Nghiên cứu chế tạo và sử dụng hợp kim trung gian AI 5ti 1b trong quá trình biến tính hợp kim nhôm

Đại Học Quốc Gia Tp Hồ Chí Minh TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP HCM KHOA CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU    PHẠM VĂN CƯỜNG NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ SỬ DỤNG HỢP KIM TRUNG GIAN Al-5Ti-1B TRONG Q TRÌNH BIẾN TÍNH HỢP KIM NHƠM Chuyên ngành: Vật Liệu Kim Loại Và Hợp Kim Mã số ngành: LUẬN VĂN THẠC SỸ THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH 1–2011 Đại Học Quốc Gia Tp Hồ Chí Minh TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP HCM KHOA CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU    LUẬN VĂN THẠC SỸ NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ SỬ DỤNG HỢP KIM TRUNG GIAN Al-5Ti-1B TRONG Q TRÌNH BIẾN TÍNH HỢP KIM NHÔM GVHD : TS HUỲNH CÔNG KHANH Thực : PHẠM VĂN CƯỜNG MSHV 00308430 : THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH 1–2011 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA PHỊNG ĐÀO TẠO SĐH CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ĐỘC LẬP – TỰ DO – HẠNH PHÚC Tp HCM, ngày tháng năm 2011 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: PHẠM VĂN CƯỜNG Phái: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 22 tháng 09 năm 1985 Nơi sinh:Tp.Hồ Chí Minh Chuyên ngành: Công nghệ vật liệu Kim Loại MSHV: 00308430 I- TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ SỬ DỤNG HỢP KIM TRUNG GIAN Al-5Ti-1B TRONG QUÁ TRÌNH BIẾN TÍNH HỢP KIM NHƠM II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:  Chế tạo hợp kim trung gian Al-5Ti-1B  Khảo sát khả biến tính hợp kim trung gian lên hợp kim nhôm III- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ:05/07/2010 IV- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ:06/12/2010 V- CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: Tiến sĩ HUỲNH CÔNG KHANH CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Học hàm, học vị, họ tên chữ ký) CN BỘ MÔN QL CHUYÊN NGÀNH Nội dung đề cương luận văn thạc sĩ Hội đồng chuyên ngành thơng qua TRƯỞNG PHỊNG ĐT – SĐH Ngày tháng năm TRƯỞNG KHOA QL NGÀNH LỜI CẢM ƠN Với tất lịng biết ơn, em xin gửi đến thầy Huỳnh Cơng Khanh lời cảm ơn chân thành, thầy nhiệt tình hƣớng dẫn dạy để em hồn tất luận văn Cảm ơn thầy cô Khoa Công nghệ Vật Liệu - Đại học Bách Khoa TPHCM, đặc biệt thầy cô Bộ môn Công nghệ vật liệu kim loại hợp kim tận tình giảng dạy, cho chúng em kiến thức bổ ích suốt thời gian học tập nghiên cứu Cảm ơn thầy Nguyễn Duy Thông giúp đỡ, tạo điều kiện cho chúng em làm việc Phòng Thí nghiệm nấu luyện Bộ mơn Cơng nghệ vật liệu kim loại hợp kim Em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Ngọc Hà giúp đỡ chúng em, cho chúng em lời khuyên trình thực đề tài Cảm ơn hai