B. Nội dung chính báo cáo
4.2.3. Tổ chức tế vi tại biên giới 2 lớp thép – (nhôm + hợp kim nhôm)
a) Phương pháp lấy mẫu: Từ các mẫu vật liệu bimetal thép 08Kп – nhôm Al-1050 – hợp kim nhôm AO9-2 nhận được sau hàn nổ đã cắt lấy mẫu theo quy trình giám định thử phá hủy xác định độ bền bám dính 2 lớp đồng thời với việc lấy mẫu nghiên cứu khảo sát tổ chức tế vi trên biên giới các lớp thép 08Kп – nhôm A-1050 và nhôm Al-1050 – hợp kim nhôm AO9-2 có đóng số ký hiệu mẫu khảo sát tương ứng.
Trên hình 4.8 a là các vị trí (1), (2) và (3) được cắt lấy mẫu thử phá hủy xác định độ bền bám dính 2 lớp bimetal dọc theo hướng nổ, đồng thời với mẫu khảo sát chụp ảnh tổ chức tế vi biên giới 2 lớp tương ứng với các mẫu thử phá hủy (hình 4.6 a, b, c).
1) 2) 3) Hướng nổ
a) Mẫu số 05A
b) c) d)
Hình 4.8. Xác định vị trí lấy mẫu thử phá hủy xác định độ bền bám dính 2 lớp bimetal (a) và
mẫu khảo sát tổ chức tế vi biên giới 2 lớp bimetal thép 08Kп – hợp kim nhôm (Al-1050 +
AO9-2) (b, c, d): 1) Đầu băng nổ (gần điểm đặt kíp nổ); 2) Giữa băng nổ; 3) Cuối băng nổ
b) Kết quả thí nghiệm: Tổ chức tế vi tại biên giới 2 lớp vật liệu khảo sát theo bề mặt liên kết thép 08Kп – (Al-1050 + AO9-2) sau hàn nổ trên một số mẫu thí nghiệm được thể hiện trên các hình 8 ÷ 10, còn hình 11 là ảnh chụp tổ chức tế vi 3 lớp vật liệu trên mẫu bạc trượt nhập khẩụ Phân tích kết quả trên các hình này cho thấy:
1) Biên giới liên kết giữa lớp nhôm lót trung gian Al-1050 và lớp hợp kim nhôm chịu mòn trên tất cả các mẫu khảo sát (hình 4.9 ÷ 4.12) đều rất tốt, có dạng sóng không ngậm tạp chất, nên chất lượng bám dính hai lớp này tương tự như mẫu nhập ngoại (hình 4.13);
2) Biên giới liên kết giữa 2 lớp thép 08Kп và lớp nhôm lót trung gian Al-1050 cũng đạt được khá tốt, không có lớp màng mỏng cấu trúc và liên kim loại ở các mẫu cho trên các hình 4.10 ÷ 4.12, do đó độ bền bám dính giữa chúng về nguyên lý tương đương độ bền lớp nhôm Al-1050 qua biến dạng. Riêng mẫu cho trên hình 8 biên giới 2 lớp 08Kп và lớp nhôm lót trung gian Al-1050 có phát hiện thấy một đoạn liên kim cục bộ, kích thước chiều dài của nó khoảng 100µm, còn chiều dày khoảng 20µm, nên cũng không gây ảnh hưởng đáng kể tới chất lượng bám dính giữa chúng;
3) Chất lượng mối hàn giữa 3 lớp thép – nhôm – hợp kim nhôm chịu mòn trên các mẫu này đều đạt tương đương với mẫu nhập ngoạị
a) (Mẫu số 1) b) (Mẫu số 1)
Hình 4.9. Ảnh chụp tổ chức tế vi biên giới 3 lớp vật liệu trimetal thép – nhôm – hợp kim nhôm
chịu mòn làm bạc trượt: a) Biên giới thép 08Kп – (Al1050+AO9-2); b) Biên giới Al-1050-AO9-2
a) (Mẫu số 2) b) (Mẫu số 2)
Hình 4.10. Ảnh chụp tổ chức tế vi biên giới 3 lớp vật liệu trimetal thép – nhôm – hợp kim nhôm
chịu mòn làm bạc trượt: a) Biên giới thép 08Kп – (Al1050+AO9-2); b) Biên giới Al-1050-AO9-2
a) (Mẫu số 3) b) (Mẫu số 3)
