1- tôi; 2 biến dạng nguội; 3 hóa già nhân tạo; 4 hóa già tự nhiên.
3.2.2 Quá trình gia công ép và tôi.
Hiện nay công nghiệp đã sử dụng rất rộng rãi phơng pháp gia công ép các bán thành phẩm từ hợp kim nhôm có hình dạng mặt cắt tiết diện rất khác nhau. Con đờng hợp lý hoá nâng cao năng suất, hiệu quả bằng phơng pháp ép bán thành phẩm có ý nghĩa lớn. Đó là tăng tốc độ ép và lợc bớt chu trình công nghệ từ phôi đến bán thành phẩn đợc tạo thành. Công trình nghiên cứu khi ép hợp kim loại Д31 (0,4 – 0,9%Mg, 0,3 – 0,7%Si còn lại là Al) đã cho thấy rằng, có thể ép đạt tới tốc độ thoát phôi từ 20 – 60 m/phút, và trong trờng hợp cá biệt có thể đạt tới tốc độ 100m/phút .
Cần phải tính toán rút ngắn quá trình công nghệ, loại trừ nguyên công nung nóng để tôi các bán thành phẩm và các chi tiết dạng thanh dài. Nguyên công tôi đựơc tiến hành trực tiếp trên máy ép và nh vậy nguyên công tạo hình và tôi đợc thực hiện trong cùng một lần nung. Đây là u điểm của hTMT về tính công nghệ.
Để đảm bảo tính chất cơ học và chất lợng bề mặt bán thành phẩm, khi ép với tốc độ lớn, cần phải thực hiện những điều kiện nhất định, ví dụ nhịêt độ cao
để đồng đều hoá thành phần thỏi đúc, để ép và tơng ứng với chế độ gia công nhiệt của hợp kim.
Để đảm bảo tốc độ ép lớn và chất lợng bề mặt sản phẩm tốt, phôi sau khi nung nóng và giữ nhiệt ở nhiệt độ tôi cần làm nguội nhẹ đến nhiệt độ ép.
Trong trờng hợp chung, có thể thực hiện phơng án phù hợp là ép và tôi trên cùng một giàn máy. Đối với hợp kim loại Д31 thì phôi đợc nung tới nhiệt độ tôi sau đó làm nguội trong không khí đến nhiệt độ ép, tiến hành ép, làm nguội bán thành phẩm định hình trong không khí hoặc luồng không khí hay là trong nớc (Hình 16a). Tốc độ ép cần thiết phải giới hạn phù hợp với mỗi hợp kim. Việc tính toán để nâng cao nhiệt độ gia công, lợng tiêu hao năng lợng khi biến dạng để thắng lực ma sát, có thể sẽ dẫn việc làm xấu đến chất lợng sản phẩm.
Phôi sau khi nung nóng tới nhiệt độ tôi đợc làm nguội đến nhiệt độ ép bằng nớc nhằm ngăn chặn sự phân hoá dung dịch rắn ở nhiệt độ cao (điều này sẽ làm giảm độ bền của hợp kim) và rút ngắn đợc thời gian gia công (Hình 16b). Cả hai phơng án tơng ứng với các sơ đồ HTMT rút gọn, đợc chỉ ra ở hình 16b,c.
Sơ đồ trên Hình 16c,d chỉ ra sơ đồ gia công tơng tự hình 16a,b. Chế độ nhiệt tại thời điểm bắt đầu ép ở tất cả các sơ đồ là giống nhau, sự khác nhau giữa chúng là tốc độ ép. Trên hình 16c,d tơng ứng với tốc độ ép lớn và kết quả là vật liệu khi chịu lực biến dạng nó bị nung nóng lên. Nh vậy, các sơ đồ này đợc sử dụng đối với hợp kim có thể ép ở nhiệt độ cao. Để gia công phôi từ những hợp kim này, ngời ta sử dụng sơ đồ hình 16c.
Làm nguội bằng nớc ngay sau khi ép định hình sẽ nhận đợc tính chất cơ học lớn hơn khi làm nguội trong không khí. Song làm nguội bằng nớc sẽ dẫn đến cong vênh và làm xấu chất lợng bề mặt của bán thành phẩm. Vì vậy, đối với các hợp kim mà tiết diện mặt cắt của nó khi ép có khả năng tôi thấu, thì sẽ áp dụng điều kiện làm nguội trong không khí khi tiến hành gia công để đảm bảo chất lợng bề mặt của sản phẩm, việc chọn phơng pháp nguội phụ thuộc vào vật liệu đợc gia
công, phụ thuộc vào yêu cầu cơ tính của sản phẩm cũng nh khả năng của công nghệ sản xuất.
Hình 17. Sơ đồ chế độ nhiệt khi ép bán thành phẩm, làm nguội trên giàn máy.
1 Nung nóng phôi; 2 làm nguội phôi tr– – ớc khi đa vào thùng chứa. 3 Quá trình ép; 4 làm nguội bán thành phẩm ép định hình.– –
Đờng liền: Làm nguội trong nớc.
Đờng gạch: Làm nguội trong không khí.