ngƣời bạn Nguyễn Thị Anh Thơ Phạm Trọng An, cảm ơn bạn Cao học CNVL08, sát cánh bên tơi, giúp đỡ chia sẻ với tơi khó khăn học tập nhƣ nghiên cứu Cảm ơn gia đình ln bên, giúp đỡ, động viên, truyền cho nghị lực để thêm vững tin vƣợt qua trở ngại sống Một lần nữa, xin chân thành cảm ơn chúc ngƣời sức khỏe, hạnh phúc thành đạt PHẠM VĂN CƢỜNG TÓM TẮT NỘI DUNG LUẬN VĂN Thay muối halogen công nghệ nấu luyện hợp kim trung gian Al5Ti1B nghiên cứu nhiều năm qua, muối có giá thành cao sản phẩm thải trình nấu luyện gây ô nhiễm môi trường Trong nghiên cứu này, titan dioxit (TiO2) axit boric (H3BO3) sử dụng làm tiền chất để cung cấp titan bo trình nấu luyện hợp kim trung gian Al5Ti1B thay cho muối KBF4 K2TiF6, trợ dung cryolite Trong khoảng nhiệt độ từ 1000-1200 0C với tỷ lệ Al2O3/Na3AlF6 khoảng 1:2-1:8 hiệu suất thu hồi titan bo cao ( 89-97%) Tuy nhiên, tỷ lệ Al2O3/Na3AlF6 1:2 nhiệt độ nấu luyện 1000 0C hiệu suất thu hồi titan bo thấp, nhơm oxit từ phản ứng hồn ngun titan bo khơng hịa tan vào xỉ trợ dung khơng nóng chảy hồn tồn làm sệt xỉ cản trở q trình hồn ngun i MỤC LỤC MỤC LỤC i DANH MỤC BẢNG vii DANH MỤC HÌNH viii CHƢƠNG 1: MỞ ĐẦU 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ 1.1.1 Nhôm hợp kim nhôm 1.1.2 Tính cấp thiết đề tài 1.2 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU 1.3 ĐỐI TƢỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU 1.3.1 Đối tƣợng nghiên cứu 1.3.2 Phạm vi nghiên cứu 1.4 PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 1.4.1 Phƣơng pháp hồi cứu 1.4.2 Phƣơng pháp thí nghiệm phân tích 1.4.2.1 Nấu luyện hợp kim trung gian Al5Ti1B 1.4.2.2 Biến tính hợp kim nhôm 6063 hợp kim trung gian Al5Ti1B 1.5 TÍNH MỚI, Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA NGHIÊN CỨU HVTH:PHẠM VĂN CƢỜNG ii 1.5.1 Tính đề tài 1.5.2 Ý nghĩa đề tài 1.5.2.1 Ý nghĩa lý luận đề tài 1.5.2.2 Ý nghĩa thực tiễn đề tài CHƢƠNG II TỔNG QUAN CÔNG NGHỆ NẤU LUYỆN VÀ BIẾN TÍNH HKTG Al5Ti1B 2.1 CÁC CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO HỢP KIM TRUNG GIAN Al-5Ti-1B 2.1.1 Chế tạo hợp kim trung gian Al5Ti1B từ KBF4 K2TiF6 2.1.2 Chế tạo hợp kim trung gian Al5Ti1B từ hổn hợp bọt Ti KBF4 2.1.3 Chế tạo hợp kim trung gian Al5Ti1B từ B2O3 K2TiF6 2.1.4 Chế tạo hợp kim trung gian Al5Ti1B từ B2O3 TiO2 2.1.5 Chế tạo HKTG Al5Ti1B từ borax K2TiF6 2.2 LÝ THUYẾT CÁC Q TRÌNH BIẾN TÍNH HỢP KIM NHÔM BẰNG HKTG Al5Ti1B 2.2.1 Sự tạo mầm 10 2.2.1.1 Mầm đồng thể 11 2.2.1.2 Tạo mầm dị thể 13 2.2.1.3 Tốc độ tạo mầm 15 2.2.1.4 Sự phát triển hạt 15 2.2.1.5 Sự phát triển hạt hợp kim Al-Ti 15 HVTH:PHẠM VĂN CƢỜNG iii 2.3 Các mơ hình trình làm nhỏ mịn hạt HKTG Al-Ti-B 16 2.3.1 Thuyết phần tử tạo mầm 16 2.3.2 Thuyết giản đồ pha 17 2.3.3 Thuyết bao tinh khối 17 2.3.4 Lý thuyết tạo mầm kép 19 2.3.5 Mơ hình ảnh hƣởng chất tan 20 