Luận Văn Nghiên Cứu Công Nghệ Sản Xuất Hợp Kim Hàn Nhôm Chất Lượng

Luận văn nghiên cứu công nghệ sản xuất hợp kim hàn nhôm, tập trung phân tích quy trình, ứng dụng và hiệu quả trong ngành công nghiệp hiện đại.

• Tác giả: Phạm Bá Kiêm
• Trường học: Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ - Luyện kim
• Chuyên ngành: Công nghệ sản xuất hợp kim hàn nhôm
• Đề tài: Nghiên cứu công nghệ sản xuất hợp kim hàn nhôm hiệu quả
• Loại tài liệu: báo cáo tổng kết đề tài
• Năm xuất bản: 2007
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Tình hình nghiên cứu và sản xuất trong và ngoài nước, mục tiêu của đề tài
• 1.1.1. Tình hình nghiên cứu ở ngoài nước
• 1.1.2. Tình hình nghiên cứu trong nước
• 1.1.3. Mục tiêu của đề tài
• 1.2. Tổng quan cơ sở lý thuyết
• 1.2.1. Các vấn đề về hàn nhôm và hợp kim nhôm
• 1.2.1.1. Đặc điểm hàn nhôm và hợp kim nhôm
• 1.2.1.2. Chất trợ dung
• 1.2.1.3. Tiết diện dây hàn
• 1.2.2. Cấu trúc, tính chất hợp kim hàn nhôm
• 1.2.2.1. Các hợp kim hàn nhôm
• 1.2.2.2. Giản đồ trạng thái hệ Al-Si
• 1.2.2.3. Giản đồ trạng thái hệ Al-Cu
• 1.2.2.4. Giản đồ trạng thái hệ Al-Zn
• 1.2.2.5. Giản đồ trạng thái hệ Al-Si-Cu
• 1.2.2.6. Giản đồ trạng thái hệ Al-Mn
• 2. CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ CÔNG TÁC CHUẨN BỊ
• 2.1. Phương pháp nghiên cứu
• 2.2. Thiết bị và vật tư nghiên cứu
• 2.2.1. Thiết bị nghiên cứu
• 2.2.2. Nguyên liệu và hoá chất
• 2.3. Công tác phân tích
• 3. CHƯƠNG 3: NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
• 3.1. Nghiên cứu nấu luyện một số loại hợp kim trung gian
• 3.2. Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ nấu luyện đến thành phần hợp kim
• 3.2.1. Hợp kim hàn nhôm hệ Al-Si
• 3.2.1.1. Hợp kim Al-Si (5% Si)
• 3.2.1.2. Hợp kim Al-Si (12% Si)
• 3.2.2. Hợp kim hàn nhôm hệ Al-Cu-Si
• 3.2.3. Hợp kim hàn nhôm hệ Al-Zn
• 3.2.3.1. Hợp kim Al-20Zn
• 3.2.3.2. Hợp kim Zn-5Al
• 3.2.3.3. Hợp kim ΠЦAM65A
• 3.3. Nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian nấu luyện đến hiệu suất thu hồi hợp kim hàn nhôm
• 3.3.1. Nghiên cứu ảnh hưởng thời gian nấu luyện đến hiệu suất thu hồi hợp kim hàn nhôm hệ Al-Si
• 3.3.2. Nghiên cứu ảnh hưởng thời gian nấu luyện đến hiệu suất thu hồi hợp kim hàn nhôm hệ Al-Cu-Si
• 3.3.3. Nghiên cứu ảnh hưởng thời gian nấu luyện đến hiệu suất thu hồi hợp kim hàn nhôm hệ Zn-Cu-Mn-Al
• 3.3.4. Nghiên cứu ảnh hưởng thời gian nấu luyện đến hiệu suất thu hồi các nguyên tố hợp kim hàn nhôm hệ Al-20Zn
• 3.4. Nghiên cứu thí nghiệm mẻ lớn, sản xuất thử sản phẩm
• 3.5. Khảo sát khả năng kéo dây, tạo phôi hàn
• 3.6. Định hướng áp dụng sản phẩm nghiên cứu
• 3.7. Tính toán sơ bộ một số chỉ tiêu tiêu hao cho các mác hợp kim hàn nhôm nghiên cứu
• KẾT LUẬN
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• PHỤ LỤC

Tóm tắt

I. Tổng quan về hợp kim nhôm và công nghệ sản xuất

Hợp kim nhôm là vật liệu quan trọng trong nhiều ngành công nghiệp, đặc biệt trong lĩnh vực hàn. Công nghệ sản xuất hợp kim nhôm đòi hỏi sự chính xác cao để đảm bảo tính chất cơ lý và hiệu quả sản xuất. Nghiên cứu này tập trung vào việc tối ưu hóa quy trình sản xuất hợp kim hàn nhôm, đặc biệt là các hệ Al-Si, Al-Cu, và Al-Zn. Các quy trình hàn được phân tích kỹ lưỡng để đảm bảo chất lượng mối hàn và hiệu quả kinh tế.

