Ảnh hưởng của cu đến quá trình chuyển pha và cơ tính của hợp kim 6063

Nhan đề : Ảnh hưởng của Cu đến quá trình chuyển pha và cơ tính của hợp kim 6063 Tác giả : Cao Thế Toàn Người hướng dẫn: Nguyễn Hồng Hải Từ khoá : Hợp kim nhôm; Cơ tính Năm xuất bản : 2020 Nhà xuất bản : Trường đại học Bách Khoa Hà Nội Tóm tắt : Tổng quan về phân loại hợp kim nhôm; phương pháp nghiên cứu và thực nghiệm; kết quả và thảo luận.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ Ảnh hưởng Cu đến trình chuyển pha tính hợp kim 6063 CAO THẾ TỒN Ngành Khoa học vật liệu Viện Khoa học Kỹ thuật Vật liệu Giảng viên hướng dẫn: TS Nguyễn Hồng Hải Chữ ký GVHD Nghành: Khoa học vật liệu Viện: Khoa học kỹ thuật Vật liệu HÀ NỘI, 6/2020 CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc BẢN XÁC NHẬN CHỈNH SỬA LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên tác giả luận văn : CAO THẾ TOÀN Đề tài luận văn: Ảnh hưởng Cu đến trình chuyển pha tính hợp kim 6063 Chuyên ngành: Khoa học vật liệu Mã số SV: CB180074 Tác giả, Người hướng dẫn khoa học Hội đồng chấm luận văn xác nhận tác giả sửa chữa, bổ sung luận văn theo biên họp Hội đồng ngày 15 tháng 07 năm 2020 với nội dung sau: + Đã chỉnh sửa tồn phần tóm tắt thành đoạn văn + Việt h a bảng h nh v Chương 1,2, + Đã chỉnh sửa ại h nh ảnh b mờ Chương + Đã thêm đơn v đo thiếu Chương + Đã sửa (bỏ) trích dẫn sai lỗi đánh máy + Đã đưa kết chụp XRD mẫu lên phần đầu thảo luận + Đã thích h nh chụp tổ chức tế vi SEM mẫu chụp bề mặt gẫy + Đã chỉnh sửa lại lỗi trình bày luận văn Ngày 18 tháng năm 2020 Giáo viên hướng dẫn Tác giả luận văn CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG Luận văn tốt nghiệp Khoa học kỹ thuật Vật liệu BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Độc lập - Tự - Hạnh phúc - - NHIỆM VỤ LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP - Họ tên sinh viên: Cao Thế Toàn - MSSV: CB180074 - Viện: Khoa học kỹ thuật Vật liệu – Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Tên đề tài Nghiên cứu ảnh hưởng Cu đến trình chuyển pha tính hợp kim 6063 Nội dung - Chương 1: Tổng quan hợp kim Al-Mg-Si - Chương 2: Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm - Chương 3: Một số kết thảo luận - Chương 4: Kết luận Cán hướng dẫn: TS Nguyễn Hồng Hải Ngày hoàn thành: 29/05/2020 Hà Nội, ngày 18 tháng 12 năm 2018 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN Nguyễn Hồng Hải GVHD: TS Nguyễn Hồng Hải Luận văn tốt nghiệp Khoa học kỹ thuật Vật liệu LỜI CẢM ƠN Trong trình thực đồ án em nhận giúp đỡ nhiều thầy giáo hướng dẫn TS Nguyễn Hồng Hải – Trưởng môn Vật liệu & Công nghệ Đúc Viện Khoa học Kỹ thuật Vật Liệu - Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Em xin chân thành cảm ơn thầy giúp đỡ em thực luận văn Xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến q thầy tồn thể cán Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội nói chung, Viện