2.4 CƠ SỞ CÔNG NGHỆ NẤU LUYỆN HỢP KIM MÀU 26 2.4.1 Các quy tắc 26 2.4.2 Bảo vệ kim loại lỏng khỏi tƣơng tác môi trƣờng 26 2.4.3 Tinh luyện kim loại lỏng 27 2.5 CÔNG NGHỆ NẤU NHÔM VÀ HỢP KIM NHÔM 29 2.5.1 Thành phần tạp chất nhôm nguyên sinh 29 2.5.2 Nấu luyện nhôm hợp kim nhôm 29 2.5.3 Tinh luyện nhôm hợp kim nhôm 31 2.6 CƠ SỞ LÝ THUYẾT QUÁ TRÌNH NẤU LUYỆN HỢP KIM TRUNG GIAN Al5Ti1B 33 2.6.1 Giản đồ pha 33 2.6.1.1 Giản đồ pha Al-B 33 2.6.1.2 Giản đồ pha Al-Ti 34 2.6.1.3 Giản đồ pha Al-Ti-B 35 HVTH:PHẠM VĂN CƢỜNG iv 2.6.2 Độ hoà tan chất hệ xỉ Al2O3-Na3AlF6 37 2.7 2.6.2.1 Độ hoà tan Al2O3 cryolite 37 2.6.2.2 Độ hoà tan B2O3 Al2O3-Na3AlF6 39 2.6.2.3 Độ hoà tan TiO2 Al2O3-Na3AlF6 39 NHIỆT ĐỘNG HỌC QUÁ TRÌNH NẤU LUYỆN HKTG Al5Ti1B 40 2.7.1 Nguyên lý I nhiệt động học 40 2.7.2 Định luật II nhiệt động lực học 42 2.7.2.1 Entropy 42 2.7.2.2 Năng lƣợng tự 43 2.7.3 Phƣơng trình đẳng nhiệt Van’t Hoff 45 2.7.4 Phƣơng trình đẳng áp Van’t Hoff 46 2.7.5 Định luật Raoult 47 2.7.6 Định luật Henry 47 2.7.7 Hoạt độ 48 2.8 HOÀN NGUYÊN BẰNG PHƢƠNG PHÁP NHIỆT KIM 49 CHƢƠNG III: CÁC PHƢƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM 53 3.1 HOÁ CHẤT VÀ DỤNG CỤ THÍ NGHIỆM 53 3.1.1 Hố chất thí nghiệm 53 3.1.2 Thiết bị dụng cụ thí nghiệm 53 HVTH:PHẠM VĂN CƢỜNG v 3.2 PHƢƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM 55 3.2.1 Sơ đồ công nghệ nấu luyện hợp kim trung gian Al5Ti1B 55 3.2.2 Giải thích quy trình 55 3.2.3 Đánh giá khả làm nhỏ mịn hạt tinh thể hợp kim trung gian Al5Ti1B 56 3.3 3.2.3.1 Biến tính hợp kim nhơm đúc 413.0 57 3.2.3.2 Biến tính hợp kim nhôm biến dạng 6063 6003 57 CÁC PHÉP ĐO DÙNG TRONG NGHIÊN CỨU 58 3.3.1 Phƣơng pháp quang phổ phát xạ nguyên tử(EAS) 58 3.3.2 Phƣơng pháp soi kim tƣơng 59 3.3.3 Phƣơng pháp nhiễu xạ tia X 60 3.3.4 Phƣơng pháp đo độ cứng thử kéo 61 CHƢƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 62 4.1 KẾT QUẢ CHẾ TẠO HỢP KIM TRUNG GIAN Al5Ti1B 62 4.2 KẾT QUẢ ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG LÀM NHỎ MỊN HẠT TINH THỂ CỦA HỢP KIM TRUNG GIAN Al5Ti1B 69 4.2.1 Thành phần hoá học hợp kim nhơm trƣớc sau biến tính hợp kim trung gian Al5Ti1B 69 4.2.2 Tổ chức tế vi hợp kim nhơm trƣớc sau biến tính hợp kim trung gian Al5Ti1B 71 HVTH:PHẠM VĂN CƢỜNG 500 d=2.33915 64 Các hợp kim No.1,2,3,7,8 nấu luyện thời gian phản ứng 30 phút tỉ lệ khối lượng Al2O3 tạo thành / tổng khối lượng Na3AlF6 gần 1/8, nhiệt độ bắt đầu phản ứng khác Với tỉ lệ Al2O3/Na3AlF6 400 8, tương ứng với hàm lượng Al2O3 hệ Na3AlF6- Al2O3 khoảng 11,11%, gần điểm tinh, vậy, khoảng nhiệt độ bắt đầu phản ứng 1000-1250oC, tất Al2O3 tạo thành hồ tan Na3AlF6 nóng chảy xỉ lỗng, 300 TiAl3 d=2.02740 Nhơm TiB2 Ti3Al5 200 d=1.99192 d=2.15172 d=2.28794 d=2.61868 100 d=2.85469 Lin (Counts) dễ dàng phân tách khỏi hợp kim lỏng 