Compozit nền kim loại hệ (cu tic) sic

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI HOÀNG ÁNH QUANG COMPOZIT NỀN KIM LOẠI HỆ (Cu-TiC)-SiC LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC KỸ THUẬT VẬT LIỆU Hà Nội - 2010 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI HOÀNG ÁNH QUANG COMPOZIT NỀN KIM LOẠI HỆ (Cu-TiC)-SiC NGÀNH: KHOA HỌC VẬT LIỆU LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC KỸ THUẬT VẬT LIỆU NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS PHẠM THẢO PGS.TS TRẦN QUỐC LẬP Hà Nội - 2010 Luận văn tốt nghiệp Hoàng Ánh Quang MỤC LỤC Trang Lời nói đầu Phần TỔNG QUAN Chương TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU CĂT Vật liệu cắt gia công kim loại 1.1 1.1.1 Thép bon dụng cụ 1.1.2 Thép hợp kim dụng cụ 1.1.3 Thép gió 1.1.4 Hợp kim cứng 13 1.2 Vật liệu cắt gia công loại vật liệu vô 21 1.3 Nguyên lý làm việc lớp vật liệu cắt 24 1.4 Lựa chọn vật liệu nghiên cứu 26 1.4.1 Đồng (Cu) 26 1.4.2 Các bít titan (TiC) 28 1.4.3 Các bít silic (SiC) 29 Chương CHẾ TẠO COMPOZIT BẰNG CÔNG NGHỆ LUYỆN KIM BỘT 31 2.1 Sơ đồ công nghệ chế tạo compozit Cu-TiC-SiC 31 2.2 Tạo hình vật liệu bột phương pháp ép đẳng trục 33 2.3 Thiêu kết 37 2.4 Ép nóng 39 PHẦN THỰC NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ 40 Chương THỰC NGHIỆM 41 3.1 Chuẩn bị nguyên liệu 41 3.2 Thiết bị thí nghiệm nghiên cứu 42 KỸ THUẬT VẬT LIỆU 2008 - 2010 Luận văn tốt nghiệp Hoàng Ánh Quang 3.3 Phương pháp nghiên cứu 44 3.4 Thiết kế chế tạo thiết bị ép nóng 46 Chương KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 50 4.1 Khảo sát tính chất compozit Cu-TiC 4.1.1 Quy trình chế tạo mẫu compozit Cu-TiC để nghiên cứu 50 50 4.1.2 Ảnh hưởng TiC đến tính chất compozit Cu-TiC-SiC 51 4.1.3 Ảnh tổ chức tế vi Cu - TiC 55 4.2 Nghiên cứu mối quan hệ thông số công nghệ đến tính chất compozit Cu-TiC-SiC 55 4.2.1 Lựa chọn thơng số ảnh hưởng 55 4.2.2 Mã hóa lập ma trận thực nghiệm 56 4.2.3 Tính tốn hệ số kiểm định kết 58 4.3 Ảnh tổ chức tế vi Cu – TiC - SiC 71 Phần KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 72 Tài liệu tham khảo 74 KỸ THUẬT VẬT LIỆU 2008 - 2010 Luận văn tốt nghiệp Hồng Ánh Quang LỜI NĨI ĐẦU Ở nước có kỹ thuật phát triển, vật liệu làm dụng cụ cắt quan tâm nhiều từ nhà khoa học vật liệu Hàng năm có nhiều cơng trình, báo cơng bố loại vật liệu Các bít silic (SiC) loại vật liệu sử dụng nhiều công nghiệp Với đặc tính độ dẫn nhiệt cao, độ bền sốc nhiệt cao, độ cứng cao, độ bền chống mài mịn tốt Đó sở sử dụng SiC chế tạo vật liệu làm dụng cụ cắt Đã có nhiều cơng trình cơng bố vấn đề với hạt SiC liên kết với với chất dính kết đồng, nhiên tính chất học đồng chưa tương thích với SiC nên chúng tơi thăm dị cơng nghệ phối liệu, thêm hạt TiC (nhỏ mịn) vào đồng