ẢNH HƯỞNG của NHIỆT độ ủ kết TINH lại đến tổ CHỨC và cơ TÍNH của hợp KIM ĐỒNG LA TÔNG лк75 0,5

Kỷ yếu hội nghị khoa học công nghệ toàn quốc khí - Lần thứ IV ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ Ủ KẾT TINH LẠI ĐẾN TỔ CHỨC VÀ CƠ TÍNH CỦA HỢP KIM ĐỒNG LA TÔNG ЛК75-0,5 EFEECTS OF RECRYSTALLIZATION ANNEALING TEMPERATURE ON MICROSTRUCTURE AND MECHANICAL PROPERTIES OF BRASS LK75-0.5 TS Phùng Tuấn Anh1a, ThS Đoàn Văn Khánh2 Học viện KTQS, Bộ Quốc phòng Trường Cao đẳng CNQP/Tổng cục CNQP a phungtuananh@mta.edu.vn; phungtuananhmta@gmail.com TÓM TẮT Bài báo tập trung nghiên cứu công nghệ ủ kết tinh lại hợp kim đồng la tông ЛК750,5 (LK75-0,5) sau gia công biến dạng nóng Sau cán nóng nhiệt độ (750÷800)oC mẫu hợp kim đồng la tông ЛК75-0,5 tồn ứng suất dư, soi chụp tổ chức tế vi quan sát thấy hạt bị kéo dài theo phương biến dạng Mức độ biến dạng lớn, ứng suất dư lớn hạt bị biến dạng nhiều Việc lựa chọn công nghệ ủ kết tinh lại hợp lý vừa đảm bảo khử ứng suất dư, tránh xảy tượng nứt, vỡ chi tiết tiến hành bước gia công tạo hình tiếp theo, vừa thỏa mãn yêu cầu độ bền sản phẩm sau Thông qua trình thực nghiệm, tác giả xác định nhiệt độ ủ kết tinh lại tối ưu nằm khoảng (650÷660) oC với thời gian giữ nhiệt ủ từ (1÷2) h Độ cứng mẫu hợp kim đồng la tông ЛК75-0,5 sau ủ kết tinh lại đạt khoảng (67÷71) HV, tổ chức tế vi trở lại trạng thái cân bằng, không ứng suất dư, hạt trở nên đẳng trục, không bị biến dạng với kích thước trung bình (30÷40) µm Từ khóa: hợp kim la tông ЛК75-0,5, biến dạng nóng, ủ kết tinh lại, tính, kích thước hạt ABSTRACT In this paper recrystallization annealing technology for brass LK75-0.5 after hot deformation is studied In specimen after hot rolling at temperature (750÷800) oC exists residual stress The deformation has produced elongated grains along the longitudinal direction The degree of deformation is larger for larger value of residual stress Reasonable selection for recrystallization annealing technology will reduce residual stress and distortion, prevent crack and fracture formation Moreover it is to assure strength requirements for products Through the experimental process, the authors determined optimal recrystallization annealing temperature from 650 to 660oC with holding time from to hours Hardness of specimen LK75-0.5 was in the range of (67÷71) HV, the microstructure of specimens returned to equilibrium without residual stress, the grains were equiaxed with average grain size of (30÷40) µm Keywords: Brass LK75-0.5, hot deformation, recrystallization annealing, mechanical properties, grain size ĐẶT VẤN ĐỀ Hợp kim đồng la tông ЛК75-0,5 mác hợp kim phổ biến sản xuất loại ống liều đạn pháo, thay cho hợp kim đồng la tông Л68 Trên giới có công trình nghiên cứu hợp kim công bố rộng rãi Trong năm gần đây, nước ta có nhiều đề tài