10 20 30 (a) 40 2-T HVTH: PHẠM VĂN CƯỜNG 20_MAU_THAY KHANH_9 - File: 20_MAU_THAY KHANH_9530.raw - Type: 2Th/Th locked - Start: 00-004-0787 (*) - Aluminum, syn - Al - WL: 1.5406 - Cubic - a 4.04940 - b 4.04940 - c 4.04940 - alpha 90 00-035-0741 (*) - Boron Titanium - TiB2 - WL: 1.5406 - Hexagonal - a 3.03034 - b 3.03034 - c 3.22953 - a 400 300 TiAl3 d=2.02740 Nhôm TiB2 Ti3Al5 200 d=1.99192 d=2.15172 d=2.28794 d=2.61868 100 d=2.85469 Lin (Counts) 65 10 20 2θ 30 40 (b) Hình 4.1 Phổ XRD hợp kim trung gian No No 20_MAU_THAY KHANH_7 - File: 20_MAU_THAY KHANH_7.raw - Type: 2Th/Th locked - Start: 5.0 a- Hợp kim No.1, b- Hợp kim No.3 00-004-0787 (*) - Aluminum, syn - Al - WL: 1.5406 - Cubic - a 4.04940 - b 4.04940 - c 4.04940 - alpha nên mẻ nấu có hiệu suất thu hồi cao, nhiệt độ bắt đầu phản ứng không (*) -suất Boron TiB2 - WL: - Hexagonal - a 3.03034 - b 3.03034 - c 3.22953 ảnh 00-035-0741 hưởng đến hiệu thuTitanium hồi -Ti B (xem1.5406 hình 4.2) Tuy nhiên(I)nhiệt độ bắt đầu phản -ứng lại ảnh hưởng ảnh hưởng- akhá rõ rệt đến tổ 00-042-0810 - Aluminum Titanium Al5Ti3 - WL: 1.5406lại- Tetragonal 11.26000 - b 11.26000 -c4 chức tế vi hợp kim trung gian AlTi5B1 (xem hình 4.3) Trong tổ chức tế vi, tinh thể HVTH: PHẠM VĂN CƯỜNG 66 TiAl3 có dạng hình kim, cịn tinh thể TiB2 có kích cỡ trung bình khoảng m với số lượng lớn Khi nấu luyện hợp kim trung gian No.3 1200oC (hình 4.3c), tổ chức tế vi hợp kim có tinh thể hình kim TiAl3 lớn nằm tinh thể nhánh nhơm, cịn tinh thể TiB2 kết tụ lại thành đám lớn biên giới hạt Các đám kết tụ TiB2 kích cỡ lớn thường ảnh hưởng xấu đến chất lượng thỏi đúc sau biến tính hợp kim trung gian AlTi5B1, thỏi đúc xuất dải màu sáng, gây vết nứt q trình gia cơng áp lực Tổ chức tế vi hợp kim trung gian No.1 (hình 4.3a 4.3b), nấu luyện nhiệt độ 1000 11000C, có kích cỡ tinh thể TiAl3 nhỏ hơn, tinh thể TiB2 Hiệu suất thu hồi, % kết tụ phân bố đồng nên hiệu biến tính cao so với hợp kim No.3 Nhiệt độ phản ứng, oC Hình 4.2 Ảnh hưởng nhiệt độ phản ứng đến hiệu suất thu hồi Ti B - Hiệu suất thu hồi Ti - Hiệu suất thu hồi B HVTH: PHẠM VĂN CƯỜNG 67 (a) (b) (c) Hình 4.3 Tổ chức tế vi hợp kim trung gian AlTi5B1 nấu luyện nhiệt độ phản ứng: a- 1000oC, b- 1100oC, c- 1200oC Tuy nhiên, tiếp tục hạ nhiệt độ bắt đầu phản ứng xuống 1000oC nhiệt độ nhỏ 1000oC, Na3AlF6 chưa nóng chảy [nhiệt độ nóng chảy Na3AlF6 1012oC] nên không đảm bảo che phủ cho nhơm lỏng, ngồi hỗn hợp bột TiO2-H3BO3Na3AlF6 đưa vào nồi lị khơng nóng chảy, sệt, gây khó khăn cho việc khuấy trộn vào nhơm lỏng phân tách xỉ khỏi hợp kim lỏng sau phản ứng Các hợp kim trung gian No 3, 4, 5, nấu luyện nhiệt độ bắt đầu phản ứng 1200oC thời gian phản ứng 30 phút tỉ lệ khối lượng Al2O3 tạo thành / tổng HVTH: PHẠM VĂN CƯỜNG 68 khối lượng Na3AlF6 thay đổi tương ứng 1/8, 