BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHIỆP VÀ XÂY DỰNG BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI Tên đề tài: “NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU TỔ HỢP THÉP 08s + HỢP KIM NHÔM AMг6 DÙNG TRONG HÀN KẾT CẤU” Mã số: 015.09RDBS Người chủ trì thực hiện: Th.S. Lương Văn Tiến 7734 01/3/2010 Uông Bí – 2009 BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHIỆP VÀ XÂY DỰNG BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI Tên đề tài: “NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU TỔ HỢP THÉP 08s + HỢP KIM NHÔM AMг6 DÙNG TRONG HÀN KẾT CẤU” (Thực hiện theo Hợp đồng số 015.09 RDBS/HĐ-KHCN ngày 23 tháng 3 năm 2009 giữa Bộ Công Thương và Trường Cao đẳng Công nghiệp và Xây dựng) Người chủ trì thực hiện: Th.S. Lương Văn Tiến Danh sách các thành viên tham gia: Stt Họ và tên Học hàm, học vị Cơ quan 1 Hà Minh Hùng PGS, TS Trung tâm Đào tạo và Ứng dụng Công nghệ Cơ khí – Tự động hóa, Viện Nghiên cứu Cơ khí 2 Hoàng Minh Thuận Thạc sỹ Trường CĐ Công nghiệp và Xây Dựng 3 Tô Văn Hưởng Thạc sỹ Trường CĐ Công nghiệp và Xây Dựng 4 Nguyễn Minh Hải Kỹ sư Trung tâm Đào tạo và Ứng dụng công nghệ cơ khí – Tự động hóa, Viện Nghiên cứu Cơ khí 5 Phan Sỹ Dũng Kỹ sư Trung tâm Đào tạo và Ứng dụng công nghệ cơ khí – Tự động hóa, Viện Nghiên cứu Cơ khí 6 Nguyễn Văn Đức Thạc sỹ Bộ môn Vật liệu học và Xử lý bề mặt, Trường Đại học Bác khoa Hà Nội Uông Bí – 2009 -1- ĐẶT VẤN ĐỀ Trong quá trình Công nghiệp hoá, Hiện đại hoá cần đẩy mạnh thực hiện các chương trình nghiên cứu và phát triển khoa học công nghệ trọng điểm thuộc lĩnh vực Công nghiệp, trong đó có công nghệ chế tạo máy trong lĩnh vực tạo phôi bằng vật liệu có tính năng đặc biệt bimetal thép – thép không gỉ, thép – hợp kim nhôm, thép – hợp kim đồng… Những vật liệu tổ hợp có tính năng kỹ thuật mới có thể được ch ế tạo bằng công nghệ luyện kim đúc và cán truyền thống, công nghệ hàn khuếch tán, hàn đắp hoặc công nghệ hàn tốc độ cao bằng sử dụng năng lượng nổ. Tại các nước công nghiệp phát triển trên thế giới, công nghệ đúc và cán tạo phôi bimetal được sử dụng phổ biến là do họ đã có đầu tư những thiết bị máy cán luyện kim công suất lớn tới hàng nghìn KW, đảm bảo đáp ứng được điều kiện hình thành liên kết kim loại làm dính 2 lớp vật liệu khác nhau với nhau đủ độ bền theo yêu cầu làm việc của chi tiết máy được chế tạo từ phôi bimetal. Tại các nước có nền công nghiệp luyện kim yếu hơn và không có đầu tư các máy cán luyện kim với công suất lớn, người ta thiên theo xu hướng nghiên cứu tìm kiếm và ứng dụng các công nghệ chế tạo vật liệu bimetal không truyền th ống khác, ví dụ như: hàn nổ (tạo liên kết 2 lớp kim loại bằng năng lượng nổ); Luyện kim bột (tạo liên kết 2 lớp kim loại bằng thiêu kết ở nhiệt độ cao và môi trường thiêu kết thích hợp đối với kim loại và hợp kim phủ trên kim loại nền), Hàn đắp Trong phạm vi nghiên cứu của đề tài Khoa học và Công nghệ cấp Bộ, áp dụng kỹ thuật HÀN NỔ (hàn ở tốc độ cao sử dụng năng lượng nổ) là rất cần thiết do ở Việt Nam, trong công nghiệp đóng và sửa chữa tàu biển hàng năm ở nước ta cần phải nhập một lượng