ảnh hởng của các thông số cơ bản của quá trình công nghệ, ép nhanh kết hợp tôi trên máy (chế độ đồng đều hoá, nhiệt độ ép, tốc độ thoát phôi) đến tính chất của hợp kim Д31 đã đợc các nhà khoa học nghiên cứu. Hợp kim đợc ép có thành hóa học chứa 0,46 – 0,67%Mg và 0,32 – 0,41%Si, còn lại là Al. Từ thỏi đúc có đờng kính 92mm trên máy ép 750T ép định hình thành các thanh 2,5x9mm và 4x10mm từ trạng thái không đồng đều hóa phôi và đồng đều hóa phôi ở nhiệt độ 5600C trong thời gian 4 giờ. Tốc độ thoát phôi khi ép thay đổi trong giới hạn 30 – 60m/phút, nhiệt độ ép 350 – 5000C, tôi bán thành phẩm
1 2 3 4 4 t° 1 2 t° 4 3 4 τ 1 2 3 4 4 t° t° 1 2 3 4 4 1 3 4 4 t° τ
trong không khí, sau khi ép, thanh định hình đợc đa vào kéo căng với độ biến dạng 1,5 – 2% và đợc hoá già tự nhiên hay hoá già nhân tạo ở 1720C trong thời gian 10 giờ.
Qua kết quả nghiên cứu, đã chỉ ra rằng tính chất cơ học phụ thuộc vào nhiệt độ ép, chế độ đồng đều hóa phôi. Độ bền lớn nhất đạt đợc ở điều kiện ép thỏi đúc đồng đều hóa ở nhiệt độ cao (5000C). Độ bền và độ dẻo của hợp kim Д31 tăng khi ta tăng nhiệt độ ép từ 460 đến 5200C.
Sự ảnh hởng của đồng đều hoá thỏi đúc đến tính chất của bán thành phẩm định hình gắn liền với sự thay đổi trạng thái cấu trúc của hợp kim ở chế độ đồng đều hóa thuận lợi (nung nóng ở nhiệt độ 5200C trong thời gian 8 – 16 giờ hay ở 5400C trong thời gian 4 – 6 giờ hoặc ở 5600C trong 2 – 3 giờ) sẽ sảy ra một vài sự thay đổi cấu trúc của thỏi đúc. Đó là sự có mặt của hợp chất liên kim loại Mg2Si, pha này đợc phân bố theo biên giới hạt và hòa tan cục bộ.
Trong thời gian làm nguội thỏi đúc đã đồng đều hoá trong không khí, các phần tử Mg2Si tách ra phân tán theo biên hạt, ở trạng thái sau khi nung, thỏi đúc trớc khi ép các phần tử phân tán đã đợc hòa tan sẽ làm tăng hiệu quả của gia công nhiệt. Nếu so sánh với trờng hợp nung nhanh trớc khi ép, thỏi đúc không đ- ợc đồng đều hoá thì lợng Mg2Si tiết ra thô không kịp chuyển vào dung dịch rắn.
Nh vậy, đối với các vật liệu hợp kim hóa thấp khi ép định hình từ các phôi không đợc đồng đều hoá sẽ bị giảm bền khi tiến hành hóa già và nh vậy giới hạn bền của hợp kim sẽ bị giảm xuống.
Nung nóng ở 5800C trong thời gian 6 – 8 giờ, xuất hiện các cấu trúc thô của Mg2Si tiết ra ở dạng lới liên tục theo biên giới hạt. Điều đó có thể dẫn đến nóng chảy cùng tinh và nó là nguyên nhân để giải thích về sự giảm bền của vật phẩm định hình nhận đợc bằng ép ngay thỏi đúc đợc đồng đều hoá ở nhiệt độ cao, ngời ta đã xác định là tốc độ thoát phôi khi ép từ 30 – 60m/ph sẽ không ảnh hởng đến tính chất cơ học của bán thành phẩm ép định hình.
Sau khi ép ở 5000C và hoá già nhân tạo hay hoá già tự nhiên bán thành phẩm định hình thực tế có tính chất cơ học nh là bán thành phẩm định hình đợc tiến hành nung tôi ở trong lò.
Tính chất cơ học cao của bán thành phẩm ép định hình khi tôi ở trong không khí trên giàn máy ép bắt nguồn từ tốc độ tôi tới hạn của hợp kim Д31 thấp. Điều đó cho phép ứng dụng phơng pháp làm nguội này sau khi cán ở nhiệt độ 500 – 5200C mà vẫn nhận đợc hiệu quả nh khi tôi bình thờng.
Với sự nâng cao nhiệt độ nung của phôi để ép đến nhiệt độ 5000C và 5200C sẽ tạo điều kiện để có thể đạt tới giá trị cơ tính lớn nhất trong các sản phẩm ép định hình. Tôi trong không khí trên giàn máy ép và tôi từ bể muối là giống nhau trong trờng hợp ép ở nhiệt độ 500 – 5200C.
Sự nâng cao tính chất cơ học của bán thành phẩm ép định hình khi tôi trong không khí trên giàn máy ép, so sánh với trờng hợp khi tôi chúng từ lò muối, có thể giải thích là do cấu chúc hạt ban đầu nhỏ hơn. Cấu trúc này không phụ thuộc vào nhiệt độ ép và đồng đều hoá. Điều khác nhau là sự lớn lên của phần bao xung quanh hạt khi nung ép định hình với khi nung để cho tôi trong trờng hợp áp dụng công nghệ bình thờng với phôi bán thành phẩm.
Một điều thú vị là thực hiện nung trớc khi tôi ở nhiệt độ 5200C không làm thay đổi tổ chức vĩ mô của bán thành phẩm khi ép định hình ở nhiệt độ 5000C, sự phát triển của hạt trong bán thành phẩm là không lớn, cũng nh khi ép ở 4500C và ở 3500C. Điều này chứng tỏ tính ổn định cấu trúc của sản phẩm ép định hình sau khi ép ở 5000C đợc nâng cao.