nghiên cứu vấn đề liên quan đến vật liệu ống liều đạn pháo với mục đích khác Tuy nhiên, vấn đề ảnh hưởng chế độ xử lý nhiệt hợp kim sau gia công biến dạng phôi chế tạo ống liều đạn pháo chưa công bố 299 Kỷ yếu hội nghị khoa học công nghệ toàn quốc khí - Lần thứ IV đầy đủ rõ ràng Trong báo này, tác giả tiến hành thử nghiệm ủ kết tinh lại với phôi từ hợp kim đồng ЛК75-0,5 qua biến dạng nhiệt độ mức độ biến dạng khác nhau, từ xác định chế độ xử lý nhiệt tối ưu ủ kết tinh lại, nhằm mục đích giảm tỷ lệ hư hỏng phôi trình sản xuất tồn ứng suất dư gây nứt vỡ chi tiết, tổ chức tế vi với hạt có kích thước lớn dẫn đến tính cuối sản phẩm không đạt yêu cầu mong muốn THỰC NGHIỆM Hợp kim đồng la tông ЛК75-0,5 dựa sở hệ Cu-Zn, có thành phần hóa học cho Bảng Silic dùng với lượng nhỏ làm thay đổi giản đồ pha Cu-Zn (Hình 1) [1,2], nét giản đồ giữ lại nên thường dùng giản đồ trạng thái hai pha Cu-Zn để định hướng cho việc khảo sát hệ Cu-Zn-Si Hợp kim ЛК75-0,5 thực nghiệm có thành phần hóa học cho Bảng Bảng Thành phần hóa học hợp kim ЛК 75-0,5 (ТУ 48-0808-17-94) Thành phần hóa học, % Tạp chất, % Hợp kim Cu Si Zn Pb Sn Tổng tạp chất ЛК75-0,5 71-78 đến 0,5 Còn lại 0,03 0,05 1,42 Bảng Thành phần hóa học hợp kim ЛК 75-0,5 nghiên cứu Hợp kim ЛК 75-0,5 Thành phần hóa học, % Tạp chất, % Cu Si Zn Pb Sn P S 74,25 0,45 25,30 0,007 0,04 0,0015 0,0001 Hình Vị trí biên giới vùng α latông Cu-Zn với hàm lượng Si khác Ảnh hưởng nguyên tố silic đến tổ chức hợp kim hai cấu tử Cu-Zn tương tự ảnh hưởng kẽm [1,2] Để đánh giá mức độ ảnh hưởng Si, quy đổi hàm lượng Si sang hàm lượng kẽm tương đương Zntđ (% khối lượng) Dựa vào hàm lượng kẽm tương đương xác định tổ chức latông phức tạp giản đồ pha hai cấu tử Cu-Zn Theo [2], Guinier xác định hệ số ảnh hưởng K (gọi hệ số Guinier), theo đó, 1% nguyên tố hợp 300 Kỷ yếu hội nghị khoa học công nghệ toàn quốc khí - Lần thứ IV kim i gây ảnh hưởng giản đồ Cu-Zn tương tự K % Zn Zntđ tính theo công thức: Zntđ = thứ i % Zn + ∑ Ci K i % Zn + %Cu + ∑ Ci K i x100 Trong đó, Ci Ki tương ứng hàm lượng % hệ số Guinier nguyên tố hợp kim Với hệ số K Si 12, hàm lượng Zntđ hợp kim đồng la tông ЛК75-0,5 xác định bằng: Zntđ = 25,30 + 0,45.12 x100 = 29,25% 25,30 + 74,25 + 0,4.12 Căn vào giản đồ pha Cu-Zn, thành phần Zntđ hợp kim 29,25 % rằng, hợp kim đồng la tông ЛК75-0,5 tương đương hợp kim la tông pha Л68 Tuy nhiên, thành phần kẽm thực tế hợp kim ЛК75-0,5 giảm xuống 25,30 %, nên tránh tính nhạy cảm với ăn mòn ứng suất [2,3] Hợp kim đồng la tông ЛК75-0,5 sau đúc ủ đồng hóa nhiệt độ 800oC, sau cắt thành mẫu có kích thước 30x20x5 mm (dài x rộng x dày) Quá trình thực nghiệm tiến hành phòng thí nghiệm cách cán nóng mẫu nhiệt độ 600, 650, 700, 750 800oC với mức độ biến dạng khác Các mẫu sau cán nóng ủ kết tinh lại khoảng nhiệt độ (600÷700)oC với thời gian giữ nhiệt (1÷5) h