Ảnh hưởng đồng thời của các nguyên tố kim loại chuyển tiếp (Ti, Mn, Cr) đến tổ chức và nhiệt độ kết tinh lại của hợp kim nhôm biến dạng hệ Al-Zn-Mg

3.2. Ảnh hưởng của kim loại chuyển tiếp và ủ đồng đều hóa đến nhiệt độ kết tinh lại của hợp kim nghiên cứu

   Để xác định nhiệt độ kết tinh lại có thể dùng nhiều phương pháp, ví dụ nhiễu xạ Rơngen, đo chính xác điện trở [4].

   Xác định nhiệt độ kết thúc kết tinh lại (lần thứ nhất) bằng phương pháp đo chính xác điện trở dễ thực hiện mà vẫn đảm bảo độ chính xác cần thiết. Nguyên tắc đo như sau: Sử dụng một bộ mẫu đã được ủ ở các nhiệt độ khác nhau. Đo điện trở của các mẫu. Sử dụng phương thức “dò” (trial and error method) ở “vùng dừng” để xác định nhiệt độ kết tinh lại, (hình 8). Trong thực tế, vùng sàn có thể xác định trước (như một điều kiện biên). Dùng phương pháp ngoại suy để xác định nhiệt độ kết tinh lại. Thường nhiệt độ kết tinh lại được xác định là nhiệt độ tại đó điện trở bằng điện trở sàn + 1% điện trở sàn.

Hình 8. Sơ đồ nguyên tắc xác định nhiệt độ kết tinh lại bằng đo chính xác điện trở

Hình 9. Sơ đồ đo điện trở mẫu nghiên cứu
1.Điện trở chuẩn Sun 150A-75mV-500μΩ
2. Tụ điện 63A-10000μF   3. Cầu chỉnh lưu 100A
4. Biến áp 100W-220V-5A     5. Biến thế tự ngẫu
6. Mẫu nghiên cứu cần đo     7. Kẹp cá sấu
8. Đồng hồ hiển thị

   Điện trở của mẫu nghiên cứu (đo) được xác định theo biểu thức:

   trong đó:

R_đo – điện trở mẫu cần nghiên cứu
R_Ref – điện trở chuẩn (Sun 150A-75mV → 500μΩ)
U_đo – hiệu điện thế mẫu cần đo
U_Ref – hiệu điện thế chuẩn

   Kết quả xác định nhiệt độ kết thúc kết tinh lại cho trong bảng 2 và bảng 4.

   Xử lý số liệu ở bảng 2 thu được hàm mục tiêu đã được kiểm tra tính tương hợp, có dạng sau:

Y=420,425-7,81X₂-5,073X₃-11,295X₄-26,17X₁₂

   Từ hàm hồi quy, căn cứ vào độ lớn và dấu các hệ số có một số nhận xét sau:

   – Ảnh hưởng của Mn đến nhiệt độ kết tinh lại của hợp kim trong chặng (0,4÷1,6)% là không đáng kể.

   – Khi giảm hàm lượng Cr từ 0,5 xuống 0,2% sẽ làm tăng nhiệt độ kết tinh lại. Trong khi đó tăng từ 0,5 lên 0,8%Cr sẽ gây ảnh hưởng ngược lại (giảm nhiệt độ kết tinh lại).

   – Giảm nhiệt độ ủ 475 xuống 450°C sẽ làm tăng nhiệt độ kết tinh lại, ngược lại tăng nhiệt độ ủ từ 475 lên 500°C sẽ làm giảm nhiệt độ kết tinh lại.

   – Rút ngắn thời gian ủ từ 12 xuống 8h làm tăng nhiệt độ kết tinh lại. Nhưng khi tăng thời gian ủ từ 12 lên 16h sẽ tác dụng ngược lại, làm giảm nhiệt độ kết tinh lại.

   Theo phương pháp Box-Wilson [6], chuyển động theo chiều dốc tới vùng cực trị ta có:

   Điều này có nghĩa: vùng cực trị (vùng dừng) sẽ ở phía: r < 0,5%, T⁰ _ủ < 475°C, τ_ủ < 12h

4. Kết luận

   a. Đã chế tạo hợp kim Al-4,5%Zn-1,5%Mg hợp kim hóa kim loại chuyển tiếp Mn, Cr, Ti bằng phương pháp đúc trong khuôn kim loại nguội nhanh bằng nước tuần hoàn. Với Phương pháp đúc này tương đương như đúc liên tục trong công nghiệp.

   b. Bằng phương pháp quy hoạch thực nghiệm xây dựng được hàm hồi quy biểu diễn mối quan hệ giữa nhiệt độ kết tinh lại của hợp kim nghiên cứu với: nhiệt độ, thời gian ủ đồng đều hóa sau đúc,hàm lượng của các nguyên tố kim loại chuyển tiếp (Mn, Cr). Từ đó xác định được quy luật ảnh hưởng của hàm lượng Mn, Cr nhiệt độ, thời gian ủ đến nhiệt độ kết tinh lại của hợp kim và dự đoán tọa độ vùng tối ưu:

Cr < 0,5%, T⁰ _ủ < 475°C, τ_ủ < 12h

Ký hiệu mẫu	Rtính (μΩ)	Nhiệt độ kết tinh lại (yi), (oC)
Mẫu 1.8.450	445,41	405,90
Mẫu 2.16.450	436,32	444,60
Mẫu 3.16.450	418,14	436.14
Mẫu 4.8.450	387,84	415,35
Mẫu 1.16.500	453,49	358,55
Mẫu 2.8.500	455,51	455,76
Mẫu 3.8.500	399,96	449,87
Mẫu 4.16.500	373,70	397,23
Mẫu 5.12.475	399,96	386,63

Bảng 4. Nhiệt độ kết tinh lại ứng với R_tính

   c. Từ kết quả phân tích ảnh tổ chức tế vi đã khẳng định:

– Hợp kim hóa đồng thời Mn, Cr, Ti có tác dụng làm nhỏ hạt hợp kim hệ Al-Zn-Mg.

– Hợp kim hoá phối hợp các nguyên tố tạo cùng tinh (Mn) với các nguyên tố tạo bao tinh (Cr, Ti) sẽ làm các pha hóa bền phân bố đồng đều.

[symple_box color=”gray” text_align=”left” width=”100%” float=”none”]

Tài liệu trích dẫn

1. Easton, M. and Stjohn, D. Met. Mater. Trans. 1999, A30, 1613
2. Easton, M. et al., D. Met. Mater. Trans. 1999, A30, 1625
3. Shumacher, P. et al., Mater. Sci and Tech, 1998, 14, 394
4. 
5. Trần Thanh Tùng, Nghiên cứu ảnh hưởng của hợp kim hóa vi lượng kim loại chuyển tiếp và nhiệt luyện đến tổ chức và tính chất của hợp kim nhôm hệ Al-Zn-Mg, Luận văn thạc sỹ, Đại học Bách khoa Hà Nội, 2005
6. G. E. P. Box, K.B. Wilson, Statist. soc. ser, 1951

[/symple_box][symple_clear_floats]