1.1. Tình hình nghiên cứu và sản xuất

Trên thế giới, hợp kim nhôm đã được nghiên cứu và sản xuất rộng rãi, đặc biệt ở các nước phát triển như Liên Xô cũ và Đức. Tại Việt Nam, nhu cầu về hợp kim hàn nhôm rất lớn, nhưng chưa có nhiều nghiên cứu chuyên sâu. Đề tài này nhằm mục tiêu nghiên cứu và sản xuất các mác hợp kim hàn nhôm theo tiêu chuẩn quốc tế, đáp ứng nhu cầu trong nước.

1.2. Cơ sở lý thuyết về hàn nhôm

Hàn nhôm đòi hỏi kỹ thuật cao do đặc tính của nhôm và hợp kim nhôm. Nhôm dễ tạo thành oxit nhôm (Al2O3) khi hàn, gây khó khăn trong quá trình hàn. Các kỹ thuật hàn nhôm cần được tối ưu hóa để giảm thiểu khuyết tật và nâng cao chất lượng mối hàn. Các chất trợ dung và tiết diện dây hàn cũng được nghiên cứu để đảm bảo hiệu quả hàn.

II. Phương pháp nghiên cứu và công tác chuẩn bị

Nghiên cứu này sử dụng các phương pháp thực nghiệm để đánh giá ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian nấu luyện đến hiệu quả sản xuất hợp kim hàn nhôm. Các thiết bị và vật tư nghiên cứu được chuẩn bị kỹ lưỡng, bao gồm lò nấu luyện, nguyên liệu và hóa chất. Công tác phân tích thành phần hợp kim được thực hiện để đảm bảo độ chính xác cao.

2.1. Thiết bị và vật tư nghiên cứu

Các thiết bị nghiên cứu bao gồm lò nấu luyện, máy phân tích thành phần kim loại và các dụng cụ đo lường. Nguyên liệu sử dụng là nhôm tinh khiết và các nguyên tố hợp kim như silic, đồng, kẽm. Các hóa chất trợ dung cũng được chuẩn bị để hỗ trợ quá trình hàn.

2.2. Phương pháp phân tích

Phương pháp phân tích thành phần hợp kim được thực hiện bằng kỹ thuật quang phổ và phân tích nhiệt. Các mẫu hợp kim được kiểm tra về độ đồng nhất và tính chất cơ lý để đảm bảo chất lượng sản phẩm.

III. Kết quả nghiên cứu và ứng dụng

Nghiên cứu đã đạt được kết quả khả quan trong việc sản xuất các mác hợp kim hàn nhôm như Silumin, Π575A, và ΠЦAM65. Các hợp kim hàn nhôm này có tính chất cơ lý tốt, đáp ứng được yêu cầu kỹ thuật và ứng dụng trong thực tế. Sản phẩm được thử nghiệm trong các lĩnh vực như đóng tàu, công nghiệp ô tô và thiết bị điện.

3.1. Nghiên cứu nấu luyện hợp kim

Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian nấu luyện đến hiệu suất thu hồi hợp kim. Kết quả cho thấy nhiệt độ nấu luyện tối ưu cho hợp kim Al-Si là 600-650°C, trong khi hợp kim Al-Cu-Si đạt hiệu suất cao nhất ở 550-600°C.

3.2. Ứng dụng thực tế

Các hợp kim hàn nhôm được sản xuất thử và ứng dụng trong các ngành công nghiệp. Kết quả cho thấy sản phẩm đáp ứng được yêu cầu kỹ thuật và có tiềm năng thương mại hóa cao.

Nội dung chính

Nghiên Cứu Công Nghệ Sản Xuất Hợp Kim Hàn Nhôm Hiệu Quả: Làm Chủ Quy Trình Luyện Kim Và Chế Tạo Dây Hàn Tại Việt Nam

---

Tóm tắt nghiên cứu

Nghiên cứu "Nghiên cứu công nghệ sản xuất hợp kim hàn nhôm" do Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ - Luyện kim (VIMLUKI) chủ trì thực hiện nhằm giải quyết bài toán cấp thiết: Làm thế nào để làm chủ quy trình công nghệ nấu luyện và gia công kéo sợi các mác hợp kim hàn nhôm chất lượng cao ngay trong nước, thay thế nguồn vật liệu nhập khẩu đắt đỏ?

Sử dụng phương pháp thực nghiệm có hệ thống, đề tài đã tiếp cận giải pháp nấu luyện thông qua các hợp kim trung gian (Master Alloys) như Al-Si, Al-Cu, Al-Mn trên hệ thống lò cảm ứng trung tần từ quy mô phòng thí nghiệm ($400\text{g} - 600\text{g}/\text{mẻ}$) đến bán công nghiệp ($20\text{kg}/\text{mẻ}$).