1/6, 1/4, 1/2, hay hàm lượng Al2O3 hệ Na3AlF6-Al2O3 thay đổi tương ứng 11,11%; 14,28%; 20,00%; 33,33%, có hiệu suất thu hồi Ti B cao Với tỉ lệ Al2O3 tạo thành / Na3AlF6 khoảng 1/8-1/2, tỉ lệ Al2O3 / Na3AlF6 không ảnh hưởng đến hiệu suất thu hồi Ti B [xem hình 10] Tuy nhiên, tỉ lệ Al2O3/Na3AlF6 = 1/2, vượt giới hạn hòa tan Al2O3 hệ Na3AlF6 – Al2O3 nhiệt độ 1200oC (xem hình 7), nên xỉ bị sệt khó phân tách khỏi hợp kim lỏng Còn tỉ lệ Al2O3/Na3AlF6 lớn 1/2, hiệu suất thu hồi Hiệu suất thu hồi, % Ti B hợp kim Tỉ lệ Al O /Na3AlF6 Hình 4.4 Ảnh hưởng tỉ2 lệ3 Al2O 3/Na3AlF6 đến hiệu suất thu hồi Ti B - Hiệu suất thu hồi Ti - Hiệu suất thu hồi B trung gian giảm đáng kể Đó trường hợp hợp kim trung gian No.9, nấu luyện nhiệt độ phản ứng 1280oC tỉ lệ Al2O3 tạo thành /Na3AlF6 lớn [1/0,74] nên hiệu suất thu hồi Ti 0,77% B khơng có mặt hợp kim HVTH: PHẠM VĂN CƯỜNG 69 4.2 KẾT QUẢ ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG LÀM NHỎ MỊN HẠT TINH THỂ CỦA HỢP KIM TRUNG GIAN Al5Ti1B Thành phần hố học hợp kim nhơm trước sau biến tính Thành phần hóa học hợp kim 413.0, 6063 6003 trước sau biến tính hợp kim trung gian AlTi5B1 mẻ nấu thí nghiệm bảng Bảng 4.4 Thành phần hóa học hợp kim nhơm trước sau biến tính Hợp kim 413.0 trước biến tính 413.0 sau biến tính 6063 trước biến tính 6063 sau biến tính 6003 trước biến tính 6003 sau biến tính Si 12,0 Fe 0,15 Cu 0,00 Mn 0,00 Mg 0,00 Cr 0,001 Ni 0,004 Zn 0,00 Ti 0,00 B 0,00 12,0 0,58 0,59 0,91 0,91 0,16 0,13 0,11 0,42 0,42 0,00 0,01 0,00 0,02 0,02 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,73 0,63 1,09 0,001 0,003 0,001 0,003 0,001 0,003 0,241 0,004 0,92 0,236 0,003 0,01 0,01 0,01 0,00 0,01 0,10 0,00 0,10 0,00 0,11 0,02 0,00 0,02 0,00 0,02 Các hợp kim 413.0, 6063, 6003 mẻ nấu thí nghiệm có thành phần hóa học phù hợp với quy định Aluminum Association Hàm lượng Ti hợp kim sau biến tính thấp hàm lượng bao tinh hệ Al-Ti, khoảng 0,1-0,11%, hàm lượng B khoảng 0,024-0,026%  Tổ chức tế vi hợp kim nhơm trước sau biến tính hợp kim trung gian AlTi5B1 Tổ chức tế vi hợp kim nhôm đúc 413.0 trước sau biến tính hình 4.5 Hợp kim 413.0 với hàm lượng silic 12,08%, chưa biến tính có tổ chức tinh ( +Si) hình 4.5a Tổ chức thơ (các kim vạch là silic tinh, sáng dung dịch rắn ) Sau biến tính hợp kim trung gian AlTi5B1, hợp kim có tổ chức tinh nhỏ mịn hình 4.5b Tuy nhiên kéo dài thời gian biến tính đến 10 phút hợp kim lại có tổ chức tinh thơ hình 4.5c HVTH: PHẠM VĂN CƯỜNG 70 (a) (b) (c) Hình 4.5 Tổ chức tế vi hợp kim 413.0 a Chưa biến tính b Ngay sau đưa chất biến tính vào hợp kim c Sau đưa chất biến tính vào hợp kim 10 phút Có thể giải thích tượng theo mơ hình chất tan sau Trong hợp kim 413.0, silic chất tan có khả hạn chế phát triển bề mặt phân cách rắn lỏng hạt chúng lớn lên kim loại Khi đưa hợp kim