Kết xác định thay đổi độ cứng mẫu theo nhiệt độ mức độ biến dạng thể Hình Ảnh tổ chức tế vi mẫu sau biến dạng với mức biến dạng 50 % nhiệt độ khác Hình 3÷7 Hình Sự phụ thuộc độ cứng mẫu vào mức độ biến dạng nhiệt độ khác Rõ ràng mức độ biến dạng cao, mẫu bị biến cứng nhiều Khi tăng nhiệt độ cán, mức độ biến cứng giảm dần, độ dốc mức độ biến cứng giảm Nguy biến cứng lớn dẫn đến nứt vỡ chi tiết cán nhiệt độ thấp cao nhiệt độ thường, mẫu hợp kim bị nứt mức độ biến dạng vượt 80% Nhiệt độ cán nóng thường lựa chọn khoảng (750÷800)oC Tổ chức tế vi sau cán nóng tồn ứng suất dư, hạt bị kéo dài theo phương biến dạng Mức độ biến dạng lớn, ứng suất dư lớn Việc lựa chọn công nghệ ủ kết tinh lại hợp lý vừa đảm bảo khử ứng suất, tránh xảy tượng nứt, vỡ chi tiết tiến hành bước gia công tạo hình tiếp theo, vừa thỏa mãn yêu cầu độ bền sản phẩm sau 301 Kỷ yếu hội nghị khoa học công nghệ toàn quốc khí - Lần thứ IV Hình Tổ chức tế vi mẫu sau biến dạng 50 % 600oC Hình Tổ chức tế vi mẫu sau biến dạng 50 % 650oC Hình Tổ chức tế vi mẫu sau biến dạng 50 % 700oC Hình Tổ chức tế vi mẫu sau biến dạng 50 % 750oC Hình Tổ chức tế vi mẫu sau biến dạng 50 % 800oC Hình Sự phụ thuộc độ cứng HV vào thời gian ủ 600 (1), 650 (2) 680oC (3) 302 Kỷ yếu hội nghị khoa học công nghệ toàn quốc khí - Lần thứ IV Để xác định nhiệt độ ủ kết tinh lại thích hợp, mẫu sau cán tiến hành ủ nhiệt độ 600, 650 680oC Sự phụ thuộc độ cứng mẫu vào thời gian ủ nhiệt độ khác cho Hình Từ Hình cho thấy, với mức độ biến dạng nhiệt độ ủ kết tinh lại 650oC, mẫu biến dạng nhiệt độ thấp có xu hướng giảm độ cứng chậm, sau 1h ủ, độ cứng mức cao Trong với mẫu biến dạng nhiệt độ cao 800oC, độ cứng giảm xuống 70 HV sau 1h ủ Tương tự, với mẫu ủ kết tinh lại 600oC sau biến dạng 800oC, độ cứng nhận sau ủ cao, sau h 80 HV Còn ủ kết tinh lại 680oC, độ cứng giảm xuống đạt 64 HV sau giữ nhiệt h, nhiên bắt đầu quan sát thấy lớn lên nhanh kích thước hạt Tổ chức tế vi mẫu qua ủ kết tinh lại cho Hình 9÷14 Hình Tổ chức tế vi sau ủ kết tinh lại Hình 10 Tổ chức tế vi sau ủ kết tinh lại o o 600 C, giữ nhiệt 1h (Tcán = 700 C, ε = 50%) 600oC, giữ nhiệt 2h (Tcán = 800oC, ε = 50%) Hình 11 Tổ chức tế vi sau ủ kết tinh lại Hình 12 Tổ chức tế vi sau ủ kết tinh lại 650oC, giữ nhiệt 1h (Tcán = 750oC, ε = 50%) 680oC, giữ nhiệt 1h (Tcán = 800oC, ε = 50%) Hình 13 Tổ chức tế vi sau ủ kết tinh lại Hình 14 Tổ chức tế vi sau ủ kết tinh lại 650oC, giữ nhiệt 2h (Tcán = 750oC, ε = 50%) 680oC, giữ nhiệt 2h (Tcán = 800oC, ε = 50%) 303 Kỷ yếu hội nghị khoa học công nghệ toàn quốc khí - Lần thứ IV Khi ủ kết tinh lại nhiệt độ 700oC, độ cứng mẫu giảm xuống nhanh, kích thước hạt lại lớn Khi ủ kết tinh lại nhiệt độ 500oC, độ cứng thu sau ủ cao, không đạt độ dẻo dai cần thiết để gia công sơ đưa tổ chức hợp kim trở trạng thái ban đầu, hạt tượng bị kéo dài [4,5] Với tất