Nghiên cứu công nghệ sản xuất hợp kim hàn nhôm

Hiện nay nhu cầu hợp kim hàn nhôm rất lớn. Mục tiêu của công trình này là nghiên cứu công nghệ sản xuất một số mác hợp...

On the production technology of wedding alloys for aluminum

Phạm Bá Kiêm, Lê Hồng Sơn và Nguyễn Minh Đạt Viện KH và CN Mỏ-Luyện kim

Tóm tắt

   Đã tiến hành nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ, thời gian nấu luyện đến hiệu suất thu hồi các nguyên tố hợp kim của một số mác hợp kim hàn nhôm hệ silumin, 575A và AM65. Đã đề nghị sơ đồ công nghệ sản xuất hợp kim hàn nhôm.

Abctract

   The influence of temperature and melting time on the recovering alloyed elements of some wedding alloys for aluminum such as alloy-silumina, P575A and PSAM65 is reported. A technology schema for production of these alloys is also proposed in this work.

1. Mở đầu

   Các vật đúc nhôm thường có khuyết tật được xử lý bằng công nghệ hàn, hàn nối các cấu kiện bằng hợp kim nhôm như lò sưởi điện, thiết bị sấy bằng điện, các thiết bị năng lượng mặt trời, các đế máy. Trong thực tế công nghệ hàn nhôm và hợp kim hàn nhôm được sử dụng khá phổ biến. Hợp kim hàn nhôm có nhiều loại, dựa vào nhiệt độ nóng chảy có thể chia làm hai nhóm: nhóm hợp kim dễ nóng chảy và nhóm hợp kim khó nóng chảy.

   Ở nước ngoài đã có nhiều công bố về nghiên cứu và sản xuất công nghiệp nhiều loại hợp kim hàn nhôm. Ở Việt Nam các cơ sở sản xuất có nhu cầu hàn nhôm đều sử dụng hợp kim hàn nhôm nhập từ nước ngoài. Hiện nay nhu cầu hợp kim hàn nhôm rất lớn. Mục tiêu của công trình này là nghiên cứu công nghệ sản xuất một số mác hợp kim hàn nhôm theo tiêu chuẩn của Liên Xô: hợp kim mác silumin, mác П575A và mác ПЦAM65.

2. Thực nghiệm

   Để làm nguyên liệu phối liệu nấu luyện các mác hợp kim hàn nhôm cần nấu luyện một số loại hợp kim trung gian như: Hợp kim trung gian Al-Si (20%Si), hợp kim trung gian Al-Cu (40% và 50%Cu), hợp kim trung gian Al-Mn (10% và 15%Mn) từ nhôm-A7 (99,7%Al).

3. Kết quả và thảo luận

3.1 ảnh hưởng của nhiệt độ nấu luyện

   Đã nấu hợp kim hàn nhôm Al-Si (5%Si), khối lượng mẻ nấu 400g. Kết quả cho thấy nhiệt độ nấu luyện hợp kim ở 700°C đạt hiệu suất thu hồi cao tới 98,5% (hình 1).

Hình 1: ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu suất thu hồi hợp kim (Hệ Al-5Si)

   Đối với hợp kim hàn nhôm mác П35A (21%Cu, 7%Si, còn lại là Al): khối lượng mẻ nấu 400g. Kết quả cho thấy hợp kim П35A nấu luyện ở nhiệt độ (650÷700) °C cho kết quả tốt nhất (hình 2). Hợp kim hàn nhôm mác П52A (10%Cu, 1%Si, còn lại là Al): khối lượng mẻ nấu 400g. Nhiệt độ nấu luyện hợp kim mác П52A thích hợp ở (650÷700) °C (hình 3). Ba loại hợp kim: Al-20Zn có T_onc = 575oC, Zn- 5Al có T_onc = 390°C, ПЦAM65A (14,5%Cu, 65%Zn, 0,6%Mn):

Hình 2: ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu suất thu hồi hợp kim hệ  35A

   - Hợp kim hàn nhôm mác Al-20Zn với khối lượng mẻ nấu thí nghiệm 400g. Nhiệt độ nấu luyện tối ưu (650÷700) °C, hiệu suất thu hồi hợp kim đạt 97%.

   - Hợp kim Zn-5Al có thành phần hoá học ổn định (94,0÷96,0)%Zn, (4,0÷6,0)%Al. Hiệu suất thu hồi hợp kim đạt 98%.

   - Hợp kim ПЦAM65A (14,5%Cu, 65%Zn, 0,6%Mn, còn lại là Al) khối lượng mẻ nấu: 600g với kẽm kim loại, hợp kim trung gian Al-Cu (50,0%Cu), hợp kim trung gian Al-Mn (15,0%Mn). Sử dụng trợ dung JIZ của Trung Quốc. Thời gian nấu luyện: 20 phút. Thành phần hoá học: (14,0÷14,85)%Cu; (0,60÷0,70)%Mn; (64,0÷64,5)%Zn, (18,0÷19,0)%Al.