khá lớn vật liệu tổ hợp nhiều lớp (thép – hợp kim nhôm, thép – nhôm – hợp kim nhôm…) để hàn nối các kết cấu nhôm trên boong tàu với vỏ tàu. Phương pháp hàn khuếch tán tạo vật liệu bimetal thép – nhôm đòi hỏi phải có đầ u tư một số thiết bị chuyên dụng khá đắt tiền và công nghệ rất phức tạp do yêu cầu làm sạch bề mặt tiếp xúc hàn, cũng như yêu cầu cao về điều kiện tạo môi trường chân không để hàn các kim loại ở trạng thái rắn – lỏng với nhau có chất lượng tốt, do vậy khó có tiềm năng ứng dụng tại Việt Nam. Phương pháp hàn đắp hợp kim nhôm lên nền thép sử dụng trong ngành đóng tàu là rất phức tạp, năng suất thấp, ít có tiềm năng ứng dụng ở nước ta. Chính vì vậy, trong nhiều trường hợp do bản chất về cơ lý tính khác xa nhau của hai lớp kim loại dùng làm nguyên liệu chế tạo vật liệu bimetal mà các công nghệ truyền thống không thể thực hiện hoặc rất khó thực hiện được thì người ta phải sử dụng công nghệ không truyền thống nh ư hàn nổ là có hiệu quả kinh tế cao, đặc biệt là đối với Việt Nam không có những tổ hợp luyện kim và gia công áp lực với công suất lớn. Trên thế giới, hầu như tại các nước công nghiệp phát triển đều tiến hành các nghiên cứu và ứng dụng khá phổ biến bằng cách sử dụng năng -2- lượng nổ để biến dạng dẻo kim loại và hợp kim. Chất nổ được dùng trong các quy trình công nghệ gia công kim loại bằng áp lực như : Biến cứng; hàn; dập; cắt; tạo hình kim loại bột Hàn bằng năng lượng nổ (gọi tắt là hàn nổ) là một công nghệ mới rất tiên tiến, khi sử dụng nó cho phép nhận được các tấm và băng vật liệu hợp kim nhiều lớp, các chi tiết hình trụ , các chi tiết kết nối có hình thù yêu cầu nhất định. Hàn nổ còn được sử dụng để tạo vỏ bọc các chi tiết máy và kết cấu, tạo lớp phủ trên bề mặt kim loại khác nhau. Hàn nổ cho phép chế tạo các phôi hợp kim nhiều lớp hầu như không bị hạn chế về kích thước hình học từ các kim loại và hợp kim khác nhau, trong đó có các kim loại và hợp kim không thể hàn với nhau bằng công nghệ khác được, hoặc là rất khó hàn chúng với nhau. Độ bền của mối hàn nổ thường cao hơn độ bền của các kim loại và hợp kim cấu thành [10]. Công nghệ hàn nổ ứng dụng cho việc tạo phôi bimetal thép + thép hợp kim, thép + thép không gỉ, thép + titan, thép + đồng (hợp kim đồng) được nghiên cứu có hệ thống tại một số nước thuộc khối Liên Xô trước đây, cũng như tại Anh, Mỹ, Đức, Pháp, Nhật Bản, Áo. Đây là một hướng công nghệ ít đòi hỏi đầu tư lớn, lại có hiệu quả cao, tạo ra được những tấm binmetal có kích thước lớn tới 30m 2 trong một lần hàn nổ. Đối với Việt Nam hiện nay, nhóm nghiên cứu chúng tôi cho rằng đây là một hướng công nghệ tiên tiến của thế giới có nhiều triển vọng ứng dụng để chế tạo các vật liệu tổ hợp có tính năng đặc biệt phục vụ nhiều ngành kinh tế như: Công nghiệp chế tạo máy, khai thác và chế biến dầu khí, công nghiệp khai thác mỏ và luyện kim, công nghiệp hoá họ c, xây dựng các công trình biển làm việc trong điều kiện ăn mòn hoá học cao, công nghiệp sản xuất điện, công nghiệp vật liệu hàng không Công nghệ hàn nổ để chế tạo vật liệu bimetal ở Việt Nam đã được khởi đầu từ những năm 1981 tại Viện Nghiên cứu