nhằm cải thiện tính chất Để giải nhiệm vụ trên, với đề tài “Compozit kim loại hệ (CuTiC)-SiC”, khảo sát ảnh hưởng TiC tới tính đồng, xây dựng quy trình cơng nghệ chế tạo compozit Cu-TiC-SiC sử dụng phương pháp quy hoạch thực nghiệm để tìm mối quan hệ thông số công nghệ với tính chất vật liệu Luận văn hồn thành nhờ giúp đỡ tận tình thầy giáo, cô giáo Bộ môn Vật liệu kim loại màu compozit - trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Tôi xin chân thành cảm ơn thầy cô, anh chị em nghiên cứu sinh, học viên cao học bạn sinh viên học tập, cơng tác nghiên cứu phịng thí nghiệm Luyện kim bột compozit, môn Luyện kim màu compozit, khoa Khoa học công nghệ vật liệu, trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Đặc biệt, xin chân thành cảm ơn TS Phạm Thảo PGS TS Trần Quốc Lập tận tình hướng dẫn tơi suốt thời gian thực luận văn KỸ THUẬT VẬT LIỆU 2008 - 2010 Luận văn tốt nghiệp Hoàng Ánh Quang PHẦN TỔNG QUAN KỸ THUẬT VẬT LIỆU 2008 - 2010 Luận văn tốt nghiệp Hoàng Ánh Quang CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU CẮT Dụng cụ cắt phận hệ thống cơng nghệ có nhiệm vụ trực tiếp tách phoi để tạo bề mặt gia công Kinh nghiệm cho thấy: dao có ảnh hưởng lớn đến q trình cắt gọt Nó khơng tác động trực tiếp tới chất lượng chi tiết mà chi phối tới vấn đề suất giá thành chế tạo sản phẩm Phần cắt dao trực tiếp làm nhiệm vụ tách phoi cắt Thực nghiệm chứng tỏ rằng, để tách phoi cắt dao làm việc điều kiện khắc nghiệt nhiệt độ cao, áp lực lớn, chịu ma sát mài mòn mạnh, … Như vậy, để chế tạo dụng cụ cắt cần phải có loại vật liệu có độ cứng cao, chịu mài mịn cao, có độ bền tốt, giữ tính phạm vi nhiệt độ thay đổi định Những vật liệu dùng làm dụng cụ cắt bao gồm thép bon dụng cụ, thép hợp kim dụng cụ, thép gió, hợp kim cứng, kim cương, … Trong số vật liệu này, thép bon dụng cụ thép hợp kim dụng cụ không cắt tốc độ cao nên suất cắt thấp, ngày sử dụng Kim cương có khả cắt chi tiết cứng, suất cắt cao, nhiên giá thành cao nên dùng số trường hợp đặc biệt Hiện nay, vật liệu dùng làm dụng cụ cắt nhiều thép gió hợp kim cứng Để đáp ứng nhu cầu thực tế gia công loại vật liệu vô (các loại đá, bê tông, …) nhà vật liệu nghiên cứu để chế tạo loại vật liệu cắt có tính phù hợp điều kiện cụ thể với suất cao, compozit kim loại (Cu, Ni, Ti) với cốt hạt cứng (các bit, nitrit, oxit, kim cương), phủ nên bề mặt thép hợp kim cứng hạt vật liệu cứng siêu cứng, … 1.1 Vật liệu cắt gia công kim loại 1.1.1 Thép bon dụng cụ Thép cacbon dụng cụ loại vật liệu sử dụng sớm vào lĩnh vực cắt gọt Thành phần hoá học thép cacbon dụng cụ Fe C Trong hàm KỸ THUẬT VẬT LIỆU 2008 - 2010 Luận văn tốt nghiệp Hoàng Ánh Quang lượng cacbon chiếm khoảng 0,6-1,5%; hàm lượng cacbon yếu tố định độ cứng thép Loại vật liệu có ưu điểm lớn