Hình 4.11. Ảnh chụp tổ chức tế vi biên giới 3 lớp vật liệu trimetal thép – nhôm – hợp kim nhôm
chịu mòn làm bạc trượt: a) Biên giới thép 08Kп – (Al1050+AO9-2); b) Biên giới Al-1050-AO9-2
a) (Mẫu số 4) b) (Mẫu số 4)
Hình 4.12. Ảnh chụp tổ chức tế vi biên giới 3 lớp vật liệu trimetal thép – nhôm – hợp kim nhôm
⇐ Hình 4.13. Ảnh chụp tổ chức tế vi biên
giới 3 lớp vật liệu trimetal thép – nhôm – hợp
kim nhôm chịu mòn trên mẫu bạc trượt nhập
ngoại, chế tạo bằng phương pháp cán dính
Nhận xét:
1) Đã tiến hành thực nghiệm nấu luyện, đúc, cán hợp kim nhôm chịu mòn (mác AO9-2) và hàn nổ tạo phôi vật liệu bimetal thép 08Kп – hợp kim nhôm (Al-1050 + AO9-2) theo bộ thông số nổ r, h, C trong miền điều chỉnh thích hợp là: r = 1,5 ÷ 1,7; h = 0,7 ÷ 1,0; C = 0,7 (tương ứng với tốc độ nổ của thuốc nổ D = 2.900 m/s). Kết quả đánh giá hình thái bề mặt lớp hợp kim nhôm AO9-2 trên băng bimetal sau hàn nổ đạt yêu cầu;
2) Đã tiến hành lấy mẫu vật liệu bimetal thép 08Kп – hợp kim nhôm (Al-1050 + AO9-2) để thử phá hủy xác định độ bền bám dính, cũng như nghiên cứu khảo sát chụp ảnh cấu trúc tế vi biên giới 2 lớp đối với 09 mẫu quy hoạch thực nghiệm sau hàn nổ, kết quả đạt yêu cầu kỹ thuật để chế tạo bạc trượt;
3) Đã tính toán xây dựng đồ thị ở dạng 3D biểu diễn quan hệ giữa độ bền bám dính các lớp vật liệu trimetal phụ thuộc vào bộ thông số nổ lựa chọn. Từ đó có thể chọn các chế độ hàn nổ thích hợp cho kết quả tốt nhất.
4.3. Tính chất của vật liệu bimetal 08Kn - hợp kim nhôm AO9-2 sau cán mỏng:
- Trong Chuyên đề 4 đề tài này đã đề cập đến một số kết quả giám định chất lượng phôi vật liệu bimetal thép 08Kп – hợp kim nhôm (Al-1050 + AO9-2) nhận được theo quy hoạch thực nghiệm ở tất cả 9 chế độ thí nghiệm, gồm các chỉ tiêu chính như: độ bền bám dính 2 lớp bimetal; tổ chức tế vi tại biên giới 2 lớp kim loại hàn nổ (thép 08Kп và hợp kim nhôm (Al-1050 + AO9-2); hình thái bề mặt lớp hợp kim AO9-2 trên mẫu vật liệu bimetal hàn nổ. Từ đó cho thấy: ứng với mỗi chế độ hàn nổ khác nhau trong quy hoạch thực nghiệm ta nhận được vật liệu bimetal thép – hợp kim nhôm chịu mòn có mức chất lượng tổng hợp (ngay sau khi hàn nổ) khác nhau .
- Để hiểu rõ bản chất thay đổi tổ chức kim loại và tính chất vật liệu bimetal nói chung trong quá trình biến dạng dẻo bằng phương pháp cán nguội cần có những khảo sát tổ chức kim loại hai lớp thép 08Kп và hợp kim nhôm (Al-1050 + AO9-2), cũng như vùng lân cận biên giới giữa chúng trên một vài mẫu vật liệu bimetal điển hình nhận được sau hàn nổ. Trong phần này giới thiệu một số ảnh chụp tổ chức kim loại hai lớp thép và hợp kim nhôm cũng như kết quả đo độ cứng tế vi ở vùng lân cận biên giới của chúng trên một số mẫu vật liệu bimetal khảo sát ở trạng thái sau hàn nổ và đã qua một số bước biến dạng dẻo bằng phương pháp cán nguội trên máy cán 2 trục D150 của Công ty TNHH MTV Cơ khí Ngô Gia Tự.
