thước hạt nhỏ nhiều đồng ng so với mẫu ban đầu kích thước hạt không đồng đều, tổ chức chứa nhiều hi ệp song tinh Ki Học viên v nh Ký ghi rõ họ tên tế MỤC LỤC CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ NHÔM VÀ HỢP KIM NHÔM .1 1.1 1.2 Nhôm 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 .2 1.1.5 Tính chất học nhôm Hợp kim nhôm .3 1.2.1 Hệ thống ký hiệu hợp kim nhôm 1.2.2 Tính chất hợp kim nhơm 1.2.3 Xử lý nhiệt hợp kim nhôm Hợp kim nhôm hệ Al-Mg 12 1.4 Tổng quan hợp kim nhôm AA5083 .16 Đặc tính nhơm AA5083 16 1.4.2 1.4.3 Ủ hợp kim nhôm AA5083 .19 uy 1.4.1 ên Ch 1.3 Ảnh hưởng nguyên tố hợp kim 17 đề Phương pháp hóa bền với hợp kim nhôm 21 1.6 Tổ chức tính chất hợp kim nhôm sau biến dạng 24 1.7 Ứng dụng hợp kim nhôm ma giê 26 1.8 Tổng quan đề tài nghiên cứu 27 1.9 Kết luận 31 t tố 1.5 hi ng ệp nh Ki vi tế CHƯƠNG QUY TRÌNH VÀ THIẾT BỊ THỰC NGHIỆM 32 2.1 Sơ đồ quy trình thí nghiệm 32 2.2 Mẫu nghiên cứu 33 2.3 Thiết bị thí nghiệm .35 2.4 2.5 2.3.1 Máy cán .35 2.3.2 Lò nung .35 2.3.3 Máy đánh bóng 36 2.3.4 Máy soi tổ chức 37 2.3.5 Máy đo độ cứng 38 2.3.6 Máy thử kéo 40 Quy trình phân tích mẫu thí nghiệm 41 2.4.1 Quy trình kiểm tra mẫu kính hiển vi quang học 41 2.4.2 Quy trình đo độ cứng 41 2.4.3 Quy trình thử kéo 43 Kết luận 48 CHƯƠNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ BÀN LUẬN .50 3.1 Phân tích ảnh hưởng nhiệt độ ủ đến hợp kim nhôm AA5083 50 Kết thử độ bền kéo .50 3.1.2 Kết chụp ảnh tổ chức tế vi 54 3.1.3 Kết đo độ cứng tế vi .61 3.2 Ảnh hưởng nhiệt độ ủ đến tính chất vi mô hợp kim .63 đề 3.1.4 ên uy Ch 3.1.1 Kết luận 64 t tố KẾT LUẬN 65 ng Tài liệu tham khảo .66 hi ệp nh Ki vii tế DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Hệ thống ký hiệu hợp kim nhôm .3 Bảng 1.2 Tính chất vật lý tính hợp kim nhôm AA5083 16 Bảng 1.3 Ứng dụng hợp kim nhôm 27 Bảng 2.1 Ký hiệu mẫu điều kiện thí nghiệm .34 Bảng 2.2 Ký hiệu thông số mẫu thử kéo 43 Bảng 3.1 Kết thử kéo .52 Bảng 3.2 Kết đo độ cứng mẫu sau ủ 62 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 2.1 Sơ đồ thực nghiệm trình cán-ủ 32 Hình 2.2 Mẫu hợp kim nhôm AA5083 trước cán 33 Hình 2.3 Đồ thị ứng suất – biến dạng hợp kim nhôm AA5083 ban đầu 34 Hình 2.4 Ảnh tổ chức tế vi mẫu AA5083 ban đầu 34 Hình 2.5 Máy cán 35 Hình 2.6 Lị nung điện trở 36 Ch Hình 2.7 Máy mài-đánh bóng Buehler Beta grinder-polisher 37 uy Hình 2.8 Máy soi tổ chức tế vi Axiovert 25 CA/6v 25W 38 ên Hình 2.9 Máy đo độ cứng tế vi Duramin .39 đề Hình 2.10 Máy thử kéo Zwick roell SP600 .40 t tố Hình 2.11 Kích thước mẫu thử kéo 46 ng Hình 2.12 Mẫu thử kéo 47 hi Hình 2.13 Mẫu kéo bị phá hủy .48 ệp Hình 3.1 Đồ thị ứng suất biến dạng hợp kim AA5083 .50 Ki viii nh Hình 3.2 Đồ thị ứng suất biến dạng hợp kim AA5083 .52 tế Hình 3.3 Đồ thị độ liên hệ bền kéo nhiệt độ ủ AA5083 .53 Hình 3.4 Đồ thị liên hệ độ giãn dài nhiệt độ ủ AA5083 54 Hình 3.5 Ảnh bề mặt mẫu AA5083 sau biến dạng 56 Hình 3.6 Ảnh mặt cắt ngang mẫu sau biến dạng 58 Hình 3.7 Mặt cắt dọc mẫu .59 Hình 3.8 Ảnh tổ chức tế vi mẫu ủ 300oC sau ủ đồng hóa 61 Hình 3.9 Vết đâm tế vi bề mặt mẫu .62 ên uy Ch đề t tố hi ng ệp nh Ki ix tế Giá trị độ cứng cực đại đạt 90 HV nhiệt độ ủ 