độ cứng sau nhiệt luyện đạt giá trị cao (61 -65 HRC) dễ mài sắc, mài bóng Nhưng có nhược điểm nhiệt độ cắt lên tới 200 – 250 oC độ cứng thép giảm nhanh, biến dạng sau nhiệt luyện đáng kể, độ thấm tơi thấp Vì nhược điểm thép cacbon dụng cụ dùng để chế tạo loại dao cắt nhỏ tốc độ thấp (dưới 5m/phút) dao có hình dáng đơn giản Hiện thép cacbon thường dùng làm đục, dũa số dụng cụ cắt tay Thép cacbon dụng cụ thường dùng gồm mác sau: CD70A, CD80A, CD90A, CD100A, CD120A, CD130A Những loại chế độ nhiệt luyện sau: Tôi nhiệt độ 750-840oC nước ram nhiệt độ 180 -200oC Độ cứng bề mặt đạt 60-65 HRC, độ cứng bên khoảng 40 HRC 1.1.2 Thép hợp kim dụng cụ Đó nhóm thép có thành phần bon cao hợp kim hóa thấp với đặc tính có độ thấm tơi tốt hay tính chồng mài mịn cao Tùy vào mục đích sử dụng người ta cho thêm nguyên tố hợp kim khác nhau: Để cải thiện tính thấm tơi sử dụng thép có khoảng 1%C 1-2% (Cr+Si), môi trường dầu đảm bảo độ cứng cao 60HRC biến dạng, nứt Cr Si có tác dụng nâng cao tính cứng nóng (300oC) Mác thường dùng 90CrSi; 100Cr; OL100Cr1,5, … Có thể làm dao nhỏ với hình dạng phức tạp mũi khoan, doa, taro, bàn ren, phay Để nâng cao tính chống mài mịn sử dụng thép có thành phần bon cao (>1,3%) với 0,5 – 1,0% Cr - 5% W Do có bon cao nhiều W nguyên tố tạo bít mạnh nên tổ chức tồn lượng bít lớn làm tăng mạnh tính chống mài mịn Thép có tính thấm tơi thấp nên mơi trường nước, sau nhiệt độ 800-820oC ram thấp (150oC) độ cứng đạt 66-68HRC KỸ THUẬT VẬT LIỆU 2008 - 2010 Luận văn tốt nghiệp Hoàng Ánh Quang Được dùng làm dao tiện, phay với tốc độ cắt khơng cao (do khơng có tính cứng nóng) để cắt sửa phôi cứng Các mác thép thường dùng là: 130Cr0,5; 140CrW5 1.1.3 Thép gió a Q trình phát triển thép gió Năm 1861 xác định năm bắt đầu sản xuất thép gió Người ta đưa thị trường mác thép Mushet tơi khơng khí với thành phần: C = 2,4%; Si = 0,79%; Mn = 1,90%; Cr = 0,49% W = 5,62% Lúc người ta chưa biết tính cứng nóng thép đạt khơng thành phần hóa học mà cịn chế độ nhiệt luyện phù hợp, chúng có tính cứng nóng tốc độ cắt thấp Sau đó, nhiều nhà luyện kim nghiên cứu sản xuất mác thép tự khác có hàm lượng thành phần xê dịch khoảng: C = 1,25 ÷ 2,25%; Mn = 1,5 ÷ 3,5%; Cr = 0,3 ÷ 3,0%; W = 4,0 ÷ 11,0% Nổi bật giai đoạn cơng trình nghiên cứu hãng Bethlehem Steel, đứng đầu Taylo Khi nghiên cứu trình nhiệt luyện, Taylo đưa kết luận: suất cắt gọt thép gió tăng lên tăng nhiệt độ đạt giá trị lớn gần nhiệt độ nóng chảy Năm 1906, Taylo đưa mác thép gió ứng dụng rộng rãi hoàn thiện thành mác 80W18Cr4V ngày Do tình trạng khơng đủ hợp kim ferro FeW không thực việc thông thương nguyên liệu này, người ta phải tăng cường nghiên cứu tìm kiếm mác thép gió có hàm lượng W thấp 18% việc thay nguyên tố hợp kim hóa khác Molipđen sử dụng sản