- Trên hình 4.14 là ảnh chụp tổ chức tế vi tại biên giới 2 lớp vật liệu bimetal thép 08Kп – hợp kim nhôm (Al-1050 + AO9-2) ngay sau khi hàn nổ ở một vài chế độ thích hợp. Phân tích kết quả thực nghiệm ở đây cho thấy:
a) Mẫu số 6, Mã số QHTN: 210 , x 200 b) Mẫu số 7, Mã số QHTN: 020 , x 200
c) Mẫu số 8, Mã số QHTN: 120 , x 200 d) Mẫu số 9, Mã số QHTN: 220 , x 200
Hình 4.14. Ảnh chụp tổ chức tế vi biên giới liên kết 2 lớp vật liệu bimetal thép 08Kп – hợp
kim nhôm (Al-1050 + AO9-2) sau hàn nổ làm đầu vào cho quá trình cán nguội
a)x200, Biên giới (08Kn + Al) – AO9-2 b) x200, Biên giới (08Kn + Al) – AO9-2
Hình 4.15. Ảnh chụp tổ chức tế vi biên giới 2 lớp nhôm + hợp kim nhôm sau hàn nổ:
a) Mẫu số 7, Mã số QHTN: 020 , x 200; b) Mẫu số 8, Mã số QHTN: 120 , x 200
- Tổ chức tế vi tại biên giới giữa hai lớp nhôm trên băng thép 08Kп – nhôm Al đã hàn nổ trước đó với lớp hợp kim nhôm AO9-2 hàn nổ lần 2 vào lớp nhôm Al cho trên hình 4.15.
- Phân tích kết quả thí nghiệm cho trên hình 4.14 và hình 4.15 cho thấy:
+ Biên giới giữa các lớp kim loại (thép, nhôm và hợp kim nhôm) sau khi hàn nổ ở các chế độ thích hợp có đặc điểm liên kết kim loại giữa chúng sạch, tuy có một vài đoạn cục bộ
liên kim loại dạng Fe – Al, nhưng phân bố không liên tục, nên vẫn đảm bảo độ bền bám dính tốt giữa chúng. các vùng liên kim cục bộ này về bản chất là điểm đặc trưng của công nghệ hàn nổ, không thể tránh khỏị
+ Tại biên giới 2 lớp thép 08Kп và hợp kim nhôm (Al + AO9-2) có một vài đoạn liên kim loại cục bộ khá rõ nét với kích thước chiều dài dọc theo biên giới 2 lớp khoảng 5 µm ≤ l ≤ 30 µm và chiều rộng 2 µm ≤ b ≤ 8 µm , nhưng phân bố không liên tục, điều đó không làm giảm đáng kể độ bền bám dính giữa chúng. Kích thước biên độ sóng âm liên kết 2 lớp vật liệu bimetal trong các trường hợp này đạt trong khoảng 5 µm ≤ aλ≤ 15 µm, điều đó làm tăng diện tích tiếp xúc thực tế giữa 2 lớp kim loại sau hàn nổ đang xét (Fh
tx), dẫn tới nâng cao độ bền bám dính giữa chúng so với mẫu qua biến dạng cán (Fctx);
+ Biên giới liên kết giữa hai lớp nhôm trung gian (Al) và hợp kim nhôm (AO9-2) hoàn toàn sạch, kích thước biên độ sóng âm liên kết giữa chúng sau hàn nổ còn lớn hợp so với tại biên giới giữa hợp kim nhôm (Al + AO9-2) với lớp thép 08Kп, đạt trong khoảng 10 µm ≤ aλ≤ 20 µm, điều này dễ hiểu vì 2 lớp vật liệu này có tính chất vật lý (mạng tinh thể) gần giống nhau nên hàn tốt với nhaụ
