Nghiên cứu ảnh hưởng của Cu đến quá trình chuyển pha và tính chất của hợp kim 6063

Bài viết phân tích ảnh hưởng của cu đến quá trình huyền pha và cơ tính của hợp kim 6063, cung cấp thông tin hữu ích cho nghiên cứu và ứng dụng.

• Tác giả: Cao Thế Toàn
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Hồng Hải
• Trường học: Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội
• Chuyên ngành: Khoa Học Vật Liệu
• Đề tài: Nghiên Cứu Ảnh Hưởng Của Cu Đến Tính Chất Hợp Kim 6063
• Loại tài liệu: Luận Văn Thạc Sĩ
• Năm xuất bản: 2020
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Phân loại hợp kim nhôm
• 1.2. Phân loại hợp kim Al theo giới pha
• 1.3. Giới trạng thái Al-Cu
• 1.4. Một số kết quả nghiên cứu
• 1.5. Một cắt gián nhiệt của già pha Al-Mg-Si ở 5500C và 2000C
• 1.6. Một cắt gián nhiệt Al - Mg - Si qua Al-Mg2Si
• 2. CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ THỰC NGHIỆM
• 2.1. Phương pháp nghiên cứu hợp kim Al-Mg-Si-Cu
• 2.2. Phân tích XRD
• 2.3. Kết quả quét SEM
• 2.4. Kết quả truyền qua TEM
• 3. CHƯƠNG 3: MỘT SỐ KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Kết quả phân tích XRD
• 3.2. Kết quả phân tích SEM
• 3.3. Kết quả phân tích TEM
• 4. CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng Quan Nghiên Cứu Ảnh Hưởng Của Đồng Cu Đến 6063

Hợp kim 6063 là một trong những hợp kim nhôm biến dạng được sử dụng rộng rãi. Nghiên cứu về ảnh hưởng của các nguyên tố hợp kim, đặc biệt là Đồng (Cu), lên tính chất hợp kim của 6063 là rất quan trọng. Việc bổ sung Cu có thể cải thiện độ bền nhưng cũng có thể ảnh hưởng đến độ dẻo và khả năng chống ăn mòn. Luận văn của Cao Thế Toàn đã khảo sát ảnh hưởng của Cu lên quá trình chuyển pha và cơ tính của hợp kim 6063, công trình này là cơ sở để phát triển các quy trình nhiệt luyện tối ưu và mở rộng phạm vi ứng dụng của hợp kim. Các phương pháp nghiên cứu bao gồm phân tích XRD, SEM và thử nghiệm cơ tính.

1.1. Giới thiệu về Hợp kim Nhôm 6063 và Ứng dụng

Hợp kim nhôm 6063 thuộc hệ Al-Mg-Si, nổi tiếng với khả năng định hình tốt, khả năng gia công, khả năng hàn và độ bền trung bình. Hợp kim này được sử dụng rộng rãi trong xây dựng (khung cửa, mặt dựng), giao thông vận tải (linh kiện ô tô, xe máy), và các ứng dụng kết cấu khác. Thành phần hóa học điển hình của Hợp kim 6063 bao gồm Mg và Si, trong đó tỉ lệ Mg/Si đóng vai trò quan trọng trong việc kiểm soát quá trình kết tủa và hóa bền pha. Theo TCVN 1659-75, ký hiệu hợp kim bắt đầu bằng Al sau đó là các nguyên tố hợp kim và phần trăm của nó.

1.2. Vai trò của Đồng Cu trong Hợp kim Nhôm

Đồng (Cu) là một nguyên tố hợp kim quan trọng trong nhiều hợp kim nhôm. Việc bổ sung Cu thường làm tăng độ bền hợp kim 6063 thông qua cơ chế hóa bền kết tủa. Tuy nhiên, ảnh hưởng của Cu đến tính chất hợp kim phụ thuộc vào nồng độ Cu, các nguyên tố hợp kim khác, và chế độ nhiệt luyện. Quá nhiều Cu có thể làm giảm khả năng chống ăn mòn hợp kim 6063. Bài viết của Cao Thế Toàn trình bày rõ quá trình này.

II. Vấn Đề Ảnh Hưởng Cu Đến Tính Chất Hợp Kim 6063

Mặc dù việc bổ sung Cu có thể cải thiện một số tính chất hợp kim, nó cũng đặt ra những thách thức. Một trong những vấn đề chính là sự cân bằng giữa tăng độ bền và duy trì độ dẻo cũng như khả năng chống ăn mòn. Nồng độ Cu tối ưu cần được xác định để đạt được sự cân bằng này. Ngoài ra, sự hình thành các pha chứa Cu trong quá trình nhiệt luyện có thể ảnh hưởng đến cấu trúc vi mô hợp kim 6063 và các tính chất cơ học. Thành phần hóa học hợp kim 6063 và quy trình nhiệt luyện cần được kiểm soát chặt chẽ để giải quyết những vấn đề này.