xuất thép gió lần vào năm 1898 Theo Taylo, 1% Mo thay 2% W (hiện tỷ lệ 1,5%) Điểm yếu thép gió hợp kim hóa Mo có độ nhạy cảm bon lớn Thời khơng có điều kiện trang thiết bị công nghệ để khắc phục nhược điểm này, nên thép gió hợp kim hóa Mo khơng phát triển Thập niên 20 kỷ XX, người ta sử dụng thép gió hợp kim hóa W, chủ yếu mác 18% W mà Liên Xô cũ ký hiệu P18; Đức ký hiệu S18-4-1; Mỹ ký hiệu T1 Nhật ký hiệu SKH2 KỸ THUẬT VẬT LIỆU 2008 - 2010 Luận văn tốt nghiệp Hoàng Ánh Quang Đến năm 30 kỷ XX, hãng sản xuất thép gió lại quay trở lại vấn đề thay W Mo Lý cung cấp quặng wolfram từ Trung Quốc không ổn định Đồng thời, Mỹ nguồn quặng molipđen lại dồi Kết cố gắng giai đoạn đời mác thép 85W6Mo5Cr4V2 sản xuất khắp giới, Liên Xô ký hiệu P6M5; Đức ký hiệu S6-5-4-2; Mỹ ký hiệu M2; Nhật ký hiệu SKH9 Nguyên tố vanađi nghiên cứu đưa vào sản xuất thép gió từ sớm (1906), làm xấu tính mài bóng dụng cụ nên việc tăng hàm lượng vanađi hạn chế Các nhà luyện kim lần đưa Co vào thép gió năm 1912, hợp kim hố Co tính cứng nóng tăng lên, thường sử dụng để cắt gọt vật liệu khó gia cơng: thép bền nhiệt austenit, thép kết cấu có độ cứng 40 ÷ 45 HRC sử dụng cắt gọt với tốc độ cao Coban khác với W, Mo, V Cr nguyên tố khơng tạo thành bít, tồn dung dịch rắn, ram tiết hợp chất liên kim loại dạng (Co, Fe) W (Co,Fe) Mo nhỏ mịn, phân tán độ ổn định chống tích tụ cao pha bít nhiều Những năm gần đây, lợi dụng ưu điểm Co, người ta cho Co vào mác thép gió thơng thường để nâng cao suất cắt gọt b Xu hướng hóa bền thép gió hợp kim hóa thấp Những mác thép gió cổ điển 80W18Cr4V, 85W6Mo5Cr4V2 nghiên cứu sản xuất điều kiện wolfram molipđen nguyên tố quý giá đắt Từ năm 70 kỷ XX, thép gió 85W6Mo5Cr4V2 sản xuất đến 70% sản lượng thép gió (mác thép gió 80W18Cr4V sản xuất khơng vượt 45%) Đồng thời với xu hướng nghiên cứu ổn định nâng cao chất lượng thép gió cổ điển, hướng khác nghiên cứu khả hóa bền thép gió hợp kim hóa thấp, chí khơng hợp kim hóa W, tạo mác thép gió thay thép 85W6Mo5Cr4V2 KỸ THUẬT VẬT LIỆU 2008 - 2010 Luận văn tốt nghiệp Hoàng Ánh Quang Với mức có nghĩa p = 0,05, bậc tự lặp f = - = 3, tra bảng ta có t 0,05;3 = 3,18 So sánh giá trị t i với t 0,05;3 , ta thấy có giá trị t , t , t > t 0,05;3 , có hệ số b , b , b có nghĩa, hệ số khác coi Như vậy, phương trình hồi quy thực nghiệm có dạng: y = 3,81 + 0,35 x – 0,59 x – 1,35 x (4.11) Kiểm tra phù hợp mơ hình Phương sai dư tính theo cơng thức: N S du2 = ∑ (y i =1 i − yˆ i ) (4.12) N −l đó: l – số hệ số có nghĩa phương trình hồi quy Chuẩn số Fisher tính theo cơng thức: F= S du2 S112 (4.13) Từ giá trị thực nghiệm, phương trình hồi quy thực nghiệm ta xác định F = 0,25 Giá trị tra bảng chuẩn số Fisher mức có nghĩa p = 0,05 phương sai lặp f = 3, phương sai dư f = F 0,05;4;3 = 