- Từ hình 3.11 (chương 3), hình 4.16 và hình 4.17 cho thấy: biên giới liên kết kim loại giữa lớp nhôm trung gian (Al) đã hàn dính với lơp thép 08Kп và lớp hợp kim nhôm (A09- 2) sau khi bị biến dạng dẻo bằng phương pháp cán vẫn giữ được đặc tính liên kết sạch, ít tạp chất trên đường biên. Kích thước biên độ sóng âm liên kết giữa chúng giảm rõ rệt sau khi cán đạt mức độ tổng biến dạng dẻo tương đối εΣ≅ 40 % và có giá trị trong khoảng 3 µm ≤ aλ≤ 6 µm. Điều đó chứng tỏ rằng do lớp vật liệu tổ hợp (Al + AO9-2) có độ dẻo cao hơn nhiều so với lớp thép 08Kп, nên chúng bị biến dạng dẻo mạnh hơn, kết quả là mẫu vật liệu bimetal thép – hợp kim nhôm chịu mòn có xu hướng uốn cong theo chiều lớp thép bị uốn vào trong (hình 3.11 b, chương 3). Độ bền bám dính giữa các lớp vật liệu hàn nổ và qua cán nguội vẫn đảm bảo, vì không có hiện tương bong tróc lớp hợp kim nhôm khỏi lớp nền thép trong quá trình cán nguộị Điều đó đủ để khẳng định chất lượng bám dính của vật liệu bimetal rất tốt;
- Phân tích kỹ hơn khi tẩm thực tốt lớp nền thép cho ta ảnh chụp tế vi của nó trên hình 4.16 (x 200), còn lớp hợp kim nhôm trước khi hàn nổ (không xét lớp nhôm lót trung gian Al) cho ta kết quả như cho trên hình 4.4 đã nêu trên đâỵ
- Tổ chức tế vi biên giới giữa lớp nhôm trung gian (Al) và lớp hợp kim nhôm (AO9-2) qua cán nguội đạt mức độ tổng biến dạng dẻo tương đối (tính cho cả 3 lớp thép – nhôm – hợp kim nhôm) εΣ≅ 40 % được cho trên hình 4.18.
a) Mẫu số 1, x200 b) Mẫu số 2, x200
Hình 4.17. Ảnh chụp tổ chức tế vi lớp hợp kim nhôm chịu mòn AO9-2 sau cán nguội đạt mức
độ tổng biến dạng dẻo tương đối εΣ≅ 40 %.
a) Mẫu số 6, x200 b) Mẫu số 7, x200
c) Mẫu số 8, x200 d) Mẫu số 9, x200
Hình 4.18. Ảnh chụp tổ chức tế vi tại biên giới 2 lớp nhôm Al – hợp kim nhôm AO9-2
trên mẫu vật liệu bimetal qua cán nguôi đạt εΣ≅ 40 %
Lớp (Al+AO9-2) Biên giới Lớp thép 08Kп
Hình 4.19. Ảnh chụp vết đo độ cứng tế vi vùng lân cận và trên biên giới 2 lớp vật liệu bimetal
- Sau khi đạt mức độ tổng biến dạng dẻo tương đối εΣ≅ 40 % của cả 3 lớp vật liệu trên các mẫu bimetal thép – hợp kim nhôm chịu mòn được cán ở trạng thái nguội, nhưu đã trình bày ở phần trên, cần thực hiện nguyên công ủ khử ứng suất cán và làm tăng tính dẻo của vật liệu nói chung. Do điều kiện thí nghiệm có nhiều hạn chế về thời gian và kinh phí, đề tài nên chỉ dừng ở đây, nếu đề tài được phát triển sẽ tiếp tục việc khảo sát tính chất vật liệu bimetal khi bị cán xuống kích thước tổng chiều dày nhỏ hơn.
- Kết quả thí nghiệm đo độ cứng tế vi hai lớp thép và hợp kim nhôm trên một số mẫu điển hình cho trong bảng 4.2.
