Bài báo này giới thiệu kết quả nghiên cứu thăm dò công nghệ chế tạo compozit …
The effect of content and size of SiC particles on microstructure and proper- ties of 356 alloy matrix composites
Nguyễn Văn Thái, Nguyễn Anh Sơn
Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
Nguyễn Văn Chương
Viện Công nghệ, Bộ Công Thương
TÓM TẮT
Bằng phương pháp khuấy bán lỏng, đã chế tạo thành công compozit nền hợp kim nhôm A356 cốt hạt SiC. Đã nghiên cứu ảnh hưởng của lượng SiC từ 3 tới 12% và kích thước hạt từ 35 tới 120μm tới sự hình thành tổ chức và tính chất của compozit nghiên cứu. Compozit chứa 12% SiC với kích thước hạt 35μm sẽ cho tính năng vượt trội.
ABSTRACT
The A356 alloy matrix composite,reinforced with SiC partiles was prepared using semi-solid stiring method. The effect of SiC particles content (3-12%) and size (35-120μm) on microstructure and properties of composite is studied. It shows that the composite with 12% SiC and the particle size 35μm has best properties.
1.Đặt vấn đề
Sự phát triển mạnh mẽ của công nghiệp đòi hỏi phải phát triển những vật liệu mới có tính năng tổng hợp cao. Vật liệu compozit là vật liệu kết hợp từ hai hay nhiều vật liệu có bản chất và tính chất khác nhau, không hoà tan vào nhau, được phân cách bằng ranh giới rõ rệt. Vật liệu compozit nền kim loại nổi lên như như vật liệu kết cấu có tiềm năng lớn, có tính chất tổng hợp cao với các ứng dụng cho các chi tiết cần có độ bền riêng, mô đun đàn hồi riêng cao, chống mài mòn tốt, hệ số giãn nở nhiệt thấp, làm việc được ở nhiệt độ cao, đặc biệt trong lĩnh vực hàng không vũ trụ. ở Việt Nam, đã có một số công bố về compozit nền hợp kim nhôm cốt hạt SiC, song còn thiếu nghiên cứu các tính chất của chúng. Bài báo này giới thiệu kết quả nghiên cứu thăm dò công nghệ chế tạo compozit.
2. Thực nghiệm
2.1. Chế tạo compozit
Vật liệu nền là hợp kim silumin mác A356 chứa (6,5-7,5)%Si; (0,2-0,4)%Mg. Vật liệu cốt là SiC với lượng dùng 3, 6 và 12%; kích thước hạt 35, 75 và 130 μm. Hợp kim A356 được nấu trong lò điện trở Nabertherm, có bộ đặt và điều khiển nhiệt độ chính xác, vận hành đơn giản, thuận tiện. Dung tích nấu: 4kg/ mẻ ở nhiệt độ 780°C. Hợp kim sau đó được được đưa sang lò điện trở thứ hai, dung tích 2 kg để khử khí; làm nguội tới (585-590) °C, giữ nhiệt và khuấy bán lỏng bằng cánh khuấy 3 hoặc 6 cánh với tốc độ (780-950) vòng/phút, trong (10- 15) phút, tuỳ theo lượng SiC đưa vào. Trong quá trình khấy bán lỏng, hợp kim được che phủ bằng khí Ar phun từ một ống dẫn vào.
Compozit sau khuấy bán lỏng được xử lý nhiệt và rót vào khuôn kim loại có kích thước (22 x 200) mm, đã được bổ ngót tốt.
2.2. Phương pháp nghiên cứu
Lượng SiC được cân trên cân điện có độ chính xác cao và tính phần trăm theo trọng lượng hợp kim A356 được nấu và được kí hiệu là m(%). Kích thước hạt SiC được xác định qua kích thước mắt sàng khi rây và được kí hiệu là l(μm).
Đã dùng tỷ lệ m/l để phân biệt các mẫu thí nghiệm khác nhau.
Các mẫu compozit nền hợp kim, cốt hạt SiC được mài và chụp ảnh trên kính hiển vi quang học AXIOVERT 100A. Độ cứng của mẫu được xác định bằng phương pháp Brinen; giới hạn bền kéo và môđun đàn hồi được xác định trên máy thử vạn năng ZDM5-91. Hệ số giãn nở nhiệt trong khoảng nhiệt độ (28-350) °C được xác định nhờ thiết bị ULBRICH; độ mài mòn được đo nhờ thiết bị TRIBOtester theo tiêu chuẩn ISO 7148 và ASTN G99-95a tại phòng thí nghiệm Công nghệ Vật liệu kim loại, Trường Đại học Bách Khoa HN.
Hình 1 và 2
