Dự án sản xuất các mác hợp kim kim loại màu cơ tính cao

Từ các kết quả nghiên cứu đã xây dựng quy trình công nghệ ổn định, sản xuất một lượng sản phẩm doanh thu đạt khoảng 1 tỷ đồng/năm và tiếp cận thị trường để nâng cao sản lượng sản xuất hàng năm.

Dự án sản xuất các mác hợp kim kim loại màu cơ tính cao Improved production process of some Cu-and Al-based alloys

Kỹ sư Nguyễn Tuấn Viện Khoa học và công nghệ Mỏ và Luyện kim

Tóm Tắt     Đã khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ, thời gian khi nấu luyện qui mô sản xuất đến thành phần của các hợp kim (CuAl₉Fe₄, CuAl₁₀Fe₄Ni₄, CuZn₂₅Al₆Mn₃Fe₃, AlCu₈Si₂Mn_0,5Ti_0,2, CuSn₆Zn₆Pb₃, CuSn₅Zn₅Pb₅, CuSn₁₀P₁) và ảnh hưởng của nhiệt độ rót, nhiệt độ khuôn đúc, phương pháp đúc (đúc ly tâm, đúc khuôn kim loại, đúc khuôn hỗn hợp cát - nước thủy tinh) đến chất lượng vật đúc. Từ các kết quả nghiên cứu đã xây dựng quy trình công nghệ ổn định, sản xuất một lượng sản phẩm doanh thu đạt khoảng 1 tỷ đồng/năm và tiếp cận thị trường để nâng cao sản lượng sản xuất hàng năm. 1. Mở Đầu     Trước tình hình phát triển kinh tế của nước ta hiện nay, nhu cầu cung cấp phụ tùng máy và các mặt hàng dân dụng từ các hợp kim nhôm, hợp kim đồng là rất lớn. Tuy vậy chủng loại hợp kim phân tán, số cơ sở sản xuất có nhu cầu với khối lượng về chủng loại vài chục tấn một năm là rất ít, việc nhập khẩu gặp nhiều khó khăn (trừ nhập nhôm, đồng kim loại). Để đáp ứng nhu cầu sử dụng và sản xuất của nền kinh tế trong nước thì cần phải tự sản xuất được các loại hợp kim đồng, nhôm trong nước, Viện Khoa học và công nghệ Mỏ - Luyện kim triển khai thực hiện dự án sản xuất thử nghiệm “Dự án sản xuất 07 mác hợp kim kim loại màu cơ tính cao” với mục tiêu của dự án là xây dựng quy trình công nghệ nấu luyện, công nghệ đúc ổn định và hoàn thiện hệ thống thiết bị đủ năng lực sản xuất đáp ứng nhu cầu trong nước. [caption id="attachment_1319" align="aligncenter" width="300"] Hình 1. Sơ đồ quy trình công nghệ nấu-đúc hợp kim[/caption] 2. Kết Quả Nghiên Cứu     Sơ đồ công nghệ nấu đúc các loại hợp kim được nêu trong hình 1. 2.1. Hoàn thiện công nghệ nấu luyện các hợp kim trung gian (HKTG, mẻ nấu ≥ 50kg)     Đã nghiên cứu hoàn thiện công nghệ nấu luyện HKTG: - HKTG Al - Mn: Để hiệu suất thu hồi đạt 92,0 % và hàm lượng Mn đạt 9,87 % cần phải nấu luyện 15 phút. - HKTG Cu - P: Để hiệu suất thu hồi đạt 87,8 % và hàm lượng P đạt 11,3 % cần phải nấu luyện 10 phút. - HKTG Al - Si: Để hiệu suất thu hồi đạt 91,8 % và hàm lượng Si đạt 18,8 % cần phải nấu luyện 15 phút. 2.2. Hoàn thiện công nghệ nấu luyện 4 mác hợp kim đã nghiên cứu (mẻ nấu ≥ 100 kg)    Đã nghiên cứu hoàn thiện công nghệ nấu-luyện 4 mác hợp kim CuAl₉Fe₄, CuAl₁₀Fe₄Ni₄, CuZn₂₅Al₆Mn₃Fe₃, AlCu₈Si₂Mn_0,5Ti_0,2 ở quy mô lớn: - Hợp kim CuAl₉Fe₄: Nhiệt độ 1220ºC. Thời gian ≤15 phút. Hiệu suất thu hồi 96,5%. - Hợp kim CuAl₁₀Fe₄Ni₄: Nhiệt độ 1250ºC. Thời gian từ 15 phút đến 20 phút. Hiệu suất thu hồi đạt khoảng 96%. - Hợp kim CuZn₂₅Al₆Mn₃Fe₃: Nhiệt độ 1400ºC. Thời gian từ 10 phút đến 15 phút. Hiệu suất thu hồi đạt khoảng 89%. - Hợp kim AlCu₈Si₂Mn_0,5Ti_0,2: Nhiệt độ 750ºC. Thời gian ≥ 20 phút. Hiệu suất thu hồi 92%. 2.3. Nghiên cứu nấu luyện 3 mác hợp kim (mẻ nấu ≥ 100 kg)     Hợp kim mác CuSn₆Zn₆Pb₃: - Nhiệt độ nấu luyện từ 1150ºC đến 1200ºC. - Thời gian nấu luyện 10 phút. - Hiệu suất thu hồi khoảng 93%.     Hợp kim mác CuSn₅Zn₅Pb₅: - Nhiệt độ nấu luyện từ 1250ºC đến 1300ºC. - Thời gian nấu luyện 10 phút. - Hiệu suất thu hồi 93,5%.     Hợp kim mác CuSn₁₀P₁: - Nhiệt độ nấu luyện từ 1150ºC đến 1200ºC. - Thời gian nấu luyện 10 phút. - Hiệu suất thu hồi 93,8 %.