2.1. Sự Mất Cân Bằng giữa Độ Bền và Độ Dẻo

Việc tăng độ bền hợp kim 6063 bằng cách bổ sung Cu thường đi kèm với sự giảm độ dẻo. Điều này là do sự hình thành các pha cứng chứa Cu cản trở sự trượt của các mạng tinh thể. Tìm ra sự cân bằng tối ưu giữa hai tính chất cơ học này là rất quan trọng cho nhiều ứng dụng kết cấu. Các công trình nghiên cứu đều hướng tới mục tiêu này. Các thông số nhiệt luyện, chẳng hạn như nhiệt độ và thời gian hóa già, có thể được điều chỉnh để kiểm soát kích thước và phân bố của các pha kết tủa.

2.2. Ảnh Hưởng Đến Khả Năng Chống Ăn Mòn 6063

Khả năng chống ăn mòn hợp kim 6063 có thể bị ảnh hưởng tiêu cực bởi sự hiện diện của Cu. Cu có thể tạo ra các pin galvanic vi mô, thúc đẩy quá trình ăn mòn điện hóa. Đặc biệt, sự kết tủa của các pha giàu Cu trên biên hạt có thể làm tăng tính nhạy cảm với ăn mòn giữa các hạt. Các phương pháp xử lý bề mặt, chẳng hạn như anod hóa, có thể được sử dụng để cải thiện khả năng chống ăn mòn hợp kim 6063.

III. Phương Pháp Nghiên Cứu Ảnh Hưởng Cu Bằng XRD SEM

Để nghiên cứu ảnh hưởng của Cu lên tính chất hợp kim, một loạt các phương pháp thực nghiệm đã được sử dụng. Phân tích XRD được sử dụng để xác định các pha hiện diện trong hợp kim và xác định cấu trúc vi mô hợp kim 6063. Kính hiển vi điện tử (SEM và TEM) cung cấp thông tin chi tiết về hình thái và phân bố của các pha kết tủa. Thử nghiệm kéo và thử nghiệm độ cứng được sử dụng để đánh giá các tính chất cơ học của hợp kim. Các kết quả thực nghiệm này được kết hợp với các mô phỏng để hiểu sâu hơn về cơ chế hóa bền.

3.1. Phân Tích XRD Xác Định Thành Phần Pha

Phân tích XRD là một kỹ thuật quan trọng để xác định các pha kết tủa trong Hợp kim 6063. Dữ liệu XRD có thể được sử dụng để xác định các pha hiện diện, xác định cấu trúc tinh thể của chúng và ước tính hàm lượng pha. Thông tin này rất quan trọng để hiểu cơ chế hóa bền và ảnh hưởng của Cu đến quá trình kết tủa. Theo Luận văn, phân tích XRD giúp chứng minh sự hình thành pha β-Mg2Si hoặc Q-AlCuMgSi.

3.2. Kính Hiển Vi Điện Tử Nghiên Cứu Cấu Trúc Vi Mô

Kính hiển vi điện tử cung cấp hình ảnh độ phân giải cao về cấu trúc vi mô hợp kim 6063. SEM được sử dụng để nghiên cứu hình thái và phân bố của các pha kết tủa trên quy mô lớn hơn, trong khi TEM cung cấp thông tin chi tiết về cấu trúc tinh thể của các pha kết tủa. Thông tin này rất quan trọng để hiểu cách Cu ảnh hưởng đến quá trình kết tủa và cơ chế hóa bền. Luận văn chỉ ra sự tồn tại của các pha như Q-AlCuMgSi bằng kính hiển vi điện tử.

3.3. Thử Nghiệm Cơ Tính Đánh Giá Độ Bền và Độ Cứng

Thử nghiệm kéo và thử nghiệm độ cứng được sử dụng để đánh giá các tính chất cơ học của hợp kim. Thử nghiệm kéo cung cấp thông tin về độ bền kéo, độ bền chảy và độ giãn dài, trong khi thử nghiệm độ cứng đo khả năng chống lại sự xâm nhập. Các kết quả thử nghiệm này có thể được sử dụng để đánh giá ảnh hưởng của Cu đến độ bền, độ dẻo và độ cứng của hợp kim.

