Nghiên cứu ứng dụng chuyển biến mactenxit trong hệ hợp kim đồng nhôm (tt)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Vũ Anh Tuấn NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CHUYỂN BIẾN MACTENXIT TRONG HỆ HỢP KIM ĐỒNG NHÔM Ngành: Kỹ thuật Vật liệu Mã số: 9520309 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT VẬT LIỆU Hà Nội - 2019 Hà Nội - 2015 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN Nguyen Hai Quan, Vu Anh Tuan, Bui Binh Ha, Pham Mai Khanh (2015), Influence of heat treatment on the wear resistance of BCuAl9Fe4 alloy AFC13 ISBN: 978-604-938-550-6 Vũ Anh Tuấn, Trần Đức Huy, Lê Thị Chiều, Nguyễn Dương Nam, Phạm Mai Khánh (2017) Nghiên cứu ảnh hưởng nhiệt độ ram đến tổ chức tính hợp kim Cu9Al4Fe Tạp chí Khoa học công nghệ kim loại, ISSN 1859-4344 Vu Anh Tuan, Tran Duc Huy, Le Thi Chieu, Nguyen Duong Nam, Pham Mai Khanh (2017) Influence of tempering time on the microstructure and mechanical properties of CuAl9Fe4 alloy SEATUC 2017, ISBN: 978-1-5386-5092-9 (IEEE) Vu Anh Tuan, Pham Mai Khanh, Tran The Nam, Nguyen Duong Nam(2018) Research And Manufacturing Of High–Mechanical Copper Alloys For shaft Liners AGA 2018, ISBN: 978 -84-947311-74 Vu Anh Tuan, Nguyen Duong Nam, Pham Ngoc Vuong, Mai Van Thi, Pham Mai Khanh (2019) Influence of Nickel on the Microstructure and Mechanical Properties of Aluminum copper alloy Journal of Mechanical Engineering Research & Developments, ISSN: 1024-1752 Nguyen Duong Nam, Vu Anh Tuan, Nguyen Hai Yen, Dao Van Lap, Pham Mai Khánh (2019) A Study of Phase Transformation in Shape Memory Alloy CuAl9Fe4 Journal of Mechanical Engineering Research & Developments, ISSN: 1024-1752 Cơng trình hoàn thành tại: Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS PHẠM MAI KHÁNH PGS.TS TRẦN ĐỨC HUY Phản biện 1: Phản biện 2: Phản biện 3: Luận án bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án tiến sĩ cấp Trường họp Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Vào hồi …… giờ, ngày … tháng … năm ……… Có thể tìm hiểu luận án thư viện: Thư viện Tạ Quang Bửu - Trường ĐHBK Hà Nội Thư viện Quốc gia Việt Nam i MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Hợp kim đồng nhôm hợp kim hóa thêm Fe Ni nghiên cứu ứng dụng từ nhiều năm Họ hợp kim phổ biến việc chế tạo chi tiết làm việc điều kiện chịu mài mòn Nó có vai trò quan trọng cơng nghiệp đặc biệt lĩnh vực hàng hải công nghiệp đóng tàu Họ hợp kim đóng vai trò quan trọng cơng nghiệp Ngồi ra, năm trở lại nhà khoa học giới bước đầu tìm thấy chứng minh hiệu ứng nhớ hình hệ hợp kim Tuy nhiên, nhà sản xuất nước nhiều vấn đề vướng mắc chất lượng sản phẩm thấp, mài mòn nhanh, tuổi thọ làm việc thấp Đối với hệ hợp kim xử lý nhiệt có chuyển biến pha mactenxit tiết pha hóa bền Nhờ ứng dụng; khối lượng sản xuất nhiều chưa có nhiều cơng trình nghiên cứu chế chuyển biến pha; ứng dụng chuyển biến mactenxit tìm quy trình xử lý nhiệt phù hợp cho hệ hợp kim Trong luận án tác giả nghiên cứu