Nghiên cứu và chế tạo hợp kim nhôm chịu nhiệt al zr dùng để sản xuất dây cáp điện

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA LÝ THÁI PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ CHẾ TẠO HỢP KIM NHÔM CHỊU NHIỆT Al-Zr DÙNG ĐỂ SẢN XUẤT DÂY CÁP ĐIỆN Chuyên ngành: KỸ THUẬT VẬT LIỆU Mã số : 60520309 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP.HỒ CHÍ MINH, tháng 09 năm 2020 CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐHQG - HCM Cán hướng dẫn khoa học: TS HUỲNH CÔNG KHANH (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị chữ ký) Cán chấm nhận xét 1: TS TRẦN TRÍ LUÂN (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị chữ ký) Cán chấm nhận xét 2: PGS.TS NGUYỄN NGỌC HÀ (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị chữ ký) Luận văn thạc sĩ bảo vệ Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM ngày 07 tháng 09 năm 2020 Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ ) PGS.TS NGUYỄN VĂN DÁN TS TRẦN THANH TÂM TS TRẦN TRÍ LUÂN PGS.TS NGUYỄN NGỌC HÀ PGS.TS TRẦN VĂN KHẢI Xác nhận Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau luận văn sửa chữa (nếu có) CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƢỞNG KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: LÝ THÁI PHÁP MSHV: 1670285 Ngày, tháng, năm sinh: 18/05/1989 Nơi sinh: Phú Yên Chuyên ngành: Kỹ Thuật Vật Liệu Mã số: 60520309 I TÊN ĐỀ TÀI: Nghiên cứu chế tạo hợp kim nhôm chịu nhiệt Al-Zr dùng để sản xuất dây cáp điện II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: Nghiên cứu chế tạo hợp kim trung gian Al-Zr-Si Nghiên cứu chế tạo hợp kim nhôm AT1 Tiến hành thực nghiệm nấu luyện hợp kim trung gian Al-Zr-Si, hợp kim nhôm AT1 phù hợp sản xuất dây cáp điện chịu nhiệt Tiến hành chế tạo dây hợp kim nhôm AT1, đo độ dẫn điện, kiểm tra tính III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 02/2020 IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 08/2020 V CÁN BỘ HƢỚNG DẪN: TS HUỲNH CÔNG KHANH Tp HCM, ngày … tháng … năm 2020 CÁN BỘ HƢỚNG DẪN (Họ tên chữ ký) CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO (Họ tên chữ ký) TRƢỞNG KHOA (Họ tên chữ ký) iii LỜI CẢM ƠN Tôi muốn gửi lời cảm ơn sâu sắc đến Thầy TS Huỳnh Công Khanh - cán hướng dẫn khoa học – người tận tình giúp đỡ tơi kiến thức kinh nghiệm trình học tập, nghiên cứu hồn thiện Luận văn Tơi xin gửi lời cảm ơn đến quý Thầy Cô Cán Bộ môn Công nghệ Vật liệu Kim loại Hợp kim, Khoa Công nghệ Vật liệu – Đại học Bách Khoa TPHCM tạo điều kiện thuận lợi cho tơi hồn thành luận văn Tơi xin trân trọng cảm ơn thầy Phó Giáo sư, Tiến sĩ hội đồng chấm phản biện đọc góp ý cho luận văn Tôi xin chân thành cảm ơn Công ty TNHH SX TM DV Việt Khiêm - Khu TTCN Lê Minh Xuân, Tp HCM Các Thử nghiệm viên phịng Thử nghiệm Cơ khí, phịng Thử nghiệm Điện QUATEST3 - KCN Biên Hòa I Cá nhân em Đỗ Thành Toàn giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi cho thực Luận văn Cuối cùng, tơi xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè đồng nghiệp ủng hộ thời gian thực luận văn TP.Hồ Chí Minh tháng 09 năm 2020 Lý Thái Pháp LUẬN VĂN THẠC SĨ | LÝ THÁI PHÁP - KỸ THUẬT VẬT LIỆU iv TÓM TẮT Trong năm gần đây, dây cáp điện làm hợp kim nhôm chịu nhiệt sở hệ hợp kim Al-Zr sử dụng phổ biến tồn giới Tuy nhiên nước chưa có đề tài nghiên cứu chế tạo dây hợp kim AT1 phù hợp tiêu chuẩn IEC 62004 Luận văn trình bày phương pháp để chế tạo hợp kim trung gian Al-Zr-Si sử dụng nguyên liệu tinh quặng Zircon Tạo tiền đề để hồn thiện cơng nghệ nấu luyện hợp kim AT1 dùng để sản suất cáp điện chịu