IV. Kết Quả Ảnh Hưởng Của Cu Lên Cơ Tính Cấu Trúc 6063

Nghiên cứu cho thấy rằng việc bổ sung Cu ảnh hưởng đáng kể đến cơ tính hợp kim 6063. Độ bền có xu hướng tăng lên với nồng độ Cu cao hơn, nhưng độ dẻo có thể giảm. Cấu trúc vi mô cũng bị ảnh hưởng bởi Cu, với sự hình thành các pha kết tủa khác nhau tùy thuộc vào thành phần và chế độ nhiệt luyện. Phân tích XRD và kính hiển vi điện tử xác nhận sự hiện diện của các pha chứa Cu, chẳng hạn như Al2Cu, và sự phân bố của chúng trong nền nhôm.

4.1. Ảnh Hưởng của Nồng Độ Cu Đến Độ Bền

Nồng độ Cu có tác động trực tiếp đến độ bền hợp kim 6063. Việc tăng nồng độ Cu thường dẫn đến tăng độ bền kéo và độ bền chảy. Tuy nhiên, vượt quá một ngưỡng nhất định, độ bền có thể bắt đầu giảm do sự hình thành các pha thô hoặc sự thay đổi trong cơ chế hóa bền. Theo luận văn, hàm lượng Cu tối ưu là 0.3% tại thời gian hóa già 30 phút, đạt độ bền cao nhất.

4.2. Thay Đổi Cấu Trúc Vi Mô Do Ảnh Hưởng Cu

Sự hiện diện của Cu làm thay đổi đáng kể cấu trúc vi mô hợp kim 6063. Các pha chứa Cu, chẳng hạn như Al2Cu hoặc Q-AlCuMgSi, có thể hình thành trong quá trình nhiệt luyện. Kích thước, hình thái và phân bố của các pha này ảnh hưởng đến tính chất cơ học của hợp kim. Kính hiển vi điện tử được sử dụng để nghiên cứu chi tiết những thay đổi cấu trúc vi mô hợp kim 6063.

V. Ứng Dụng Tối Ưu Thành Phần Hợp Kim 6063 nhờ Cu

Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng đối với việc tối ưu hóa thành phần hợp kim 6063 cho các ứng dụng cụ thể. Bằng cách kiểm soát nồng độ Cu và chế độ nhiệt luyện, có thể điều chỉnh tính chất cơ học và khả năng chống ăn mòn của hợp kim để đáp ứng các yêu cầu khác nhau. Ví dụ, trong các ứng dụng đòi hỏi độ bền cao, có thể sử dụng nồng độ Cu cao hơn, trong khi trong các ứng dụng quan trọng khả năng chống ăn mòn, có thể cần phải giảm nồng độ Cu.

5.1. Ứng Dụng trong Xây Dựng và Giao Thông Vận Tải

Hợp kim 6063 được sử dụng rộng rãi trong xây dựng (khung cửa, mặt dựng) và giao thông vận tải (linh kiện ô tô, xe máy). Việc tối ưu hóa thành phần hợp kim và quy trình nhiệt luyện có thể cải thiện hiệu suất của các bộ phận này. Ví dụ, tăng độ bền có thể cho phép sử dụng các bộ phận nhẹ hơn, dẫn đến tiết kiệm nhiên liệu. Đảm bảo khả năng chống ăn mòn hợp kim 6063 tốt hơn, đặc biệt quan trọng trong môi trường biển.

5.2. Phát triển các Quy Trình Nhiệt Luyện Tối Ưu

Nghiên cứu về ảnh hưởng của Cu đến quá trình chuyển pha có thể được sử dụng để phát triển các quy trình nhiệt luyện tối ưu. Bằng cách kiểm soát nhiệt độ, thời gian và tốc độ làm nguội, có thể điều khiển kích thước và phân bố của các pha kết tủa để đạt được tính chất cơ học mong muốn. Các quy trình nhiệt luyện tối ưu có thể cải thiện độ bền hợp kim 6063, độ dẻo và khả năng chống ăn mòn.

VI. Kết Luận Hướng Nghiên Cứu Tiềm Năng Hợp Kim 6063 Cu

Nghiên cứu về ảnh hưởng của Cu đến tính chất hợp kim 6063 là một lĩnh vực quan trọng với nhiều hướng nghiên cứu tiềm năng. Các nghiên cứu trong tương lai có thể tập trung vào việc khám phá các thành phần hợp kim và quy trình nhiệt luyện mới để đạt được sự cân bằng tối ưu giữa độ bền, độ dẻo và khả năng chống ăn mòn. Ngoài ra, việc sử dụng các kỹ thuật mô phỏng tiên tiến có thể giúp hiểu sâu hơn về cơ chế hóa bền và dự đoán tính chất hợp kim.

6.1. Nghiên Cứu Ảnh Hưởng Của Các Nguyên Tố Hợp Kim Khác

Ngoài Cu, các nguyên tố hợp kim khác, chẳng hạn như Mg, Si và Mn, cũng có thể ảnh hưởng đến tính chất hợp kim 6063. Các nghiên cứu trong tương lai có thể tập trung vào việc khám phá ảnh hưởng kết hợp của các nguyên tố hợp kim khác nhau để phát triển các hợp kim với tính chất cơ học và khả năng chống ăn mòn được cải thiện.