ứng dụng chuyển biến pha mactenxit tiết pha hóa bền việc nâng cao khả chống mài mòn hệ hợp kim đồng nhôm; ứng dụng chuyển biến pha mactenxit trình nhớ hình hệ hợp kim Từ phân tích q trình chuyển biến pha hệ hợp kim, luận án xây dựng quy trình xử lý nhiệt phù hợp với ứng dụng mài mòn nhớ hình Với mong muốn nâng cao chất lượng, tuổi thọ làm việc hợp kim đồng nhôm hợp kim hóa thêm Fe Ni đề tài luận án lựa chọn là:“Nghiên cứu ứng dụng chuyển biến mactenxit hệ hợp kim đồng nhôm” Mục tiêu, đối tượng nội dung nghiên cứu luận án Nghiên cứu trình chuyển biến, hình thành pha hệ hợp kim đồng nhơm hợp kim hóa thêm Fe, Ni từ trạng thái sau đúc đến sau xử lý nhiệt Nghiên cứu áp dụng chuyển biến mactenxit ứng dụng hợp kim chịu mài mòn nhớ hình Xây dựng chế độ cơng nghệ xử lý nhiệt phù hợp cho mục tiêu cải thiện tính chống mài mòn nhớ hình hợp kim Đối tượng: Hợp kim đồng nhơm với việc hợp kim hóa: 9%Al; 4%Fe có khơng có hợp kim hóa 2%Ni Đề tài luận án tập trung nghiên cứu làm rõ vấn đề sau hợp kim đồng nhôm sở hợp kim hóa Fe Ni: - Nghiên cứu chế chuyển biến pha mactenxit tiết pha hóa bền hệ hợp kim - Nghiên cứu ảnh hưởng quy trình xử lý nhiệt đến tổ chức tính hợp kim đồng nhơm hợp kim hóa - Thăm dò khả nhớ hình hệ hợp kim Những đóng góp luận án Trong thời gian thực luận án trường Đại học Bách khoa Hà Nội, phòng thí nghiệm trường Đại học Khoa học tự nhiên, viện hàn lâm khoa học Việt Nam, Trung tâm thực hành thí nghiệm – Viện khí – Trường Đại học Hàng hải Việt Nam, trường Đại học bách khoa thành phố Hồ Chí Mình, trường Shimane Nhật Bản, luận án hoàn thành mục tiêu nhiệm vụ đặt Một số đóng góp mang tính khoa học thực tiễn sau: Ý nghĩa khoa học Nghiên cứu trình chuyển biến mactenxit hệ hợp kim đồng nhơm hợp kim hóa xử lý nhiệt * Trên sở phân tích q trình trình hình thành hòa tan pha liên kim đến tổ chức tính hệ hợp kim * Nhận diện tổ chức mactenxit pha liên kim xuất tổ chức hệ hợp kim nghiên cứu Ý nghĩa thực tiễn - Ứng dụng chuyển biến mactenxit pha liên kim hệ hợp kim đồng nhôm hợp kim hóa Fe Ni tăng khả chống mài mòn - Ứng dụng chuyển biến mactenxit việc nâng cao khả nhớ hình hệ hợp kim nghiên cứu CHƯƠNG I TỔNG QUAN Đồng nhôm hợp kim sở đồng với nguyên tố hợp kim nhơm chiếm khoảng từ 4-14% Một lượng nhỏ hợp kim Ni, Mn, Si, Fe…sẽ bổ sung tạo nên loại đồng nhơm khác với tính chất khác để đáp ứng yêu cầu đa dạng độ bền, độ dẻo, độ cứng, tính ăn chống ăn mòn, mài mòn, từ tính… Hình 1.7: Tổ chức tế vi hợp kim CuAl11Fe5Ni6[10] Hình 1.8 : Sự hình thành pha hợp kim Cu-Al-Fe-Ni cho nguyên tố vi lượng Từ phân tích nhận thấy hợp kim đồng nhôm dùng để chế tạo áo trục số tồn sau: Chưa thấy có nghiên cứu ảnh hưởng hợp kim hóa đến tổ chức tính hợp kim đồng nhơm Chưa có nghiên cứu ảnh hưởng xử lý nhiệt đến tổ chức tính hợp kim đồng nhơm Trong nước chưa có nghiên cứu ứng dụng chuyển biến mactenxit tiết pha hóa bền hệ hợp kim đồng nhơm hợp kim hóa Fe Ni trường hợp chịu mài mòn nhớ hình CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Ảnh