mẫu qua biến dạng nhiệt độ mức độ biến dạng, độ cứng mẫu giảm nhiệt độ ủ kết tinh lại tăng lên (Hình 15) Tuy nhiên, với tăng nhiệt độ ủ kết tinh lại kéo theo tăng kích thước hạt Khi nhiệt độ ủ kết tinh lại vượt 680oC, kích thước hạt lớn nhanh Nhiệt độ ủ kết tinh lại tốt chọn khoảng (650÷660)oC, tương ứng với độ cứng đạt khoảng (67÷71) HB sau giữ nhiệt từ (1÷2) h Khi đó, kích thước hạt trung bình hợp kim thu nằm khoảng từ (30÷40) µm (Hình 16) Hình 15 Mối quan hệ nhiệt độ ủ kết tinh lại độ cứng hợp kim sau giữ nhiệt 1h (Tcán = 800oC, ε = 50 %) Hình 16 Sự phụ thuộc kích thước hạt vào nhiệt độ thời gian ủ kết tinh lại (Tcán = 800oC, ε = 50 %) KẾT LUẬN Từ số liệu thực nghiệm cho thấy, mẫu hợp kim đồng la tông ЛК75-0,5 sau biến dạng nóng (750÷800)oC xử lý nhiệt tối ưu công nghệ ủ kết tinh lại nhiệt độ (650÷660)oC với thời gian giữ nhiệt từ (1÷2) h Độ cứng mẫu hợp kim sau ủ kết tinh lại đạt khoảng (67÷71) HV (tương ứng 67÷71 HB), tổ chức tế vi trở lại trạng thái cân không ứng suất dư, hạt đẳng trục không bị biến dạng với kích thước trung bình khoảng (30÷40) µm Đây số liệu thực nghiệm có ý nghĩa thực tiễn cao, góp phần hoàn thiện chế độ công nghệ gia công nhiệt trình chế tạo loại phôi ống liệu đạn pháo từ hợp kim đồng la tông ЛК75-0,5 304 Kỷ yếu hội nghị khoa học công nghệ toàn quốc khí - Lần thứ IV TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Khắc Xương Vật liệu kim loại màu NXB KHKT, 2003 [2] Калачев Б.А., Ливанов Б.А., Елагин В.И Металловедение и термическая обработка цветных металлов и сплавов Издательство МИСиС, 1999 [3] Меркулова Г.А Металловедение и термическая обработка цветных сплавов Красноярск, 2007 [4] Мочалов Н.А., Орлинский П.Е Изменение механических свойств и величин рекристаллизованного зерна при отжиге кремнистой латуни ЛК75-0,5 Цветная металлургия 1999, № 6, с 32-34 [5] Nguyễn Thị Hoài Phương Nghiên cứu chống ăn mòn kim loại cho ống liều pháo phòng không 37mm từ vỏ ống liều la tông loại bỏ Luận án Tiến sĩ kỹ thuật, Viện Khoa học Công nghệ Quân sự, 2011 THÔNG TIN TÁC GIẢ TS Phùng Tuấn Anh Học viện KTQS, Bộ Quốc phòng Email: phungtuananh@mta.edu.vn; phungtuananhmta@gmail.com ThS Đoàn Văn Khánh Trường Cao đẳng CNQP, Tổng cục CNQP, Bộ Quốc phòng 305 ... hạt Tổ chức tế vi mẫu qua ủ kết tinh lại cho Hình 9÷14 Hình Tổ chức tế vi sau ủ kết tinh lại Hình 10 Tổ chức tế vi sau ủ kết tinh lại o o 600 C, giữ nhiệt 1h (Tcán = 700 C, ε = 50%) 600oC, giữ nhiệt. .. tăng nhiệt độ ủ kết tinh lại kéo theo tăng kích thước hạt Khi nhiệt độ ủ kết tinh lại vượt 680oC, kích thước hạt lớn nhanh Nhiệt độ ủ kết tinh lại tốt chọn khoảng (650÷660)oC, tương ứng với độ. .. Tổ chức tế vi sau ủ kết tinh lại Hình 12 Tổ chức tế vi sau ủ kết tinh lại 650oC, giữ nhiệt 1h (Tcán = 750oC, ε = 50%) 680oC, giữ nhiệt 1h (Tcán = 800oC, ε = 50%) Hình 13 Tổ chức tế vi sau ủ kết