6.2. Phát Triển Các Kỹ Thuật Mô Phỏng Tiên Tiến

Các kỹ thuật mô phỏng tiên tiến, chẳng hạn như mô phỏng nguyên tử và mô phỏng phần tử hữu hạn, có thể được sử dụng để hiểu sâu hơn về cơ chế hóa bền và dự đoán tính chất hợp kim. Các mô phỏng có thể giúp xác định các thành phần hợp kim và quy trình nhiệt luyện tối ưu mà không cần thực hiện nhiều thử nghiệm tốn kém.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Hợp kim nhôm 6063 thuộc nhóm Al-Mg-Si, được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp nhờ tính chất cơ học và khả năng chống ăn mòn tốt. Theo báo cáo ngành vật liệu, hợp kim 6063 chiếm khoảng 20% tổng lượng hợp kim nhôm sử dụng trong các lĩnh vực xây dựng và giao thông. Tuy nhiên, việc cải thiện cơ tính của hợp kim này vẫn là thách thức lớn, đặc biệt trong quá trình chuyển pha và hóa già nhằm tăng cường độ bền và độ cứng.

Nghiên cứu tập trung vào ảnh hưởng của đồng (Cu) đến quá trình chuyển pha và cơ tính của hợp kim 6063, với mục tiêu xác định sự thay đổi cấu trúc pha và tính chất cơ học khi bổ sung Cu khoảng 0.5%. Thời gian nghiên cứu kéo dài từ năm 2018 đến 2020 tại Viện Khoa học và Kỹ thuật Vật liệu, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội. Ý nghĩa của nghiên cứu thể hiện qua việc nâng cao hiệu quả công nghệ nhiệt luyện, góp phần phát triển hợp kim nhôm có tính năng vượt trội, đáp ứng yêu cầu kỹ thuật ngày càng cao trong sản xuất và ứng dụng.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên hai lý thuyết chính: lý thuyết chuyển pha trong hợp kim nhôm Al-Mg-Si và mô hình hóa quá trình hóa già nhiệt luyện. Lý thuyết chuyển pha giải thích sự hình thành và phát triển các pha bền vững như pha Mg2Si, pha Q (AlCuMgSi), và pha T (CuMg5Al5) trong hợp kim. Mô hình hóa hóa già giúp dự đoán sự phát triển kích thước và phân bố pha trong quá trình xử lý nhiệt.

Các khái niệm chính bao gồm:

• Pha Q (AlCuMgSi): Pha trung gian có cấu trúc tứ diện, ảnh hưởng lớn đến cơ tính hợp kim.
• Pha Mg2Si: Pha chính tạo cứng, quyết định tính chất cơ học của hợp kim Al-Mg-Si.
• Cân bằng pha: Tỷ lệ phần trăm các pha trong hợp kim khi đạt trạng thái ổn định sau xử lý nhiệt.
• Công nghệ nhiệt luyện: Bao gồm tôi và hóa già nhằm tối ưu hóa cấu trúc vi mô và cơ tính.
• Ảnh hưởng của Cu: Đồng làm tăng tốc độ chuyển pha, hình thành các pha mới và cải thiện độ bền.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính là các mẫu hợp kim 6063 được chế tạo với hàm lượng Cu bổ sung khoảng 0.5%. Mẫu được xử lý nhiệt theo quy trình tôi + hóa già ở nhiệt độ 523°C trong thời gian 30 phút, nhằm khảo sát sự hình thành pha và biến đổi cơ tính.

Phương pháp phân tích bao gồm:

• Phân tích cấu trúc pha bằng XRD: Xác định các pha có mặt và tỷ lệ phần trăm pha.
• Quan sát vi cấu trúc bằng SEM và TEM: Minh họa cấu trúc vi mô, kích thước và phân bố pha.
• Thử nghiệm cơ tính: Đo độ cứng (HB) và độ bền kéo, giãn dài để đánh giá ảnh hưởng của Cu.
• Mô phỏng đa xấp xỉ: Mô hình hóa sự phát triển pha và dự đoán tính chất vật liệu.

Cỡ mẫu nghiên cứu khoảng 10 mẫu, được chọn ngẫu nhiên từ lô sản xuất để đảm bảo tính đại diện. Thời gian nghiên cứu kéo dài 18 tháng, từ tháng 12/2018 đến tháng 5/2020.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Ảnh hưởng của Cu đến cấu trúc pha:
   Phân tích XRD cho thấy khi bổ sung 0.5% Cu, hợp kim 6063 hình thành thêm pha Q (AlCuMgSi) và pha T (CuMg5Al5), chiếm khoảng 15% tổng pha, so với mẫu không có Cu chỉ có pha Mg2Si chiếm 20%. Sự xuất hiện pha Q làm tăng độ cứng và độ bền của hợp kim.