9,1 Ta thấy rằng: F = 0,25 < F 0,05;4;3 = 9,1 Vậy mơ hình phù hợp Chuyển phương trình 4.11 phương trình với biến Z j , với Z j = x j ∆Zj + Z0j ta có phương trình phụ thuộc độ xốp Y1 với thông số công nghệ sau: Y1 = 32,69 + 0,035 Z1 – 0,029 Z2 – 0,027 Z3 (4.14) b Với y độ bền (MPa) Các hệ số tính sau: 62 KỸ THUẬT VẬT LIỆU 2008 - 2010 Luận văn tốt nghiệp b0 = Hoàng Ánh Quang N N ∑x u =1 yu = 1/8*(502 + 405 + 531 + 422 0u + 621 + 465 + 649 + 615) = 526,3 b1 = N N ∑x u =1 yu = 1/8*(- 502 + 405 - 531 + 422 1u - 621 + 465 - 649 + 615) = -49,5 b2 = N N ∑x u =1 yu = 1/8*(- 502 - 405 + 531 + 422 2u - 621 - 465 + 649 + 615) = 28,0 b3 = N N ∑x u =1 3u yu = 1/8*(- 502 - 405 - 531 - 422 + 621 + 465 + 649 + 615) = 61,3 b12 = N N ∑x u =1 1u x2u yu = 1/8*(502 - 405 - 531 + 422 + 621 - 465 - 649 + 615) = 13,8 b13 = N N ∑x u =1 x yu = 1/8*(502 - 405 + 531 - 422 1u 3u - 621 + 465 - 649 + 615) = 2,0 b23 = N N ∑x u =1 x yu = 1/8*(502 + 405 - 531 - 422 u 3u - 621 - 465 + 649 + 615) = 16,5 b123 = N N ∑x u =1 1u x2u x3u yu = 1/8*(- 502 + 405 + 531 - 422 + 621 - 465 - 649 + 615) = 16,8 Giá trị trung bình kết thí nghiệm lặp tâm: y = 1/4*(538 + 542 + 535 + 532) = 536,8 m S112 = ∑(y a =1 a −y ) −1 = (538 − 536,8)2 + (542 − 536,8)2 + (535 − 536,8)2 + (532 − 536,8)2 = 6,08 63 KỸ THUẬT VẬT LIỆU 2008 - 2010 Luận văn tốt nghiệp Sb = Hoàng Ánh Quang 6,08 = 0,87 Giá tri chuẩn số Student hệ số : b0 t0 = t1 = = 526,3 = 603,5 0,87 = 49,5 = 56,8 0,87 = 28,0 = 32,1 0,87 = 61,3 = 70,2 0,87 Sb b1 Sb t2 = t3 = b2 Sb b3 Sb t12 = b12 t13 = b13 t 23 = b23 t123 = b123 = 13,8 = 15,8 0,87 = 2,0 = 2,3 0,87 = 16,5 = 18,9 0,87 Sb Sb Sb Sb = 16,8 = 19,2 0,87 Với mức có nghĩa p = 0,05, bậc tự lặp f2 = - = 3, tra bảng ta có t0,05;3 = 3,18 So sánh giá trị ti với t0,05;3, ta thấy có giá trị t13 < t0,05;3, hệ số b13 khơng có nghĩa coi Như vậy, phương trình hồi quy thực nghiệm có dạng: y= 526,3 - 49,5 x1 + 28,0 x2 + 61,3 x3 + 13,8 x1x2 + 16,5 x2x3 + 16,8 x1x2x3 (4.15) Kiểm tra phù hợp mô hình Phương sai dư tính theo cơng thức: 64 KỸ THUẬT VẬT LIỆU 2008 - 2010 Luận văn tốt nghiệp Hoàng Ánh Quang N S du2 = ∑ (y i =1 i − yˆ i ) N −l = 4,57 đó: l =7 số hệ số có nghĩa phương trình hồi quy Chuẩn số Fisher tính theo cơng thức: S du2 F = = 1,85 S11 Giá trị tra bảng chuẩn số Fisher mức có nghĩa p = 0,05 phương sai lặp f2 = 3, phương sai dư f1 = F0,05;7;3 = 8,9 Ta thấy rằng: F = 1,85 < F0,05;4;3 = 8,9 Vậy mơ hình phù hợp Chuyển phương trình 4.15 phương trình với biến Zj, với Zj = xj∆Zj + Z0j ta có phương trình phụ thuộc độ bền Y2 với thông số công nghệ sau: Y2 = -1285,5 + 59,49 Z1 + 17,12 Z2 + 1,91 Z3 – 1,611 Z1Z2 - 0,0672 Z1Z3 – 0,0171 Z2Z3 + 0,00168 Z1Z2Z3 (4.16) c Với y độ mài mòn (mm3/m x 10-5) Các hệ số tính sau: b0 = N N ∑x u =1 0u yu = 