Kết quả nghiên cứu đã xác lập thành công bộ thông số công nghệ tối ưu cho 4 hệ hợp kim hàn chủ lực: hệ Al-Si (Al-5Si, Al-12Si), hệ Al-Cu-Si (II35A, II52A), hệ Al-Zn (Al-20Zn, Zn-5Al) và hệ phức hợp Zn-Cu-Mn-Al (IIIAM65A). Hiệu suất thu hồi kim loại tổng thể đều đạt mức ấn tượng từ $97,5%$ đến $98,5%$. Đồng thời, đề tài đã hoàn thiện quy trình công nghệ cán nóng – kéo nguội tạo phôi dây hàn có đường kính $\varnothing 2\text{mm} - \varnothing 3\text{mm}$ đạt tiêu chuẩn cơ lý tính khắt khe.

Thành công này mở ra hướng đi bền vững cho ngành luyện kim màu Việt Nam, phục vụ trực tiếp cho các ngành công nghiệp đóng tàu, năng lượng, chế tạo ô tô và công nghiệp quốc phòng.

---

Bối cảnh và tầm quan trọng

Hàn nhôm và hợp kim nhôm từ lâu đã là một trong những thách thức kỹ thuật phức tạp nhất trong ngành công nghệ vật liệu và cơ khí chế tạo. Đặc tính tự nhiên của nhôm là có ái lực cực mạnh với oxy, dễ dàng hình thành lớp màng oxit nhôm ($\text{Al}_2\text{O}_3$) bao phủ bề mặt.

Màng $\text{Al}_2\text{O}_3$ có nhiệt độ nóng chảy lên tới $2050^\circ\text{C}$ – cao hơn gấp 3 lần so với nhiệt độ nóng chảy của nhôm nguyên chất (khoảng $650^\circ\text{C}$). Thêm vào đó, khối lượng riêng của màng oxit lớn hơn kim loại lỏng nên rất khó tự nổi lên bề hàn, dễ gây ra khuyết tật ngậm xỉ. Ở trạng thái nhiệt độ cao, nhôm lại dễ hòa tan khí hydro ($\text{H}_2$), dẫn đến hiện tượng rỗ khí nghiêm trọng khi mối hàn đông đặc, đồng thời độ bền cơ học của vật liệu ở gần điểm nóng chảy suy giảm đột ngột gây nguy cơ nứt vỡ kết cấu.

Tại thời điểm nghiên cứu, nhu cầu sử dụng que hàn và dây hàn nhôm trong nước để xử lý khuyết tật vật đúc, hàn nối các bộ trao đổi nhiệt, thiết bị năng lượng mặt trời, vỏ tàu biển và các chi tiết cơ khí chính xác là vô cùng lớn. Tuy nhiên, toàn bộ thị trường đều phụ thuộc hoàn toàn vào nguồn hợp kim hàn nhập khẩu theo các tiêu chuẩn quốc tế (DIN 8513-4, DIN 1707, GOST 7871-75) với chi phí cao và không chủ động được thời gian cung ứng.

Trước khoảng trống nghiên cứu trong nước, đề tài được triển khai nhằm mục tiêu làm chủ quy trình công nghệ từ khâu phối liệu, nấu luyện, đúc thỏi cho đến cán kéo tạo dây hàn thành phẩm, đánh dấu bước tiến tự chủ công nghệ vật liệu phụ trợ hàn tại Việt Nam.

---

Methodology và approach

Quy trình nghiên cứu được thiết kế bài bản, kết hợp chặt chẽ giữa cơ sở nhiệt động học giản đồ pha và phương pháp thực nghiệm tối ưu hóa từng bước:

[Nguyên liệu sạch: Al, Cu, Zn, Mn, Si (>99%)]
[Nấu luyện Hợp kim trung gian: Al-Si, Al-Cu, Al-Mn]
[Phối liệu & Nấu luyện mác Hợp kim hàn (Lò cảm ứng)]
[Đúc phôi thỏi ∅50mm, dài 300mm]
[Cán nóng (400-450°C) / Ép đùn tạo phôi ∅6-8mm]
[Kéo nguội & Ủ mềm trung gian ➔ Dây hàn ∅2-3mm]

1. Giải pháp kỹ thuật then chốt: Nấu luyện qua hợp kim trung gian

Nhằm khắc phục sự chênh lệch lớn về nhiệt độ nóng chảy giữa các cấu tử (Silic: $1414^\circ\text{C}$, Mangan: $1250^\circ\text{C}$, Đồng: $1083^\circ\text{C}$, Nhôm: $660^\circ\text{C}$, Kẽm: $419,5^\circ\text{C}$), nhóm nghiên cứu đã áp dụng giải pháp chế tạo các hợp kim trung gian (Master Alloys):

• Al-Si (20% Si): Nấu luyện ở $900^\circ\text{C}$ trong 30 phút, hiệu suất thu hồi đạt $97%$.
• Al-Cu (40% - 50% Cu): Nấu luyện ở $800^\circ\text{C}$ trong 30 phút, hiệu suất thu hồi đạt $98%$.
• Al-Mn (10% - 15% Mn): Nấu luyện ở $900^\circ\text{C}$ trong 45 phút, hiệu suất thu hồi đạt $95%$.

Cách tiếp cận này giúp hạ thấp nhiệt độ hòa tan, hạn chế tối đa hiện tượng bốc hơi cháy hao của các kim loại dễ bay hơi như Kẽm và ngăn ngừa quá trình oxy hóa Nhôm.

