21 Nguyễn Tấn Hải K31B Khoa Vật Lí
2.2. HỢP KIM NHÔM ĐÚC
Khác với các hợp kim biến dạng cần có độ dẻo cao, hợp kim nhôm đúc cần tính đúc tốt để dễ dàng tạo hình các chi tiết. Để dánh giá tính đúc, người ta thường căn cứ vào các chỉ tiêu như: Độ chảy loãng, khả năng điền đầy khuôn, hệ số co, xu hướng nứt nóng và rỗ co. Nhờ có nhiệt độ chảy thấp, các hợp kim nhôm có thể đúc trong khuôn kim loại. Do tốc độ nguội nhanh các thỏi đúc trong khuôn kim loại thường có tổ chức nhỏ mịn và cơ tính được cải thiện đáng kể.
So với hợp kim biến dạng, hợp kim nhôm đúc chứa lượng nguyên tố hợp kim lớn hơn và trong tổ chức của chúng bao giờ cũng có một tỉ lệ đáng kể thành phần cùng tinh. Điều này cho phép hạ thấp nhiệt độ chảy và thu hẹp khoảng nhiệt độ kết tinh.
Dưới đây sẽ trình bày một số dạng hợp kim nhôm đúc điển hình và thông dụng nhất.
Hệ hợp kim Al-Si:
Thành phần cùng tinh ứng với 12,7% Si những hợp kim ứng dụng trong công nghiệp có hàm lượng Si dao động trong khoảng từ 5-20%. Thông dụng
26 Nguyễn Tấn Hải K31B Khoa Vật Lí
hơn cả là các hợp kim cùng tinh hoặc trước cùng tinh. Bình thường, Si trong cùng tinh có dạng hình kim. Tổ chức như vậy ứng với cơ tính không cao đặc biệt là độ dai phá hủy nhỏ. Sử dụng kĩ thuật biến tính bao gồm đưa hỗn hợp muối NaF + NaCl theo tỉ lệ 2/1 kết hợp với khuấy trộn đều trước khi rót khuôn, người ta có thể biến các kim Si thành các hạt nhỏ dạng cầu. Tổ chức sau biến tính có cơ tính cao hơn hẳn, chính là nhờ sự biến đổi tổ chức như vậy.
Đưa thêm Mg (0,3-1%) cho phép cải thiện đáng kể cơ tính của hợp kim Al-Si. Các vật đúc từ hợp kim Al-Si-Mg đều được nhiệt luyện hóa bền. Pha Mg2Si tiết ra ở dạng phân tán khi hóa già, sẽ nâng cao cơ tính của chi tiết.
Cho thêm Cu (3-5%) cho phép nâng cao cơ tính ở cả nhiệt độ thường và nhiệt độ tương đối cao. Trong trường hợp này, sự có mặt một lượng nhỏ Mg sẽ cải thiện thêm khả năng hóa bền bằng nhiệt luyện. Hợp kim AlSi12CuMg1Mn0,6Ni1Đ vừa có tính đúc tốt, hệ số giãn nở nhiệt nhỏ, chống mòn tương đối, được dùng rất phổ biến để chế tạo Pittông của động cơ đốt trong.
Hợp kim hệ Al-Cu:
Hợp kim đúc đơn giản chỉ gồm nhôm và đồng hầu như không có ứng dụng thực tế vì tính đúc của nó rất kém.
Tuy vậy, trên cơ sở hệ Al-Cu, người ta có thể tạo ra các hợp kim nhôm bền nóng để đúc các chi tiết làm việc ở vùng nhiệt độ 250-350oC. Trong trường hợp này, người ta cho thêm các nguyên tố hợp kim hóa Mg, Ni hoặc Mn, Ti.
Hợp kim AlCu5Mg1Ni3Mn0,2Đ rất thích hợp để chế tạo các chi tiết nhẹ, hình dáng phức tạp, làm việc ở nhiệt độ 300-350oC.
27 Nguyễn Tấn Hải K31B Khoa Vật Lí
Bên cạnh độ bền nóng tương đối cao, các hợp kim nhóm này có giới hạn mỏi khá lớn. Tuy vậy, đây là các hợp kim chịu ăn mòn kém, tính đúc xấu và độ dẻo khá nhỏ.
Một số hệ hợp kim nhôm đúc khác:
Các hợp kim nhôm đúc trên cơ sở Al-Mg có khối lượng riêng nhỏ khả năng chống ăn mòn tốt trong khí quyển, trong nước biển và một số môi trường điện ly khác. Lượng Mg thường dùng dao động trong khoảng 8-11%. Để tạo hạt nhỏ cải thiện cơ tính, đặc biệt là nâng cao độ dai va đập người ta đưa thêm một lượng nhỏ các kim loại chuyển tiếp Zr, Ti. Hợp kim Al-Mg thường sử dụng để đúc các chi tiết yêu cầu chống ăn mòn cao và độ bền tương đối lớn.
