Trong một bài báo đăng trên tạp chí Materials, các nhà nghiên cứu đã nghiên cứu các mối hàn của hợp kim Al-MG-LI với phụ gia zirconium.
Nghiên cứu: Sự hình thành độ xốp trong mối hàn mỏng của hợp kim AL-MG-LI. Hình ảnh: Patruflo/Shutterstock.com
Đặc tính và tính đều đặn của sự hình thành lỗ rỗng được nghiên cứu bằng cách áp dụng xử lý chân không nhiệt (TVT) và bằng cách sử dụng các công nghệ hàn khác nhau như hàn chùm điện tử (EBW) và hàn khí trơ kim loại (MIG). Phân tích kim loại học được thực hiện và điều tra thành phần của hợp kim và kim loại mối hàn.
Tại sao phải nghiên cứu sự hình thành lỗ rỗng trong hợp kim Al– MG – LI?
Đối với mỗi 1% liti, thì mật độ của hợp kim Al – MG – LI giảm 3% nhưng lại tăng môđun của Young lên 5%. Hợp kim có mô đun đàn hồi cao, mật độ thấp, chống ăn mòn cao, tính hàn cao và được sử dụng trong tổng hợp các kết cấu nhẹ, đặc biệt là trong ngành công nghiệp máy bay.
Khó khăn chính trong quá trình hàn hợp kim Al-MG-LI là sự hình thành lớp ôxy hóa mạnh và sự hấp phụ cao của các khí giúp hình thành lỗ rỗng. Sự hình thành lỗ rỗng trong hợp kim chủ yếu là do sự hình thành của lớp bề mặt trong quá trình nung nóng, và các hợp chất của lớp bề mặt tách ra trong quá trình nung nóng và giải phóng các khí như hydro.
Viện nghiên cứu khoa học toàn Nga về vật liệu hàng không (VIAM) khuyến nghị nên xử lý chân không nhiệt vật liệu để ngăn ngừa sự hình thành lỗ rỗng trong các mối hàn của hợp kim Al-MG-LI. Việc áp dụng TVT làm thay đổi thành phần của mối hàn và giảm nồng độ hydro giải phóng và do đó làm giảm sự hình thành lỗ rỗng.
Hai kỹ thuật hàn - hàn hồ quang argon MIG và hàn chùm điện tử - đã được sử dụng để hàn hợp kim Al-MG-LI. Thành phần hóa học của hợp kim được phân tích, và cấu trúc vi mô của phần này được nghiên cứu bằng cách sử dụng kính hiển vi quang học và kính hiển vi ánh sáng ngược. Thành phần pha được phân tích bằng cách sử dụng phân tích XRD và các tính toán nhiệt động lực học trong quá trình kết tinh cân bằng của hợp kim được thực hiện bằng JMatPro, phần mềm gói mô phỏng đặc tính vật liệu.
Tính toán nhiệt động học của hợp kim thành phần pha của: (a) các pha ổn định; (b) các giai đoạn di căn. Tín dụng hình ảnh: Olshanskaya, T và cộng sự, Vật liệu
Quan sát
Việc bổ sung các chất phụ gia Zirconium cho thấy sự hình thành giai đoạn tăng cường; hợp kim không có TVT bộc lộ các giai đoạn tăng cường ổn định và một giai đoạn bền vững. Sau khi xử lý nhiệt tiêu chuẩn T6, Al 2 LiMg và Al 3 Mg 2 là giai đoạn cứng ổn định và Al 3 Li là giai đoạn bền. Nội dung của các nguyên tố hóa học được giải phóng thay đổi dựa trên sự thay đổi nhiệt độ.
TVT với quá trình xử lý nhiệt tiếp theo dẫn đến sự liên kết của các thành phần hóa học trên bề mặt hạt và sự cố định của dung dịch rắn đồng nhất, giúp phân tán các pha tăng cường và những kết quả này đã được xác nhận bởi các nghiên cứu kim loại học. Các kết quả kim loại học cho thấy sự phân bổ pha phân tán mịn và bản chất của sự hình thành và phân bố các lỗ rỗng có và không có TVT.