2. Thiết bị và kiểm soát chất lượng thực nghiệm

• Thiết bị: Sử dụng hệ thống lò cảm ứng trung tần dung tích $1\text{kg}/\text{mẻ}$ (phòng thí nghiệm) và $250\text{kg}/\text{mẻ}$ (thử nghiệm mở rộng), lò điện trở có dải nhiệt $800 - 900^\circ\text{C}$, cùng thiết bị cán kéo dây chuyên dụng.
• Kiểm chuẩn & Phân tích: Thực hiện hơn 100 chỉ tiêu phân tích thành phần hóa học chính xác (Al, Cu, Zn, Si, Mn) tại Trung tâm Phân tích của Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ - Luyện kim để đảm bảo độ tin cậy và tính lặp lại của số liệu.

---

Phát hiện chính

Quá trình khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian nấu luyện đến hiệu suất thu hồi kim loại đã mang lại nhiều phát hiện quan trọng:

1. Hệ hợp kim hàn Al-Si (Al-5Si và Al-12Si / Silumin)

• Nhiệt độ tối ưu: $700^\circ\text{C}$. Ở nhiệt độ này, hiệu suất thu hồi hợp kim đạt cao nhất ($98,5%$ đối với Al-5Si và $97,5%$ đối với Al-12Si).
• Thời gian tối ưu: $15 - 20\text{ phút}$. Hiệu suất thu hồi riêng nguyên tố Silic đạt tới $97,29%$.
• Đặc tính công nghệ: Nhờ tổ chức eutectic ($\text{T}_\text{chảy} = 577^\circ\text{C}$), hợp kim lỏng có độ linh động và độ chảy loãng rất cao, phôi đúc đồng nhất, chất lượng kéo sợi tuyệt hảo.

2. Hệ hợp kim hàn mềm Zn-Cu-Mn-Al (Mác IIIAM65A)

• Thành phần mục tiêu: $14,0 - 15,0%\text{ Cu}; 65,0 - 66,0%\text{ Zn}; 0,60 - 0,70%\text{ Mn}; 18,5 - 19,0%\text{ Al}$.
• Thông số công nghệ: Nấu luyện ở nhiệt độ thấp $500^\circ\text{C}$ trong vòng 20 phút kết hợp lớp trợ dung bảo vệ J12.
• Hiệu suất thu hồi: Đạt mức kỷ lục $98,33%$, trong đó hiệu suất thu hồi Zn đạt $97,19%$, Cu đạt $94,40%$, và Mn đạt $85,22%$. Hợp kim có dải nhiệt độ nóng chảy thấp ($390 - 420^\circ\text{C}$), thích hợp cho các ứng dụng hàn mềm đòi hỏi nhiệt lượng thấp.

3. Hệ hợp kim hàn Al-Zn (Al-20Zn và Zn-5Al)

• Hệ Al-20Zn (tương đương II575A): Nấu luyện tối ưu ở $700^\circ\text{C}$ trong 15 phút, hiệu suất thu hồi hợp kim đạt $97,5%$. Nếu kéo dài thời gian trên 15 phút, Kẽm bị cháy hao đáng kể khiến hiệu suất giảm sút.
• Hệ Zn-5Al: Chế tạo dễ dàng bằng cách hòa tan Al-20Zn vào Kẽm lỏng ở $450 - 500^\circ\text{C}$, hiệu suất đạt $98%$, nhiệt độ nóng chảy thấp ($380 - 390^\circ\text{C}$), chuyên dùng cho hàn siêu âm và hàn hơi.

4. Hệ hợp kim Al-Cu-Si (Mác II35A và II52A)

• Thông số công nghệ: Nhiệt độ nấu thích hợp từ $650 - 700^\circ\text{C}$, thời gian 15 phút.
• Phát hiện cấu trúc: Hợp kim II35A có xu hướng giòn do sự xuất hiện của pha liên kim $\text{CuAl}_2$ và hạt Silic thô. Nghiên cứu chỉ ra rằng để kéo nguội thành công mác này, bắt buộc phải bổ sung công đoạn biến tính bằng hỗn hợp muối ($25%\text{ NaF} + 62,5%\text{ NaCl} + 12,5%\text{ KCl}$) hoặc pha tạp vi lượng Stronti ($0,05 - 0,1%\text{ Sr}$) ở $800^\circ\text{C}$ để làm mịn tổ chức hạt, nâng cao độ bền kéo lên gấp 1,5 – 2 lần.