Bảng 1. ảnh hưởng của nhiệt độ và phương pháp đúc đến chất lượng vật đúc bằng hợp kim đồng thanh thiếc

Nhiệt độ đúc (T, oC)	Khuôn kim loại				Khuôn cát + nước thủy tinh
	Chất lượng bề mặt	Chiều sâu lõm ngót (mm)	Chiều dài phần rỗ (mm)	Độ điền đầy (%)	Chất lượng bề mặt	Chiều sâu lõm ngót (mm)	Chiều dài phần rỗ (mm)	Độ điền đầy (%)
1150	Có vết nhăn	-	6	83	Tốt	5	5	100
1200	Tốt	4	0	100	Tốt	5	0	100
1250	Tốt	6	0	100	Tốt	8	0	100
1300	Tốt	10	0	100	Có vết lõm	15	0	100

Bảng 2. ảnh hưởng của nhiệt độ và phương pháp đúc đến chất lượng vật đúc bằng hợp kim đồng thanh nhôm

Nhiệt độ đúc (T, oC)	Khuôn kim loại			Khuôn cát + nước thủy tinh
	Chất lượng bề mặt	Chiều sâu lõm ngót (mm)	Chiều dài phần rỗ (mm)	Chất lượng bề mặt	Chiều sâu lõm ngót (mm)	Chiều dài phần rỗ (mm)
1100	Có vết nhăn	8	5	Tốt	15	0
1150	Tốt	12	0	Tốt	21	0
1200	Tốt	23	0	Tốt	27	0
1250	Có vết lõm	30	0	Có vết lõm	35	0

