cộng hòa x hội chủ nghĩa việt nam Bộ công thơng Viện khoa học và công nghệ Mỏ - Luyện kim Báo cáo tổng kết đề tài Nghiên cứu công nghệ sản xuất hợp kim HN NHễM 6855 15/5/2008 thành phố H NI 2007 cộng hòa x hội chủ nghĩa việt nam Bộ công thơng Viện khoa học và công nghệ Mỏ - Luyện kim báo cáo tổng kết đề tài Nghiên cứu công nghệ sản xuất hợp kim hàn NHễM Chủ nhiệm đề tài: Kỹ s Phm Bỏ Kiờm Ngày tháng 12 năm 2007 Thủ trởng cơ quan chủ quản Ngày tháng 12 năm 2007 Thủ trởng cơ quan chủ trì BCKT: Nghiên cứu sản xuất hợp kim hàn nhôm Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ-Luyện kim 1 Nh÷ng ng−êi thùc hiÖn TT Họ và tên Chức vụ Cơ quan 1 Phạm Bá Kiêm Kỹ sư hoá Viện KH&CH Mỏ-Luyện kim 2 Lê Hồng Sơn Kỹ sư hoá Viện KH&CH Mỏ-Luyện kim 3 Nguyễn Minh Đạt Kỹ sư LK Viện KH&CH Mỏ-Luyện kim 4 Ngô Quyền Kỹ sư điện Viện KH&CH Mỏ-Luyện kim BCKT: Nghiên cứu sản xuất hợp kim hàn nhôm Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ-Luyện kim 2 MỤC LỤC Số hiệu Danh mục Tr Mở đầu. 6 Chương 1 Tổng quan. 7 1.1 Tình hình nghiên cứu và sản xuất trong và ngoài nước, mục tiêu của đề tài. 7 1.1.1 Tình hình nghiên cứu ở ngoài nước. 7 1.1.2 Tình hình nghiên cứu trong nước. 8 1.1.3 Mục tiêu của đề tài. 8 1.2 Tổng quan cơ sở lý thuyết. 11 1.2.1 Các vấn đề về hàn nhôm và hợp kim nhôm. 11 1.2.1.1 Đặc điểm hàn nhôm và hợp kim nhôm. 11 1.2.1.2 Chất trợ dung. 12 1.2.1.3 Tiết diện dây hàn. 13 1.2.2 Cấu trúc, tính chất hợp kim hàn nhôm. 14 1.2.2.1 Các hợp kim hàn nhôm. 14 1.2.2.2 Giản đồ trạng thái hệ Al-Si. 15 1.2.2.3 Giản đồ trạng thái hệ Al-Cu. 17 1.2.2.4 Giản đồ trạng thái hệ Al-Zn. 18 1.2.2.5 Giản đồ trạng thái hệ Al-Si-Cu. 20 1.2.2.6 Giản đồ trạng thái hệ Al-Mn. 20 Chương 2 Phương pháp nghiên cứu và công tác chuẩn bị. 21 2.1 Phương pháp nghiên cứu. 21 2.2 Thiết bị và vật tư nghiên cứu. 21 2.2.1 Thiết bị nghiên cứu. 21 2.2.2 Nguyên liệu và hoá chất. 21 2.2.3 Sơ đồ công nghệ. 22 2.2.4 Công tác phân tích. 22 Chương 3 Nội dung nghiên cứu. 23 3.1 Nghiên cứu nấu luyện một số loại hợp kim trung gian. 23 3.2 Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ nấu luyện đến thành phần hợp kim. 24 3.2.1. Hợp kim hàn nhôm hệ Al-Si. 24 3.2.1.1 Hợp kim Al-Si (5% Si). 24 3.2.1.2 Hợp kim Al-Si (12% Si). 25 BCKT: Nghiên cứu sản xuất hợp kim hàn nhôm Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ-Luyện kim 3 3.2.2 Hợp kim hàn nhôm hệ Al-Cu-Si. 26 3.2.2.1 Hợp kim Π35A. 26 3.2.2.2 Hợp kim Π52A. 27 3.2.3 Hợp kim hàn nhôm hệ Al-Zn. 28 3.2.3.1 Hợp kim Al-20Zn. 28 3.2.3.2 Hợp kim Zn-5Al. 29 3.2.3.3 Hợp kim ΠцAM65A. 29 3.3 Nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian nấu luyện đến hiệu suất thu hồi hợp kim hàn nhôm. 30 3.3.1 Nghiên cứu ảnh hưởng thời gian nấu luyện đến hiệu suất thu hồi hợp kim hàn nhôm hệ Al-Si. 30 3.3.2 Nghiên cứu ảnh hưởng thời gian nấu luyện đến hiệu suất thu hồi hợp kim hàn nhôm hệ Al-Cu-Si. 31 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. 