Bảng tổng hợp định mức tiêu hao nguyên liệu cho 1kg sản phẩm

Mác hợp kim hàn	Khối lượng Al (kg)	HKTG Al-Si (kg)	HKTG Al-Cu (kg)	HKTG Al-Mn (kg)	Kẽm Zn (kg)
Al-5Si	0,73 - 0,77	0,28 - 0,30	—	—	—
Al-12Si	0,38 - 0,42	0,63 - 0,66	—	—	—
Al-20Zn	0,80 - 0,84	—	—	—	0,21 - 0,22
Al-21Cu-7Si (II35A)	0,10 - 0,15	0,37 - 0,40	0,54 - 0,65	—	—
IIIAM65A	0,05 - 0,06	—	0,30 - 0,31	0,05 - 0,06	0,65 - 0,66

---

Đóng góp khoa học và giá trị thực tiễn

Đóng góp về mặt lý thuyết và công nghệ

1. Làm sáng tỏ động học hòa tan: Cung cấp dữ liệu thực nghiệm chuẩn xác về hành vi nhiệt động học và tốc độ hòa tan của các hệ hợp kim đa cấu tử Al-Si, Al-Cu-Si, Al-Zn-Cu-Mn trong điều kiện luyện kim cảm ứng.
2. Quy trình công nghệ khép kín: Thiết lập hoàn chỉnh chu trình công nghệ từ Hợp kim trung gian $\rightarrow$ Nấu luyện mác $\rightarrow$ Đúc phôi $\rightarrow$ Cán nóng $\rightarrow$ Kéo nguội tạo dây hàn $\varnothing 2\text{mm} - \varnothing 3\text{mm}$.

Giá trị kinh tế - xã hội

• Tự chủ nguồn vật liệu: Giúp các doanh nghiệp cơ khí trong nước giảm phụ thuộc vào dây hàn nhập khẩu, hạ giá thành sản phẩm từ $20 - 30%$.
• Kiểm chứng thực tế: Sản phẩm thử nghiệm đã được cung cấp và đánh giá cao tại các đơn vị sản xuất lớn như: Viện Nghiên cứu Vũ khí (Bộ Quốc phòng), Nhà máy Cơ khí 59 (Công ty 27 - BQP), Công ty Cơ khí Đông Anh (Bộ Xây dựng), và Doanh nghiệp Tân Đức Thành (Cần Thơ - với nhu cầu 500kg dây hàn/tháng).

---

Đối tượng quan tâm

Báo cáo nghiên cứu này mang lại giá trị tham khảo và ứng dụng trực tiếp cho:

• Kỹ sư Luyện kim và Đúc: Nắm bắt quy trình công nghệ chế tạo hợp kim trung gian, kiểm soát cháy hao nguyên tố và kỹ thuật khử xỉ, khử khí cho hợp kim nhôm.
• Kỹ sư Công nghệ Hàn & Gia công áp lực: Tối ưu hóa chế độ cán kéo dây kim loại màu, lựa chọn que hàn phù hợp theo từng kết cấu mối nối và chiều dày tấm nhôm.
• Doanh nghiệp Cơ khí chế tạo & Đóng tàu: Tiếp cận giải pháp vật tư hàn chất lượng tương đương tiêu chuẩn DIN/GOST với chi phí nội địa tối ưu.
• Các nhà hoạch định chính sách công nghiệp: Cơ sở khoa học để xây dựng danh mục sản phẩm công nghiệp hỗ trợ trọng điểm ngành cơ khí luyện kim.

---

Câu hỏi thường gặp (FAQ)

1. Phát hiện quan trọng nhất của đề tài là gì?

Đó là việc xác lập thành công chế độ nấu luyện nhiệt độ thấp thông qua các hợp kim trung gian (Master Alloys), giúp nâng hiệu suất thu hồi kim loại lên trên $97,5 - 98,5%$, đồng thời khẳng định khả năng cán kéo dây nguội $\varnothing 2\text{mm} - \varnothing 3\text{mm}$ thương phẩm từ phôi đúc trong nước đối với các hệ Al-Si, Al-Zn và IIIAM65A.

2. Tại sao phải nấu qua hợp kim trung gian mà không nấu trực tiếp các kim loại nguyên chất?

Vì nhiệt độ nóng chảy của Silic ($1414^\circ\text{C}$), Mangan ($1250^\circ\text{C}$) và Đồng ($1083^\circ\text{C}$) chênh lệch quá lớn so với Nhôm ($660^\circ\text{C}$) và Kẽm ($419,5^\circ\text{C}$). Nấu trực tiếp sẽ làm Nhôm và Kẽm bị oxy hóa và cháy bốc hơi mạnh ở nhiệt độ cao. Hợp kim trung gian giúp hạ nhiệt độ hòa tan xuống dưới $700 - 800^\circ\text{C}$, đảm bảo mẻ nấu đồng nhất và không thất thoát kim loại.

3. Kết quả nghiên cứu có khả năng nhân rộng ở quy mô công nghiệp không?

Hoàn toàn khả thi. Đề tài đã thử nghiệm thành công mẻ lớn $20\text{kg}/\text{mẻ}$ trên lò cảm ứng trung tần và xây dựng định mức tiêu hao nguyên vật liệu chi tiết. Dây chuyền hoàn toàn có thể triển khai tại các nhà máy luyện cán kéo kim loại màu hiện có ở Việt Nam.