  2.4. Nghiên cứu ảnh hưởng phương pháp đúc và nhiệt độ rót đến chất lượng sản phẩm hợp kim     Kết quả cho hợp kim đồng thanh thiếc (CuSn₆Zn₆Pb₃, CuSn₅Zn₅Pb₅) nêu trong bảng 1. - Khuôn kim loại: (1200÷1300) ºC. - Khuôn cát+nước thủy tinh: (1150÷1250) ºC     Đối với hợp kim đồng thanh nhôm (CuAl₉Fe₄, CuAl₁₀Fe₄Ni₄), kết quả như nêu trong bảng 2. - Khuôn kim loại: (1150÷1200) ºC. - Khuôn cát + nước thủy tinh: (1100÷1200) ºC.     Trong phương pháp đúc ly tâm nhiệt độ rót kim loại có ảnh hưởng lớn đến chất lượng vật đúc. Kết quả cho thấy ở tốc độ 600 vòng/phút nhiệt độ rót của các hợp kim là: - Hợp kim đồng thanh thiếc: từ 1200 đến 1250ºC. - Hợp kim đồng thanh nhôm: từ 1150 đến 1200ºC. 3. Kết Luận     Dự án đã đạt được các mục tiêu đề ra: - Hoàn thiện công nghệ nấu-luyện 3 mác HKTG (Al-Mn, Cu-P, Al-Si) ở qui mô lớn. - Hoàn thiện công nghệ nấu luyện 04 mác hợp kim (CuAl₉Fe₄, CuAl₁₀Fe₄Ni₄, CuZn₂₅Al₆Mn₃Fe₃, AlCu₈Si₂Mn_0,5Ti_0,2) ở qui mô sản xuất. - Nghiên cứu công nghệ nấu luyện 03 mác hợp kim hệ Cu-Sn (CuSn₆Zn₆Pb₃, CuSn₅Zn₅Pb₅, CuSn₁₀P₁) ở qui mô lớn. - Hoàn thiện công nghệ đúc (trong khuôn kim loại, khuôn cát + nước thủy tinh, đúc ly tâm).     Trong 22 tháng thực hiện dự án đã sản xuất và gia công được hơn 15 tấn sản phẩm hợp kim cơ tính cao, đạt doanh thu hơn 3 tỷ đồng, nộp thuế cho Nhà nước 278.498.400 đồng, tạo được quỹ lương 490.000.000 đồng và thu được 291.135.000 đồng tiền lãi ròng để đầu tư mở rộng phát triển sản xuất. Tài Liệu Tham Khảo

1. Nguyễn Văn Chiến và các cộng sự, Báo cáo đề tài cấp Bộ “Nghiên cứu nâng cao chất lượng hợp kim nhôm chịu mài mòn hệ Al-Cu-Si”, Viện Khoa học và công nghệ Mỏ - Luyện kim, 1999
2. Nguyễn Văn Chiến và các cộng sự, Báo cáo đề tài cấp Bộ “Nghiên cứu và hoàn thiện công nghệ nấu luyện để tạo các mác hợp kim đồng có cơ tính cao CuAl₉Fe₄ & CuAl₁₀Fe₄Ni₄ ”, Viện Khoa học và công nghệ Mỏ - Luyện kim, 2000
3. Nguyễn Văn Chiến và các cộng sự, Báo cáo đề tài cấp Bộ “Nghiên cứu công nghệ & sản xuất các loại HKTG Al-Fe, Al-Si, Al-Mn, Al-Ni, Cu-P”, Viện Khoa học và công nghệ Mỏ - Luyện kim, 2001
4. Nguyễn Minh Đạt và các cộng sự, Báo cáo đề tài cấp Bộ “Nghiên cứu công nghệ nấu luyện và đúc bằng phương pháp ly tâm hợp kim đồng CuZn₂₅Al₆Mn₃Fe₃ ”, Viện Khoa học và công nghệ Mỏ - Luyện kim, 2009
5. B. A.ARBUDÔP, Đúc kim loại màu, 1966 (bản tiếng Nga)
6. A. P. XMIRIAGIN, Các kim loại và hợp kim màu công nghiệp, 1974 (bản tiếng Nga)