33 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. 34 3.4 Nghiên cứu thí nghiệm mẻ lớn, sản xuất thử sản phẩm. 35 3.5 Khảo sát khả năng kéo dây, tạo phôi hàn. 36 3.6 Định hướng áp dụng sản phẩm nghiên cứu. 36 3.7 Tính toán sơ bộ một số chỉ tiêu tiêu hao cho các mác hợp kim hàn nhôm nghiên cứu. 36 Kết luận 38 Tài liệu tham khảo 39 Phụ lục 40 BCKT: Nghiên cứu sản xuất hợp kim hàn nhôm Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ-Luyện kim 4 MỤC LỤC BẢNG VÀ HÌNH Bảng 1 Thành phần và tính chất cơ lý của một số hợp kin hàn nhôm 7 Bảng 2 Hợp kim hàn nhôm (Thành phần, tính chất và lĩnh vực ứng dụng theo DIN 8513-4) 9 Bảng 3 Hợp kim hàn nhôm (Thành phần, tính chất và lĩnh vực ứng dụng theo DIN 1707 – D) 10 Bảng 4 Sợi để hàn hợp kim nhôm. 12 Bảng 5 Thành phần trợ dung để hàn cơ học nhôm và hợp kim nhôm (%). 12 Bảng 6 Chiều dày các vật hàn và tiế t diện điện cực hàn để hàn hồ quang. 14 Bảng 7 Tiết diện sợi hàn khi hàn thủ công. 14 Bảng 8 Độ tan của silic trong nhôm. 15 Bảng 9 Độ hoà tan của đồng trong nhôm. 17 Bảng 10 Độ tan của kẽm trong nhôm. 18 Bảng 11 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu suất thu hồi Si – HK Al-5Si. 24 Bảng 12 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu suất thu hồi Si – HK Al-12Si. 25 Bảng 13 Ảnh hưởng của nhiệt độ nấu luyện đến hiệu suất thu hồi kim loại – HK П35A. 26 Bảng 14 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu suất thu hồi kim loại – HK П52A. 27 Bảng 15 Ảnh hưởng của nhiệt độ nấu luyện đến hiệu suất thu hồi các kim loại – HK ПцAM65A. 29 Bảng 16 Ảnh hưởng của thời gian đến hiệ u suất thu hồi kim loại – KH Al-12Si. 31 Bảng 17 Ảnh hưởng của thời gian đến hiệu suất thu hồi kim loại – HK П35A. 32 Bảng 18 Ảnh hưởng của thời gian đến hiệu suất thu hồi kim loại – KH ПцAM65A. 33 Bảng 19 Ảnh hưởng của thời gian đến hiệu suất thu hồi kim loại – HK Al-20Zn. 34 Bảng 20 Chỉ tiêu tiêu hao một số vật tư cơ bản cho 1Kg sản phẩm các loạ i. 37 Hình 1 Các dạng mối hàn hợp kim nhôm 13 Hình 2 Góc nhôm giản đồ trạng thái hệ Al-Si-Cu 15 Hình 3 Giản đồ trạng thái hệ Al-Si [7] 16 Hình 4 Giản đồ trạng thái hệ Al-Cu [7] 17 Hình 5 Giản đồ trạng thái hệ Al-Zn 19 Hình 6 Giản đồ trạng thái hệ Al-Mn 20 Hình 7 Sơ đồ công nghệ dự kiến 22 Hình 8 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu suất thu hồi h ợp kim (Hệ Al-5Si) 24 BCKT: Nghiên cứu sản xuất hợp kim hàn nhôm Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ-Luyện kim 5 Hình 9 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu suất thu hồi hợp kim (Hệ Al-12Si) 25 Hình 10 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu suất thu hồi hợp kim (Hệ Π35A) 27 Hình 11 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu suất thu hồi 28 Hình 12 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu suất thu hồi hợp