4. Hạn chế của hệ hợp kim Al-Cu-Si (II35A) là gì và hướng xử lý ra sao?

Hợp kim II35A có độ giòn tương đối cao do pha $\text{CuAl}_2$, gây khó khăn khi kéo nguội sợi nhỏ. Hướng khắc phục là áp dụng công nghệ biến tính hạt bằng muối $25%\text{ NaF} + 62,5%\text{ NaCl} + 12,5%\text{ KCl}$ hoặc vi hợp kim hóa với $0,05 - 0,1%\text{ Stronti (Sr)}$ ở $800^\circ\text{C}$ trước khi đúc.

5. Những ứng dụng thực tế nổi bật nhất của các mác hợp kim nghiên cứu là gì?

• Hệ Al-Si (Al-5Si, Al-12Si): Hàn kết cấu tấm mỏng, sửa chữa khuyết tật đúc nhôm Silumin, giàn trao đổi nhiệt.
• Hệ Zn-5Al & IIIAM65A: Hàn ngọn lửa khí, hàn siêu âm, hàn các cụm chi tiết nhôm lá mỏng, điện cực máy hàn và thiết bị nhiệt.
• Hệ Al-20Zn: Hàn các chi tiết nhôm yêu cầu tính siêu dẻo và nhiệt độ hàn trung bình.

---

Kết luận

Đề tài "Nghiên cứu công nghệ sản xuất hợp kim hàn nhôm" của Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ - Luyện kim là một công trình khoa học ứng dụng xuất sắc, giải quyết trọn vẹn cả phương diện lý thuyết luyện kim lẫn thực tiễn sản xuất cơ khí. Việc làm chủ công nghệ nấu luyện và gia công kéo sợi hợp kim hàn nhôm không chỉ khẳng định năng lực tự chủ công nghệ vật liệu của các kỹ sư Việt Nam mà còn tạo tiền đề vững chắc cho việc thương mại hóa sản phẩm, phục vụ đắc lực cho công cuộc công nghiệp hóa - hiện đại hóa đất nước.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1: TỎNG QUAN 1. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ SẢN XUẤT TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC, MỤC TIÊU CỦA ĐÈ TÀI. Tình hình nghiên cứu ở nước ngoài. Ở nước ngoài người ta đã sản xuất công nghiệp nhiều loại hợp kim hàn nhôm [2; 3; 4; 5; 6].

Liên Xô cũ đã sản xuất các mác hợp kim hàn nhôm như bảng 1: Bang 1: Thanh phần và tính chất cơ lý của một số hợp kin hàn nhôm |6] Thành phân hoá học TC nóng chảy Mác HK 53 Linh vue Cu | Si | Zn] Mn | AI | Bat | Ket | Kg/mm’| str dung dau thúc Dé han cac chi Còn tiết, khắc phục Silumin — 117 | — — lại 577 577 |17=19 | khuyét tật, hàn a lò sưởi điện từ HK AIMn 34A 28 6 | _— | _ | $8") sas | 525 |18224 _nt- 35A 21 7} _ | _ | $8") 535 | 535 |13+14| nt Con Dé hàn các 1+ lại giao điểm 1I52A 10+1 01 — — 590 — _ nhôm và HK ? nhôm giữ anôt hoá 20+ Còn Đê hàn nhôm I575A _ - L1 | - lại | S5 _ — | vàHKnhôm TISSOA | 2741 6+1| _ | 18 *) CO | seo 0,2 lai — — Còn Để hàn HK 20+ lại ĩ nhôm ở nhiệt B62 20 35 | 54 _ , 490 | 500 |13z15 độ 480% và cao hơn 14,54 65+ | 0,6+ | Còn .1 lai 390 | 420 |32+35 Ở châu Âu cũng như ở Đức đã sản xuất các mác hợp kim hàn nhôm theo ISO: EN 573-3, EN AW-4343, EN AW-4045, EN AW-4047A. tuong duong DIN 8513-4, DIN 1732. Tình hình nghiên cứu ở trong nước. Các hợp kim hàn nhôm ở trong nước chưa được quan tâm nghiên cứu.

Chưa có tạp chí nào công bố kết quá nghiên cứu chế tạo hợp kim hàn nhôm và ứng dụng trong thực tế của nó. Hầu hết các cơ sở sản xuất có nhu cầu hàn nhôm đều sử dụng hợp kim hàn nhôm nhập từ nước ngoài mác AI-S1 5 hoặc Al-Si 11,5 hoặc Zn-AI 5, TIHAM 65. Hiện nay nhu cầu hợp kim hàn nhôm rất lớn. Các cơ sở sản xuất đúc sử dụng hàn các khuyết tật, hàn nối các cấu kiện bằng hợp kim nhôm.

Hàn nhôm còn sử dụng trong công nghiệp đóng tàu biển, công nghiệp ôtô. Mục tiêu của đề tài: Nghiên cứu công nghệ sản xuất một số mác hợp kim hàn nhôm theo tiêu chuẩn của Liên Xô cũ: + Hop kim mac Silumin: Si 10 + 13%, còn lại là AI. + Hợp kim mác IIŠ75A: Zn 20 + 1%, còn lại là AI. + Hợp kim mác IIHAM65: Cu 14,5 + 0,5%, Zn 65 + 1%, Mn 0,6 +0,1%, còn lại là nhôm.