Máy (nay là Viện Nghiên cứu Cơ khí – Bộ Công Thương) áp dụng cho việc tạo băng bimetal thép 08Kп + hợp kim đồng – nhôm ch ịu mòn có kết quả khả quan, nhưng chưa đủ sức thuyết phục các nhà sản xuất ứng dụng. Trong các tài liệu đã công bố [5 ÷ 8] có khá nhiều công trình nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm xác định tốc độ hàn nổ phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố công nghệ khác nhau của quá trình hàn nổ (chiều dày lớp thuốc nổ H, tốc độ nổ của thuốc nổ D, thành ph ần hỗn hợp thuốc nổ C, góc va đập khi nổ γ ). Các nhà nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm đã có nhiều cố gắng xác lập mối tương quan giữa các phương trình thực nghiệm đối với tốc độ va đập với các điều kiện công nghệ hàn nổ để nhận được mối hàn bền vững và có chất lượng cao và giải thích chúng trên cơ sở cơ chế hình thành liên kết kim loạ i của các cặp vật liệu hàn nổ từ nhiều quan điểm khác nhau. Tuy nhiên, chưa có khuyến cáo cụ thể nào cho việc chọn các thông số công nghệ hàn nổ tối ưu hoặc tốc độ va đập tấm kim loại hàn với tấm kim loại nền sao cho đảm bảo độ bền liên kết của vật liệu bimetal và trong tài liệu đã công bố còn chưa đủ làm rõ, cũng như các thông số đã xác định đánh giá tính hàn của -3- các kim loại khác nhau phụ thuộc vào thành phần hoá học và cơ lý tính của chúng trong đa số các trường hợp đã biết đều không sử dụng được để đánh giá độ bền liên kết kim loại có những tính chất khác với vật liệu đã chọn để thí nghiệm trong công trình nghiên cứu này. Vì vậy, đối với Việt Nam đề tài được tác giả lựa chọn là hướng nghiên cứu ứng dụng công nghệ hàn tốc độ cao nhờ sử dụng năng lượng nổ (tốc độ di chuyển của vùng hàn đạt đến hàng nghìn mét/giây), để sản xuất vật liệu bimetal thép 08s (đóng tàu) + hợp kim nhôm AMг6 độ bền cao (vật liệu tổ hợp 2 lớp: nhôm trung gian + hợp kim nhôm độ bền cao) dùng làm phôi hàn các kết cấu trên boong tàu thủy và trong tàu là hết sức cấp thiết và có tính ứng dụng thực tiễn cao. Trong báo cáo này tác giả xin được trình bày những vấn đề sau : Chương 1: Tổng quan vật liệu tổ hợp dùng trong công nghiệp đóng tàu thủy Chương 2: Nghiên cứu lý thuyết hàn tốc độ cao giữa 2 tấm kim loại bằng năng lượng nổ Chương 3: Phương pháp thực nghiệm hàn tốc độ cao tạo phôi Bimetal thép 08s + hợp kim nhôm AMг6 Chương 4: Kết quả thực nghiệm và thảo luận. -4- Mục tiêu nghiên cứu của đề tài: - Nắm vững bí quyết chế tạo vật liệu tổ hợp 08s + hợp kim nhôm AMг6 bằng công nghệ mới; - Chế tạo thử sản phẩm băng vật liệu tổ hợp thép 08s + hợp kim nhôm AMг6 và thử nghiệm hàn thử kết cấu thép và nhôm hợp kim trong quy mô phòng thí nghiệm. Nội dung nghiên cứu: - Tông quan về vật liệu hàn và phương pháp hàn, đặc biệt là v ật liệu hàn tổ hợp nền thép và hợp kim nhôm Magie; - Nghiên cứu xác lập các thông số công nghệ và quy trình hợp lý để chế tạo vật liệu hàn là thép 08s và hợp kim nhôm magie AMг6 dùng trong hàn kết cấu với quy mô phòng thí nghiệm; - Chế tạo thử sản phẩm, dùng (hàn) thử đối với kết cấu trong phòng thí nghiệm; Phân tích, đánh giá chất lượng sản phẩm. -5- Chương 1. TỔNG QUAN VẬT LIỆU