hưởng nguyên tố hợp kim tạp chất đến tính chất brong nhơm Nhược điểm brơng nhơm hai pha ngồi độ co ngót lớn, chúng có khuynh hướng hòa tan nhiều khí bị ơxy hóa nấu luyện, tạo tổ chức hạt tinh thể hình que thơ, khó hàn vảy Những nhược điểm hoàn toàn khắc phục nhờ hợp kim hóa brơng nhơm sắt, niken, mangan[24] Sắt hòa tan nhơm ít, tăng tăng hàm lượng sắt hình thành pha liên kim Fe3Al, pha nhỏ mịn, dạng cầu phân bố tổ chức tế vi tính hợp kim cải thiện Sắt nguyên tố có tác dụng tốt đồng nhơm sắt nâng cao nhiệt độ kết tinh lại, làm nhỏ mịn hạt, tăng độ bền, độ cứng tăng khả chịu mài mòn cho hợp kim Niken hòa tan vơ hạn đồng hòa tan nhơm Niken có tác dụng làm co hẹp vùng α giản đồ Hình 2.1: Ảnh hưởng nhơm, sắt, niken tới tính đồng nhơm 2.2 Đặc điểm chuyển pha tổ chức hệ hợp kim ba nguyên Cu-Al-Fe Cu-Al-Fe-Ni Hình 4: Mặt cắt đứng hệ hợp kim nguyên Cu-Al-Fe vị trí 3% 5% Fe [26] 2.3 Đặc điểm chuyển biến mactenxit hợp kim đồng Cu-AlFe Cu-Al-Fe-Ni a) Chuyển biến từ BCC sang HCP b) Chuyển biến từ DO3 sang 18R 2H tác dụng biến dạng Hình 2.12: Các dạng chuyển biến mactenxit hợp kim Cu-Al-Fe Phân tích hình 2.12 nhận thấy: Hình 2.12a cho thấy chuyển biến pha β với ô sở kiểu mạng bcc cấu trúc hợp kim DO3 chuyển sang kiểu mạng mactenxit hcp Sự dịch chuyển kiểu mạng giải thích sau: Nguyên tử đồng tâm hai ô sở liền kề kết hợp với ô sở thành dạng lục giác (bước 1) hai mặt đáy nguyên tử đồng Còn ngun tử nhơm nằm tâm khối tam giác nhỏ ô sở kiểu mạng hcp Dưới tác dụng lực biến dạng (hình 2.12b) cấu trúc tinh thể DO3 chuyển thành hai dạng biến thể 18R 2H Điều có dịch chuyển nguyên tử mặt chịu tác dụng lực biến dạng Chính q trình giúp cho q trình nhớ hình trở nên nhanh chóng dễ có lực tác dụng (q trình biến dạng nguội) 2.4 Cơ sở hợp xử lý nhiệt hợp kim đồng Cu-Al-Fe Cu-AlFe-Ni cho mục đích tăng tính 2.5 Vai trò chuyển biến mactenxit ứng dụng chịu mài mòn hiệu ứng nhớ hình cho hợp kim đồng Cu-Al-Fe Cu-Al-Fe-Ni Hình 2.23: a) Ảnh chụp TEM cho mẫu từ 8500C cho pha mactenxit β’1 γ’ b) Phép nhiễu xạ điện tử dọc theo phương [0 0] pha mactenxit β’1 c) Phép nhiễu xạ điện tử dọc theo phương [0 0] pha mactenxit γ’ (tại vị trí góc 900 so với nó) Hàm lượng Fe lớn hình thành pha liên kim Fe Al Pha liên kim có hai cấu trúc FeAl Fe3Al với cấu trúc tinh thể khác Nếu Fe3Al có cấu trúc DO3 FeAl có cấu trúc B2.[56][57] Pha liên kim NiAl có cấu trúc tương tự pha FeAl kiểu mạng B2 Độ cứng pha NiAl đạt tới 700HV Pha Cu9Al14: Về cấu trúc tinh thể pha liên kim có cấu trúc tương tự cấu trúc DO3 Như nhận xét thấy rằng: Cấu trúc pha liên kim có cấu trúc gần tương tự với cấu trúc Cu9Al14 Việc có cấu trúc gần tương tự góp phần tăng khả liên kết pha cứng phân tán pha có độ cứng thấp 2.7 Mục đích phương pháp nhiệt luyện đồng nhơm CHƯƠNG THÍ NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 3.1 Nội dung nghiên cứu Luận án tập trung nghiên cứu số vấn đề sau: Nghiên cứu chuyển biến mactenxit tiết pha hóa bền