Cấu trúc tế vi của hợp kim 1420 sau khi xử lý nhiệt tiêu chuẩn (a, c) và sau TVT (b, d), x200: (a, b) bề mặt không khắc; (c, d) sau khi khắc. Tín dụng hình ảnh: Olshanskaya, T và cộng sự, Vật liệu
Dữ liệu XRD cho thấy dữ liệu thành phần pha và TVT tiếp theo là quá trình già hóa và làm nguội không ảnh hưởng đến thành phần pha của hợp kim và điều này phù hợp với kết quả nhiệt động lực học.
Trong quá trình hàn MIG, các lỗ rỗng được hình thành không phụ thuộc vào TVT và không có lỗ rỗng nào được quan sát thấy trong quá trình EBW. Sự hình thành các pha nhất định như Al 6 Mn và Al 3 Mg 2 đã được quan sát thấy trong thời gian bắt đầu và kết thúc quá trình kết tinh và điều này tương quan với dữ liệu tài liệu. Khí tích tụ trong một lớp ranh giới của kim loại khi mặt trước kết tinh di chuyển và sự gia tăng này vượt quá độ hòa tan tiêu chuẩn.
Cấu trúc vĩ mô của mối hàn bằng các phương pháp hàn khác nhau của hợp kim 1420 ở các trạng thái ban đầu khác nhau: (a) Hàn hồ quang argon (MIG) với dây AlMg-6, vật liệu cơ bản sau TVT; (b) hàn chùm tia điện tử (EBW), vật liệu cơ bản sau TVT. Tín dụng hình ảnh: Olshanskaya, T và cộng sự, Vật liệu
Trong quá trình kết tinh nhôm, các nguyên tử hydro có xu hướng giảm độ hòa tan và hydro được phân phối lại giữa các lớp rắn và lỏng theo quy luật khuếch tán. Điều này làm cho các tạp chất trong kim loại kết hợp lại và tạo thành bọt khí. Các bọt khí nổi lên trên bề mặt là do tính chất dẻo của kim loại. Các bong bóng không nổi lại vẫn còn trong kim loại sau khi kết tinh và tạo thành các lỗ rỗng. EBW được thực hiện trong điều kiện chân không và các khí đã được loại bỏ trước khi kết tinh.
Trong các mối hàn EBW, độ cứng được phân bố đồng đều hơn. Điều này là do quá trình được thực hiện trong chân không, nơi tất cả các khí được loại bỏ. Khi nhôm trộn với hydro, nó tạo thành dung dịch rắn nhúng và điều này làm thay đổi độ cứng của mối hàn. TVT giúp đạt được độ cứng đồng nhất của hợp kim trong cả hai kỹ thuật hàn.
Kết quả tính toán các thông số chu trình nhiệt đối với hàn MIG (1) và EBW (2) đối với vùng nung chảy (a, c, e) và kim loại hàn (b, d, f): (a, b) chu trình nhiệt; (c, d) đường cong làm mát; (e, f) tốc độ làm mát tức thời. Tín dụng hình ảnh: Olshanskaya, T và cộng sự, Vật liệu
Phần kết luận
Để kết luận, ảnh hưởng của vật liệu cơ bản, xử lý chân không nhiệt và công nghệ hàn lên sự hình thành lỗ rỗng đã được phân tích trong các mối hàn bằng hợp kim Al – MG – LI. Việc bổ sung các chất phụ gia zirconium vào hợp kim Al– MG – LI cho thấy các giai đoạn tăng cường. Dữ liệu nhiệt động lực học cho thấy sự hình thành của các pha tăng cường có và không có TVT sau khi xử lý nhiệt tiêu chuẩn. Không quan sát thấy sự hình thành lỗ rỗng và sự phân bố độ cứng tốt hơn ở mối hàn EBW so với mối hàn MIG.
(Nguồn: www.mdpi.com)
Cảm ơn đã theo dõi hết bài viết!!!