150oC trước Giá trị độ cứng tăng so với mẫu cán mà không cần ủ trước Khi nhiệt độ ủ tăng thêm, độ cứng mẫu giảm xuống 82 HV ủ trước nhiệt uy Ch độ 300oC ên Các đề trị độ giá cứng t tố khác hợp kim ng hi gây ệp biến đổi cấu nh Ki 178 trúc gây tế trình ủ trước kèm theo thay đổi phân phối hợp kim, biến dạng bên kích thước hạt Lượng loại bỏ biến dạng bên phụ thuộc vào nhiệt độ ủ, sau góp phần tăng cường vật liệu ên uy Ch trình biến dạng Hơn nữa, gia đề tăng độ cứng t tố có ng liên quan chủ yếu hi đến việc tạo ệp nh Ki 179 thể tích lũy mạng tế lưới lệch mẫu Sự cải thiện lớn độ cứng mẫu ủ trước trình cán quy cho trực tiếp vào trình hồi phục kết tinh hạt Ở nhiệt độ 300oC tùy độ cứng có giảm lại làm tăng độ uy Ch giãn dài cho vật liệu điều ên phù hợp đề cho q t tố trình gia cơng ng 3.1.4 Ảnh hưởng nhiệt độ ủ đến tính chất vi mơ hợp kim hi ệp Q trình nh Ki 180 ủ dẫn đến tế trình làm giảm pha Mg2Al3 từ mạng tinh thể đặc biệt vùng biên giới hạt pha gây hại đến tính chất hợp kim, giảm mạnh tính chống ăn mịn (gây ăn mòn tinh giới ăn mòn ứng suất) Có thấy nhiệt độ uy Ch 250°C độ bền kéo độ giãn ên dài giảm rõ kết đề nhiệt độ t tố thích hợp ng hình thành hi ệp pha nh Ki 181 kết Mg2Al3 tủa Kết tế phù hợp với báo cáo trước [15] Cấu trúc vi mơ mẫu 300°C ủ cho thấy q trình phát triển hạt tương đối đồng đều, nhỏ mịn từ làm cải thiện độ bền tăng khả biến dạng cho mẫu uy Ch Khi tiếp tục tăng nhiệt độ ên độ bền kéo đề giảm độ giãn t tố dài giảm cho ng trình phát hi ệp triển hạt bắt nh Ki 182 đầu lớn dần tế ảnh xấu hưởng Có thấy q trình ảnh hưởng mãnh mẽ đến tính hợp kim Số lượng lớn ranh giới hạt góc thấp cho thấy mẫu chứa số lượng lớn ranh giới phụ lệch cấu trúc phụ ảnh hưởng đến uy Ch q trình tích tụ lệch Do đó, ên mẫu ủ đề trước 300°C t tố có cấu trúc hạt ng micron hi với phần ệp nh Ki 183 phụ lớn ranh giới tế hạt góc thấp mật độ lệch cao gây ứng suất ức chế phục hồi động Việc tăng cường tính chất học ứng suất chảy, giới hạn chảy độ cứng mẫu quy cho hiệu ứng trình uy Ch nhiệt, xử lý ranh giới hạt ên chế phát triển đề t tố Trong ng trình khảo sát hi nhằm tìm ệp nh Ki 184 lệch nhiệt độ ủ tối tế ưu trước khí biến dạng làm tăng hiệu cho trình tạo hình sau Sau biến dạng trình ủ hồi phục giúp cho ổn định lại tổ chức hợp kim, xếp lại trật tự lệch làm giảm sai lệch mạng (chủ yếu uy Ch loại điểm đặc biệt nút ên trống), giảm đề mật độ lệch t tố ứng suất bên ng mà hi ệp nh Ki 185 giữ tổ chức vi tế tế không thay đổi đảm bảo giữ trạng thái hóa bền 3.2 Kết luận Từ kết thử độ bền kéo, kết chụp ảnh tổ chức tế vi kết đo độ cứng, tác giả tìm được: - Khoảng nhiệt độ ủ tối ưu 300 oC Ở đó, giới hạn chảy độ bền kéo mẫu cải thiện rõ rệt - Giải thích độ bền mẫu ủ 300 oC lại đạt giá trị lớn thơng qua phân tích ảnh tổ chức tế vi - Ở 300 oC, độ cứng mẫu thí nghiệm có giảm lại làm tăng độ giãn dài cho vật liệu KẾT LUẬN Sau thời gian nghiên cứu Ch điều kiện uy khó khăn về ên thời gian đề dịch bệnh kéo t tố dài phịng ng thí hi ệp nh Ki 186 nghiệm trường thường xuyên tế đóng cửa, tác giả đã hồn thành, làm chủ được quy trình cán ủ hợp kim nhôm ma giê Đã tiến hành làm thực nghiệm hợp kim AA5083 nhằm cải thiện tính xem xét