Khoa học Kỹ thuật Vật Liệu nói riêng suốt năm học tập rèn luyện vừa qua ân cần bảo, tận tình giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi truyền thụ lại kinh nghiệm quý báu kiến thức chuyên sâu nghành vật liệu để em hồn thành chương trình Thạc sỹ Viện Khoa học kỹ thuật Vật liệu Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, để vững bước tự tin đóng góp mơt phần nhỏ vào phát triển nghành xuất nhập kim loại nước GVHD: TS Nguyễn Hồng Hải Khoa học kỹ thuật Vật liệu Luận văn tốt nghiệp TÓM TẮT NỘI DUNG LUẬN VĂN Với đề tài: Ảnh hưởng Cu đến q trình chuyển pha tính hợp kim 6063, luận văn tiến hành khảo sát mác hợp kim 6063, từ hợp kim hóa thêm Cu để chứng minh hình thành pha mới, xác định cơng nghệ nhiệt luyện tối ưu, phân tích tổ chức pha hình thành xác định tính hợp kim Luận văn trình bày kết nghiên cứu hợp kim hóa thêm Cu vào hợp kim 6063 từ 0.1 đến 0.5% với công nghệ nhiệt luyện tơi + hóa già nhiệt độ 523o K mốc thời gian hóa già 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40 phút Kết nghiên cứu cho thấy rằng: với hàm lượng hợp kim hóa 0.3% Cu thời gian hóa già 30 phút, giá trị độ bền cao đạt 240MPa, giá trị độ dãn dài cao đạt 10,7%, giá trị độ cứng cao đạt 89HB, tỉ trọng đạt 2,714g/cm3 xấp xỉ với mác hợp kim 6063 Điều phù hợp với kết phân tích XRD, SEM, TEM kết cho thấy có hình thành pha bốn nguyên Q, với công thức điều kiện thực nghiệm Al4Cu2Mg8Si7, có hình dạng hạt trịn bầu dục cấu trúc tổ ong phức tạp Pha Q đóng vai trò định việc tăng bền cho hợp kim sau xử lý nhiệt HỌC VIÊN THỰC HIỆN Cao Thế Toàn GVHD: TS Nguyễn Hồng Hải Luận văn tốt nghiệp Khoa học kỹ thuật Vật liệu MỤC LỤC CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 1.2 1.3 1.4 Phân loại hợp kim nhôm 1.1.1 Hệ thống kí hiệu cho hợp kim nhôm 1.1.2 Phân loại hợp kim nhôm Hợp kim nhôm biến dạng hóa bền nhiệt luyện 1.2.1 Hợp kim nhôm với 4% Cu 1.2.2 Hợp kim Al-Mg-Cu 1.2.3 Hợp kim nhôm hệ Al-Mg-Si 1.2.4 Công nghệ nhiệt luyện 11 Hợp kim nhôm Al-Mg-Si-Cu 14 1.3.1 Vùng cân pha hợp kim Al-Mg-Si-Cu 14 1.3.2 Tính phổ biến Q pha cân tồn 16 1.3.1 Cấu trúc tinh thể tổ chức tế vi pha Q – AlCuMgSi 19 1.3.2 Các pha hóa bền tiền pha Q’ 19 1.3.3 Cấu trúc tinh thể pha Q’ 22 1.3.1 Sự tiết pha hợp kim Al-Mg-Si Al-Mg-Si-Cu 24 1.3.2 Pha hóa bền hợp kim Al-Mg-Si-Cu 27 Tổng quan nghiên cứu 31 1.4.1 Mục đích nghiên cứu 31 1.4.2 Nội dung nghiên cứu 32 CHƯƠNG PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ THỰC NGHIỆM 33 2.1 Phương pháp nghiên cứu 33 2.2 Thực nghiệm 34 2.2.1 Nấu luyện hợp kim Al-Mg-Si-Cu 34 2.2.2 Xử lý nhiệt 37 2.2.3 Cân tỷ trọng 38 2.2.4 Đo độ cứng HB 40 2.2.5 Đo độ bền độ giãn dài 44 2.2.6 Tổ chức tế vi 46 2.2.7 Ảnh hiển vi điện tử quét (SEM) 47 2.2.8 Ảnh hiển vi điện tử truyền qua TEM 48 2.2.9 Phân tích XRD 49 2.2.10 Máy quang phổ phát xạ Spectro Lab 51 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 52 3.1 Kết