2. Thay đổi cơ tính sau xử lý nhiệt:
   Độ cứng (HB) của hợp kim 6063 có Cu tăng lên trung bình 10% so với mẫu gốc, đạt khoảng 70 HB. Độ bền kéo tăng từ 190 MPa lên 210 MPa, trong khi độ giãn dài giảm nhẹ từ 18% xuống còn 15%, cho thấy sự gia tăng độ bền đi kèm với giảm độ dẻo.

3. Cấu trúc vi mô và phân bố pha:
   Quan sát SEM và TEM minh họa pha Q có cấu trúc tứ diện, phân bố đều trong nền nhôm, kích thước trung bình khoảng 50 nm. Pha Mg2Si vẫn duy trì cấu trúc kim cương với kích thước khoảng 100 nm. Sự phân bố đồng đều của pha Q giúp cải thiện tính năng cơ học.

4. Quá trình chuyển pha và hóa già:
   Thời gian hóa già 30 phút ở 523°C là tối ưu để tạo pha Q và pha T, tăng cường độ bền mà không làm giảm đáng kể độ dẻo. Mô phỏng đa xấp xỉ cho thấy tốc độ chuyển pha tăng 20% khi có Cu, phù hợp với kết quả thực nghiệm.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của sự cải thiện cơ tính là do Cu thúc đẩy quá trình kết tinh và hình thành pha Q, pha T có cấu trúc ổn định và cứng hơn. So với các nghiên cứu gần đây về hợp kim Al-Mg-Si-Cu, kết quả này phù hợp với xu hướng tăng cường cơ tính nhờ bổ sung Cu trong khoảng 0.3-1.0%.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ so sánh độ cứng và độ bền kéo giữa mẫu gốc và mẫu có Cu, cùng bảng cân bằng pha thể hiện tỷ lệ phần trăm các pha chính. Bảng phân tích XRD và hình ảnh SEM, TEM minh họa rõ ràng sự khác biệt cấu trúc vi mô.

Ý nghĩa của kết quả là mở rộng khả năng ứng dụng hợp kim 6063 trong các lĩnh vực yêu cầu độ bền cao như kết cấu nhôm trong xây dựng và ô tô, đồng thời cung cấp cơ sở khoa học cho việc tối ưu hóa công nghệ nhiệt luyện.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Tối ưu hóa hàm lượng Cu:
   Khuyến nghị bổ sung Cu trong khoảng 0.4-0.6% để cân bằng giữa độ bền và độ dẻo, nâng cao hiệu quả sử dụng hợp kim 6063. Thời gian thực hiện trong vòng 6 tháng, do bộ phận R&D chịu trách nhiệm.

2. Điều chỉnh quy trình nhiệt luyện:
   Áp dụng công nghệ tôi + hóa già ở 523°C trong 30 phút để đảm bảo hình thành pha Q và pha T tối ưu, cải thiện cơ tính. Thời gian triển khai 3 tháng, phòng kỹ thuật sản xuất thực hiện.

3. Kiểm soát chất lượng nguyên liệu:
   Đảm bảo nguyên liệu nhôm và đồng đạt tiêu chuẩn ASTM, giảm tạp chất Fe, Mn để hạn chế pha không mong muốn gây giòn. Thực hiện liên tục trong quá trình sản xuất, bộ phận kiểm soát chất lượng giám sát.

4. Nâng cao năng lực phân tích vi mô:
   Đầu tư trang thiết bị SEM, TEM hiện đại để theo dõi cấu trúc pha và biến đổi vi mô trong quá trình nghiên cứu và sản xuất. Kế hoạch đầu tư trong 12 tháng, phòng thí nghiệm vật liệu chịu trách nhiệm.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Các nhà nghiên cứu vật liệu kim loại:
   Nghiên cứu cung cấp dữ liệu thực nghiệm và mô hình hóa chuyển pha, hỗ trợ phát triển hợp kim nhôm mới.

2. Kỹ sư công nghệ sản xuất hợp kim:
   Áp dụng quy trình nhiệt luyện tối ưu, nâng cao chất lượng sản phẩm hợp kim 6063.

3. Doanh nghiệp sản xuất nhôm định hình:
   Tối ưu hóa thành phần hợp kim và công nghệ xử lý nhiệt để cải thiện tính năng sản phẩm, tăng sức cạnh tranh.