Chọn 2 mác 1 và 2 sản xuất thử, kéo day @3mm, 4mm. Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ-Luyện kim 8 BCKT: Nghiên cứu sản xuất hợp kim hàn nhôm Bảng 2: Hợp kim hàn nhôm (thành phần tính chất và lĩnh vực ứng dụng theo DIN 8513-4) Tên gọi, thành Gần tương | Thành phần, % khối lượng (giá trị cực đại trong | Các nguyên tố Nhiệt độ NC Nhiệt độ | Lĩnh vưc ứng phần HK theo đương ENS phạm vi cho phép khác (T°C) làm việc dụng ISO 573-3 Si Fe | Cu | Mn | Mg | Zn | Ti | Moil | Tông | Bắt đầu | Kêt thúc L-AlSi 7,5 6,8-8,2 0,5 | 0,03 | 0,1 0,1 | 0,07 | 0,03 | 0,03 | 0,15 575 615 605-615 B.2280 ENAW-4343 6,8-7,2 0,8 | 0,25 | 0,1 - 0,2 - 0,05 0,15 - - - ENAW-AISi 7,5 L-AlSi 10 9,0-10,5 | 0,5 | 0,03 | 0,1 01 | 0,07 | 0,03 | 0,03 | 0,15 575 595 595 -605 | Hàn tâm lá B A190 Si 575-595 2 mỏng ENAW-4045 9,0-11,0 | 05 ] 003] 01 | 01 | 01 | 02 | 005 | 0,15 - - - ENAW-AISi 10 LAISi 12 11,0-13,5 | 0,5 | 0,03 | 0,1 0,1 | 0,07 | 0,03 | 0,03 | 0,15 575 590 590 -600 Mỗi han B Al 88 Si 575-590 Ấ: La môi, hàn lông vào ENAW-407A | 11,0-13,0 | 06 | 03 | 0,15 | 01 | 02 |0.15| 005 | 0,15 - - - ENAW-AISi12A (Phan còn lại trong thành phần các nguyên tố là nhôm AI) Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ-Luyện kim BCKT: Nghiên cứu sản xuất hợp kim hàn nhôm Bảng 3: Hợp kim hàn nhôm (Thành phan, tinh chat va lĩnh vực ứng dụng theo DIN 1707, nhóm D) Tên gọi thành HKsố | Thành phần % nguyên tố hợp kim hoá | Cho phép | Nhiệt độ nóng chảy | Lĩnh vực ứng dụng phần HK theo ISO Sn Zn Khác tạp chất | Bắt đầu | kết thúc L. SnZn 10 23820 85,0 8,0 - Tong 10 200 250 Han ma sat, han (1) sóng siêu âm B Sn90Zn 200-250 92 15 L SnZn 40 23830 | 55,0-70,0 30,0-45,0 200 340 Hàn ma sát tốt hơn B Sn60Zn 200-340 cho AI cuôn lá mỏng, hàn tự đông (F-LW1) L CdZn 20 22481 17,0-25,0 Cd: 75,0- 265 280 Han voi tro dung B Cd80Zn 265-280 83,0 (F-LW2) LZnAl 5 22320 94,0-96,0 | Al: 4,0-6,0 380 390 Han siêu âm, hàn hơi. (1): Các kim loại dùng: Sn: 99,9%, Cd: 99,9%.

Tổng tạp chất đến 1% không ảnh hưởng đến mối hàn. Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ-Luyện kim 10 BCTK:Nghiên cứu công nghệ sản xuất hợp kim hàn nhôm. TONG QUAN CO SG LY THUYET. Các vấn đề về hàn nhôm và hợp kim nhôm: 1.

Đặc điểm hàn nhôm và hợp kùm nhôm: Hợp kim hàn nhôm được dùng để xử lý các vật đúc nhôm có khuyết tật bằng công nghệ hàn và hàn nối các cấu kiện hợp kim nhôm như lò sưởi, 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 nhôm hàn được sử dụng khá phổ biến. Khi hàn nhôm cần chú ý: Nhôm có ái lực lớn với oxy, dễ tạo thành oxyt nhôm (Al;O) ở trong mối hàn gây rỗ xỉ và nằm trên mặt vật hàn ngăn cản quá trình hàn. Nhiệt độ nóng chảy của AlzO; cao (2050°C) trong khi đó nhiệt độ nóng chảy của nhôm chỉ khoảng 650°C.

Ở nhiệt độ cao nhôm và hợp kim nhôm có độ bền rất thấp, ở nhiệt độ gần nhiệt độ nóng chảy thì chỉ tiết có thể tự bị phá hoại do khối lượng của bản thân nó. Từ trạng thái đặc chuyển sang trạng thái lỏng nhôm thay đổi màu sắc nên khó quan sát khi hàn, tỷ trọng của AlạO; lớn hơn tỷ trọng nhôm và hợp kim nhôm nên khó nổi trong bể hàn. Mặt khác ở nhiệt độ cao nhôm dễ hoà tan hyđro (H;) nên tạo rỗ khí. Các chỉ tiết trước khi hàn phải được làm sạch Al;O: ở một khoảng cách của mép hàn ít nhất 30 + 35mm bằng cơ học hoặc hoá học.