TỔ HỢP DÙNG TRONG CÔNG NGHIỆP ĐÓNG TÀU THỦY 1.1. Khái quát một số phương pháp chế tạo vật liệu tổ hợp nhiều lớp Để phát triển sản xuất các máy móc hạng nặng nhằm nâng cao độ tin cậy và độ bền của chúng, cũng như giảm giá thành chế tạo cần phải ứng dụng nhiều chi tiết máy bằng vật liệ u hợp kim nhiều lớp, vì chúng cho phép tổ hợp được những tính chất có lợi của các thành phần cấu tử trong đó, đảm bảo nhận được độ bền nâng cao hoàn toàn mới, các tính chất chịu mòn và độ dẻo cao hơn so với các tính chất vật liệu đơn kim ban đầu. Ví dụ khi sử dụng bạc trượt bimetal làm giảm đáng kể chi phí tiêu hao các kim loại màu quý hiếm, điều đó đồng thời làm giảm giá thành các máy móc thiết bị nói chung [1; 5; 9]. Từ trước những năm 1950 tại các nước công nghiệp phát triển như: Mỹ, Anh, Pháp, Đức, Liên Xô người ta sử dụng phương pháp đúc - phủ hợp kim đồng chì trong lòng ống thép để chế tạo bạc trượt compozit dùng trong các động cơ đốt trong. Phương pháp đúc- phủ hợp kim đồng chịu mòn trong lòng ống thép hoặc lên nền tấm thép (tạo liên kết ở trạng thái rắn - l ỏng) là rất phức tạp, đặc biệt ở khâu chuẩn bị bề mặt tiếp xúc lớp thép với lớp hợp kim chịu mòn, có năng suất thấp, tiêu hao các kim loại mầu quý hiếm cao [8]. Vì thế, sau năm 1950 ở hầu hết các nước công nghiệp phát triển trên thế giới người ta đã thực hiện hàng loạt các nghiên cứu ứng dụng các công nghệ sản xuất vật liệu tấ m hoặc băng hợp kim nhiều lớp (bimetal, trimetal…) dùng để chế tạo bạc trượt và các chi tiết máy chịu mòn khác bằng phương pháp cán dính pakét thép + hợp kim nhôm chịu mòn, thép + thép hợp kim (sau đúc rót trong khuôn kim loại chuyên dụng). Ở Liên Xô, như nhà nghiên cứu Ju.Ja. Zilberg [8], hợp kim nhôm có mác vật liệu ACM, AO6-1, AO20-1 cán dính trên nền thép 08Kп được sử dụng để thay thế hoàn toàn bạc trượt hợp kim đồng trong các động cơ máy kéo và ô tô vận tải, động cơ diesel [8]. Ở Anh người ta sử dụng các băng bimetal cán dính thép + hợp kim AS-11; thép + hợp kim AS-15. Ở Mỹ người ta sử dụng bimetal cán dính thép + hợp kim XB-803, thép + hợp kim Akôla 750; thép + hợp kim XA-750 [1, 15]. Ở Đức người ta sử dụng bimetal thép + hợp kim nhôm cán dính KS-411B; thép + hợp kim nhôm KS-630 Đó là những cặp đôi vật liệu kim loại nền và hợp kim chịu mòn chịu biến dạng dẻo trong điều kiện biến dạng bình thường. Công nghệ cán dính có hạn chế theo chiề u cao tối đa của pakét (chiều dày tổng cộng lớp nền thép và lớp hợp kim chịu mòn), chiều rộng tấm cán vì có liên quan tới công suất và kết cấu của máy cán đã có trong sản xuất luyện kim. Ngoài ra, do yêu cầu rất cao về việc làm sạch các bề mặt tiếp xúc trước khi xếp thành pakét để cán dính hai lớp kim loại với nhau là cản trở chính trong việc thực hiện các công đoạn trong quá trình công nghệ cán -6- dính. Khi cán dính ở trạng thái nguội các pakét mức độ biến dạng dẻo tương đối lần cán đầu tiên cần phải lớn hơn 55 ÷ 60 % mới đảm bảo đủ điều kiện để phá vỡ lớp ôxit bề mặt hợp kim nhôm, tạo điều kiện hình thành sơ bộ tiếp xúc vật lý giữa hai tấm kim loại nền và hợp kim chịu mòn. Tiếp theo sau đó phôi qua cán dính lần 1 