kim (Hệ ΠцAM65A) 30 Hình 13 Ảnh hưở ng của thời gian đến hiệu suất thu hồi hợp kim (Hệ Al-Si) 31 Hình 14 Ảnh hưởng của thời gian đến hiệu suất thu hồi hợp kim (Hệ Al-Cu-Si) 32 Hình 15 Ảnh hưởng của thời gian đến hiệu suất thu hồi hợp kim (Hệ Zn-Cu-Mn-Al) 33 Hình 16 Ảnh hưởng của thời gian đến hiệu suất thu hồi hợp kim (Hệ Al-20Zn) 34 Hình 17 Sơ đồ công nghệ nấu luyện hợp kim hàn nhôm 37 BCKT: Nghiên cứu sản xuất hợp kim hàn nhôm Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ-Luyện kim 6 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. Nhôm có ái lực lớn với oxy tạo thành oxyt nhôm (Al 2 O 3 ). Oxyt này ở trong mối hàn gây rỗ xỉ và nằm trên mặt vật hàn ngăn cản quá trình hàn. Nhiệt độ nóng chảy của nó 2050 o C trong khi đó nhiệt độ nóng chảy của nhôm chỉ khoảng 650 o C. Khối lượng riêng của oxyt nhôm lớn hơn nhôm và hợp kim nhôm nên khó nổi trong bể hàn. Mặt khác ở nhiệt độ cao nhôm dễ hoà tan hydro H 2 nên tạo rỗ khí. Trong thực tế có nhiều loại hợp kim để hàn nhôm, tuỳ theo kích thước, thành phần và tính chất của vật hàn mà chọn các hợp kim hàn thích hợp. 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: Thường gọi hợp kim hàn mềm, nhiệt độ nóng chảy của chúng dưới 450 o C. • Nhóm hợp kim khó nóng chảy: Thường gọi hợp kim hàn cứng, nhiệt độ nóng chảy của chúng trên 450 o C. Ở nước ngoài người ta đã sản xuất hàng chục loại hợp kim để hàn nhôm. Ở nước ta nhu cầu hợp kim hàn nhôm rất lớn nhưng chưa có cơ quan nào nghiên cứu và sản xuất hợp kim hàn nhôm. Đề tài “Nghiên cứu công nghệ sản xuất hợp kim hàn nhôm” được Bộ Công Thương cho phép triển khai nghiên cứu theo quyết định số 873/QĐ-BCN ký ngày 19/03/2007 của Bộ Công nghiệp. Sản phẩm của đề tài sẽ được ứng dụng thực tế ở Viện Nghiên cứu vũ khí-Bộ Quốc phòng, Công ty cơ khí Đông Anh-Bộ Xây dựng, Công ty đóng tàu Bạch Đằng-Tập đoàn VINASHIN, xưởng nhôm gia dụng Tân Đức Thành-TP.Cần Thơ. BCKT: Nghiên cứu sản xuất hợp kim hàn nhôm Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ-Luyện kim 7 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 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: Bảng 1: Thành phần và tính chất cơ lý của một số hợp kin hàn nhôm [6] Thành phần hoá học T o C nóng chảy Mác HK Cu Si Zn Mn Al Bắt đầu Kết thúc δ B Kg/mm 2 Lĩnh vực sử dụng Silumin _ 11,7 _ _ Còn lại 577 577 17 ÷ 19 Để hàn các chi tiết, khắc phục khuyết tật, hàn lò sưởi điện từ HK AlMц 34A 28 6 _ _ Còn lại 525 525 18 ÷ 24 -nt- 35A 21 7 _ _ Còn lại 535 535 13 ÷ 14 -nt- Π52A 10 ± 1 1 ± 0,1 _ _ Còn lại 590 _ _ Để hàn các giao điểm nhôm và HK nhôm giữ anôt hoá Π575A _ _ 20 ± 1 _ Còn lại 575 _ _ Để hàn nhôm và HK nhôm Π550A 27 ± 1 6 ± 1 _ 1,5 ± 0,2 Còn lại 550 _ _ B62 20 3,5 20 ± 24 _ Còn lại 490 500 13 ÷ 15 Để hàn HK nhôm ở nhiệt độ 480 o C và cao hơn ΠЦAM65 14,5 ± 0,5 _ 65 ± 1 0,6 ± 0,1 Còn lại 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… tương đương DIN 8513-4, DIN 1732….