   Hợp kim hệ Zn-Cu-Mn-Al nấu luyện với thời gian 20 phút, nhiệt độ nấu luyện tối ưu là 500°C, cho hiệu suất thu hồi cao nhất đạt (98,0÷99)%.

Hình 3, 4, 5 và 6

3.2. Ảnh hưởng của thời gian đến hiệu suất thu hồi hợp kim

   Hợp kim hệ Al-Si: chọn thời gian nấu luyện (15÷20) phút một mẻ với khối lượng mẻ nấu là 400g. Kết quả (hình 5) cho thấy hiệu suất thu hồi kim loại đạt (97,5÷98,0)%, hiệu suất thu hồi Si đạt 97,0%.

   Hợp kim hàn nhôm hệ Zn-Cu-Mn-Al ( ПЦAM65A): khối lượng mẻ nấu 600g, phối liệu tính toán theo tỷ lệ các nguyên tố Cu, Zn, Mn có trong hợp kim.

   Thành phần hoá học của hợp kim thu được nằm trong khoảng dự kiến như sau:

Cu: (14,0÷5,0)% ; Mn: (0,60÷0,70)% Zn: (65,0÷66,0)% ; Al: (18,5÷19,0)%.

   Thời gian 20phút cho hiệu quả thu hồi 98,5% (hình 6).

   Hợp kim hàn nhôm hệ Al-20Zn. Hợp kim Al-Zn (20%Zn) có nhiệt độ nấu luyện ở 700°C, thời gian nấu luyện tối ưu là 15 phút (hình 7).

Hình 7. ảnh hưởng của thời gian đến hiệu suất thu hồi hợp kim (Hệ Al-20Zn)

   Từ kết quả nghiên cứu các mẻ hợp kim nhỏ đã tiến hành thí nghiệm nấu luyện mẻ lớn trên lò cảm ứng trung tần. Khối lượng mỗi mẻ là 20kg, hợp kim đúc thỏi Φ(50 ÷ 52)mm với chiều dài l = 300mm. Đã nấu các hợp kim sau: hợp kim Al-Si (5%Si), hợp kim Al-Si (11,0% ÷ 13,0% Si), hợp kim Al-Cu- Si mác П35A, hợp kim ПЦAM-65 và hợp kim П575A.

   Thấy rằng hợp kim hàn nhôm hệ Al-Si, Al-Zn, ПЦAM-65 có khả năng kéo dây tốt. Còn hợp kim 35A, Al-14Cu-7Si hơi giòn, khả năng kéo dây thấp, cần có những nghiên cứu tiếp tục về biến tính, hợp kim hoá.

   Từ các nghiên cứu trên đã thiết lập quá trình sản xuất hợp kim hàn nhôm theo sơ đồ công nghệ hình 8.

Hình 8: Sơ đồ công nghệ sản xuất hợp kim hàn nhôm

4. KẾT LUẬN

   Từ kết quả nghiên cứu trong phòng thí nghiệm và sản xuất thử qui mô lớn đã rút ra các kết luận:

   1. Đã sản xuất bốn loại hợp kim hàn nhôm:

- Hệ Al-Si (5 và 12% Si) với nhiệt độ nấu luyện: (650÷700) °C, thời gian nấu luyện: (15÷20) phút. - Hệ Al-Zn với nhiệt độ nấu luyện: 700°C và thời gian nấu luyện: 15 phút. - Hệ Al-Cu-Si với nhiệt độ nấu luyện: (650÷700) °C và thời gian nấu luyện: (15÷20) phút. - Hệ Al-Zn-Cu-Mn với nhiệt độ nấu luyện: 500°C và thời gian nấu luyện: 20 phút.

   2. Đã thiết lập sơ đồ công nghệ nấu luyện các hợp kim hàn nhôm có thể áp dụng cho thực tiễn.

[symple_box color="gray" text_align="left" width="100%" float="none"]

TÀI LIỆU TRÍCH DẪN

1. Trương Công Đạt, Kỹ thuật hàn, NXB Thanh niên, HN, 1999.
2. Handbook, Vol 1: Fundamentals of Materials, Edited by Dr.Ing. Catrin Kammer, First Edition,1999.
3. Электроды, Каталог, Cправочник, том второй, Киев, 2000.
4. А.М. Китаев, Я.А. Китаев, Справочная книга сварщика, Москва, Машиностроение, 1985.
5. Г.Л. Петров, Сварочные материалы, Издательство Машиностроение,Ленинград, 1972.
6. М.В.Мальцев, Металлография промышленных цветных металлов и сплавов, Издательство Металлугрия, Москва, 1970.
7. Металловедение алюминли и его сплавов, Металлугрия, Мockba., 1970.

[/symple_box][symple_clear_floats]