nhiệt Sử dụng phương pháp phân tích thành phần hóa học hợp kim nhôm máy quang phổ phát xạ nguyên tử SPECTROLAB, nguyên tố Zirconi (mẫu có hàm lượng lớn 0.24% ) phân tích phương pháp phân tích quang phổ phát xạ plasma kết hợp tự cảm, quan sát tổ chức tế vi chụp từ ảnh chụp kính hiển vi quang học OLYMPUS PME3 hợp kim trung gian hợp kim AT1 thu được, qua điều chỉnh thơng số phối liệu phù hợp, ảnh hưởng Cryolite KCl lên thành phần Zr hợp kim trung gian Chế tạo hợp kim AT1, tiến hành ép đùn dây hợp kim AT1 4.5-4.7 mm, kéo nguội dây đến đường kính 2.5mm, hóa già Đo điện trở, giới hạn bền kéo độ bền nhiệt dây hợp kim AT1, cho thấy q trình thực nghiệm mẫu hóa già 450C có kết phù hợp với yêu cầu tiêu chuẩn IEC 62004 giới hạn bền kéo 171-173Mpa, độ giãn dài tương đối 2.0%, độ bền kéo sau nung 230°C vòng đạt 96.5% so với độ bền kéo trước nung, độ dẫn điện 20C đạt 60%IACS Ngoài ra, hàm lượng Zr chứa hợp kim trung gian đạt 2.6% Zr LUẬN VĂN THẠC SĨ | LÝ THÁI PHÁP - KỸ THUẬT VẬT LIỆU v ABSTRACT Over the last few years, the use of Al-Zr heat-resistant aluminum alloy electrical wire has become quite popular in the world However in Vietnam, there are no research projects to manufacture AT1 alloy wire in accordance with IEC 62004 standard This thesis studies the experimental process of making master alloy Al-Zr-Si using zircon concentrate Creating a premise to complete the AT1 alloy smelting technology to producing heat-resistant electric cables Chemical compositions, microstructure of master alloy and AT1 aluminium alloy were analyzed by SPECTROLAB atomic emission spectrometer, Inductively Coupled Plasma Emission Spectroscopy (for %Zr > 0.24 mass fraction) and optical microscope (OLYMPUS PME3), thereby adjusting the appropriate blending parameters, the effect of Cryolite and KCl component on Zr content in the master alloy Making alumininum alloy AT1, cast ingots were hot extruded to form 4.5-4.7 mm rod Then, the rod was cold drawn to form 2.5mm wire, artificial aging wire Electrical resistivity, tensile stress, elongation, themal-resistant property were test by according to IEC 62004 standard, type AT1 The results showed that: The sample artificial aging at 450C during 10 hours accordance with IEC 62004 standard Tensile stress 171-173MPa, Elogation 2.0% , 60%IACS conductivity at 20C, and its tensile strength remains at a level of 96.5 % of the initial level after a heat history at a temperature of 230°C for hours In additional, the chemical compositions of the master alloys, particularly the content of 2.6% Zr mass fraction in the alloy LUẬN VĂN THẠC SĨ | LÝ THÁI PHÁP - KỸ THUẬT VẬT LIỆU vi LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan Luận văn cơng trình nghiên cứu riêng tơi Kết trình bày luận văn kết thực nghiệm tơi thực hiện, kết trung thực chưa tác giả công bố cơng trình Các trích dẫn bảng biểu, kết nghiên cứu tác giả khác; tài liệu tham khảo luận văn có nguồn gốc rõ ràng quy định Tp.Hồ Chí Minh, tháng năm 2020 TÁC GIẢ LUẬN VĂN Lý Thái Pháp LUẬN VĂN THẠC SĨ | LÝ THÁI PHÁP - KỸ THUẬT VẬT LIỆU vii MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN iii TÓM TẮT iv DANH MỤC BẢNG BIỂU x DANH MỤC HÌNH ẢNH xi DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT xiii MỞ ĐẦU 1 Đặt vấn đề Tính cấp thiết đề tài Mục tiêu nghiên cứu Nội dung nghiên cứu Đối tƣợng, phạm vi nghiên cứu 5.1 Đối tƣợng 5.2 Phạm vi nghiên cứu Tính đề tài Ý nghĩa khoa học Ý nghĩa thực tiễn CHƢƠNG TỔNG QUAN 1.1 Hợp kim nhôm chịu nhiệt AT1 1.1.1 Tính chất hợp kim nhơm chịu nhiệt AT1 1.1.2 So sánh