[2] BCKT: Nghiên cứu sản xuất hợp kim hàn nhôm Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ-Luyện kim 8 Thành phần, tính chất và lĩnh vực ứng dụng của hợp kim hàn nhôm được nêu trong bảng 2 và bảng 3 (Trang 9 và trang 10). 1.1.2. 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 quả 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 n ước ngoài mác Al-Si 5 hoặc Al-Si 11,5 hoặc Zn-Al 5, ПЦAM 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…[1]. 1.1.3. 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: + Hợp kim mác Silumin: Si 10 ÷ 13%, còn lại là Al. + Hợp kim mác Π575A: Zn 20 ± 1%, còn l ại là Al. + Hợp kim mác ΠЦAM65: 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 dây ф3mm, ф4mm. [...]... Các vấn đề về hàn nhôm và hợp kim nhôm: 1.2.1.1 Đặc điểm hàn nhôm và hợp kim 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... Hiệu suất thu hồi kim loại: 95% • Thành phần HKTG: 88,5 ÷ 89,5% Al 9,5 ÷ 10,0% Mn 83,5 ÷ 84,5% Al 15,0% Mn Tổng tạp chất ≤ 1% Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ - Luyện kim 23 BCTK :Nghiên cứu công nghệ sản xuất hợp kim hàn nhôm 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) Nghiên cứu nấu luyện hợp kim hàn nhôm Al-Si (5%Si):... Phân tích thành phầnSản phẩmcác đối tượng nghiên cứu, các hợp kim hoá học dây hàn nhôm, các sản phẩm nghiên cứu: Al; Cu; Zn; Si… với khoảng 100 chỉ tiêu tại trung tâm phân tích của Viện KH&CN Mỏ-Luyện kim và cơ quan ngoài Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ - Luyện kim 22 BCTK :Nghiên cứu công nghệ sản xuất hợp kim hàn nhôm CHƯƠNG 3 : NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 3.1 NGHIÊN CỨU NẤU LUYỆN MỘT SỐ LOẠI HỢP KIM TRUNG GIAN... thu hồi hợp kim đạt 97% Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ - Luyện kim 28 BCTK :Nghiên cứu công nghệ sản xuất hợp kim hàn nhôm 3.2.3.2 Hợp kim Zn-5Al Trong thực tế cũng như các tài liệu đã công bố, một số nước dùng hợp kim Zn-5Al (94,0 ÷ 96,0%Zn, 4,0 ÷ 6,0%Al) có nhiệt độ nóng chảy Tonc = 390oC để hàn siêu âm, hàn hơi hợp kim nhôm Hợp kim Zn-5Al có thể được nấu luyện dễ dàng từ hợp kim Π575A và Zn kim loại... 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) . hàn nhôm rất lớn nhưng chưa có cơ quan nào nghiên cứu và sản xuất hợp kim hàn nhôm. Đề tài Nghiên cứu công nghệ sản xuất hợp kim hàn nhôm được Bộ Công Thương cho phép triển khai nghiên cứu. dạng mối hàn hợp kim nhôm BCTK :Nghiên cứu công nghệ sản xuất hợp kim hàn nhôm. Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ - Luyện kim 14 Bảng 6: Chiều dày các vật hàn và tiết diện điện cực hàn để hàn hồ. lại là nhôm. Chọn 2 mác 1 và 2 sản xuất thử, kéo dây ф3mm, ф4mm. BCKT: Nghiên cứu sản xuất hợp kim hàn nhôm Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ-Luyện kim 9 Bảng 2: Hợp kim hàn nhôm (thành