Tài liệu Nghiên cứu chế tạo dây nhôm hợp kim 6201 dùng cho sản xuất cáp điện

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA --------------- PHẠM THỊ MINH TRANG NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO DÂY NHÔM HỢP KIM 6201 DÙNG CHO SẢN XUẤT CÁP ĐIỆN Chuyên ngành: Công nghệ Vật liệu Kim loại và Hợp kim Mã số: 60 52 91 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP.Hổ Chí Minh, tháng 1 năm 2015 CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐHQG-HCM Cán bộ hướng dẫn khoa học : TS. Huỳnh Công Khanh Chữ ký:………………………………… Cán bộ nhận xét 1 : …………………………………………………… Chữ ký:………………………………… Cán bộ nhận xét 2 : ……………………………………………………. Chữ ký:………………………………… Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp. HCM vào ngày . . . . . tháng . . . . năm . . . . . Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: 1. .............................................................. 2. .............................................................. 3. .............................................................. 4. .............................................................. 5. .............................................................. Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có). CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA…………….. ii iii ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự do - Hạnh phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: PHẠM THỊ MINH TRANG MSHV: 12440813 Ngày, tháng, năm sinh: 22/08/1987 Nơi sinh: Phú Yên Chuyên ngành: Công nghệ vật liệu kim loại và hợp kim Mã số : 605291 I. TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO DÂY NHÔM HỢP KIM 6201 DÙNG CHO SẢN XUẤT CÁP ĐIỆN II. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: Nghiên cứu công nghệ nấu luyện và biến tính hợp kim nhôm 6201 Nghiên cứu công nghệ chế tạo dây hợp kim 6201 Nghiên cứu công nghệ nhiệt luyện hợp kim nhôm 6201 Tiến hành thực nghiệm nấu luyện và biến tính hợp kim 6201 trong lò thí nghiệm điện trở. Đúc thỏi hợp kim. Phân tích cấu trúc, thành phần hóa. 5. Tiến hành chế tạo dây hợp kim nhôm. Đo độ dẫn điện, độ bền cơ tính. 6. Tiến hành nhiệt luyện hợp kim 6201. Phân tích độ dẫn điện, độ bền cơ học tính. 1. 2. 3. 4. III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 20/01/2014 .................................................................. IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 08/12/2014 .................................................. V. CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Ghi rõ học hàm, học vị, họ, tên): TS. Huỳnh Công Khanh Tp. HCM, ngày . . . . tháng …….năm 2015 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Họ tên và chữ ký) CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO (Họ tên và chữ ký) TRƯỞNG KHOA….……… (Họ tên và chữ ký) iii LỜI CẢM ƠN Tôi xin chân thành cảm ơn TS. Huỳnh Công Khanh - người đã tận tình giúp đỡ và hướng dẫn tôi trong quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thiện Luận Văn này. Tôi xin chân thành cảm ơn PGS. Nguyễn Văn Dán, TS. Lê Văn Lữ, ThS. Nguyễn Duy Thông, Thầy Nguyễn Hữu Tú, cô Nga đã giúp đỡ, tạo điều kiện cho tôi trong quá trình nghiên cứu và thực hiện Luận Văn. Tôi xin chân thành cảm ơn Quý thầy cô của Bộ Môn Kim loại, Khoa Công nghệ Vật liệu đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi thực hiện Luận Văn này. Tôi xin trân trọng cảm ơn các Phó giáo sư, Tiến sĩ trong Hội đồng chấm thi/phản biện Luận văn đã đọc và góp ý cho Luận Văn của tôi. Tôi xin gửi lời cảm ơn đến chủ xưởng sản xuất Việt Khiêm – Khu công nghiệp Lê Minh Xuân và các công nhân trong xưởng Việt Khiêm, cán bộ kỹ thuật Phòng Quản lý chất lượng – Công ty cổ phần dây cáp điện Việt Nam (CADIVI), các cá nhân em Trần Thanh Tâm, em