Ngọn lửa hàn bình thường, nếu thừa oxy dé tạo thanh Al,Os, thira khi axetilen (C2H2) dé rỗ khí. Số hiệu mỏ hàn khí đối với nhôm và hợp kim nhôm chọn lớn hơn khi hàn thép 1+2 số. Que hàn nhôm có thành phần tương tự vật hàn. Có thể dùng que hợp kim AI-Si thì mối hàn tốt hơn.

Các loại hợp kim hàn được nêu ra trong bang 1& 2 va 3. Hợp kim nhôm đúc AI 1; AI 9; Al 25; Al 26 co tinh han tốt, các hợp kim Al 3; Al 4; Al 5; Al 7; Al 8; Al 10B co tinh han trung binh. Các hợp kim AK4, AK4-1 co tinh han han ché, hợp kim B95 có tính hàn kém. Trong tải liệu [4] nêu thành phần một số sợi hàn nhôm theo OCT 7871-75.

Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ - Luyện kim ll BCTK:Nghiên cứu công nghệ sản xuất hợp kim hàn nhôm. Bảng 4: Sợi để hàn hợp kim nhôm. Kim loại hàn Sợi hàn (TOCTT 7871-75) A7OO, AJO, AI Cg 85T, Cp A97 AMII CpAIMy AJI31, A133, AB CgAKS, CB1557 Al 2, Al 4, Al6 CpAK5 1. Chat tro dung: Thanh phan chat trợ dung: Khi hàn nhôm và hợp kim nhôm cần thiết dùng trợ dung.

Thành phần một số trợ dung được nêu ra trong bảng 5. Bảng 5: Thành phần trợ dung để hàn cơ học nhôm và hợp kim nhôm (%). Các cấu tử Mác trợ dung để hàn Theo lớp trợ dung Dưới trợ dung Điện xỉ AH-Al | AH-A4 | 48A¢-1 MATH-1A_ | MATH 10 3A 64 XA 64A AH-301 AH-302 Ah-304 Clorua natri 20 - - - - 17 15 - Clorua kali 50 57 47 47 30 43 38 20-60 Clorua liti - - - 8 - - - 10-40 Clorua bari _ 28 47 - 68 - - 5-30 Florua natri - - - 42 - - - Florua kali - - 2 - - - - Florua liti _ 15 _ - - - - 2-20 > Florua canxi - - - - - - 3 Florua nhôm - 7 5 - - - - - > Criolit 30 - - 3 2 36 43 Floro bicronat kali - - 2 - - - - Cát thạch anh _ - - - - 4 Dén | Oxyt crom - - 2 - - - - Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ - Luyện kim 12 BCTK:Nghiên cứu công nghệ sản xuất hợp kim hàn nhôm. Trợ dung AH-A1 dùng cả ở dạng nóng chảy cũng như không nóng chảy để hàn nhôm kỹ thuật.

Đối với chất trợ dung hàn không nóng chảy được sấy khô ở nhiệt độ 350°C + 400°C. Tro dung AH-A4, 48-A®-1, MATH-10 dé han hop kim Al-Mg. Tro dung MATH-1A ding dé han hop kim Al-Mn. Tro dung 2KA- 64, 3KA-64A là trợ dung gốm đề hàn tự động hợp kim nhôm dày 30mm và lớn hơn.

Trợ dung A-64 khi hàn nhôm A/IOO làm bắn nhôm bởi silic. Trợ dung 3KA-64A thực tế không có silic. Tiết diện dây hàn: Tiết diện dây hàn: Tuỳ theo chiều dày kim loại hàn, kết cấu mối hàn mà người ta chọn các dây hàn có kích thước khác nhau. Các kết cấu hàn mô tả như trên hình 1.

Vật liệu gốc b. Mối hàn nôi mặt đầu trong điểm giang tac dung tmg suat doc. Méi han giáp nối, hàn lắp đầy với tắm vật liệu. Hàn trên tắm gia cường ngang.

Mối hàn giáp nôi để thô không xử lý. Hàn trên tắm gia cường dọc. Dạng chữ thập, với các mối hàn có go han ngang. Hàn trên tắm sườn đọc.

Dạng chữ thập, các mối hàn giáp mối k : ù lc 1d le la a = Cy = 1h li 1k Hình 1: Các dạng mối hàn hợp kim nhôm Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ - Luyện kim 13 BCTK:Nghiên cứu công nghệ sản xuất hợp kim hàn nhôm. Bảng 6: Chiều dày các vật hàn và tiết diện điện cực hàn để hàn hồ quang. Chiều dày kim loại hàn (mm) Tiết diện điện cực hàn (mm) <3 2x3 3+4 4+5 4+7 4+5 7+10 6+8 10+ 15 8= 12 Bảng 7: Tiết diện sợi hàn khi hàn thủ công.