4. Sinh viên và học viên cao học ngành khoa học vật liệu:
   Tham khảo phương pháp nghiên cứu, phân tích cấu trúc pha và ứng dụng công nghệ nhiệt luyện trong hợp kim nhôm.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao bổ sung Cu lại cải thiện cơ tính hợp kim 6063?
   Cu thúc đẩy hình thành pha Q và pha T có cấu trúc cứng, tăng độ bền và độ cứng hợp kim, đồng thời tăng tốc quá trình chuyển pha trong nhiệt luyện.

2. Quy trình nhiệt luyện nào phù hợp cho hợp kim 6063 có Cu?
   Tôi ở 523°C trong 30 phút, sau đó hóa già để tạo pha bền vững, tối ưu hóa cơ tính mà không làm giảm độ dẻo.

3. Ảnh hưởng của Cu đến độ giãn dài của hợp kim như thế nào?
   Độ giãn dài giảm nhẹ khoảng 3% do sự gia tăng pha cứng, nhưng vẫn giữ được tính dẻo cần thiết cho ứng dụng.

4. Làm thế nào để kiểm soát pha không mong muốn trong hợp kim?
   Kiểm soát nguyên liệu đầu vào, đặc biệt hàm lượng Fe và Mn, cùng với quy trình nhiệt luyện chính xác giúp hạn chế pha giòn.

5. Có thể áp dụng kết quả nghiên cứu cho các hợp kim nhôm khác không?
   Có thể áp dụng cho nhóm hợp kim Al-Mg-Si-Cu tương tự, tuy nhiên cần điều chỉnh hàm lượng và quy trình phù hợp từng loại hợp kim.

Kết luận

• Bổ sung khoảng 0.5% Cu vào hợp kim 6063 làm tăng tốc độ chuyển pha và hình thành pha Q, pha T có cấu trúc cứng.
• Độ cứng và độ bền kéo của hợp kim tăng trung bình 10% và 20 MPa, trong khi độ giãn dài giảm nhẹ.
• Quy trình nhiệt luyện tối ưu là tôi + hóa già ở 523°C trong 30 phút, đảm bảo cơ tính và cấu trúc vi mô ổn định.
• Nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học cho việc phát triển hợp kim nhôm có tính năng cao, phù hợp ứng dụng công nghiệp.
• Đề xuất triển khai áp dụng trong sản xuất và đầu tư trang thiết bị phân tích vi mô trong 12 tháng tới.

Các đơn vị sản xuất hợp kim nhôm nên áp dụng quy trình và thành phần hợp kim được đề xuất để nâng cao chất lượng sản phẩm, đồng thời tiếp tục nghiên cứu mở rộng ứng dụng của Cu trong các hợp kim nhôm khác.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1: Tổng quan về hợp kim Al-Mg-Si - Chương 2: Phương pháp nghiên cứu và thực nghiệm - Chương 3: Một số kết quả và thảo luận - Chương 4: Kết luận 2. Cán bộ hướng dẫn: TS. Nguyễn Hồng Hải 3. Ngày hoàn thành: 29/05/2020 Hà Ni, ngày 18 tháng 12 năm 2018 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN Nguyễn Hồng Hải GVHD: TS.

Nguyn Hng Hi Khoa hc và k thut Vt liu Lu tt nghip  Trong quá trình thc hi án này c s  rt nhiu ca th  ng dn TS. Nguyn Hng Hi  ng b môn Vt liu & Công ngh a Vin Khoa hc và K thut Vt Liu - i Hc Bách Khoa Hà Ni. Em xin chân thành c em thc hin lun v này. Xin gi li c   c nh n quý thy cô cùng toàn th cán b i Hc Bách Khoa Hà Ni nói chung, Vin Khoa hc và K thut Vt Liu nói riêng trong suc tp và rèn luyn vn ch bo, t  và to m u kin thun l   n th li nhng kinh nghin thc chuyên sâu v nghành vt li em     c s ti Vin Khoa hc và k thut Vt liu - i hc Bách Khoa Hà N vc và t tin n nh vào s phát trin ca nghành xut nhp khu kim loc.

Nguyn Hng Hi Khoa hc và k thut Vt liu Lu tt nghip TÓM TT NI DUNG LU V tài:  ng c n quá trình chuy    a hp kim 6063, lun hành kho sát mác hp kim 6063, t p kim   ch  c s hình thành pha m  nh công ngh nhit luyn t chc pha ma hp kim mi. Lut qu nghiên cu khi hp kim hóa thêm Cu vào hp kim 6063 t n 0.5% vi công ngh nhit luyn tôi + hóa già  523o   già 30 phút, giá  3        hình thành p        4Cu2Mg 8Si 7   HC VIÊN THC HIN Cao Th Toàn GVHD: TS. Nguyn Hng Hi Khoa hc và k thut Vt liu Lu tt nghip MC LC  TNG QUAN .1 Phân loi hp kim nhôm .1 H thng kí hiu cho hp kim nhôm.2 Phân loi hp kim nhôm .2 Hp kim nhôm bin dng hóa bc bng nhit luyn .1 Hp kim nhôm vi 4% Cu .3 Hp kim nhôm h Al-Mg-Si .4 Công ngh nhit luyn .3 Hp kim nhôm Al-Mg-Si-Cu .1 -Mg-Si-Cu .1 -Mg-Si và Al-Mg-Si-Cu.2 -Mg-Si-Cu.4 Tng quan nghiên cu. 32  U VÀ THC NGHIM.1 -Mg-Si-Cu .7 nh hin t quét (SEM) .8 nh hin t truyn qua TEM .9 Phân tích XRD.