cầ n phải được ủ ở nhiệt độ tương ứng với mỗi hợp kim chịu mòn và cán đến kích thước yêu cầu của băng bimetal qua nhiều lượt cán [8]. Một hướng công nghệ tiên tiến mới được tập trung nghiên cứu ứng dụng khá rộng rãi trên thế giới từ sau năm 1960 là công nghệ hàn (tốc độ di chuyển của vũng hàn tại điểm va đập đạt đến hàng nghìn m/s) nh ờ sử dụng năng lượng nổ của thuốc nổ để thay thế công nghệ đúc - cán truyền thống nói trên. Công nghệ này được gọi tắt là công nghệ hàn nổ. Ở Liên Xô trước đây, công nghệ hàn nổ được bắt đầu thực hiện nghiên cứu có hệ thống quá trình hàn nổ tạo phôi vật liệu bimetal sử dụng trong các ngành kinh tế tại Viện nghiên cứu Thuỷ khí động học thuộc Việ n hàn lâm Khoa học Liên Xô, trường Đại học Thép và Hợp kim Matxcơva, trường Đại học Bách khoa Volgagrad, Liên hợp khoa học sản xuất luyện kim bột nước Cộng hoà Belarus, Viện Hàn mang tên E. O. Patôn thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Ucraina, Viện Nghiên cứu hàn nổ của A.A.Deribas tại thành phố Novoxibiếc và nhiều cơ sở nghiên cứu khác. Bằng công nghệ hàn tốc độ cao sử dụng thuốc nổ có tốc độ nổ khác nhau có thể hàn các kim loại khác nhau, đặc biệ t là khi không thể sử dụng công nghệ truyền thống khác hoặc rất khó tạo ra liên kết kim loại giữa hai vật liệu khác xa nhau về cơ lý tính, ví dụ như: thép + chì, thép + bạc, thép + titan. Công nghệ hàn nổ có năng suất cao và đảm bảo chất lượng liên kết hai lớp kim loại cao. Tuy nhiên, cần phải có đào tạo chuyên môn nghiệp vụ nổ cho công nhân vận hành quá trình nổ trong dây chuyền sản xuất bimetal có sử dụng năng lượng nổ [1, 18]. Chính vì những nhược điểm cúa các công nghệ truyền thống và ưu điểm của công nghệ hàn nổ nói trên, ở Việt Nam hiện nay tại Viện Nghiên cứu Cơ khí (Bộ Công thương) đã có các nghiên cứu ứng dụng công nghệ hàn nổ tạo phôi bimetal với nhiều mục đích sử dụng khác nhau và trên thực tế rất có triển vọng để sản xuất vật liệu bimetal ở Việ t Nam [1, 2, 6]. Tính đến thời điểm này ở Việt Nam không có các máy cán dính các tấm kim loại khổ rộng công suất lớn, cũng như chưa có các thiết bị tạo năng lượng xung từ trường công suất cao để sản xuất vật liệu tổ hợp nhiều lớp nói chung, trong đó có bimetal thép – hợp kim nhôm, nên việc lựa chọn công nghệ hàn tốc độ cao bằng cách sử dụng năng lượng nổ hi ện nay là phù hợp hơn cả, do không phải đầu tư thiết bị gia công áp lực cao rất tốn kém. 1.2. Khái quát về vật liệu tổ hợp thép – hợp kim nhôm dùng trong công nghiệp đóng tàu thủy -7- Vật liệu tổ hợp nhiều lớp thép – hợp kim nhôm sử dụng trong ngành công nghiệp đóng tầu thủy yêu cầu phải có chiều dầy lớp hợp kim nhôm khá lớn (10 ÷16 mm) mới đảm bảo khi hàn với kết cấu nhôm sẽ không bị bong tróc do quá nhiệt đối với lớp hợp kim nhôm có chiều dầy mỏng nhận được theo công nghệ cán dính. Trên hình 1.1 là ảnh chụp một số phôi vật liệu tổ h ợp thép ASTM A516-55 – nhôm 1050 – hợp kim nhôm 5083 (đã được pha chế thành các dải băng làm chi tiết trung gian chuẩn bị để hàn vỏ tầu thủy với các kết cấu nội thất) do một hãng chế tạo của châu Âu cung cấp cho nhà máy đóng tầu Ba Son Việt Nam. Chiều