Nhược điểm căn bản của các hợp kim này là tính đúc xấu và độ bền nóng nhỏ.
Hợp kim hệ Al-Zn-Mg có khả năng tự tôi. Điều này cũng có nghĩa là dù đúc trong khuôn kim loại hoặc trong khuôn cát, cơ tính các chi tiết đạt được đều như nhau vì dung dịch rắn quá bão hòa tạo thành ngay khi làm nguội với tốc độ rất chậm. Hóa già xảy ra ngay ở nhiệt độ không khí bình thường. Sau một đến hai tháng hóa già tự nhiên, độ bền hợp kim đạt giá trị cực đại.
Nhờ đặc điểm này, các chi tiết dù có kết cấu dày, mỏng khác nhau, sau khi đúc một thời gian vẫn đạt được sự đồng đều cơ tính trên toàn bộ thể tích.
28 Nguyễn Tấn Hải K31B Khoa Vật Lí
CHƯƠNG 3. TÌM HIỂU NGHIÊN CỨU HỢP KIM NHÔM 3.1. CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT NHÔM HỢP KIM
Quá trình sản xuất nhôm hợp kim:
Nhôm nguyên liệu và các phụ liệu cần thiết cho một mẻ luyện được cân và để riêng biệt trong những thùng chứa. Đổ nhôm vào lò luyện và đốt lò bằng dầu FO đến 750oC, tại nhiệt độ này nhôm nóng chảy còn thép có lẫn trong các sản phẩm nhôm phế liệu chưa nóng chảy (thép nóng chảy ở trên 1200oC). Vớt hết các vật liệu bằng thép ra khỏi lò luyện và tiếp tục luyện.
Thêm các phụ liệu (cho thêm một số kim loại khác để luyện ra sản phẩm có thành phần hợp kim theo yêu cầu).
Lấy mẫu phân tích xem tỉ lệ của các chất trong hợp kim nhôm có thành phần đáp ứng được theo yêu cầu chưa, nếu chưa đúng thì phải điều chỉnh cho đúng và luyện tiếp để cho nước nhôm đồng nhất. Lấy mẫu kiểm tra lại xem đã phù hợp với yêu cầu chưa (công việc kiểm tra mẫu được tiến hành cho đến khi hợp kim nhôm có thành phần đáp ứng được yêu cầu sản xuất).
Tiến hành đuổi khí, làm sạch khuôn và chuẩn bị gầu rót. Đổ nhôm đã đạt yêu cầu vào khuôn và để nguội tự nhiên. Sau khi nguội lấy sản phẩm ra khỏi khuôn, cân định lượng, ghi nhãn mác và đóng thành kiện sản phẩm, chuyển đến khu vực xuất hàng.
Hình 3.1. Mô hình lò nấu hợp kim nhôm
Quạt
Lò nấu
Chụp hút khói Đường dầu vào
Van chỉnh dầu
Gạch chịu
29 Nguyễn Tấn Hải K31B Khoa Vật Lí
Hình 3.2. Sơ đồ nguyên lý của công nghệ sản xuất hợp kim nhôm
Nguyên liệu
Cân định lượng từng thùng để đưa vào nạp
Nấu chảy nguyên liệu trong lò luyện
Vớt bỏ xỉ cặn bã, làm sạch nước nhôm
Trộn phụ gia để tạo hợp kim theo yêu cầu
Luyện cho nước
nhôm đồng nhất, khi nước nhôm đạt yêu cầu, chuẩn bị khuôn đúc
Đổ khuôn, làm nguội
Thu được sản phẩm theo yêu cầu (cân, ghi nhãn, đóng gói)
Lấy mẫu lần một, kiểm tra mẫu
Lấy mẫu lần hai, kiểm tra mẫu
Làm sạch khuôn, chuẩn bị phễu rót và đuổi khí
(Đạt tiêu chuẩn) (không đạt)
30 Nguyễn Tấn Hải K31B Khoa Vật Lí
3.2. PHÂN TÍCH PHỔ PHÁT XẠ HỒ QUANG Ở MẪU NHÔM Al-A356 VÀ Al-ADC12
3.2.1. Máy Phân tích phổ phát xạ hồ quang
Nguyên tắc: Ở thiết bị kiểm tra mẫu bốc hơi hồ quang, các nguyên tử;
ion được kích thích và bức xạ. Bức xạ này được đo nhờ công nghệ CCD (cảm biến quang điện tử), chuyển tín hiệu ánh sáng thành tín hiệu điện.
Tổng quan: Sơ đồ
Hình 3.3. Sơ đồ nguyên lý của hệ phổ hồ quang SPECTRO Trong đó
1: Nối với khí Argon
2: Chuyển đổi dữ liệu với máy tính 3: Máy tính
4: Hệ hồ quang 5: Lọc phổ hồ quang 6: Lọc không khí
7: Công tắc (kích tia hồ quang hoạt động) 8: Công tắc (chuẩn bị cho chế độ chờ) 9: Lựa chọn 230V/115V (điện áp vào)