hợp kim đồng nhơm hợp kim hóa Fe; Ni xử lý nhiệt Nghiên cứu ảnh hưởng Fe Ni đến tổ chức tính hệ hợp kim Nghiên cứu ảnh hưởng trình ram đến tổ chức tính hệ hợp kim Thăm dò khả nhớ hình hệ hợp kim 3.2 Quá trình chuẩn bị mẫu nghiên cứu Mẫu hợp kim đúc CuAl9Fe4, CuAl9Fe4Ni2 nấu lò điện cảm ứng trung tần khơng lõi, có che phủ than hoa sau khử khí, tinh luyện rót mẫu hình trụ với kích thước đường kính đường kính ϕ= 3,8cm, chiều dài l = 4cm Mẫu sau đem phân tích nhanh thành phần phương pháp quang phổ phát xạ Bảng 3.1 Thành phần hóa học mẫu hợp kim đúc Hợp kim Al Fe Mn Ni Sn Zn Pb Si CuAl9Fe4 9,2 3,9 0,1 0,145 0,278 0,961 0,217 0,208 CuAl9Fe4Ni2 9,41 4,98 0,15 2,44 0,04 0,09 0,07 0,07 Cu Còn lại Còn lại b) Hợp kim CuAl9Fe4Ni2 sau đúc Hình 4.5: Phân tích XRD hợp kim sau đúc 4.2 Phân tích tổ chức sau tơi a) CuAl9Fe4 x100 b) CuAl9Fe4Ni2 x100 Hình 4.7: Tổ chức tế vi mẫu hợp kim sau Kích thước pha α trở nên nhỏ so với trạng thái sau đúc Kích thước pha khoảng 40 - 50µm so với khoảng 100µm mẫu sau đúc Hình 4.9: So sánh đồ thị XRD mẫu sau đúc sau tơi hợp kim CuAl9Fe4 10 Phân tích đồ thị XRD mẫu sau đúc sau nhận thấy Đối với đồ thị XRD sau thấy xuất đỉnh peak pha liên kim cách rõ rệt đỉnh peak pha mactenxit Cu3Al Các vị trí đỉnh peak dung dịch đồng có dịch chuyển sang bên phải so với trạng thái sau đúc Những kết nghiên cứu XRD hồn tồn phù hợp với phân tích tổ chức trình bày Hình 4.10: So sánh đồ thị XRD mẫu sau đúc sau hợp kim CuAl9Fe4Ni2 Tương tự kết phân tích đồ thị XRD mẫu CuAl9Fe4; hợp kim CuAl9Fe4Ni2 cho kết tương tự xuất pha liên kim; pha mactenxit sau Những kết phân tích XRD hồn tồn phù hợp với phân tích tổ chức hợp kim nghiên cứu Kết phân tích tỷ phần pha hợp kim CuAl9Fe4 cho thấy pha α 47%; pha liên kim 1.9% ngồi lại pha β với hàm lượng khoảng 52% chuyển biến pha Trong số 1.9% pha liên kim pha κ pha liên kim khác Phân tích tỷ phần pha cho thấy: lượng chuyển biến mactenxit hợp kim CuAl9Fe4Ni2 khoảng 60% Như vậy, thấy vai trò Ni thúc đẩy trình chuyển biến pha mactenxit so với hợp kim khơng có Ni tỷ phần mactenxit tăng khoảng 8% 11 Việc tỷ phần mactenxit tăng ảnh hưởng đến trình hình thành pha sau ram Pha κI Pha β’ κIV Pha κII Ảnh BSED CuAl9Fe4 b) Ảnh BSED CuAl9Fe4Ni2 Hình 4.14: Tổ chức tế vi mẫu hợp kim sau Với hợp kim CuAl9Fe4 nhận thấy: Bằng phân tích BSED (hình 4.14a) nhận thấy rõ ràng phân tán hạt có kích thước màu đen nhỏ mịn phân tán tổ chức hình thái pha β’ (có hình thái pha mactenxit) tổ chức hợp kim Điều củng cố thêm minh chứng cho xuất tổ chức chứng minh hai phương pháp Tương tự với hợp kim CuAl9Fe4Ni2 thấy xuất pha β’ (hình 4.14b) 4.3 Phân tích tổ chức sau ram 4.3.1 Phân tích tổ chức tế vi hai hợp kim sau ram 350oC 02h a) a) CuAl9Fe4 x100 b) CuAl9Fe4Ni2 x100 Hình 4.17: Tổ chức tế vi sau ram 350oC 02h Khi ram 350 pha β mactenxit (Cu3Al) chuyển thành dạng pha β’; đồng thời có xuất pha α (dung dịch đặc giàu đồng) γ2, có điều đặc biệt hợp kim CuAl9Fe4Ni2 đan xen mactenxit song song ghép