trung gian AlTi5B1 vào hợp kim lỏng, TiAl3 chưa kịp tan nên có thiên tích silic tạo vùng nguội trạng thái phía trước bề mặt phân cách Vùng nguội trạng thái kích hoạt chất tạo mầm phía trước mặt phân cách làm gián đoạn phát triển hạt trước Ngoài chất tạo mầm TiB2, TiAl3 chất tạo mầm mạnh nên số lượng mầm tạo nhiều làm cho hợp kim 413.0 có tổ chức hạt nhỏ mịn Nhưng kéo dài thời gian biến tính đến 10 phút TiAl3 với nồng độ trước bao tinh hòa tan kim loại lỏng tham số kìm hãm phát triển GRF tổng GRF Si Ti: HVTH: PHẠM VĂN CƯỜNG 71 (a) (b) (c) Hình 4.6 Tổ chức tế vi hợp kim 6063 a Chưa biến tính b Ngay sau đưa chất biến tính vào hợp kim c Sau đưa chất biến tính vào hợp kim 20 phút GRF tổng = GRFsi + GRFTi = mCSi[k-1] +mCTi[k-1] = 5,9.12,08 + 0,1.245 = 75,52+ 24,5 = 100,02 Do giá trị tham số kìm hãm phát triển GRF Si 75,52 lớn nhiều so với giá trị tới hạn GRF (GRF tới hạn khoảng 20) nên TiAl3 hòa tan vào hợp kim lỏng HVTH: PHẠM VĂN CƯỜNG 72 làm tăng thêm giá trị GRF dẫn đến kích thước hạt tinh thể tăng thêm Do mà hợp kim lại có tổ chức tinh thô kéo dài thời gian biến tính Đối với hợp kim biến dạng 6063 6003, hàm lượng chất tan silic mage nhỏ nên tham số kìm hãm phát triển GRF nhỏ làm cho q trình biến tính xảy chậm so với hợp kim 413.0 Tuy nhiên, kéo dài thời gian biến tính, aluminit TiAl3 hịa tan hợp kim lỏng làm tăng giá trị tham số GRF (với hàm lượng Ti hợp kim lỏng tăng thêm 0,10% làm tăng thêm giá trị GRF lên 24,5) nên tăng hiệu làm nhỏ hạt (a) (b) (c) Hình 4.7 Tổ chức tế vi hợp kim 6003 a Chưa biến tính b Ngay sau đưa chất biến tính vào hợp kim c Sau đưa chất biến tính vào hợp kim 15 phút HVTH: PHẠM VĂN CƯỜNG 73 Chính mà chưa biến tính, hợp kim 6063 6003 có tổ chức tinh thể nhánh hình 12a 13a Ngay sau đưa hợp kim trung gian AlTi5B1 vào hợp kim lỏng, hợp kim 6063 6003 có kích cỡ hạt nhỏ so với chưa biến tính hạt thơ (xem hình 4.6b 4.7b) Khi kéo dài thời gian biến tính đến 15-20 phút, hợp kim có tổ chức hạt trục với kích cỡ nhỏ hình 4.6c 4.7c Cơ tính hợp kim nhơm trước sau biến tính hợp kim trung gian AlTi5B1 Kết đo độ cứng hợp 413.0, 6063, 6003 trước sau biến tính trình bày bảng 4.5 Bảng 4.5 Cho thấy độ cứng hợp kim 413.0, 6063, 6003 sau biến tính hợp kim trung gian AlTi5B1 có tăng so với trước biến tính mức độ tăng không nhiều Kết thử kéo hợp kim 413.0 cho thấy giới hạn bền kéo hợp kim 413.0 sau biến tính có tăng so với trước biến tính mức độ tăng khơng nhiều: 155,20 Mpa sau biến tính (tương ứng với tải trọng cực đại 12,19 kN đường cong số số 3) so với 153,04 Mpa trước biến tính (Tương ứng với tải trọng cực đại 12,02 kN đường cong số 1) Độ cứng HB 413.0 chưa biến tính 55,0 413.0 sau pha chất biến tính 57,9 10 phút 6063 chưa biến tính 54,2 6063 sau pha chất biến 59,4 tính 6063 sau pha chất biến tính 20 56,0 phút 