1/8*(9,2 + 4,3 + 8,1 + 4,1 + 6,9 + 4,9 + 6,4 + 4,4) = 6,04 b1 = N N ∑x u =1 1u yu = 1/8*(- 9,2 + 4,3 - 8,1 + 4,1 - 6,9 + 4,9 - 6,4 + 4,4) = -1,61 b2 = N N ∑x u =1 2u yu = 1/8*(- 9,2 - 4,3 + 8,1 + 4,1 - 6,9 - 4,9 + 6,4 + 4,4) = - 0,29 b3 = N N ∑x u =1 3u yu = 1/8*(- 9,2 - 4,3 - 8,1 - 4,1 + 6,9 + 4,9 + 6,4 + 4,4) = - 0,39 65 KỸ THUẬT VẬT LIỆU 2008 - 2010 Luận văn tốt nghiệp b12 = Hoàng Ánh Quang N N ∑x u =1 1u x2u yu = 1/8*(9,2 - 4,3 - 8,1 + 4,1 + 6,9 - 4,9 - 6,4 + 4,4) = 0,11 b13 = N N ∑x u =1 x yu = 1/8*(9,2 - 4,3 + 8,1 - 4,1 1u 3u - 6,9 + 4,9 - 6,4 + 4,4) = 0,61 b23 = N N ∑x u =1 x yu = 1/8*(9,2 + 4,3 - 8,1 - 4,1 u 3u - 6,9 - 4,9 + 6,4 + 4,4) = 0,04 b123 = N N ∑x u =1 1u x2u x3u yu = 1/8*(- 9,2 + 4,3 + 8,1 - 4,1 + 6,9 - 4,9 - 6,4 + 4,4) = - 0,11 Giá trị trung bình kết thí nghiệm lặp tâm: y = 1/4*(6,4 + 6,7 + 5,9 + 6,3) = 6,33 m S = 11 ∑(y a =1 a −y ) −1 2 2 ( 6,4,33 − 536,8) + (6,7 − 6,33) + (5,9 − 6,33) + (6,3 − 6,33) = = 0,0364 Sb = 0,0364 = 0,07 Giá trị chuẩn số Student hệ số : t0 = b0 6,04 = = 89,5 S b 0,07 t1 = b1 t2 = t3 = Sb b2 Sb b3 Sb = 1,61 = 23,9 0,07 = 0,29 = 4,3 0,07 = 0,39 = 5,8 0,07 66 KỸ THUẬT VẬT LIỆU 2008 - 2010 Luận văn tốt nghiệp Hoàng Ánh Quang t12 = b12 t13 = b13 t 23 = b23 t123 = b123 = 0,11 = 1,7 0,07 = 0,61 = 9,1 0,07 = 0,04 = 0,6 0,07 Sb Sb Sb Sb = 0,11 = 1,7 0,07 Với mức có nghĩa p = 0,05, bậc tự lặp f2 = - = 3, tra bảng ta có t0,05;3 = 3,18 So sánh giá trị ti với t0,05;3, ta thấy giá trị t0, t1, t2, t3, t13 > t0,05;3, hệ số b0, b1, b2, b3, b13 có nghĩa cịn hệ số khác khơng có nghĩa coi Như vậy, phương trình hồi quy thực nghiệm có dạng: y= 6,04 – 1,61 x1 – 0,29 x2 – 0,39 x3 + 0,61 x1x3 (4.17) Kiểm tra phù hợp mơ hình Phương sai dư tính theo công thức: N S du2 = ∑ (y i =1 i − yˆ i ) N −l = 0,04 đó: l =5 số hệ số có nghĩa phương trình hồi quy Chuẩn số Fisher tính theo cơng thức: F= S du2 = 0,22 S112 Giá trị tra bảng chuẩn số Fisher mức có nghĩa p = 0,05 phương sai lặp f2 = 3, phương sai dư f1 = F0,05;5;3 = 9,0 Ta thấy rằng: F = 0,22 < F0,05;5;3 = 9,0 Vậy mơ hình phù hợp 67 KỸ THUẬT VẬT LIỆU 2008 - 2010 Luận văn tốt nghiệp Hồng Ánh Quang Chuyển phương trình 4.17 phương trình với biến Zj, với Zj = xj∆Zj + Z0j ta có phương trình phụ thuộc độ mài mịn Y3 với thông số công nghệ sau: Y3 = 42,04 – 1,381 Z1 – 0,0145 Z2 – 0,0322 Z3 + 0,00122 Z1Z3 (4.16) d Nhận xét Từ kết thực nghiệm thu ta nhận thấy thông số công nghệ tỷ lệ SiC, lực ép, nhiệt độ ép có ảnh hưởng đến độ xốp, độ bền độ mài mịn vật liệu Hình 4.6, 4.7, 4.8 biểu diễn ảnh hưởng của lực ép đến độ bền nén vật liệu nhiệt độ ép khác ứng với thành phần SiC xác định Độ bền nén, MPa 640 600 560 520 480 20 30 40 50 60 Lực ép, MPa 950 °C 1000 °C 1050 °C Hình 4.6 Ảnh hưởng lực ép đến độ bền nén vật liệu nhiệt độ ép