đôi trở nên sắc cạnh phân bố nền, lượng pha α tăng lên mịn phân bố đồng 12 so với đúc, tới khẳng định chấm đen bề mặt mẫu bẩn hay bị oxy hóa mà tiết pha liên kim nhỏ mịn phân tán tổ chức Phân tích tỷ phần pha hợp kim sau ram 350oC 02 cho thấy sau: Đối với pha liên kim: tỷ phần pha gần không thay đổi so với trạng thái sau đúc tơi Phân tích tỷ phần pha alpha: Tỷ phần pha alpha sau ram 54% tăng khoảng 7% so với mẫu sau tơi Hình 4.19 trình bày kết X-ray mẫu hợp kim BCuAl9Fe4, BCuAl9Fe4Ni2 ram 350oC 02 a) Hợp kim CuAl9Fe4 b) Hợp kim CuAl9Fe4Ni2 Hình 4.19 Phân tích XRD mẫu sau ram Nhìn hình từ hai hợp kim ta thấy thơng số d có thay đổi giai đoạn, thể hiễn rõ điểm peak bị lệch so với peak chuẩn có lúc nghiêng sang trái, lúc sang phải cho thấy biển đổi cấu trúc, mạng tinh thể tiết pha diễn giai đoạn cụ thể: - Ở mẫu ram 350ºC hai (hình 4.19a): pha β mactenxit (Cu3Al) chuyển thành dạng pha β’, đồng thời có xuất pha α (dung dịch đặc giàu đồng) có xuất thêm pha liên kim có kích thước nhỏ mịn tiết mà ảnh quang học khơng nhìn thấy - Đối với mẫu hợp kim CuAl9Fe4Ni2 (hình 4.19b) có khác biệt rõ rệt so với hợp kim lại thể giai đoạn khơng có xuất pha giàu sắt Fe(δ) mà pha giàu đồng α pha β mactenxit (Cu3Al) Phân tích ảnh TEM 13 a) b) Hình 4.23 (a, b) Kết TEM hợp kim CuAl9Fe4 CuAl9Fe4Ni2 sau ram 350°C Thông qua kết TEM hợp kim CuAl9Fe4 hình 4.23 a) phương pháp giải vi nhiễu xạ, đến cho ta kết luận pha liên kim xuất xung quanh pha α, biên giới hạt pha β pha giàu sắt Fe(δ), (Fe3Al) hợp kim chứa Ni pha NiAl hai pha chúng có tương tự cấu trúc mạng thơng số mạng Tiếp tục thực phân tích ảnh hiển vi điện tử truyền qua hợp kim CuAl9Fe4 sau tiến hành ram 350oC xác định cấu trúc pha hợp kim Pha κI Hình 4.24: Phân tích ảnh TEM mẫu CuAl9Fe4 sau xử lý nhiệt 350oC 02h Phân tích ảnh hiển vi điện tử truyền qua mẫu sau xử lý nhiệt 350oC 02 h nhận thấy: 14 Bằng kỹ thuật phân tích TEM vi nhiễu xạ cho thấy cấu trúc lại β’ (hình 4.24a b) với kích thước cỡ nano Những β’ có cấu trúc khoảng 80nm; xen kẽ bên lớn pha mactenxit nhỏ với khoảng cách hai đạt gần 5nm Ngoài tổ chức xuất pha liên kim loại với kích thước nano Những hạt nano đo ảnh tổ chức có kích thước vào khoảng 4nm Pha liên kim hợp kim chủ yếu pha Fe3Al Những hạt phân tán ảnh tổ chức Điều giúp làm thay đổi tính hợp kim Bằng kỹ thuật TEM phát pha κI có kích thước thơ hợp kim Sau ram chủ yếu thấy xuất hạt nhỏ mịn Fe3Al với hình thái giống pha κIV (hình 4.24c) 4.4 Phân tích thay đổi tổ chức hợp kim CuAl9Fe4 thay đổi chế độ ram 4.5 Phân tích thay đổi tổ chức hợp kim CuAl9Fe4Ni2 thay đổi chế độ ram 4.6 Phân tích chuyển pha hợp kim thực biến dạng kết hợp với xử lý nhiệt: Hình 4.47: Phân tích XRD hợp kim CuAl9Fe4 trước sau nhớ hình 15 So với dự đoán trên, đến chứng minh cho ta dự đốn hồn tồn có cứ, kết X-ray hình 4.46: Sau tơi 850 đem thử uốn tổ chức có pha sáng α pha trật tự Cuối sau thí nghiệm nhớ hình dường có β’ mactenxit thay đổi cụ thể lúc tồn pha α (Cu3Al), ngồi