Bài này trình bày một số kết quả nghiên cứu ban đầu về luyện, tinh luyện và biến tính hợp kim nhôm-silic trước và sau cùng tinh (A356 và A13S).
Manufacturing of sillicon-aluminum alloy A356 and A13S for diecasting
Lê Minh Tuấn, Tô Duy Phương
Viện Khoa học vật liệu, Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam
Tóm tắt
Bài này trình bày một số kết quả nghiên cứu ban đầu về luyện, tinh luyện và biến tính hợp kim nhôm-silic trước và sau cùng tinh (A356 và A13S). Nhiệt độ luyện thích hợp cho hợp kim hóa xê dịch trong khoảng (677-816) °C. Thành phần silic trong hợp kim trước cùng tinh thích hợp là 10% Si, sau cùng tinh là 14%Si. Lượng chất bền tính phù hợp khoảng (1,5-2)% trọng lượng hợp kim. Cấu trúc hợp kim Al-Si được chuyển hóa từ hình kim, nhánh cây đến đều cạnh và dạng hình cầu phù hợp với lý thuyết và các kết quả đã công bố.
Abstract
This paper presents research results on melting, remelting and modifying Al-Si hypoeutectic and hypereutectic alloys (A356 and A13S). Optimal melting and alloy ing temperatures are about (677-816) °C. Suitable silicon com- positions in the Al-Si system are 10%Si for hypoeutectic and 14%Si for hypereutecti) alloys. Optimal modified contents are about (1.5-2.0)% of alloy’s weight Al-Si alloy’s microstructure has been transfered from needle and dendritic to spheroid morfology, that is agreed with theory’s prediction and some recent publica- tions.
1. Đặt vấn đề
Hợp kim nhôm silic (Al-Si) trước và sau cùng tinh là các loại hợp kim có hàm lượng Si xê dịch trong khoảng rộng (7-17%) và có thêm Mg (0,3- 0,5)% để tạo pha hoá bền Mg2Si[1-3]. Hàm lượng silic càng cao thì độ chảy loãng càng lớn, nhưng độ bền sẽ giảm. Thường dùng là loại hợp kim Al-Si trước cùng tinh để ché tạo nắp xilanh, vỏ máy có hàm lượng silic khoảng (7- 10)%[4-5]. Khi cho thêm đồng Cu (3-5%) vào hệ Al-Si-Mg sẽ cải thiện cơ tính và hợp kim sẽ có tính đúc tốt do có các thành phần gần với cùng tinh Al- Si-Cu nên nó được sử dụng để đúc piston, nắp máy của động cơ đốt trong [5-8].
Hiện tại các nhà máy đúc áp lực ở Việt Nam đang gặp khó khăn cần giải quyết là luyện hợp kim đạt thành phần thích hợp cho đúc áp lực các vỏ máy của động cơ. Bài này đưa ra một số kết quả nghiên cứu ban đầu về vấn đề trên. Tổ chức của hợp kim Al-Si phụ thuộc vào tốc độ nguội và biến tính rất mạnh. Silic giúp hợp kim có độ chảy loãng tốt, với hàm lượng vừa phải không làm ảnh hưởng đến độ bền. Hợp kim Al-Si trước cùng tinh được cải thiện độ bền bằng cách cho thêm Mg (0,3-0,4%). Magiê sẽ cùng với Si tạo thành pha hóa bền Mg2Si [9,10].
Ngoài ra đồng, kẽm (Cu, Zn) cũng được hợp kim hóa thêm vào để cải thiện cơ tính và tính đúc, tạo pha hóa bền w(AlxMg5Cu4Si4), (CuAl2) khi nhiệt luyện. Crôm (Cr) được hợp kim hóa thêm cùng man- gan (Mn) tạo pha Al6Cr và a nhỏ mịn phân tán đều gây hóa bền mạnh sắt (Fe) có mặt trong hợp kim để lại ảnh hưởng xấu do tạo ra pha β(Al-Fe-Si) dạng tấm còn Tuy nhiên sự có mặt của ma giê (Mg) sẽ làm hình thành pha α(Al-Fe-Si-Mn) nhỏ mịn, cải thiện ảnh hưởng xấu của Fe. Nếu Fe vượt quá 0,45%, hàm lượng Mn sẽ không dưới mộtnửa hàm lượng Fe. Sự chuyển hóa và hình thành các pha trong hệ Al-Si cho thấy ở giản đồ pha hình 1 [11].
Hình 1 và 2
Từ hình 1 theo thành phần hóa học hợp kim Al- Si có ba loại:
– Hợp kim Ai-Si cùng tinh có thành phần silic 12,6% Si và nhiệt độ cùng tinh là 577°C Cùng tinh hạt hình thành khi kết tinh hợp kim sạch, thường cũng gặp khi hàm lượng phốt pho cao. Cùng tinh phiến hình thành ở hợp kim rất sạch với hàm lượng phốt pho thấp và vi lượng các nguyên tố khác. Cùng tinh biến tính hình thành ở hợp kim với các chất biến tính, hạn chế khả năng hình thành mầm.
– Hợp kim Al-Si trước cùng tinh có thành phần silic nhỏ hơn 12,5%Si.
– Hợp kim có tinh thể mịn là dung dịch rắn a nhỏ dùng titan (Ti) kết hợp với bo (B) hoặc zêcôni (Zr) tạo pha TiAl, TiB2, ZrAl3. – Hợp kim Al-Si sau cùng tinh có thành phần silic lớn hơn 12,5%Si. Tổ chức của hợp kim Al-Si sau cùng có các tinh thể silic sơ cấp phốt pho hoặc hợp chất của phốt pho PCl5. Nhiệt độ biến tính trong khoảng 800°C. Kết quả là đã hình thành các tinh thể rất mịn trong cùng tính.
Nguyên lý phá võ thiên tích nhánh cây bằng lực khuấy được thể hiện ở hình 2. Trong đó, lực khuấy tạo điều kiện thuận lợi để hình thành hạt tinh thể đến cạnh đến hình cầu. Khi không có lực khuấy thì tinh thể nhánh cây được hình thành. Lực khuấy kết hợp với dòng chảy tầng tạo ra tinh thể dạng “hoa thị”. Lực khuấy kết hợp với dòng chảy rối tạo tinh thể dạng cầu. Trong bài này đã kết hợp khuất và biến tinh để cầu hóa tổ chức hạt.