- Hình 4.19 là ảnh chụp các vết đo độ cứng tải trọng nhỏ trên một mẫu thí nghiệm điển hình để minh họa cho các thí nghiệm nàỵ
Bảng 4.2. Độ cứng tải trọng nhỏ hai lớp vật liệu bimetal thép 08Kп – hợp kim nhôm (Al- 1050 + AO9-2) sau hàn nổ + cán và chưa qua nhiệt luyện
Vị trí đo
Khoảng cách đo tính từ biên giới 2 lớp thép – hợp kim nhôm, µm
Độ cứng lớp thép (HV)
Độ cứng lớp hợp kim nhôm, HV Mẫu 1 – khảo sát theo chiều dọc hướng nổ + cán với εΣ≅ 40 %
1 50 262 34,7
2 100 223 33,0
3 150 198 33,6
4 200 192 31,8
Mẫu 2 – khảo sát theo chiều ngang hướng nổ + cán với εΣ≅ 40 %
1 50 245 35,0
2 100 220 33,8
3 150 213 34,8
4 200 207 34,8
Mẫu 3 – khảo sát theo chiều dọc hướng nổ + cán với εΣ≅ 40 %
1 50 222 30,0
2 100 197 30,4
3 150 185 28,7
4 200 174 28,1
Mẫu 4 – khảo sát theo chiều ngang hướng nổ + cán với εΣ≅ 40 %
1 50 233 37,3
2 100 201 34,9
3 150 198 35,6
4 200 205 37,1
Mẫu 5 – khảo sát theo chiều dọc hướng nổ + cán với εΣ≅ 40 %
1 50 266 37,9
2 100 244 37,3
3 150 214 37,9
4 200 197 36,7
Ghi chú: Tải trọng thử: HV0.05; thời gian đặt tải: 10 s
Từ các số liệu ở bảng 4.2 cho thấy một số nhận xét như sau:
- Với khoảng cách đo tính từ biên giới 2 lớp thép – hợp kim nhôm đi về phía bên trong mỗi lớp trong khoảng 200 µm (bước đo 50 µm), độ cứng lớp thép trên 5 mẫu vật liệu bimetal được khảo sát đạt trong khoảng HVthép = 174 ÷ 266, trung bình là 220 HV;
- Độ cứng lớp hợp kim nhôm chịu mòn trên 5 mẫu vật liệu bimetal được khảo sát đạt trong khoảng HVHKAl = 28,1 ÷ 37,9, trung bình là 34 HV. Trong đó: giá trị độ cứng tính trung bình trên mỗi một mẫu khảo sát đạt: lớp thép HVthep = 218,75; lớp hợp kim nhôm HVHKAl = 33,275 (mẫu số 1); lớp thép HVthep = 221,25; lớp hợp kim nhôm HVHKAl= 34,6 (mẫu số 2); lớp thép HVthep= 194,5; lớp hợp kim nhôm HVHKAl = 29,3 (mẫu số 3); lớp thép HVthep = 209,25; lớp hợp kim nhôm HVHKAl = 38,225 (mẫu số 4); lớp thép HVthep = 230,25; lớp hợp kim nhôm HVHKAl = 36,45 (mẫu số 5).
Kết luận chương 4
Qua các kết quả thực nghiệm nhận được của đề tài đã đề cập trong chương 4 này có thể rút ra các kết luận sau:
1) Đã khảo sát đánh giá tính chất cơ học và tổ chức tế vi kim loại của hợp kim nhôm AO9-2 sau đúc, cán làm phôi hàn nổ, đạt yêu cầu kỹ thuật chuyển sang công đoạn hàn nổ với lớp thép 08Kn để tạo phôi vật liệu bimetal làm bạc trượt;
2) Đã thực nghiệm đánh giá chất lượng vật liệu bimetal thép 08Kn – hợp kim nhôm AO9-2 sau hàn nổ theo tiêu chí tổng hợp như thông lệ quốc tế, đó là: xác định độ bền bám dính 2 lớp vật liệu bimetal (xây dựng được đồ thị mô phỏng trực quan dạng 3D), đồng thời có khảo sát đánh giá tổ chức tế vi tại vùng lân cận biên giới 2 lớp trên một số mẫu điển hình. Kết quả cho thấy chất lượng phôi bimetal thép 08Kn – hợp kim nhôm đạt yêu cầu kỹ thuật để tiến hành cán xuống kích thước chuẩn theo chiều dày làm phôi gia công bạc trượt đã chọn;
3) Đã nghiên cứu thưc nghiệm cán vật liệu bimetal thép 08Kn – hợp kim nhôm AO9-2 và khảo sát đánh giá tổ chức tế vi kim loại trong các lớp và trên biên giới liên kết 2 lớp bimetal, đồng thời đo độ cứng tải trọng nhỏ của chúng. Từ kết quả thực