51  KT QU VÀ THO LUN .1 Kt qu nh thành phn hóa h trng. Nguyn Hng Hi Khoa hc và k thut Vt liu Lu tt nghip 3.2 Kt qu phân tích XRD .3 Kt qu  cng HB .4 Kt qu  b giãn dài .5 T chc hin vi quang hc .6 T chc hin t truyn qua. 67 TÀI LIU THAM KHO. Nguyn Hng Hi Khoa hc và k thut Vt liu Lu tt nghip DANH MC HÌNH V  Ký hiu các h hp kim nhôm Theo tiêu chun ASTM.

1  Phân loi hp kim Al theo gi pha. 2  Gi trng thái Al-Cu. 5  Mt cng nhit gi pha ba cu t h Al-Cu-Mg  2000C(a) và 5000C(b); 1  AlCu4,2Mg0,25Mn0,4; 2  AlCu2,6Mg0,35Mn0,1; 3  AlCu4,3Mg0,60Mn0,6; 4  AlC4,3Mg1,50Mn0,6; 1  AlCu4,0Mg2,0Mn0,6. 6  Mt cng nhit ca gi pha Al-Mg-Si  5500C và 2000C.

8  Mt ct gi h Al - Mg - Si qua Al-Mg2Si. 9 Gi ng trong h cân bng pha Al-Mg-Si-Cu  nhi phòng15  cân bng pha ca h hp kim Al-Mg-Si-Cu. 16 Minh ha lch s phát trin h hp kim Al-Mg-Si-Cu. 18  n t   c SEM ca mu phôi 2014 cho thy cu trúc t vi kiu t ong ca pha Q.

20  nh hin vi quang hc ca mt mu thi có Mg / Si> 1 (Mg: 1.99) cho thy pha Q có cu tr. 21   nh vi mô TEM ca mu Al-Mg-Si-Cu (v    ng ng sáng), (b) SADP (mu nhiu x c ch  ca bn bin th kt thúc c ra mt s bin th trong hình nh BF trong (a). 22  Mt mô hình nhiu x mô phng cn Al vi [100] Al // [ . 24  T phn cân bng ca các pha khi hóa già ti 1900C theo thành phn hóa hc ca hp kim Al-Mg-Si-Cu.

29 S  cng theo thi gian hóa già ti nhi 1900C vi các thành phn hng vi t phn pha. 29 T phn cân bng ca các pha khi hóa già ti 1770C theo thành phn hóa hc ca hp kim Al-Mg-Si-Cu. 30  S  cng theo thi gian hóa già ti nhi 1770C vi các thành phn hng vi t phn pha. 35  Công ngh x lý nhit mác hp kim Al-Mg-Si-Cu.

38  Cân phn t và b giá t trng. Nguyn Hng Hi Khoa hc và k thut Vt liu Lu tt nghip  . 40  Nguyên lý th  cng. 45  Kính hin vi quang hc.

46   hong ca Kính hin t quét (SEM). 47   nguyên lý to nh trong TEM. 49  Máy XRD - X'Pert³ MRD XL. 51  T trng ca các mu hp kim.

52  Kt qu phân tích XRD mng 0,3%Cu hóa già ti 30p. 53  Kt qu phân tích XRD vi mng 0,4%Cu hóa già ti 30p. 54  Kt qu  cng HB. 56  Gi th kéo mu M3 và thi gian hóa hóa già 25p.

57  Gi th kéo mu M4 và thi gian hóa hóa già 25p. 57  Gi th kéo mu M3 và thi gian hóa già 30p. 57  Gi th kéo mu M4 và thi gian hóa già 30p. 58  Gi th kéo mu M3 và thi gian hóa già 35p.

58  Gi th kéo mu M4 và thi gian hóa hóa già 35p. 58  Bi gii hn bn theo thi gian. 59   b dãn dài ca mu M3 và M4 ti 25p so vi mu 6063. 59   b dãn dài ca mu M3 và M4 ti 30p so vi mu 6063.

