Thép 11KΠ – LCu10 chế tạo bằng phương pháp cán bó đã tìm được các thông số công nghệ cán tối ưu, có thể dùng kết quả này để sản xuất phôi Bimetal trên cơ sở hợp kim đồng làm tiếp điểm đang được sử dụng rất phổ biến ở nước ta.
Optimum of technological rolling parameters of bimetal: 11KΠ steel – LCu10 for electrical contacts
Trần Thế Quang, Phạm Văn Dũng
Trường Đại học công nghiệp Tp.Hồ Chí Minh
Hà Tiến Hoàng
Trường Cao đẳng nghề Luyện kim Thái Nguyên
Trần Văn Dũng
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
TÓM TẮT
Độ bền liên kết là một chỉ tiêu quan trọng đánh giá chất lượng Bimetal: thép 11KΠ – LCu10 sản xuất bằng phương pháp cán. Công trình đã xây dựng mô hình toán học quan hệ độ bền liên kết Bimetal (thép 11KΠ – hợp kim đồng LCu10) phụ thuộc vào các yếu tố công nghệ cán và gia công nhiệt. Tối ưu hóa đã xác định được thông số công nghệ tốt nhất để đạt được độ bền liên kết theo yêu cầu.
ABSTRACT
Durability bonding is an important criteria quality rating of Bimetal: steel 11KΠ – LCu10 produced by method rolling. A mathematical model for performances on bonding durability of Bimetal (steel 11KΠ – alloys copper LCu10) depending on rolling technological factors and processing temperature is presented. Optimized technological para- meters are determined to achieve the request of bonding durability.
I. ĐẶT VẤN ĐỀ
Phôi Bimetal: thép 11KΠ – LCu10 sản xuất bằng phương pháp cán bó dùng để chế tạo tiếp điểm điện ngày càng được ứng dụng rộng rãi do ưu điểm về công nghệ cũng như tính kinh tế của nó. Độ bền liên kết giữa lớp dán (HK Cu) với nền (thép C thấp) là một thông số quan trọng để đánh giá chất lượng của công nghệ. Nó phụ thuộc vào tính chất hóa lý của lớp nền và lớp dán cũng như vào các thông số công nghệ cán cụ thể, [1], [2], [3].
Hình. Mẫu thử độ bền liên kết Bimetal: thép 11KΠ – LCu10.
II. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU VÀ KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM
Phôi Bimetal: thép 11KΠ – LCu10 có kích thước của lớp nền thép là: 9x36x100 mm, kích thước của lớp dán hợp kim đồng là: 3x30x100 mm, được tẩy rửa và đánh sạch bề mặt tiếp xúc bằng chổi sắt quay, xếp bó, hàn đường viền tiếp xúc, đưa vào lò điện trở công suất 4,5 kW nung tới nhiệt độ cán, t °C = 830°C, [5], [6].
Phôi được cán ở máy cán hai trục Φ100, tốc độ cán 0,2m/sec, công suất 30kW theo một chế độ đã định. Mỗi phôi được cắt 03 mẫu ở giữa, chế tạo mẫu như hình 1 để đo độ bền liên kết theo phương pháp thử tĩnh trên máy kéo nén WEW 100°C, tại phòng thí nghiệm của bộ môn Cơ học biến dạng và Cán kim loại – trường ĐH Bách khoa Hà Nội.
Bảng 1. Bảng ma trận thực nghiệm và kết quả thực nghiệm
| N0 | Thông số tham gia | Thông số khảo sát | |||||||||
| x0 | x1 | x2 | x3 | Z1 (%) |
Z2 (°C) |
Z3 (phút) |
Độ bền liên kết Y (Mpa) | ||||
| Y1 | Y2 | Y3 | YTB | ||||||||
| 1 | + | – | – | – | 40 | 680 | 120 | 255,1 | 249,4 | 238,6 | 247,7 |
| 2 | + | + | – | – | 80 | 680 | 120 | 233,6 | 245,5 | 229,5 | 236,2 |
| 3 | + | – | + | – | 40 | 780 | 120 | 259,6 | 228,3 | 230,2 | 239,7 |
| 4 | + | + | + | – | 80 | 780 | 120 | 220,2 | 208,7 | 218,8 | 215,9 |
| 5 | + | – | – | + | 40 | 680 | 240 | 252,4 | 264,1 | 269,2 | 261,9 |
| 6 | + | + | – | + | 80 | 680 | 240 | 236,1 | 238,2 | 247,5 | 240,6 |
| 7 | + | – | + | + | 40 | 780 | 240 | 227,5 | 245,4 | 219,8 | 230,9 |
| 8 | + | + | + | + | 80 | 780 | 240 | 229,3 | 213,8 | 225,6 | 222,9 |
| 9 | + | +1,215 | 0 | 0 | 84 | 730 | 180 | 182,4 | 196,8 | 199,5 | 192,9 |
| 10 | + | -1,215 | 0 | 0 | 36 | 730 | 180 | 216,7 | 213,3 | 199,1 | 209,7 |
| 11 | + | 0 | +1,215 | 0 | 60 | 791 | 180 | 258,2 | 252,8 | 256,1 | 255,7 |
| 12 | + | 0 | -1,215 | 0 | 60 | 669 | 180 | 272,4 | 262,8 | 271,5 | 268,9 |
| 13 | + | 0 | 0 | +1,215 | 60 | 730 | 253 | 233,2 | 220,3 | 252,4 | 235,3 |
| 14 | + | 0 | 0 | -1,215 | 60 | 730 | 107 | 231,6 | 230,7 | 214,5 | 225,6 |
| 15 | + | 0 | 0 | 0 | 60 | 730 | 180 | 220,8 | 228,7 | 259,1 | 236,2 |
Các thông số nghiên cứu và kết quả thí nghiệm được thể hiện ở bảng 1. Các thông số tương ứng với Z1, Z2, Z3 là:
– Tổng lượng biến dạng, %: 40% ≤ Σε ≤ 80%;
– Nhiệt độ ủ, °C: 680°C ≤ T ≤ 780°C;
– Thời gian ủ, phút: 120 phút ≤ t ≤ 240 phút.
Dùng phương pháp quy hoạch thực nghiệm Box-Wilson để lập mối quan hệ giữa độ bền liên kết Y(Mpa) với các thông số công nghệ này.
III. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
Trên cơ sở bảng ma trận thực nghiệm và kết quả tính toán theo bảng 1, phương trình hồi quy biểu diễn độ bền liên kết giữa nền và lớp dán có dạng:
y^ = 2479,74 + 5,10.Z1 – 10,05.Z2 + + 14,71.Z3 – 0,02.Z2.Z3 – 0,046.Z1 2 + + 9,22.10-3.Z2 2 (1)
Trong đó: y^ – hàm mục tiêu đặc trưng cho độ bền liên kết giữa hai lớp kim loại (MPa); Z1, Z2, Z3 – các biến đặc trưng cho tổng lượng biến dạng, nhiệt độ ủ, thời gian ủ.
Từ phương trình (1) cho thấy ảnh hưởng lớn nhất đối với độ bền liên kết là nhiệt độ ủ, sau đó đến tổng lượng biến dạng và thời gian ủ, các thông số bậc hai và bộ đôi thông số công nghệ có hệ số nhỏ nên ảnh hưởng không nhiều. Bằng cách lần lượt cho các thông số công nghệ các giá trị nhất định, có thể xét ảnh hưởng của bộ đôi các thông số công nghệ còn lại tới hàm mục tiêu, qua đó có thể xác dịnh được độ bền liên kết mong muốn.
