Từ kết quả phân tích ảnh tổ chức đã khẳng định ảnh hưởng tích cực của việc hợp kim hoá kim loại chuyển tiếp.
Simultaneous influence of transition metals (Ti, Mn, Cr) on microstructure and recrystallization temperature of deformation aluminium alloys of system Al-Zn-Mg
Nguyễn Khắc Xương, Trần Như Biên, Đỗ Minh Đức
Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
Tóm tắt
Bằng phương pháp đúc trong khuôn kim loại có nước làm nguội tuần hoàn, đã chế tạo được hợp kim Al-4%Zn- 1,5%Mg hợp kim hoá đồng thời kim loại chuyển tiếp Mn, Cr, Ti. Trên cơ sở phương trình hồi quy đã xác định được quy luật ảnh hưởng của hàm lượng Mn, Cr; nhiệt độ và thời gian ủ đến nhiệt độ kết tinh lại của hợp kim và dự đoán toạ độ vùng tối ưu. Từ kết quả phân tích ảnh tổ chức đã khẳng định ảnh hưởng tích cực của việc hợp kim hoá kim loại chuyển tiếp.
Abstract
By casting in chilled mold with circulated water cooling the Al-4%Zn-1,5%Mg alloy modified by transition metals (Ti, Mn, Cr) has been produced. Based on recurrent equation the influence of transition metals Mn, Cr content, of annealing temperature and time on recrystallization temperature of the alloy has been established. The coordinates of the optimal range has been also determined. It is confirmed by microstructure observation the essential effect of alloying by transition metals.
1. Đặt Vấn Đề
Hợp kim Al-Zn-Mg thuộc nhóm các hợp kim biến dạng độ bền cao. Tính hàn, khả năng chịu gia công biến dạng và chống ăn mòn trong nước biển cũng như khí quyển khá tốt.
Tuy nhiên, cơ tính hợp kim hệ này rất nhạy cảm với nhiệt độ. Khi ứng dụng trong kết cấu hàn, kích thước hạt sau kết tinh và ảnh hưởng của nhiệt độ đến tổ chức, tính chất vùng lân cận mối hàn là vấn đề hết sức quan trọng.
Công trình này đã tiến hành khảo sát ảnh hưởng đồng thời của các nguyên tố kim loại chuyển tiếp Ti, Mn, Cr đến tổ chức kết tinh và nhiệt độ kết tinh lại của hợp kim Al – 4,5%Zn – 1,5%Mg.
Cơ sở của vấn đề:
– Việc sử dụng các chất biến tính chứa kim loại chuyển tiếp để làm nhỏ hạt các hợp kim nhôm khi kết tinh đang được nghiên cứu trong nhiều công trình [1,2,3,4].
– Trong Al Ti sẽ tạo pha TiAl3 với mặt {110} tương hợp hệ mặt {112} của nhôm. Đó là lý do để TiAl3 trở thành tác nhân tạo mầm ký sinh làm nhỏ hạt α khi kết tinh của các hợp kim nhôm.
– Mn và Cr là hai nguyên tố tạo giản đồ pha dạng cùng tinh và bao tinh tương ứng với nhôm. Các pha MnAl6 và CrAl7 sẽ phân bố trái ngược nhau trong hạt tinh thể α. Khi hóa già: pha MnAl6 có mật độ giảm dần từ tâm hạt ra biên giới hạt, trong khi đó pha CrAl7 ngược lại. Các pha này phân tán, nhỏ mịn và ổn định nhiệt, do vậy có tác dụng nâng cao nhiệt độ kết tinh lại của hợp kim.
2. Thực nghiệm và kết quả
2.1 Chế tạo mẫu nghiên cứu
Hợp kim nghiên cứu được chọn có thành phần: Al-4,5%Zn-1,5%Mg. Các nguyên tố Mn, Cr, Ti được đưa vào hợp kim theo kết quả quy hoạch thực nghiệm với ma trận thí nghiệm (bảng 2).
Trong đó:
x1: mã hóa hàm lượng Mn, có thành phần biến đổi trong chặng (0,4 ÷ 1,6)%.
x2: mã hóa hàm lượng Cr, có thành phần biến đổi trong chặng (0,2 ÷ 0,8)%.
x3: nhiệt độ ủ đồng đều hóa, biến đổi trong chặng (450 ÷ 500) 0C.
x4: thời gian ủ đồng đều hóa, biến đổi trong chặng (8 ÷ 12)h.
Hàm lượng Ti không thay đổi, có giá trị 0,1%.
Theo quy luật của ma trận thực nghiệm, có 5 phương án hợp kim hóa tương ứng với 5 thành phần hợp kim cho trong bảng 1.
| HK | Zn | Mg | Mn | Cr | Ti | Al (còn lại) |
| 1 | 4 | 1,5 | 1,6 | 0,8 | 0,1 | – |
| 2 | 4 | 1,5 | 1,6 | 0,2 | 0,1 | – |
| 3 | 4 | 1,5 | 0,4 | 0,8 | 0,1 | – |
| 4 | 4 | 1,5 | 0,4 | 0,2 | 0,1 | – |
| 5 | 4 | 1,5 | 1,0 | 0,5 | 0,1 | – |
Bảng 1. Thành phần hóa học các mẫu hợp kim nghiên cứu (%)
Các hợp kim nghiên cứu được nấu luyện tại phòng thí nghiệm thuộc Viện Khoa học-công nghệ Mỏ-Luyện kim, theo sơ đồ hình 1.
Hình 1. Sơ đồ chế tạo mẫu nghiên cứu
Hình 2. Khuôn nguội nhanh có nước làm nguội tuần hoàn