pha giàu sắt Fe(δ) kích thước nhỏ không hiển thị kết Cụ thể đỉnh peak chuẩn có xu hướng lệch sang trái q trình nhiệt luyện có chuyển biến → thay đổi peak, thay đổi d → thay đổi cấu trúc dự đoán kết tổ chức Hình 4.53: Phân tích XRD trước sau nhớ hình hợp kim CuAl9Fe4Ni2 Phân tích XRD hợp kim trước sau nhớ hình nhận thấy: Đối với hợp kim trước nhớ hình tổ chức thấy xuất pha mactenxit tiến hành nung trở lại không thấy xuất mactenxit đỉnh peak thấp phát Điều chứng tỏ có chuyển biến từ pha mactenxit có 16 cấu trúc β’ sang pha α γ2 Những nhận định phân tích mặt tổ chức hồn tồn phù hợp với kết thực nghiệm trình bày chương CHƯƠNG ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ MÀI MÒN VÀ NHỚ HÌNH CỦA HAI HỆ HỢP KIM 5.1 Kết mài mòn 5.1.1 Hợp kim CuAl9Fe4 Kết tính Hình 5.1: Giá trị độ cứng chế độ xử lý khác Phân tích giá trị độ cứng chế độ khác nhận thấy: Sau đúc giá trị độ cứng hợp kim cao so với trạng thái ram 550oC 02 thấp so với trạng thái ram 350oC 450oC Điều giải thích sau: Như phân tích chương trình chuyển biến pha hệ hợp kim; sau đúc tổ chức bao gồm pha α pha liên kim trạng thái thô nên độ cứng cao so với trạng thái bao gồm pha α pha mactenxit β’ Sau ram, pha mactenxit phân hủy thành pha α pha liên kim có kích thước nhỏ mịn phân tán Do vậy, giá trị độ cứng hợp kim tăng lên Tuy nhiên, tiếp tục tăng nhiệt độ ram pha α phân rã có kích thước lớn lên giá trị độ cứng lại giảm 17 Hình 5.2: Độ cứng mẫu xử lý nhiệt độ khác Kết phân tích độ cứng minh chứng cách rõ ràng cho phân tích tổ chức trên: tăng nhiệt độ ram giá trị độ cứng giảm; điều giải thích kích thước pha α tăng lên; số lượng pha nhiều làm giảm độ cứng hợp kim xuống Đối với mẫu thay đổi thời gian ram cho thấy giá trị độ cứng tăng lên; điều giải thích kích thước pha liên kim tăng lên; pha γ2 tiết nhiều làm tăng giá trị độ cứng mẫu sau ram Điều giải thích phần phân tích tổ chức tế vi hợp kim xử lý nhiệt 350oC thay đổi thời gian ram khác Từ giá trị độ cứng chế độ khác phương pháp quy hoạch thực nghiệm xác định hàm phụ thuộc giá trị độ cứng với nhiệt độ thời gian Việc xây dựng hàm thể mối quan hệ giúp xác định chế độ ram tối ưu cho hợp kim CuAl9Fe4 HRB94 = -6,6614+0.3945.T+27,3897.t -0.0005.T2 -4,5287.t20,0213.T.t (5.1) Từ phương trình (5.1) thể mối quan hệ độ cứng phụ thuộc vào nhiệt độ thời gian xác định giá trị nhiệt độ thời gian ram tối ưu Nhiệt độ : 347oC Thời gian tối ưu : 2.21h Kết nhiệt độ ram thời gian ram tối ưu cho thấy phù hợp với giá trị thực nghiệm mà luận án tiến hành 18 Xác định biến thiên độ cứng thay đổi thời gian ram khoảng từ – 3h giá trị 350oC cho thấy giá trị độ cứng tối ưu 92.2HRB khoảng 2.2h Kết phù hợp với giá trị thực nghiệm hợp kim Phân tích kết biến thiên giá trị độ cứng hợp kim thời gian 02h cho thấy giá trị tối ưu độ cứng đạt nhiệt độ 347oC Kết cho thấy hoàn toàn phù hợp với giá trị thực nghiệm mà luận án xác định kết phân tích Bảng 5.2: Bảng độ hụt khối mẫu Phân tích kết độ hụt khối cho thấy: Chế độ Thời gian Độ hụt khối (g) Sau đúc 0.8249 Sau 0.7984 250 0.6555 250 0.6343 250 0.6088 350 0.1664 350 0.1239 350 0.1436 450 0.1863 450 0.1909 450 0.2459 550 0.5395 550 0.6021 550 0.6342 Kết ram 350 C 02h cho độ hụt khối nhỏ nhất; có nghĩa khả chống mài mòn mẫu lớn Điều o 19 hoàn toàn phù hợp với phân tích tổ chức thay đổi nhiệt độ thay đổi thời gian ram Từ thấy rằng: hợp kim khả chống mài mòn tốt nung 850oC giữ nhiệt 02 h làm nguội nhanh nước; sau tiếp tục ram 350oC 02h cho hiệu tốt tổ chức tính hợp kim 5.1.2 Hợp kim CuAl9Fe4Ni2 Kết tính Hình 5.6 Đồ thị độ cứng hợp kim chế độ khác Hình 5.7 Đồ thị độ cứng hợp kim chế độ ram khác 20 Về giá trị độ cứng sau cho kết thấp so với mẫu sau ram Giá trị độ cứng cao mẫu sau ram 350oC 01h đạt khoảng 106HRB mẫu sau ram 350oC 02h cho giá trị độ cứng vào khoảng 105HRB Tăng thời gian ram nhiệt độ ram giá trị độ cứng giảm xuống; điều hoàn toàn phù hợp với kết phân tích tổ chức Từ giá trị thay đổi nhiệt độ thời gian ram; sử dụng phương pháp quy hoạch thực nghiệm xác định biến thiên độ cứng theo nhiệt độ thời gian Hàm mô tả biến thiên xác định sau : HRB942 = -57,7267+0,7386.T+22,45.t -0.0009.T2 -2,605.t20,0307.T.t (5.2) Từ hàm mô tả xác định biến đổi độ cứng theo nhiệt độ thời gian xác định điểm cực trị hàm nhiệt độ 374oC thời gian tương ứng 2.1h Từ hàm biến thiên cố định nhiệt độ ram 350oC xác định phụ thuộc độ cứng theo thời gian mô tả qua đồ Từ kết phân tích đồ thị nhận giá trị độ cứng đạt 104.2HRB khoảng 2.1h Kết phản ánh giá trị thực nghiệm mà luận án thu Phân tích biến thiên giá trị độ cứng hợp kim nhiệt độ ram thay đổi cho thấy khoảng thời gian 02h giá trị nhiệt độ tối ưu 350oC tương ứng với giá trị độ cứng 104.2HRB Bảng 5.4 Độ hụt khối chế độ khác Chế độ Thời gian (giờ) Độ hụt khối (g) Sau đúc 0.8125 Sau 0.7453 250 0.6838 250 0.673 250 0.6373 350 0.1157 21 350 0.1044 350 0.1242 450 0.132 450 0.1344 450 0.1784 550 0.5287 550 0.5631 550 0.592 Phân tích giá trị tính cho thấy: Tuy nhiên, xét độ hụt khối giá trị tốt mẫu sau ram 02h 350oC cho giá trị độ hụt khối thấp Như vậy, kết hợp phân tích giá trị độ cứng độ hụt khối mẫu sau tơi ram 350oC cho giá trị kết tốt nhất; điều hoàn toàn phù hợp với kết phân tích mặt tổ chức minh chứng PHẦN IV KẾT LUẬN CHUNG 1.1 Tổ chức tế vi sau đúc: Trong tổ chức hợp kim bao gồm pha α hỗn hợp (α+γ2) chủ yếu Tỷ phần xấp xỉ pha α hợp kim nghiên cứu 80% pha γ 17% Kích thước pha α sau đúc hợp kim CuAl9Fe4 100µm ; hợp kim CuAl9Fe4Ni2 90µm Ngồi ra, tổ chức hợp kim CuAl9Fe4 thấy có xuất pha liên kim Fe3Al có tỷ phần pha 2.2%; có kích thước nhỏ mịn khoảng 4µm phân tán tổ chức hợp kim Hợp kim CuAl9Fe4Ni2 có xuất thêm pha liên kim NiAl xen kẽ vùng pha có tỷ phần pha 2.3% có kích thước khoảng 3-4µm 1.2 Sự hình thành pha sau hóa già : Đối với mác hợp kim CuAl9Fe4, thay đổi nhiệt độ hóa già khoảng nhiệt độ 350oC ; 450oC 550oC khoảng thời gian 02 cho thấy : tỷ phần pha α tăng từ 54% chế độ 350oC đến 67% chế độ hóa già 550oC Còn mác hợp