Trang 13 Điểm mới của luận văn: - Đối với vật liệu ho á b ền tiết pha ph n tán, cơng nghệ hố già phân âcấp làm biến đổi mạnh tổ chức của hợp kim, tạo ra những tính chất có lợi đặc biệt l
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI NGUYỄN ĐỨC VĂN NGUYỄN ĐỨC VĂN NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA HÓA GIÀ PHÂN CẤP SAU BIẾN DẠNG NGUỘI ĐẾN CƠ TÍNH VÀ ĐỘ KỸ THUẬT VẬT LIỆU NHẠY CẢM VỚI ĂN MÒN DƯỚI ỨNG SUẤT CỦA HỢP KIM NHÔM HỆ Al-Zn-Mg CHỨA LƯỢNG NHỎ KIM LOẠI CHUYỂN TIẾP LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT 2006 - 2008 HÀ NỘI - 2008 Tai ngay!!! Ban co the xoa dong chu nay!!! 17057205090231000000 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI ***** NGUYỄN ĐỨC VĂN NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA HÓA GIÀ PHÂN CẤP SAU BIẾN DẠNG NGUỘI ĐẾN CƠ TÍNH VÀ ĐỘ NHẠY CẢM VỚI ĂN MÒN DƯỚI ỨNG SUẤT CỦA HỢP KIM NHÔM HỆ Al-Zn-Mg CHỨA LƯỢNG NHỎ KIM LOẠI CHUYỂN TIẾP CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT VẬT LIỆU MÃ SỐ: LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC GS.TS NGUYỄN KHẮC XƯƠNG HÀ NỘI - 2008 MỤC LỤC Trang Danh mục ký hiệu chữ viết tắt Danh mục bảng Danh mục hình vẽ, đồ thị MỞ ĐẦU PHẦN I TỔNG QUAN 10 CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT 10 1.1 NHÔM VÀ HỢP KIM NHÔM BIẾN DẠNG 10 1.1.1 Đặc điểm tổ chức, tính chất nhơm 10 1.1.2 Tương tác nguyên tố hợp kim với nhôm 12 1.1.3 Phân loại hợp kim nhôm 14 1.1.4 Tổ chức tính chất hợp kim nhôm sau biến dạng 17 1.1.4.1 Định hướng tinh thể học TEXTUA biến dạng 17 1.1.4.2 Mật độ lệch sau biến dạng hợp kim nhôm 18 1.1.4.3 Sự đồng tổ chức giảm khuyết tật đúc 18 1.2 ĐẶC ĐIỂM NHIỆT LUYỆN HỢP KIM NHƠM 19 1.2.1 Ủ nhơm hợp kim nhôm 20 1.2.2 Tôi hợp kim nhôm 22 1.2.3 Hoá già hợp kim nhôm 23 1.3 ĂN MÒN DƯỚI TÁC DỤNG CỦA ỨNG SUẤT 24 1.3.1 Ý nghĩa ăn mòn ứng suất 24 1.3.2 Các phương pháp nghiên cứu 25 1.3.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến ăn mòn ứng suất 26 1.3.4 Chống ăn mòn ứng suất 29 1.4 XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN HỢP KIM NHÔM 31 CHƯƠNG HỢP KIM NHÔM HỆ Al-Zn-Mg .38 2.1 TỔ CHỨC VÀ TÍNH CHẤT 38 2.1.1 Đặc điểm thành phần hợp kim hệ Al-Zn-Mg 38 2.1.2 Đặc điểm tổ chức hợp kim hệ Al-Zn-Mg 38 2.1.2.1 Ảnh hưởng nguyên tố hợp kim 39 2.1.2.2 Ảnh hưởng nguyên tố hợp kim 39 2.1.2.3 Ảnh hưởng nguyên tố hợp kim phụ (kim loại chuyển tiếp) 41 2.1.3 Nhiệt luyện hợp kim nhôm hệ Al-Zn-Mg 43 2.1.4 Ứng dụng hợp kim Al-Zn-Mg 44 2.2 ĐẶT VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 45 PHẦN II KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM .48 CHƯƠNG PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ THỰC NGHIỆM 48 3.1 LƯỢC ĐỒ QUÁ TRÌNH NGHIÊN CỨU 48 3.2 QUY HOẠCH THỰC NGHIỆM TRỰC GIAO BẬC HAI VÀ PHƯƠNG PHÁP TỐI ƯU HOÁ ĐA CHỈ TIÊU 48 3.2.1 Quy hoạch thực nghiệm trực giao bậc hai 48 3.2.2 Tối ưu hóa đa tiêu 56 3.2.3 Xây dựng hàm nguyện vọng y D 57 3.3 CÁC THIẾT BỊ THỰC NGHIỆM 59 3.3.1 Khuôn đúc 59 3.3.2 Thiết bị phân tích thành phần 60 3.3.3 Thiết bị nhiệt luyện 60 3.3.4 Thiết bị đo độ cứng 60 3.3.5 Hiển vi quang học nghiên cứu tổ chức với trợ giúp phần mềm máy tính 61 3.3.6 Thiết bị thử thử kéo 62 3.4 CHẾ TẠO MẪU NGHIÊN CỨU 62 3.4.1 Sơ đồ chế tạo mẫu nghiên cứu 62 3.4.2 Nấu hợp kim nghiên cứu 64 3.4.2.1 Nguyên liệu 64 3.4.2.2 Tính tốn phối liệu nấu hợp kim nghiên cứu 64 3.4.2.3 Nấu luyện hợp kim 66 3.5 QUY TRÌNH NHIỆT LUYỆN 67 3.6 PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH GIỚI HẠN BỀN 69 3.7 PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH ĐỘ NHẠY CẢM ĂN MÒN ỨNG SUẤT (PHƯƠNG PHÁP THỬ NHANH) 69 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ ĐỀ XUẤT 72 4.1 TỔ CHỨC TẾ VI 72 4.2 XÁC ĐỊNH QUY TRÌNH HỐ GIÀ TỐI ƯU 74 4.2.1 Xây dựng hàm mục tiêu 74 4.2.1.1 Xây dựng hàm mục tiêu y 74 4.2.1.2 Xây dựng hàm mục tiêu y 81 4.2.2 Giải toán tối ưu đa tiêu hàm nguyện vọng 82 4.2.2.1 Xây dựng mơ hình tốn học hàm nguyện vọng yD 84 4.2.2.2 Tối ưu hoá hàm nguyện vọng yD 85 4.3 KẾT LUẬN 85 4.4 ĐỀ XUẤT 86 TÀI LIỆU THAM KHẢO 87 PHỤ LỤC 90 Danh mục ký hiệu chữ viết tắt {111} - ký hiệu họ mặt (111) - ký hiệu họ phương [110] [111] - ký hiệu phương 111 [110] - ký hiệu phương 110 fcc - lập phương tâm mặt GP - vùng Guinier Preston VRC - đám mây nút trống σb - giới hạn bền kéo [MPa] Ψ - độ thắt tỷ đối [%] δ - độ dãn dài tương đối [%] ε - độ biến dạng [%] HV - độ cứng Vicker [kG/mm2] Δ - độ nhạy cảm ăn mịn [MPa] E - mơđun đàn hồi [GPa] G - môđun trượt [GPa] AA - tiêu chuẩn Hội Nhôm (Aluminium Association) ΓOCT - tiêu chuẩn Nga TCVN - tiêu chuẩn Việt Nam HKTG - hợp kim trung gian HCHH - hợp chất hoá học Me - nguyên tố hợp kim T nc - nhiệt độ nóng chảy [oC] T ktl - nhiệt độ kết tinh lại [oC] T uktl - nhiệt độ ủ kết tinh lại [oC] v ngth - tốc độ nguội tới hạn [oC/s] exp(x) - hàm ex Danh mục bảng Trang Bảng 1.1 Các tính chất vật lý nhôm 11 Bảng 1.2 Đặc tính tương tác số nguyên tố thường gặp với nhôm 13 Bảng 1.3 Ký hiệu hợp kim nhôm theo AA 16 Bảng 1.4 Ký hiệu trạng thái gia công hợp kim nhôm 20 Bảng 1.5 Mơi trường nhạy cảm với ăn mịn ứng suất số vật liệu 27 Bảng 1.6 Sự phát triển hệ hợp kim nhôm 37 Bảng 2.1 Một số hợp kim nhôm hệ Al-Zn-Mg 38 Bảng 3.1 Giá trị bậc chặng biến đổi 51 Bảng 3.2 Ma trận thí nghiệm 54 Bảng 3.3 Thông số trình hố già 55 Bảng 3.4 Giá trị thang nguyện vọng 56 Bảng 3.5 Giá trị trung gian hàm mục tiêu 58 Bảng 3.6 Thành phần ký hiệu nhôm kỹ thuật dạng thỏi 64 Bảng 4.1 Kết nghiên cứu 76 Bảng 4.2 Giá trị gán hàm mục tiêu thang nguyện vọng d 82 Bảng 4.3 Xác định hệ số b0 b1 82 Bảng 4.4 Giá trị hàm nguyện vọng đặc trưng yD 84 Danh mục hình vẽ, đồ thị Trang Hình 1.1 Sơ đồ phân loại hợp kim nhơm theo giản đồ pha 15 Hình 1.2 Hình ảnh phá hủy ăn mịn ứng suất 25 Hình 1.3 Ăn mịn ứng suất gây nứt vùng chịu kéo 25 Hình 1.4 Ăn mịn ứng suất với độ biến dạng khơng đổi 26 Hình 1.5 Mơ tả q trình hàn khuấy ma sát 30 Hình 1.6 Vết nứt chỗ khớp nối 31 Hình 1.7 Hình ảnh vết nứt ngang bề mặt 31 Hình 1.8 Ảnh quang học cho thấy vết nứt mối hàn-với phát triển theo biên giới hạt 31 Hình 1.9 Ảnh quang học cho thấy vết nứt vùng dung dịch rắn bão hoà phát triển theo biên giới hạt 31 Hình 1.10 So sánh số đặc điểm nhôm thép 32 Hình 1.11 Sản lượng tiêu thụ nhôm giới 1994 - 2004 32 Hình 1.12 Dự báo tiêu thụ nhơm giới 2020 33 Hình 1.13 Một