xác định thành phần hóa học đo tỷ trọng 52 GVHD: TS Nguyễn Hồng Hải Khoa học kỹ thuật Vật liệu Luận văn tốt nghiệp 3.2 Kết phân tích XRD 53 3.3 Kết đo độ cứng HB 55 3.4 Kết đo độ bền kéo độ giãn dài 56 3.5 Tổ chức hiển vi quang học 62 3.5.1 3.6 Tổ chức hiển vi điện tử quét 63 Tổ chức hiển vi điện tử truyền qua 66 CHƯƠNG KẾT LUẬN 67 TÀI LIỆU THAM KHẢO 68 GVHD: TS Nguyễn Hồng Hải Khoa học kỹ thuật Vật liệu Luận văn tốt nghiệp 3.18 Cấu trúc tổ ong pha Q ( ùng hình 3.17) Hình 3.17 thể ảnh SEM hợp kim Al-1.0Mg2Si Có thể thấy rõ ràng tổ chức hợp kim bao gồm hạt β – Mg2Si (hạt màu tối, góc cạnh) nằm α- Al (vùng sáng màu) Điều hoàn toàn với giản đồ pha kết luận pha cân phần tổng quan lý thuyết Hình 3.18 biểu diễn vùng hình 3.17 Có thể thấy, vùng có cấu trúc dạng tổ ong phức tạp Dựa phân tích thành phần mục 3.1, mác 6063 tồn hàm lượng Cu định, kết hợp với phân tích lý thuyết hình 1.7, dự đốn pha Q phần hình thành b) Ảnh SEM hợp kim Al-1.0Mg2Si-0.35%Cu Hình 1.20 thể ảnh SEM tổng quát hợp kim Al-1.0Mg2Si-0.35%Cu Nhìn cách tổng thể, kết hợp so sánh với hình 1.7 1.8, thấy tồn pha bao gồm pha gồm: - Pha α-Al (vùng sáng), - Pha Q – AlCuMgSi, - Pha β – Mg2Si (hạt màu tối) GVHD: TS Nguyễn Hồng Hải 64 Khoa học kỹ thuật Vật liệu Luận văn tốt nghiệp 3.19 Ảnh SEM mặt g y mẫu sau thử k o hợp kim Al-1.0Mg2Si0.35%Cu 3.20 Pha Q-AlCuMgSi với cấu trúc tổ ong phức tạp GVHD: TS Nguyễn Hồng Hải 65 Khoa học kỹ thuật Vật liệu Luận văn tốt nghiệp Hình 3.20 thể vùng hình 3.19 Có thể thấy rõ ràng lượng lớn pha Q-AlCuMgSi hình thành với cấu trúc dạng tổ ong phức tạp Khi phóng lớn hơn, hình 3.21, lần khẳng định pha Q-AlCuMgSi hình thành với tổ chức đặc trưng dạng tổ ong phức tạp 3.6 Tổ chức hiển vi điện tử truyền qua 3.21 Ảnh TEM hợp kim Al-Mg-Si-Cu Pha Q thể ảnh hiển vi TEM hợp kim Al-Mg-Si-Cu giai đoạn cân Chiều dài pha tiết nằm dọc theo hướng [100] Để khẳng định chất pha Q, cần phải có nghiên cứu sâu kỹ thuật TEM GVHD: TS Nguyễn Hồng Hải 66 Khoa học kỹ thuật Vật liệu Luận văn tốt nghiệp CHƯƠNG KẾT LUẬN Đồng nguyên tố hợp kim hóa quan trọng hợp kim nhơm 6063 Khi hợp kim hóa hàm lượng nhỏ Cu vào hợp kim 6063, hình thành pha bốn nguyên Q, với công thức điều kiện thực nghiệm Al4Cu2Mg8Si7, có hình dạng hạt trịn bầu dục cấu trúc tổ ong phức tạp Pha Q đóng vai trị định việc tăng bền cho hợp kim sau xử lý nhiệt Các thông số công nghệ xác định sau: - Hàm lượng Cu: 0.3 – 0.4 % - Chế độ nhiệt luyện: T6, thời gian hóa già 30 phút - Cơ tính đạt được: o Độ giãn dài: 10.7 % o Độ bền: 240 Mpa o Độ cứng: 89 HB o Tỷ trọng: 2.714 g/cm3 Kết nghiên cứu khẳng định, hợp kim hóa Cu vào hợp kim nhơm 6063, độ bền, độ cứng độ giãn dài tăng tương ứng Đây kết luận quan trọng đồ án, theo lý thuyết, độ cứng độ bền tăng độ giãn dài phải giảm GVHD: TS Nguyễn Hồng Hải 67 Luận văn tốt nghiệp Khoa học kỹ thuật Vật liệu TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Hữu