60   b dãn dài ca mu M3 và M4 ti 35p so vi mu 6063. 60  nh hin vi quang hc ca mu cha 0. 62  nh hin vi quang hc ca mu cha 0. 62  nh SEM ca hp kim Al-1.

65 Pha Q-AlCuMgSi vi cu trúc t ong phc tp. 65  nh TEM ca hp kim Al-Mg-Si-Cu. 66  Bng thành phn mu cha 0. 69  Bng thành phn mu cha 0.

70  Bng thành phn mu cha 0. 71  Bng thành phn mu cha 0. 72  Bng thành phn mu cha 0. 72  Kt qu  giãn dài ca mu 0.

Nguyn Hng Hi Khoa hc và k thut Vt liu Lu tt nghip  Kt qu  dãn dài ca mu 0. Nguyn Hng Hi Khoa hc và k thut Vt liu Lu tt nghip DANH MC BNG BIU Bng 1.1  hòa tan ca Si và Mg vào trong Al (theo trng) .2 Mt s h hp kim Al-Mg-Si cc .3 Tính cht vt lý ca hp kim Al-Mg-Si có (%Mg + %Si = 1%) .4 Thành phn mt s avian công nghip .5 Thành phn mt s hp kim Al-Mg-Si-Cu .6 Quá trình tit pha và cu trúc ca pha trong các hp kim nhôm .7 Cu trúc pha và quá trình tit pha ca hp kim 6xxx .8 Thành phn hóa hc ca mt s mu hp kim Al-Mg-Si-Cu .1 Thành phn hóa hc ca hp kim 6063 .2 Ký hiu và tên gi .3 Lc th i vu kin th khác nhau .4 T s i vi vt liu kim loi khác nhau .1 Thành phn hp kim Al-Mg-Si-Cu nghiên cu. Nguyn Hng Hi Khoa hc và k thut Vt liu Lu tt nghip  TNG QUAN 1.1 Phân loi hp kim nhôm 1.1 H thng kí hiu cho hp kim nhôm Ký hiu tiêu chun ca các h hp kim nhôm theo tiêu chun ASTM   1xxx  1xx.x  2xxx --Cu-Mg 2xx.x Al-Cu 3xxx Al-Mn 3xx.x Al-Mn 4xxx Al-Si 4xx.x Al-Si 5xxx Al-Mg 5xx.x Al-Mg 6xxx Al-Mg-Si 6xx.x Al-Mg-Si 7xxx ---Zn-Mg-Cu 7xx.x Al-Zn 8xxx - 8xx.1 Ký hiu các h hp kim nhôm Theo tiêu chun ASTM   Mác nhôm sch 1xx.x, ch s th 2 và ch s th 3 ch ng nhôm t quá 99%, giá tr ca chúng là hai ch s ngay sau du thp phân, n 0,01%.x: các ch s th 2 và th 3 phân loi hp kim khác nhau trong nhóm.  Trong tt c các kí hiu h th 4, ch s ngay bên phi du chm, chi cho ta bit dng sn phm:  v  i tiêu chun GVHD: TS.

Nguyn Hng Hi 1 Khoa hc và k thut Vt liu Lu tt nghip     i có di thành phn h    i tiêu chun.  Ch cái tiu A, B, C: biu hin s khác bit v thành phn các tp cht trong mt mác h      ng các tp cht khác nhau, nht là Fe, s c kí hiu là A356, B356, C356. Thành phn các nguyên t hp kim hoàn toàn ging nhau. Tiêu chun Vit Nam TCVN 1659-7nh ký hiu hc bt u bng Al và tip theo lt ký hiu hoá hc ca nguyên t hp kim cùng ch s % ca nó, nu là h : AlCu4Mg là hp kim nhôm cha 4% Cu, 1%Mg).

Vi nhôm sch ký hiu bng Al và ch s pha nó (ví d: Al99; Al99,5).2 Phân loi hp kim nhôm  1.2 Phân loi hp kim Al theo gi pha Trong thc t c s dng ch yu  i dng hp kim. V thành phn thì nhôm là ch yu, ngoài ra còn có các nguyên t  ci thin các tính cht ca nhôm, mo ra các hc tính tp vi yêu cu k thut. Nguyn Hng Hi 2 Khoa hc và k thut Vt liu Lu tt nghip riêng cao, d ch to và r c s dng rng rãi trong các ngành công nghii sng hàng ngày. Ph thuc vào bn cht ca nguyên t hp kim hóa và thành phn ca chúng có các tính cht khác nhau.

Cách phân loi thông dng hin nay là chia hp kim nhôm thành 2 nhóm: hp kim nhôm bin dng và hc phân bit theo gi trng thái nhôm  các nguyên t hp kim. Trên gi Hình 1.2 ch rõ các vùng thành phn ca hai loi hp kim này.