khả biến dạng hợp kim này, uy Ch tác giả đưa số kết ên luận được rút đề sau: Đã t tố hồn ng quy trình cơng hi nghệ cán ủ ệp nh Ki 187 thành ủ đồng tế hóa hợp kim nhơm AA5083 Tổ chức tế vi mẫu đồng mẫu ủ nhiệt 300oC, độ mẫu đạt giá trị độ bền cao Độ cứng đạt giá trị lớn mẫu ủ nhiệt 150oC độ Với uy Ch trình ủ khả biến ên dạng hợp đề kim nhôm ma t tố giê bị hạn chế ng Vì phương hi ệp pháp nên nh Ki 188 áp dụng để cải tế thiện độ bền hợp kim Để cải thiện khả biến dạng nên sử dụng phương pháp khác hiệu ên uy Ch đề t tố hi ng ệp nh Ki 189 tế Tài liệu tham khảo [1] "Nguyễn Khắc Xương, Vật liệu kim loại màu, Nhà xuất Khoa học kỹ thuật Hà Nội 2003" [2] "Nghiêm Hùng, Vật liệu học sở, Nhà xuất khoa học kỹ thuật Hà Nội 2007" [3] "KUHLMANN-WILSDORF, D Theory of plastic deformation: - properties of low energy dislocation structures Materials Science and Engineering: A 1989, vol 113, pp 1-41" [4] "Strengthening mechanisms of materials, Wikipedia," [5] "M C Carroll, P I Gouma, M J Mills, G S Daehn and B R Dunbar, Scripta Mater., 42,335-340 (2000)" [6] "HALL, E.O The Deformation and Ageing of Mild Steel: III Discussion of Results Proceedings of the Physical Society Section B 1951, vol 64, no.9, pp.747-753" Ch [7] " PETCH, N.J The cleavage strength of polycrystals Journal of the Iron and ên uy Steel Institute London 1953, vol 173, pp 25-28" [8] " Mhedhbi M., Khlif M., Bradai C., (2017),Investigations of microstructural đề and mechanical properties evolution of AA1050 alloy sheets deformed by the t tố cold-rolling process and heat treatment annealing, Journal of Materials and hi ng Environmental Sciences, JME" [9] "Singh H., Verma M., SidhuH S., Singh D., (2016), Experimental ệp Investigation for Mechanical Properties of Aluminium Alloy Al 6061 nh Ki 190 tế Considering Different Parameters of FSW, International Research Journal of Engineering and Technology (IRJET), 3(2), pp 635" [10] "Amulya Bihari Pattnaik, S D (2015) Effect of Al–5Ti–1B grain refiner on the" [11] Ertug, B., & Kumruoglu, L C (2015) 5052 type Al-Mg and 6082 type AlMg-Si alloys for shipbuilding American Journal of Engineering Research, 146-150 [12] Nikolaevich, S A., Valerievich, A A., Igorevich, G A., Alexandrovich, S A., & Alexandrovich, S M (2014) Advanced materials of automobile bodies in volume production European Transport, 1-27 [13] Wang, L., Strangwood, M., Balint, D., Lin, J., & Dean, T (2011) Formability and failure mechanisms of AA2024 under hot forming conditions Materials Science and Engineering, 2648–2656 [14] Kciuk, M., Kurc, A., & Szewczenko, J.(2010) Structure and corrosion resistance of aluminum AlMg2.5; AlMg5Mn and AlZn5Mg1 alloys Journal of uy Ch Achievements in Materials and Manufacturing Engineering, 74-81 [15] ISO/TR 25679, Mechanical testing of metals - Symbols and definitions in ên published standards đề [16] Bo WANG, Xian-hua CHEN, Fu-sheng PAN, Jian-jun MAO,Yong FANG, t tố Effects of cold rolling and heat treatment on microstructure and mechanical ng properties of AA 5052 aluminum alloy, Trans Nonferrous Met Soc China hi ệp 25(2015) 2481−2489 nh Ki 191 tế ên uy Ch đề t tố hi ng ệp nh Ki 192 tế