Dũng, [2] Đào thị Ánh Tuyết, Ả iệt luyệ ợp kim đúc, chương 4, NXB KHKT, 2006 ưở g biế g sau t ời gia c đế óa bề kết t úc ợp kim 6063 ( ệ AL - MG - SI), uận văn thạc sỹ, trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, 2011 [3] D J Chakrabarti, David E Laughlin, Phase relations and precipitation in Al-Mg-Si alloys with Cu additions, Progress in Materials Science 49, p389-410, 2004 [4] J Zang, Z Fan, Y Q Wang, B L Zhou, Equilibrium pseudobinary AlMg2Si phase diagram, Materials Science and Technology, Vol 17, ISSN 02670836, p.494-496, 2001 [5] A Matsumoto, T Nejigaki, S.W Lee, S Ikeno and K Matsuda, TEM Observation of Cu and Ag Added Al–Mg–Si Alloy, DOI: 10.12693/APhysPolA.131.1379 [6] Takeshi Saito, Shinji Muraishi, Calin D Marioara, Sigmund J Andersen, Jostein Røyset and Randi Holmestad, The effect of low Cu additions and predeformation on the precipitation in a 6060 Al-Mg-Si alloy,Metallurgical and Materials Transactions A, Volume 44, Issue 9, pp 4124–4135, 2013 GVHD: TS Nguyễn Hồng Hải 68 Luận văn tốt nghiệp Khoa học kỹ thuật Vật liệu PHỤ LỤC Kết đo thành phần mẫu 4.0.1 Bảng thành phần mẫu chứa 0.1%Cu GVHD: TS Nguyễn Hồng Hải 69 Khoa học kỹ thuật Vật liệu Luận văn tốt nghiệp 4.0.2 Bảng thành phần mẫu chứa 0.2%Cu GVHD: TS Nguyễn Hồng Hải 70 Khoa học kỹ thuật Vật liệu Luận văn tốt nghiệp 0.3 Bảng thành phần mẫu chứa 0.3%Cu GVHD: TS Nguyễn Hồng Hải 71 Khoa học kỹ thuật Vật liệu Luận văn tốt nghiệp 4.0.4 Bảng thành phần mẫu chứa 0.4%Cu 0.5 Bảng thành phần mẫu chứa 0.5%Cu GVHD: TS Nguyễn Hồng Hải 72 Khoa học kỹ thuật Vật liệu Luận văn tốt nghiệp Kết đo độ giãn dài 0.6 Kết đo độ giãn dài mẫu 0.3%Cu hóa già 25p GVHD: TS Nguyễn Hồng Hải 73 Khoa học kỹ thuật Vật liệu Luận văn tốt nghiệp 0.7 Kết đo độ dãn dài mẫu 0.4%Cu hóa già 25p GVHD: TS Nguyễn Hồng Hải 74 Khoa học kỹ thuật Vật liệu Luận văn tốt nghiệp 0.8 Kết đo độ dãn dài mẫu 0.3%Cu hóa già 30p GVHD: TS Nguyễn Hồng Hải 75 Khoa học kỹ thuật Vật liệu Luận văn tốt nghiệp 0.9 Kết đo độ dãn dài mẫu 0.4%Cu hóa già 30p GVHD: TS Nguyễn Hồng Hải 76 Khoa học kỹ thuật Vật liệu Luận văn tốt nghiệp 0.10 Kết đo độ dãn dài mẫu 0.3%Cu hóa già 35p GVHD: TS Nguyễn Hồng Hải 77 Khoa học kỹ thuật Vật liệu Luận văn tốt nghiệp 0.11 Kết đo độ dãn dài mẫu 0.4%Cu hóa già 35p GVHD: TS Nguyễn Hồng Hải 78 ... hình thành pha hợp kim nghiên cứu - So sánh, đánh giá pha hợp kim, qua rút vai trị, ảnh hưởng pha đến tính hợp kim - Đánh giá ảnh hưởng hàm lượng Cu đến tổ chức tính tổng hợp hợp kim GVHD: TS... Với đề tài: Ảnh hưởng Cu đến q trình chuyển pha tính hợp kim 6063, luận văn tiến hành khảo sát mác hợp kim 6063, từ hợp kim hóa thêm Cu để chứng minh hình thành pha mới, xác định cơng nghệ nhiệt... v.v 1.3 Hợp kim nhôm Al-Mg-Si -Cu 1.3.1 Vùng cân pha hợp kim Al-Mg-Si -Cu Hợp kim họ Al-Mg-Si -Cu hình thành Cu thêm vào hệ hợp kim 6xxx Al-Mg-Si, hay ngược lại, Si thêm vào hệ hợp kim Al -Cu- Mg 2xxx