kim CuAl9Fe4Ni2 thay đổi nhiệt độ hóa già khoảng nhiệt độ 350oC ; 450oC 550oC khoảng 22 thời gian 02 cho thấy : tỷ phần pha α tăng từ 65% chế độ 350oC đến 75% chế độ hóa già 550oC Điều cho thấy tăng nhiệt độ hóa già q trình phân rã mactenxit sau tơi tăng lên 1.3 Khi có tác động q trình biến dạng nguội : Hợp kim nghiên cứu tiến hành nung 900oC để tạo pha mactenxit có kích thước thơ; cán nóng 800oC tạo thuận lợi cho q trình nhớ hình Sau tiếp tục tơi lần hai 900oC tạo mactenxit có kích thước nhỏ mịn phân bố thuận lợi cho trình nhớ hình Tiếp tục tiến hành biến dạng nguội để cấp thêm lượng cho mactenxit, hình thành detwinner mactenxit nhằm tạo thuận lợi cho trình nhớ hình Sau tiến hành nung lại 570oC để hình thành trình đảo pha mactenxit trở lại trạng thái ban đầu hợp kim tạo (α+γ2) 1.4 Nhận dạng tổ chức mactenxit pha liên kim : Phân tích TEM luận án chứng minh tồn pha mactenxit β’ cấu trúc hcp với công thức Cu3Al giống pha mẹ β cấu trúc bcc tồn hợp kim nhiệt độ thường (Mactenxit sau tôi, mactenxit dư sau ram sau nhớ hình) Đồng thời chứng minh pha liên kim hình thành trình chuyển biến pha Fe3Al Quá trình chuyển biến pha hai mác hợp kim nghiên cứu ảnh hưởng đến khả chống mài mòn hợp kim: Mác CuAl9Fe4: HRB94 = -6,6614+0.3945.T+27,3897.t -0.0005.T2 -4,5287.t20,0213.T.t Sai số tính theo hàm quy hoạch thực nghiệm : SH94  HRB  Khảo sát hàm thu giá trị độ cứng đạt lớn nhiệt độ thời gian tương ứng 347oC 2.21 Giá trị hụt khối điều kiện nghiên cứu mẫu hợp kim, chế độ thử nghiệm độ cứng cho thấy quy luật biến thiên tương tự, Độ hụt khối nhỏ đạt m94 = 0,17257g lân cận điểm cực trị độ cứng Mác CuAl9Fe4Ni2: HRB942 = -57,7267+0,7386.T+22,45.t -0.0009.T2 -2,605.t20,0307.T.t Sai số tính theo hàm quy hoạch thực nghiệm : SH942  4,5 HRB 23 Độ cứng đạt giá trị lớn ứng với nhiệt độ thời gian 374oC thời gian 2.1h Giá trị hụt khối điều kiện nghiên cứu mẫu hợp kim, chế độ thử nghiệm độ cứng cho thấy quy luật biến thiên tương tự, Độ hụt khối nhỏ đạt m942 = 0,141892g lân cận điểm cực trị độ cứng Khả nhớ hình hợp kim nghiên cứu sau 900oC biến dạng Hợp kim CuAl9Fe4 thu đạt khả nhớ hình 16% Hợp kim CuAl9Fe4Ni2 có lượng nhớ hình đạt tới 80% Kiến nghị Phát triển thêm hệ hợp kim khác tăng hàm lượng Ni thực biến tính chất biến tính để tạo hạt nhỏ mịn phân tán Thay đổi thành phần hợp kim chế độ cơng nghệ để tăng khả nhớ hình hệ hợp kim 24 ... phù hợp cho hệ hợp kim Trong luận án tác giả nghiên cứu ứng dụng chuyển biến pha mactenxit tiết pha hóa bền việc nâng cao khả chống mài mòn hệ hợp kim đồng nhơm; ứng dụng chuyển biến pha mactenxit. .. mactenxit pha liên kim xuất tổ chức hệ hợp kim nghiên cứu Ý nghĩa thực tiễn - Ứng dụng chuyển biến mactenxit pha liên kim hệ hợp kim đồng nhơm hợp kim hóa Fe Ni tăng khả chống mài mòn - Ứng dụng. .. hợp kim đồng nhơm hợp kim hóa thêm Fe Ni đề tài luận án lựa chọn là: Nghiên cứu ứng dụng chuyển biến mactenxit hệ hợp kim đồng nhôm Mục tiêu, đối tượng nội dung nghiên cứu luận án Nghiên cứu