số lĩnh vực ứng dụng hợp kim nhơm 34 Hình 1.14 Cầu hình cung 34 Hình 1.15 Khớp nối gầm cầu 34 Hình 1.16 Một số ứng dụng khác hợp kim nhôm 35 Hình 2.1 Sự hồ tan nguyên tố hợp kim theo nhiệt độ 40 Hình 2.2 Quy trình cơng nghệ 46 Hình 3.1 Lược đồ trình nghiên cứu 48 Hình 3.2 Sơ đồ phương pháp quy hoạch thực nghiệm 48 Hình 3.3 Quan hệ hàm nguyện vọng tiêu chất lượng 57 Hình 3.4 Cấu tạo khuôn kim loại 59 Hình 3.5 Lị nung Nabertherm 61 Hình 3.6 Máy đo độ cứng Struers Duramin - 61 Hình 3.7 Kính hiển vi quang học Axiovert 100A 62 Hình 3.8 Máy thử kéo nén vạn ZDM 5/91 Đức 62 Hình 3.9 Sơ đồ chế tạo mẫu nghiên cứu 63 Hình 3.10 Quy trình nhiệt luyện mẫu nghiên cứu 67 Hình 3.11 Mẫu chưa ăn mịn 68 Hình 3.12 Thử kéo mẫu bị đứt 68 Hình 3.13 Mẫu chưa ăn mịn bị phá hủy 68 Hình 3.14 Mẫu bị ăn mịn 68 Hình 3.15 Mẫu ăn mòn bị phá hủy 69 Hình 3.16 Sơ đồ gá mẫu thử ăn mòn 70 Hình 4.1 Mẫu sau đúc (x500) 72 Hình 4.2 Mẫu sau cán (x200) 72 Hình 4.3 Mẫu thí nghiệm tâm (x200) 72 Hình 4.4 Mẫu thí nghiêm tâm (x500) 72 Hình 4.5 Mẫu tối ưu (x500) 73 Hình 4.6 Mẫu tối ưu (x1000) 73 Subject: “Research effect on gradation ageing after cold deformation to mechanical properties behaviour of materials and sensitivity below stress corrosion in aluminium alloy system (Al-Zn-Mg) with small quantity transition metal” Fundamental science and practical of subject: - Aluminum and alloy aluminium are metal material applied wide indicate after steel, in industry and difference field of application of social life This is light material, have high edicated strength, wellrelativistic weldability, heat conductibility, electrical conduction and well-corrosion resistant, in case it is material anti-replacement material - That is new alloy system have high strength, well-technological (deformationable), have wide applied prospective in aeronautics, sea ship and automobile industry Research results of subject: - Progressed melt in aluminium alloy system 7xxx (Al-Zn-Mg) - Experimental planning conception, function application Harrington and aided of Design-Expert software, discovered grade ageing behaviour after conformable cold deformation ensure optimization parallel mechanical properties behaviour of materials and corrosion resistant Tên đề tài: “Nghiên cứu ảnh hưởng hoá già phân cấp sau biến dạng nguội đến tính độ nhạy cảm với ăn mòn ứng suất hợp kim nhôm hệ Al-Zn-Mg chứa lượng nhỏ kim loại chuyển tiếp” Cơ sở khoa học thực tiễn đề tài: - Nhôm hợp kim nhôm vật liệu kim loại ứng dụng rộng rãi, sau thép, công nghiệp lĩnh vực khác đời sống xã hội Đây loại vật liệu nhẹ, có độ bền riêng cao, có tính hàn tương đối tốt, khả dẫn nhiệt, dẫn điện tính chống ăn mòn tốt, số trường hợp vật liệu thay - Đây hệ hợp kim có độ bền cao, có tính cơng nghệ tốt (gia cơng biến dạng), có triển vọng ứng dụng rộng rãi hàng không, tầu biển, ô tô Kết đề tài: - Đã tiến hành nấu luyện hợp kim nhôm hệ 7xxx (Al-Zn-Mg) - Bằng phương pháp quy hoạch thực nghiệm, ứng dụng hàm nguyện vọng Harrington có trợ giúp phần mềm Design-Expert, tìm chế độ hố già phân cấp sau biến dạng nguội thích hợp đảm bảo tối ưu đồng thời tiêu tính tính chống ăn mòn