Bài báo này trình bày kết quả nghiên cứu tối ưu hóa đồng thời độ bền và chống ăn mòn dưới ứng suất khi hóa già phân cấp hợp kim nhôm hệ Al-Zn- Mg chứa lượng nhỏ kim loại chuyển tiếp Cr, Mn, Ti.
Optimization of two-step ageing treatment for Al-Zn-Mg alloys contained small amount of transition metal
Nguyễn Khắc Xương
Đại học Bách Khoa Hà Nội
Nguyễn Đức Văn
Đại học Giao thông vận tải
Đỗ Thị Duyên, Nguyễn Thành Đạt
Viện Khoa học vật liệu
TÓM TẮT
Hợp kim nhôm hệ 7xxx (Al-Zn-Mg) là hệ hợp kim có độ bền cao, có tính công nghệ tốt, được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp ô tô, giao thông vận tải, hàng không, tàu biển… Tuy nhiên, nhược điểm của hệ hợp kim này là có xu hướng nhạy cảm với ăn mòn dưới ứng suất. Công trình này nghiên cứu tối ưu hoá chế độ hoá già phân cấp nhằm đạt đồng thời giá trị cao của cơ tính và tính chống ăn mòn dưới ứng suất.
ABSTRACT
7xxx (Al-Zn-Mg) series aluminium alloys, that have high strength, good plasticity and weldability, are exten- sively by used for parts in automobile, aircraft industries and shipbuilding. However, their disadvantage is sensitiv- ity to corrosion under tensile stress. This article presents results on optimization of two-step ageing treatment for maximization of tensile strength and resistance to sensibility to corrosion under stress.
1. ĐẶT VẤN ĐỀ
Vật liệu nghiên cứu thuộc hệ hợp kim Al-Zn-Mg chứa lượng nhỏ Mn, Cr, Ti, có triển vọng ứng dụng rộng rãi trong hàng không, tầu biển, ô tô. Hợp kim Al-Zn-Mg là hợp kim hoá bền bằng nhiệt luyện, hiệu ứng hoá bền đạt được của hợp kim nhóm này là do sự tiết pha phân tán η(MgZn2) và T(Mg3Zn3Al2) [1-3] xảy ra trong suốt thời kỳ hoá già. Các hợp kim Al-Zn-Mg có độ bền cao, tính hàn và tính gia công biến dạng tốt, đồng thời chúng có khả năng chống ăn mòn đều trong môi trường nước biển và khí quyển khá tốt. Với những ưu điểm này, hợp kim Al-Zn-Mg được ứng dụng để chế tạo các chi tiết máy, kết cấu trong phương tiện giao thông, tầu biển và trong máy bay.
Tuy vậy, nhược điểm đáng quan tâm của hợp kim hệ này là tính nhạy cảm với ăn mòn dưới ứng suất. Để hạn chế, ngăn cản ảnh hưởng xấu của hiện tượng này, người ta đã tiến hành nhiều công trình nghiên cứu và đề xuất các giải pháp hữu hiệu theo các hướng chính sau đây:
– Điều chỉnh tỷ lệ hợp lý hàm lượng các nguyên tố chính: Zn, Mg, [4, 6].
– Hợp kim hoá vi lượng các nguyên tố kim loại chuyển tiếp: Cr, Mn, Zr, Ti, …[4,7]
– Nhiệt luyện, cơ nhiệt luyện với các quy trình hợp lý, đảm bảo đạt được cơ tính theo yêu cầu và tránh được nguy cơ nhạy cảm với ăn mòn dưới ứng suất [ 4, 5,8,9].
Bài báo này trình bày kết quả nghiên cứu tối ưu hóa đồng thời độ bền và chống ăn mòn dưới ứng suất khi hóa già phân cấp hợp kim nhôm hệ Al-Zn- Mg chứa lượng nhỏ kim loại chuyển tiếp Cr, Mn, Ti.
2. THỰC NGHIỆM
2.1. Lược đồ quá trình nghiên cứu
Lược đồ nghiên cứu được trình bày trên hình 1. Mẫu nghiên cứu có thành phần hóa học (bảng 1) tương tự hợp kim 7020, được cắt ra từ tấm cán dầy 2 mm. Sau quy trình gia công (hình 2) một loạt mẫu theo TCVN 197-66 được thử kéo xác định giới hạn bền trên máy ZDM 5/91; loạt còn lại được chất tải 0,8 σb bằng phương pháp uốn trên gá chất dẻo và ngâm 480 h trong dung dịch nước, 57 g NaCl/l hoạt hóa bằng 10 ml/l H2O2 nồng độ 30%.
Hình 1. Lược đồ quá trình nghiên cứu
| Ký hiệu | Thành phần hoá học, (% khối lượng) | |||||
| 7020 (Al-Zn-Mg) |
Al | Zn | Mg | Cr | Mn | Ti |
| 93,1826 | 4,2907 | 1,2504 | 0,1306 | 0,2121 | 0,1100 | |
Bảng 1. Thành phần hợp kim nghiên cứu
Chế độ hóa già phân cấp được thực hiện theo quy hoạch thực nghiệm trực giao bậc 2. Tối ưu hóa đa chỉ tiêu thực hiện theo phương pháp hàm nguyện vọng Harrington. Xử lý số liệu quy hoạch thực nghiệm với sự trợ giúp của phần mềm Design-Expert.
Hình 2. Quy trình nhiệt luyện mẫu nghiên cứu
1 – Tôi; 2 – Biến dạng nguội 10 % sau tôi 48 giờ;
3 – Hoá già bậc 1; 4 – Hoá già bậc 2