dầy lớp hợp kim nhôm xác định được trên mẫu nhập ngoại nói trên là (6 + 6) mm, còn chiều dầy lớp thép ASTM A516-55 là 20 ÷ 22 mm. Với yêu cầu kỹ thuật về chiều dầy các lớ p như vậy, công nghệ cán dính rất khó áp dụng được ngay cả đối với các nước công nghiệp phát triển có nhiều máy cán tấm công suất lớn và không riêng gì đối với Việt Nam. Xuất phát từ yêu cầu chế tạo các tấm hoặc băng rộng vật liệu tổ hợp thép – hợp kim nhôm đóng tầu thủy đã trích dẫn trong công trình [2], công nghệ phù hợp để tạo phôi là công nghệ hàn tốc độ cao nhờ sử dụng năng lượng nổ của thuốc nổ chuyên dụng (tức là công nghệ hàn nổ). Hình 1.1. Phôi vật liệu bimetal hàn nổ thép + hợp kim nhôm do một hãng sản xuất của nước Áo cung cấp cho ngành đóng tầu thủy Việt Nam Trong công trình [8] đã trình bày rất khái quát về vật liệu tổ hợp nhiều lớp thép các bon, thép không gỉ + nhôm và hợp kim nhôm được sử dụng phổ biến trong các ngành công nghiệp đóng tầu thuỷ, toa xe lửa, các công trình kết cấu và nhiều ngành công nghiệp khác.Tuỳ theo lĩnh vực sử dụng mà người ta ứng dụng công nghệ cán dính hoặc hàn bằng năng lượng nổ để chế tạo vật liệu tổ hợ p hai lớp hoặc ba lớp: thép – nhôm ; thép - nhôm - hợp kim nhôm. Đó là các kim loại và hợp kim có cơ lý tính khác xa nhau, rất khó được hàn với nhau, đồng thời trong quá trình hình thành liên kết kim loại giữa chúng có rất nhiều yếu tố gây ảnh hưởng tới chất lượng bám dính giữa các lớp. Do vậy, đối với các tổ hợp giữa các lớp nhôm và hợp kim nhôm với lớp thép yêu cầu trên vật liệu tổ hợp thành phẩm cần thực hiện nghiên cứu c ơ bản sâu để xác lập cơ sở khoa học về những yếu tố công nghệ chủ yếu nhằm mục tiêu hạn chế sự ảnh hưởng -8- tiêu cực và nâng cao các tính chất sử dụng của những thành phần cấu tử trong vật liệu. Trong bài báo cáo khoa học nói trên, tác giả giới thiệu một vài kết quả nghiên cứu khảo sát về vật liệu tổ hợp ba lớp thép 08s - nhôm 1050 - hợp kim nhôm 5083 (hợp kim nhôm AMг6) được nhập từ các nước châu Âu để sử dụng trong công nghiệp đóng mới và sửa chữa tầu biển và tầu quân sự ở Việ t Nam hiện nay. 1.2.1. Tình hình nghiên cứu ứng dụng ngoài nước Trong những năm gần đây ở nước ngoài người ta đã ứng dụng công nghệ tạo lớp phủ bằng vật liệu nhôm và hợp kim nhôm trên nền thép các bon và thép không gỉ thành công. Vật liệu tổ hợp nhiều lớp nhôm (hoặc hợp kim nhôm) - thép các bon (hoặc thép không gỉ) có tính chất đặc biệt như: mật độ thấp, độ bền cao và có thể sử dụng nhi ều trong các ngành kỹ thuật công nghiệp trong nền kinh tế của mỗi nước cho phép giảm đáng kể chi phí nguyên liệu quý hiếm đắt tiền, mở rộng khả năng thiết kế chế tạo các trang thiết bị máy móc hiện đại khác nhau, tạo điều kiện để nâng cao tuổi thọ các chi tiết máy quan trọng, giảm khối lượng và giá thành kết cấu máy. Vấn đề tạo các tấm vật liệu thép ph ủ nhôm (hợp kim nhôm), các tính chất và đặc tính công nghệ dập của chúng đã có nhiều công trình công bố ngoài nước. Do có khả năng chống gỉ cao của lớp phủ bằng nhôm trên nền sắt và thép nên vật liệu này có ý nghĩa rất lớn trong việc thay thế các kim loại quý hiếm như thiếc và chì. Vật