6003 trước biến tính 62,7 6003 sau pha chất biến 65,5 tính 6003 sau pha chất biến tính 15 65,2 phút Bảng 4.5 Độ cứng hợp 413.0, 6063, 6003 trước sau biến tính Hợp kim HVTH: PHẠM VĂN CƯỜNG 74 Hình 4.8 Biểu đồ kéo hợp kim 413.0 Chưa biến tính Ngay sau đưa chất biến tính vào hợp kim Sau đưa chất biến tính vào hợp kim 10 phút Như vậy, tác dụng chủ yếu hợp kim trung gian AlTi5B1 làm nhỏ mịn hạt tinh thể, chuyển tổ chức tinh thể nhánh cây, tinh thể hình trụ hợp kim nhơm chưa biến tính thành tổ chức tinh thể đẳng trục nhỏ mịn sau biến tính Do mà giảm dạng khuyết tật tinh thể nhánh tinh thể hình trụ gây như: xốp co, thiên tích nhánh cây, tổ chức xuyên tâm, khuyết tật bề mặt hợp kim nhơm q trình cán, ép Tổ chức tinh thể đẳng trục làm cho tính hợp kim nhơm đồng hơn, cho phép cải thiện tính gia cơng, tăng tốc độ đúc trước bị nứt nóng Chƣơng V: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 5.1 Kết luận Hợp kim trung gian AlTi5B1 chế tạo thành công phản ứng nhôm lỏng lớp trợ dung che phủ Na3AlF6 nóng chảy với hỗn hợp bột TiO2-H3BO3-Na3AlF6 điều kiện sau: - Nhiệt độ nấu luyện: 1000-1100oC - Thời gian nấu luyện: Sau phản ứng kết thúc( khơng cịn lửa bùng lên) 15-20 phút HVTH: PHẠM VĂN CƯỜNG 75 - Tỉ lệ khối lượng Al2O3 tạo thành trình phản ứng / tổng khối lượng Na3AlF6 khoảng 1/4-1/8 Hợp kim trung gian AlTi5B1 chế tạo cải thiện tổ chức hạt hợp kim 413.0, 6063, 6003: - Làm nhỏ mịn tổ chức tinh hợp kim 413.0 - Chuyển tổ chức tinh thể nhánh hợp kim 6063 6003 thành tổ chức tinh thể đẳng trục nhỏ mịn 5.2 Kiến nghị Cần tiếp tục phát triển đề tài theo hướng sản xuất thử hợp kim trung gian AlTi5B1 dạng thỏi dạng dây HVTH: PHẠM VĂN CƯỜNG Tài liệu tham khảo [1] G E Totten, D Scott Mackenzie, Hand book of Aluminum volume 2: Alloy production and Materials manufacturing p.2-5 [2] B.S Murty , S.A Kori, K Venkateswarlu, R.R Bhat, M Chakraborty, Manufacture of Al–Ti–B master alloys by the reaction of complex halide salts with molten aluminium Mater Proces Tech 89–90 (1999) p.152–158 [3] Yucel Birol, An improved practice to manufacture Al–Ti–B master alloys by reacting halide salts with molten aluminium Alloys and Compounds 420 (2006) p.71–76 [4] Yucel Birol, Production of Al–Ti–B master alloys from Ti sponge and KBF4 Journal of Alloys and Compounds 440 (2007) p.108–112 [5] Yucel Birol, Production of Al-Ti-B grain refining master alloys from B2O3 and K2TiF6 Journal of Alloys and Compounds, 443 (2007), p.94-98 [6].Maurice Alliot US Pat No 3.961.955 (1976) [7] Yucel Birol, Production of Al–Ti–B grain refining master alloys from Na2B4O7 and K2TiF6 Journal of Alloys and Compounds 458 (2008) p.271–276 [8] Magnificus, G J Kearley, L Katgerman, L Arnberg, W Petry, R Boom, I M de Schepper, N H van Dijk, Real-Time Investigation of Grain Nucleation