dây dẫn chịu nhiệt với loại dây dẫn hợp kim nhôm khác 1.2 Công nghệ nấu luyện hợp kim trung gian 1.2.1 Các nghiên cứu tác động nguyên tố hợp kim lên đặc tính hợp kim nhôm Al-Zr làm vật liệu dẫn điện chịu nhiệt 1.2.2 Cơ sở lý thuyết nấu luyện hợp kim trung gian 19 1.2.3 Công nghệ nấu luyện hợp kim 21 1.3 Công nghệ chế tạo dây hợp kim nhôm 22 1.3.1 Công nghệ cán thỏi đúc hợp kim nhôm 22 1.3.2 Công nghệ ép nóng dây hợp kim nhơm 22 1.3.3 Công nghệ kéo dây hợp kim nhôm 22 1.4 Công nghệ nhiệt luyện dây hợp kim nhôm AT1 23 1.5 Tình hình sản xuất dây hợp kim nhơm AlZr giới nƣớc 23 1.5.1 Phƣơng pháp đúc cán liên tục Continuus Properzi (CCR) 24 1.5.2 Phƣơng pháp SCR 24 1.5.3 Phƣơng pháp đúc liên tục 25 1.5.4 Phƣơng pháp sản xuất không liên tục 25 1.5.5 Tình hình sản xuất dây cáp điện chịu nhiệt nƣớc ta 26 LUẬN VĂN THẠC SĨ | LÝ THÁI PHÁP - KỸ THUẬT VẬT LIỆU viii 1.6 Tiêu chuẩn IEC 62004:2007 26 CHƢƠNG NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 27 2.1 Mục tiêu nghiên cứu thực nghiệm 27 2.2 Thí nghiệm nấu luyện hợp kim trung gian Al-Zr-Si 27 2.2.1 Nguyên liệu thiết bị 27 2.2.2 Mơ tả thí nghiệm 29 2.2.3 Mẻ nấu hợp kim trung gian số (Mã hóa 2409) 32 2.2.4 Mẻ nấu hợp kim trung gian số (Mã hóa 2111) 32 2.2.5 Mẻ nấu hợp kim trung gian số (Mã hóa 1405-2) 32 2.2.6 Mẻ nấu hợp kim trung gian số (Mã hóa 1912-2) 32 2.2.7 Mẻ nấu hợp kim trung gian số (Mã hóa 1912-1) 33 2.2.8 Mẻ nấu hợp kim trung gian số (Mã hóa 1405-1) 33 2.3 Thí nghiệm nấu luyện hợp kim AT1, dùng cho thí nghiệm chế tạo dây cáp 33 2.3.1 Nguyên liệu thiết bị 34 2.3.2 Mô tả thí nghiệm 34 2.3.3 Mẻ nấu nhôm hợp kim AT1 số (Mã hóa 0406) 35 2.3.4 Mẻ nấu nhôm hợp kim AT1 số (Mã hóa 1106) 36 2.3.5 Mẻ nấu nhôm hợp kim AT1 số (Mã hóa 0707) 36 2.4 Thí nghiệm ép đùn kéo dây hợp kim nhôm AT1 37 2.4.1 Nguyên liệu thiết bị 37 2.4.2 Mơ tả thí nghiệm 39 2.5 Thí nghiệm nhiệt luyện dây hợp kim nhơm AT1 39 2.5.1 Chuẩn bị mẫu thiết bị 39 2.5.2 Mô tả thí nghiệm 40 2.6 Phƣơng pháp phân tích 41 2.6.1 Kiểm tra thành phần hóa học 41 2.6.2 Quan sát tổ chức tế vi 41 2.6.3 Kiểm tra tính 42 2.6.4 Đo điện trở 43 2.7 Phƣơng pháp đánh giá 44 2.7.1 Đánh giá thành phần hóa học hợp kim trung gian Al-Zr-Si 44 2.7.2 Đánh giá chất lƣợng dây hợp kim nhôm AT1 44 Chƣơng KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 46 3.1 Hợp kim trung gian Al-Zr-Si 46 3.1.1 Thành phần hóa học mẻ nấu hợp kim trung gian 47 3.1.2 Tổ chức tế vi mẻ nấu hợp kim trung gian 50 3.2 Hợp kim nhôm AT1 53 LUẬN VĂN THẠC SĨ | LÝ THÁI PHÁP - KỸ THUẬT VẬT LIỆU ix 3.2.1 Thành phần hóa học mẻ nấu hợp kim nhôm AT1 54 3.2.2 Tổ chức tế vi mẻ nấu hợp kim nhôm AT1 55 3.3 Kết trình đùn kéo hợp kim nhôm AT1 56 3.3.1 Dây hợp kim sau đùn 56 3.3.2 Dây hợp kim sau kéo 57 3.3.3 Cơ tính, điện trở suất dây hợp kim AT1 58 Chƣơng KẾT LUẬN 62 4.1 Kết luận 62 4.2 Kiến nghị 63 Danh mục tài liệu tham khảo 64 Phụ Lục 66 LUẬN VĂN THẠC SĨ | LÝ THÁI PHÁP - KỸ THUẬT VẬT LIỆU ... ĐỀ TÀI: Nghiên cứu chế tạo hợp kim nhôm chịu nhiệt Al- Zr dùng để sản xuất dây cáp điện II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: Nghiên cứu chế tạo hợp kim trung gian Al- Zr- Si Nghiên cứu chế tạo hợp kim nhôm AT1... hành thực nghiệm nấu luyện hợp kim trung gian Al- Zr- Si, hợp kim nhôm AT1 phù hợp sản xuất dây cáp điện chịu nhiệt Tiến hành chế tạo dây hợp kim nhôm AT1, đo độ dẫn điện, kiểm tra tính III NGÀY... Trong năm gần đây, dây cáp điện làm hợp kim nhôm chịu nhiệt sở hệ hợp kim Al- Zr sử dụng phổ biến toàn giới Tuy nhiên nước chưa có đề tài nghiên cứu chế tạo dây hợp kim AT1 phù hợp tiêu chuẩn IEC