liệu thép bọc nhôm được sử dụng trong sản xuất các bóng đèn điện tử thay thế cho niken. Tại Mỹ nhu cầ u sử dụng vật liệu thép có lớp phủ bằng nhôm trong công nghiệp là rất lớn và ngày càng gia tăng. Đặc biệt là trong ngành công nghiệp đóng tàu trên thế giới hiện nay có nhu cầu sử dụng các chi tiết trung gian để hàn các hợp kim nhôm với thép rất lớn [1]. Để chế tạo các chi tiết từ vật liệu tổ hợp thép - hợp kim nhôm dùng trong ngành công nghiệp đóng tàu thuỷ do có yêu cầu về chiều dầy tấm vậ t liệu cần thiết khá cao, nên việc sử dụng công nghệ cán dính trên thực tế ngay cả tại các nước công nghiệp phát triển cũng không phù hợp. Do vậy, các nhà nghiên cứu ngoài nước đã có đề xuất phương pháp công nghệ mới như sử dụng năng lượng nổ để chế tạo vật liệu tổ hợp thép - hợp kim nhôm. Tấm vật liệu tổ hợp thép 08s – nhôm và hợp kim nhôm; thép không gỉ 18XH10T - hợp kim nhôm được chế tạo với tỷ lệ khác nhau giữa các lớp thép và lớp nhôm hoặc hợp kim nhôm trong khoảng 3,5 ÷ 11 mm, chiều rộng không lớn hơn 800 mm, chiều dài không lớn hơn 1.600 mm. Lấy ví dụ: cơ tính của vật liệu tổ hợp 2 lớp (bimetal) nhận được như sau: σ B = 550 ÷ 640 MPa; σ 0,2 = 400 ÷ 500 MPa; δ = 15 ÷ 20 %. Độ bền bám dính 2 lớp σ b.d. > 98 MPa; độ bền cắt τ c ≥ 49 MPa. Độ giãn dài tương đối tấm bimetal thép 18XH10T - hợp kim nhôm AMг6 (δ > 20 %) đảm bảo khả năng uốn, dập và biến dạng tạo hình của vật liệu tổ hợp [1]. [...]... kim nhôm sử dụng trong hàn kết cấu tàu thuỷ dân dụng và tàu quân sự Trên hình 1.1 là ảnh chụp một chi tiết trung gian làm từ vật liệu tổ hợp 3 lớp thép - nhôm - hợp kim nhôm dùng để hàn các kết cấu thép với hợp kim nhôm trên tầu thuỷ tại một nhà máy đóng tàu ở Việt Nam cấp cho nhóm nghiên cứu chúng tôi giám định chất lượng Vật liệu tổ hợp 3 lớp thép nhôm - hợp kim nhôm loại này đang được ứng dụng trong. .. các vật liệu kết cấu thép với hợp kim nhôm Khi đã tạo ra được các thanh, tấm vật liệu trung gian thép các bon thấp độ bền cao – hợp kim nhôm để dùng trong hàn tàu thủy, người ta tiến hành hàn thử nghiệm để xác định vùng tối ưu các thông số công nghệ hàn ở khâu này Một số dạng kết cấu hàn thông qua chi tiết vật liệu tổ hợp trung gian cho trong bảng 1.1 Bảng 1.1 Một số dạng điển hình khi hàn kết cấu thép. .. liệu tổ hợp thép hợp kim nhôm nhận được bằng công nghệ hàn nổ [3], lớp nền thép 08s và X18H10T có chiều dày 8 mm, còn lớp hợp kim nhôm AMг6 có chiều dày 5 ÷ 6 mm, trong đó lớp lót trung gian là nhôm AД1 có chiều dày 1,5 mm đã làm tăng tính dẻo của vật liệu tổ hợp Vật liệu tổ hợp ba lớp hàn nổ thép X18H10T - nhôm AД1 - hợp kim nhôm AMг6 đã được giám định theo chỉ tiêu độ bền bám dính 2 lớp thép và hợp. .. kiện, kết cấu trên tầu thuỷ từ vật liệu thép trước đây bằng vật liệu mới là hợp kim nhôm, do vậy cần sử dụng các chi tiết trung gian bằng vật liệu bimetal thép + hợp kim nhôm để hàn ghép các cấu kiện đó với nhau, phương pháp này làm cho quá trình chế tạo tầu thuỷ đỡ phức tạp hơn trước và đảm bảo kết cấu làm việc có độ tin cậy cao 1.4 Phân tích tổ trúc tế vi biên giới 2 lớp vật liệu tổ hợp thép - hợp kim. .. dây hàn bằng thép không gỉ X18H10T đường kính 2 mm Có hai phương án hàn được lựa chọn để thí nghiệm như sau [1]: - Phương án hàn thứ nhất: đầu tiên hàn các tấm thép của kết cấu công trình (vỏ tàu) với lớp nền thép vật liệu tổ hợp trung gian, sau khi kết cấu đã nguội hoàn toàn mới hàn các tấm hợp kim nhôm AMг6 trong cấu kiện trên tàu với lớp nhôm hợp kim vật liệu tổ hợp trung gian Việc hàn lớp nền thép. .. trường hợp phá hủy mẫu kể trên đạt 70 MPa và 68 MPa tương ứng 1.3 Phạm vi sử dụng vật liệu tổ hợp thép - hợp kim nhôm trong hàn kết cấu tàu thuỷ Gần đây trong công nghiệp đóng tàu thuỷ trên thế giới ngày càng sử dụng phổ biến hợp kim nhôm Tuy hợp kim nhôm có giá thành chế tạo cao hơn so với thép, nhưng các cấu kiện trên tàu thuỷ từ hợp kim nhôm nhanh chóng được hoàn vốn nhờ có nhiều ưu điểm hơn thép, ... liên kết giữa lớp nền thép và hợp kim nhôm trong vật liệu nhiều lớp TRICLAD® Aluminium Steel Transitionjoints: a) giữa lớp thép với lớp nhôm 1050; b) giữa lớp nhôm 1050 với lớp hợp kim nhôm 5083 Kết luận chương 1: Trong phần này, tác giả đã đạt được các kết quả sau: 1) Nêu được khái quát về tình hình nghiên cứu ứng dụng các phương pháp công nghệ chế tạo vật liệu tổ hợp nhiều lớp, trong đó có vật liệu. .. lực kém (gắn kết điểm), chi phí nhân công cao, làm tăng trọng lượng tàu đáng kể ; 2) Tổng hợp những kết quả nghiên cứu ứng dụng vật liệu tổ hợp thép – nhôm – hợp kim nhôm dùng trong công nghiệp đóng tầu thủy trên thế giới Đồng thời đã trình bày phạm vi sử dụng vật liệu bimetal thép + hợp kim nhôm trong hàn kết cấu tầu thuỷ Đặc biệt là hiện nay Việt Nam đến nay chưa tự chủ động sản xuất trong nước được... chọn chế độ công nghệ hàn nổ phù hợp với điều kiện thực tế khi triển khai ứng dụng vào sản xuất tấm vật liệu tổ hợp kích thước lớn ở nước ta -31- Chương 3 PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM HÀN TỐC ĐỘ CAO TẠO PHÔI BIMETAL THÉP 08s – HỢP KIM NHÔM AMг6 3.1 Vật liệu và Thiết bị thí nghiệm 3.1.1 Vật liệu thí nghiệm Trên cơ sở tổng kết kinh nghiệm sử dụng các mác vật liệu dùng cho chế tạo tấm bimetal thép – hợp kim nhôm. .. bằng hợp kim Al +5,6% Si ; Al + 4% Fe ; Al + 4,5% Cu ; Al + 4,6% Ni độ bền bám dính hai lớp thép - hợp kim nhôm tăng -28- lên đến mức độ bền của hợp kim nhôm ở trạng thái biến cứng [18] Như vậy, khi hàn nổ để tạo phôi vật liệu tổ hợp nhiều lớp thép – nhôm – hợp kim nhôm cần chú ý đến việc hạn chế sự hình thành các liên kim loại gây ảnh hưởng xấu tới chất lượng liên kết hai lớp kim loại trong mối hàn . hợp lý để chế tạo vật liệu hàn là thép 08s và hợp kim nhôm magie AMг6 dùng trong hàn kết cấu với quy mô phòng thí nghiệm; - Chế tạo thử sản phẩm, dùng (hàn) thử đối với kết cấu trong phòng. nền thép vật liệu tổ hợp trung gian, sau khi kết cấu đã nguội hoàn toàn mới hàn các tấm hợp kim nhôm AMг6 trong cấu kiện trên tàu với lớp nhôm hợp kim vật liệu tổ hợp trung gian. Việc hàn lớp. DỰNG BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI Tên đề tài: “NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU TỔ HỢP THÉP 08s + HỢP KIM NHÔM AMг6 DÙNG TRONG HÀN KẾT CẤU” (Thực hiện theo Hợp đồng số 015.09 RDBS/HĐ-KHCN