Biến tính cho hợp kim nhôm dùng trong xây dựng

Tiến sỹ Nguyễn Văn Chiến - Viện Nghiên cứu Mỏ và Luyện kim
Tiến sỹ Phạm Đức Thắng - Trường Cao đẳng Công nghiệp
Biến tính là biện pháp công nghệ đơn giản, rẻ và rất có hiệu quả để nâng cao tính chất cơ học và tính chất làm việc của hợp kim nhôm. Để làm tăng số lượng tâm mầm kết tinh nhằm tạo ra hợp kim nhôm có cấu trúc tinh thể nhỏ mịn, cần biến tính chúng bằng hợp kim trung gian (HKTG) Ai-Ti, Al-B hoặc Al-Ti-B. Các tâm mầm kết tinh là các hợp chất hoá học như Al3Ti và TiB2. Do tổ chức hạt tinh thể mịn, tính chất của hợp kim nhôm được nâng lên rất đáng kể.
Đối tượng nghiên cứu là hợp kim nhôm biến dạng mác 6063 có thành phần hoá học (%) : 0,2-0,6 Si; 0,45-0,90 Mg; 0,1-1,0 (Si+Mg), còn lại Al. Hợp kim nhôm được nấu trong lò điện trở, có bộ phận điều khiển tự động nhiệt độ của lò. Hợp kim nhôm được khử khí và tinh luyện bằng khí nitơ trong điều kiện tối ưu. Chất biến tính được dùng cho nghiên cứu là HKTG AlTi5B1.
Mẫu đúc được chế tạo trong khuôn kim loại và khuôn cát có kích thước tương ứng là  22x180mm và  30x250mm được bổ ngót và lọc xỉ tốt, sau khi ủ đồng đều hoá ở 5200C/7h đă tiến hành gia công cơ thành các mẫu thử cơ tính theo TCVN 197-85 và mẫu để đánh giá tổ chức tế vi của hợp kim nhôm.

Đã dùng phương pháp quy hoạch thực nghiệm Box-Wilson với các yếu tố đầu vào là:
Z1 - Lượng chất biến tính AlTi5B1 : 1-5 kg/tấn nhôm.
Z2: - Nhiệt độ hợp kim khi biến tính : 700-8000C.
Các hàm mục tiêu được chọn cho khuôn kim loại là :
y1 - Độ bền kéo (MPa)
y2 - Độ giăn dài tương đối (%)
Các hàm mục tiêu được chọn cho khuôn cát là:
y3 - Độ bền kéo (MPa)
y4 - Độ giăn dài tương đối (%)
y5 - Kích thước trung bình của hạt tinh thể (m)
Từ các số liệu nghiên cứu, đă xây dựng được các phương trình hồi quy với biến thực cho mẫu đúc trong khuôn kim loại như sau :
y1= -1619,407 + 3,834Z1 + 4,699Z2 + 0,377Z12 - 3,145.10-3Z22 (1)
y2= -505,637 + 3,094Z1 + 1,393Z2 - 0,343Z12 - 0,9288.10-4Z22 (2)
và cho mẫu đúc trong khuôn cát :
y3 = -746,284 - 8,987Z1+ 2,265Z2 + 0,01547Z1Z2 - 12,5408.10-3Z22 (3)
y4= -130,757 + 0,748Z1 + 0,365Z2 - 0,106Z12 - 2,432.10-4Z23 (4) y5= 5266,576 - 112,366Z1 - 13,224Z2 + 15,537Z12 + 8,86.10-3Z22 (5)
Từ các phương trình hồi quy, có thể rút ra các kết luận sau:
• Khi tăng lượng chất biến tính và nhiệt độ biến tính (AlTi5B1), các giá trị độ bền kéo, độ dẻo và tỷ trọng của hợp kim nhôm đều tăng qua điểm cực đại rồi lại giảm đi một cách đồng biến.
• Các dạng đường cong đă nêu đối với khuôn kim loại và khuôn cát là tương tự; song các đường cong của độ bền kéo, độ dẻo cho khuôn kim loại luôn nằm ở giá trị cao hơn so với đường cong cho khuôn cát.
Bằng phương pháp giải tích và vẽ đồ thị, đă xác định được điểm tối ưu với: Z1 = 3 kg/ 1 tấn nhôm và Z2 = 7500C. Tại điểm tối ưu này, các giá trị hàm mục tiêu đạt được so với mẫu không biến tính được cho trong bảng sau :