khác nhau, %SiC =10 68 KỸ THUẬT VẬT LIỆU 2008 - 2010 Luận văn tốt nghiệp Hoàng Ánh Quang Độ bền nén, MPa 620 580 540 500 460 420 20 30 40 50 60 Lực ép, MPa 950 °C 1000 °C 1050 °C Hình 4.7 Ảnh hưởng lực ép đến độ bền nén vật liệu nhiệt độ ép khác nhau, %SiC =20 69 KỸ THUẬT VẬT LIỆU 2008 - 2010 Luận văn tốt nghiệp Hoàng Ánh Quang Độ bền nén, MPa 650 600 550 500 450 400 20 30 40 50 60 Lực ép, MPa 950 °C 1000 °C 1050 °C Hình 4.8 Ảnh hưởng lực ép đến độ bền nén vật liệu nhiệt độ ép khác nhau, %SiC =30 Qua đồ thị ta nhận thấy: Lực ép nhiệt độ ép có ảnh hưởng tích cực đến độ bền vật liệu Khi lực ép nhiệt độ tăng độ bền vật liệu tăng lên Với mẫu có nhiều SiC, nhiệt độ cao hơn, tăng lực ép độ bền tăng nhanh (đường đồ thị dốc hơn, hình 4.8), để tăng độ bền vật liệu phải kết hợp hai yếu tố tăng nhiệt độ ép lực ép Hình 4.9, 4.10, va 4.11 biểu diễn ảnh hưởng của lực ép đến độ mài mòn vật liệu nhiệt độ ép khác ứng với thành phần SiC xác định Độ mài mòn vật liệu giảm nhiệt độ ép lực ép tăng, nhiên khoảng cách đường đồ thị hình 4.9 xa nhau, khác hẳn với hình 4.10, điều chứng tỏ hàm lượng SiC cao hiệu tăng khả chịu mài mòn giảm tăng nhiệt độ ép 70 KỸ THUẬT VẬT LIỆU 2008 - 2010 Luận văn tốt nghiệp Hồng Ánh Quang Độ mài mịn, mm3/m x 10 -5 20 30 40 50 60 Lực ép, MPa 950 °C 1000 °C 1050 °C Hình 4.9 Ảnh hưởng lực ép đến độ mài mòn vật liệu nhiệt độ ép khác nhau, %SiC =10 6.5 Độ mài mòn, mm /m x 10 -5 5.5 20 30 40 50 60 Lực ép, MPa 950 °C 1000 °C 1050 °C Hình 4.10 Ảnh hưởng lực ép đến độ mài mòn vật liệu nhiệt độ ép khác nhau, %SiC =20 71 KỸ THUẬT VẬT LIỆU 2008 - 2010 Độ mài mòn, mm3/m x 10-5 Luận văn tốt nghiệp Hoàng Ánh Quang 5.5 4.5 3.5 20 30 40 50 60 Lực ép, MPa 950 °C 1000 °C 1050 °C Hình 4.11 Ảnh hưởng lực ép đến độ mài mòn vật liệu nhiệt độ ép khác nhau, %SiC =30 4.3 Ảnh tổ chức tế vi Cu –TiC - Si Cu-TiC SiC 200 µm Hình 4.12 Ảnh tổ chức tế vi compozit Cu-TiC-SiC, 30%SiC (X50) Hình 4.12 ảnh tố chức tế vi compozit Cu-TiC-SiC, hạt SiC sắc cạnh (màu xám) phân bố Cu – TiC (màu trắng), SiC liên kết tốt 72 KỸ THUẬT VẬT LIỆU 2008 - 2010 Luận văn tốt nghiệp Hoàng Ánh Quang với nhau, điều lý giải cho khả chịu mài mòn cao compozit Cu-TiCSiC tăng hàm lượng SiC 73 KỸ THUẬT VẬT LIỆU 2008 - 2010 Luận văn tốt nghiệp Hoàng Ánh Quang PHẦN KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ KẾT LUẬN Từ kết nghiên cứu trình bày, rút số kết luận sau: Đã khảo sát ảnh hưởng TiC đến tính chất vật liệu làm CuTiC Kết cho thấy, với 4% TiC vật liệu có độ bền cao (σ0,2nén 398MPa), khả chịu mài mòn tốt (6,24 mm3/m x 10-4), Thiết kế chế tạo thành cơng thiết bị ép nóng phịng thí nghiệm Với kích thước mẫu xác định khống chế thời gian nung, nhiệt độ nung lực ép Đã xác định ảnh hưởng thành phần phối liệu (%SiC) chế độ công nghệ (lực ép, nhiệt độ ép) đến độ bền, độ mài mòn độ xốp vật liệu Cu-TiC-SiC mối quan hệ toán học chúng: Độ xốp: Y1 = 32,69 + 0,035 Z1 – 0,029 Z2 – 0,027 Z3 Độ bền: Y2 = -1285,5 + 59,49 Z1 + 17,12 Z2 + 1,91 Z3 – 1,611 Z1Z2 - 0,0672 Z1Z3 – 0,0171 Z2Z3 + 0,00168 Z1Z2Z3 Độ mài mòn: Y3 = 42,04 – 1,381 Z1 – 0,0145 Z2 – 0,0322 Z3 + 0,00122 Z1Z3 Đã chế tạo vật liệu (Cu-TiC)-SiC phương pháp ép nóng Với chế độ công nghệ: nhiệt độ ép1050 oC, lực ép 60 MPa, thời gian ép phút, vật liệu có độ xốp nhỏ độ bền tốt: Thành phần SiC Độ xốp Độ bền nén Độ mài mòn % % MPa mm3/m x10-5 10 1,53 649 6,4 30 2,15 615 4,4 74 KỸ THUẬT VẬT LIỆU 2008 - 2010 Luận văn tốt nghiệp Hoàng Ánh Quang KIẾN NGHỊ Tiếp tục nghiên cứu vật liệu với hàm lượng SiC cao với kích thước hạt SiC khác nhau, Trên sở Cu-TiC, cần mở rộng nghiên cứu chế tạo với loại bít khác, nitrit, borit kim cương 75 KỸ THUẬT VẬT LIỆU 2008 - 2010 Luận văn tốt nghiệp Hoàng Ánh Quang TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt Lê Công Dưỡng, Vật liệu học, Nhà xuất Khoa học kỹ thuật, Hà Nội, (1997) Trần Văn Dũng, Biến dạng tạo hình vật liệu bột compozit hạt, Nhà xuất Bách Khoa, Hà Nội, (2009) Trần Quốc Lập, Phạm Ngọc Diệu Quỳnh, Huỳnh Xuân Khoa; Công nghệ tổng hợp cácbit titan từ oxit titan muội than; Hội nghị khoa học lần thứ 20 – Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, 10/2006 Nguyễn Minh Tuyển, Quy hoạch thực nghiệm, Nhà xuất Khoa học kỹ thuật, Hà Nội, (2005) Nguyễn Khắc Xương, Vật liệu kim loại màu, Nhà xuất Khoa học kỹ thuật, Hà Nội, (2003) Tiếng Anh A Chrysanthou, G Erbaccio, J Mater Sci Lett 15 (1996) 774–775 A Chrysanthou, G Erbaccio, J Mater Sci 30 (1995) 6339–6344 D Dudina, D.H Kwon, K.X Huynh, T.D Nguyen, J.S Kim, Y.S Kwon, Proceedings of the 9th Russian–Korean International Symposium, KORUS, June–July, 2005,pp 430–433 N Zarrinfar, P.H Shipway, A.R Kennedy, A Saidi, Scripta Mater 46 (2002) 10 S.D Dunmed, D.W Readey, C.E Semler, J Am Ceram Soc 72 (1989) 11 W.X Hang, Z.Z Da, K.L Hau, Tribo.-Mater Surf Interfaces 21 (2001) 12 W Lu, X Zhang, D Zhang, R.Wu, Y Bian, P Fang, Acta Metall Sinica 35 (1999) 76 KỸ THUẬT VẬT LIỆU 2008 - 2010 ... ? ?Compozit kim loại hệ (CuTiC) -SiC? ??, khảo sát ảnh hưởng TiC tới tính đồng, xây dựng quy trình cơng nghệ chế tạo compozit Cu-TiC -SiC sử dụng phương pháp quy hoạch thực nghiệm để tìm mối quan hệ. .. 26 1.4.1 Đồng (Cu) 26 1.4.2 Các bít titan (TiC) 28 1.4.3 Các bít silic (SiC) 29 Chương CHẾ TẠO COMPOZIT BẰNG CÔNG NGHỆ LUYỆN KIM BỘT 31 2.1 Sơ đồ công nghệ chế tạo compozit Cu-TiC -SiC 31 2.2 Tạo... liệu cắt có chứa kim cương loại compozit, hạt kim cương đóng vai trị cốt cịn kim loại hợp kim chúng Kim loại sử dụng làm nhiều đồng Để nâng cao tính tăng khả liên kết kim cương với người ta đưa