and Growth During Liquid to Solid Phase Transformation of Aluminum Alloys (2005)p.4-21 [9] Huỳnh Cơng Khanh, Giáo trình nấu đúc kim loại màu (1999) trang 15-32 [10] Carlson ON Bull, Alloy Phase Diagrams 116 (1990): p.560-566 [11] Duschanek H, Rogl, J Phase Equilibria 155 (1994):p.543-552 [12] Vardiman RG., Acta Metall Mater 40 (1992):p.1029-1035 [13] Serebryanskii VT, Epelbaum VZ, Zhdanov GS Russ, J Inorg Chem, 12(9) (1967): p.1311-1316 [14] V Raghavan Al-Ti (Aluminum-Titanium), J Phas Equi Diff Vol 26 No.2 2005 [15] V.T.Witusiewicza, A.A Bondarb, U Hechta, J Zollingera, L.V Artyukhb, T.Ya Velikanovab, The Al–B–Nb–Ti system V Thermodynamic description of the ternary system Al–B–Ti, J, Al Com 474 (2009) p.86–104 [16] Y.Zhang, X.Wu,R.A.Rapp, Metall Mater Trans.B ,(2003) ,Vol 34B p.235-242 [17] S.V.Devyatkin,G.Kaptay, J.Solid State Chemistry 154 (2000),p.107-109 [18] T.E.Jentoftsen, O.A.Lorentsen, E.W.Dewing,G.M.Haarbrg, J.Thonstad, Metall Mater Trans.B ,(2002) ,Vol 33B p.909-913 [19] P S Mohanty, J E Gruzleski, Acta Metall Mater 43 (1995) p.2001 [20] I Maxwell, A Hellawell, Metall Trans (1972) p.1487 [21] G P Jones, J Pearson, Metall Trans A24 (1976) p.223 [22] G K Sigworth, Metall Trans, A22 (1986) p 349 [23] M Johnsson, Light Metals, Warrrendale, PA: TMS (1993) p 769 [24] Nguyễn Hồng Hải Cơ sở lý thuyết q trình đơng đặc số ứng dụng NXB Khoa học Kỹ thuật 2006, trang 211-265 [25] V Raghavan Al-B-Ti (Aluminum-Boron-Titanium) , J Phas Equi Diff Vol 26 No 2005 [26] T E Jentoftsen, O A Lorentsen, E W Dewing, G M Haarberg, J Thonstad, Solubility of Some Transition Metal Oxides in Cryolite- Alumina Melts: Part II Solubility of TiO2 Metal Mat Trans B Vol 33B, (2002) p 909- 913 [27] Chiranjib Kumar Gupta, Chemical Metallurgy: Principles and Practice (2003) p 225-292 [28] Bùi Văn Mưu, Lý thuyết trình luyện kim (2006) trang 130-135 Page [29] Nguyễn Đình Huê, Giáo trình hố lý tập 2: Nhiệt động lực học hố học (2004) trang 3-67 [30] M Binnewies, E Mike, Thermochemical Data of Elements and Compounds (2002) [31] Ihsan Barin, Thermochemical Data of Pure Substances (1995) Page ... VÀ BIẾN TÍNH HKTG Al5Ti1B 2.1 CÁC CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO HỢP KIM TRUNG GIAN Al -5Ti- 1B 2.1.1 Chế tạo hợp kim trung gian Al5Ti1B từ KBF4 K2TiF6 2.1.2 Chế tạo hợp kim trung gian Al5Ti1B... liệu Kim Loại MSHV: 00308430 I- TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ SỬ DỤNG HỢP KIM TRUNG GIAN Al -5Ti- 1B TRONG Q TRÌNH BIẾN TÍNH HỢP KIM NHÔM II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:  Chế tạo hợp kim trung gian. .. phần bo titan hợp kim trung gian Thành phần pha hợp kim trung gian Tố chức tế vi HKTG Al5Ti1B - Đối với sử dụng hợp kim trung gian biến tính hợp kim nhơm, khảo sát yếu tố: Khả biến tính HKTG o