Ảnh hưởng của nhiệt luyện và graphit tới tổ chức tế vi và cơ tính của cặp vật liệu hợp kim Cu và Graphit

 
MỞ ĐẦU
Bạc đồng - graphit là một loại bạc composit mà ở đó có sự phân tán của graphit trên nền đồng và thường được ứng dụng trong điều kiện làm việc khô, nhiệt độ cao, áp suất cao, chịu ăn mòn, trong môi trường nước hoặc môi trường hóa học mà không thể dùng dầu để bôi trơn. Vấn đề lớn nhất hiện nay là khả năng phân tán và liên kết của graphit trên nền đồng rất kém nên ở nghiên cứu này, graphit được cố định phân bố trên nền Cu bằng biện pháp cơ học. Tổ chức tế vi và cơ tính của hợp kim Cu-graphit sau nhiệt luyện cùng với mức độ phân bố graphit khác nhau được đánh giá bằng phương pháp hiển vi quang học, XRD, đo độ cứng và hệ số ma sát.
THỰC NGHIỆM
Mẫu được chế tạo bằng phương pháp đúc, hợp kim được nấu trong lò cảm ứng trung tần và rót ở nhiệt độ 1200 ^oC vào khuôn kim loại dạng trụ có đường kính ϕ30mm. Sau khi vật đúc nguội, mẫu được cắt nhỏ theo kích thước ϕ30x30mm để tiến hành các nghiên cứu tiếp theo. Mẫu nhỏ được xử lý nhiệt ở các chế độ khác nhau. Mẫu tôi được nung ở nhiệt độ 950 ^oC với thời gian giữ nhiệt là 120 phút cho nguội trong nước. Mẫu sau tôi được hóa già ở 600 ^oC trong khoảng thời gian 30 phút và nguội cùng lò.
Để xác định ảnh hưởng của graphit tới hệ số ma sát, mẫu được khoan lỗ Φ5 mm. Khoảng cách giữa các lỗ là 2 mm (a2); 3 mm (a3); 4 mm (a4). Các lỗ này được dùng để nhét cục graphit vào, khoảng cách giữa các lỗ khác nhau nhằm xác định ảnh hưởng của mật độ graphit tới hệ số ma sát.
Các mẫu sau khi nhiệt luyện được đo độ cứng, tổ chức tế vi được đánh giá bằng phương pháp hiển vi quang học, nhiễu xạ Rơnghen (XRD). Thành phần của mẫu được phân tích bằng phương pháp quang phổ phát xạ, như trình bày ở bảng 1 và xác định hệ số ma sát của mẫu với tải trọng bằng 12 N.
Bảng 1. Thành phần hợp kim BCuAl10Fe4Ni4Mn sau đúc (% khối lượng)

 

Hình 1. Ảnh hiển vi quang học (x200) của hợp kim sau đúc (a), sau tôi (b), sau hóa già (c) và ảnh phóng đại sau hóa già (d, x1000).

Hình 2. Ảnh hưởng của chế độ nhiệt luyện tới hệ số ma sát

 

Hình 3. Ảnh hưởng của khoảng cách lỗ tới hệ số ma sát.

 

 

Hình 4. Giản đồ hệ số ma sát của mẫu sau đúc

Hình 5. Giản đồ hệ số ma sát của mẫu sau tôi

Hình 6. Giản đồ hệ số ma sát của mẫu sau hóa già

KẾT LUẬN
Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ nhiệt luyện tới tổ chức và cơ tính của hợp kim đồng BCuAl10Fe4Ni4Mn cho thấy hợp kim đạt độ cứng cao sau tôi và hóa già. Sau nhiệt luyện, tổ chức của hợp kim BCuAl10Fe4Ni4Mn không có thêm pha mới mà chỉ phân bố lại tổ chức Đặc biệt kết quả kiểm tra hệ số ma sát cho thấy, mẫu sau đúc có sự dao động mạnh của hệ số ma sát. Sự dao động của hệ số ma sát đã được cải thiện đáng kể sau khi mẫu được nhiệt luyện. Mật độ graphit không ảnh hưởng nhiều tới hệ số ma sát của mẫu, hệ số ma sát nhỏ nhất đạt được trong phạm vi nghiên cứu khi khoảng cách giữa các lỗ graphit bằng 2 mm.