Quỳnh Anh đã giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình thực hiện Luận Văn. Qua đây, tôi cũng xin bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc đến gia đình, người thân và bạn bè đã giúp đỡ tôi trong suốt thời gian thực hiện luận văn này. TP. Hồ Chí Minh, ngày tháng 1 năm 2015 TÁC GIẢ LUẬN VĂN Phạm Thị Minh Trang iv TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ Trong hơn 20 năm qua, dây cáp điện bằng hợp kim nhôm 6201 đã trở nên khá phổ biến trên thế giới. Tuy nhiên trong nước chưa có đề tài nghiên cứu chế tạo ra dâp cáp điện bằng hợp kim 6201 đạt tiêu chuẩn chất lượng ASTM B398. Luận văn này nghiên cứu thực nghiệm quy trình chế tạo ra dây nhôm hợp kim 6201 dùng cho sản xuất cáp điện, đáp ứng tiêu chuẩn ASTM B398. Hợp kim nhôm 6201được nấu luyện và biến tính bằng hợp kim trung gian AlB1, AlTi5B1 trong các mẻ nấu riêng biệt với các hàm lượng B, Ti trong hợp kim khác nhau để so sánh khả năng biến tính của các hợp kim trung gian và lựa chọn nồng độ B, Ti thích hợp qua so sánh tổ chức tế vi chụp bởi kính hiển vi quang học (OLYMPUS – GX51F). Thành phần hóa học hợp kim nhôm được kiểm tra trên máy quang phổ phát xạ nguyên tử (SPECTROMAX). Tiến hành ép đùn nóng sau khi nung trước ở nhiệt độ 500÷520oC ra dây cán Ø4.5÷4.7mm. Tôi dây cán ở nhiệt độ 520oC trong 4 giờ, làm nguội trong nước. Kéo dây xuống giới hạn đường kính dây Ø2.3÷2.5mm. Hóa già trước ở 120oC trong 2 giờ và hóa già nhân tạo ở 2 chế độ nhiệt độ 165oC và 175oC với nhiều khoảng thời gian khác nhau (4÷8 giờ). Đo độ bền kéo đứt và độ dẫn điện theo tiêu chuẩn ASTM B398. Kết quả cho thấy: Dây hợp kim 6201 đã chế tạo đạt yêu cầu tiêu chuẩn ASTM B398 gồm thành phần hóa, tiêu biểu 0.81%Mg (ASTM B398 0.6÷0.9%Mg), 0.71%Mg (ASTM B398 0.5÷0.9%Si); độ bền kéo đứt 315.9÷361MPa (ASTM B398 ≥315MPa), điện trở suất 0.03256÷0.032661Ω.m (ASTM B398 ≤0.032841Ω.m), chỉ số %IACS 52.8÷52.95 (ASTM B398 ≥52.5). Hợp kim 6201 biến tính bởi AlB1 tốt hơn và thích hợp ở khoảng 0.04÷0.06%B trong hợp kim. Tôi trước khi kéo dây sẽ cải thiện khả năng kéo ra dây và chất lượng dây sau kéo. Chế độ hóa già 175oC trong 6 giờ cho chất lượng về cơ tính và độ dẫn điện dây hợp kim 6201 tốt nhất. v ABSTRACT For over 20 years, aluminum alloy 6201 electrical wire has become quite popular in the world. However in Vietnam, there is are no research how to make aluminum alloy 6201 electrical wire which qualify requirement of ASTM B398 standard. This thesis studies the experimental process of making 6201 alloy wire for electrical cable manufacturing, qualifying requirement specifications of ASTM B398 standard. Aluminum alloy 6201 was melted and inoculated by AlB1 or AlTi5B1 in separated meltings to make comparison between inoculation potency of these master alloys and the contents of B, Ti in 6201 alloy. Chemical compositions, microstructure of 6201 alloy were analyzed by optical emission spectrometer (SPECTROMAX) and optical microscope (OLYMPUS – GX51F). 6201 alloy cast ingots which reheating at 500 ÷ 520oC were hot extruded to form Ø4.5 ÷ 4.7mm rod. Rod was solutionized at 520oC for 4 hours, quenching with water. Then, the rod was cold drawn to form Ø2.3 ÷ 2.5 mm wire. The preaging wire was performed at 120°C for 2 hours, then final artificial aging at temperatures 165oC, 175oC for different periods (4 ÷ 8 hours). Resistivity and ultimate tensile strength were tested by according to ASTM B398 standard. The results showed that: aluminum alloy 6201 wire was made qualifying requirement specifications of ASTM B398 standard, including chemical compositions, typically 0.81% Mg (ASTM B398 0.6 ÷ 0.9% Mg), 0.71% Mg (ASTM B398 0.5 ÷ 0.9% Si ); ultimate tensile strength 315.9 ÷ 361MPa (ASTM B398 ≥315MPa); resistivity 0.032661 ÷ 0.03256 Ω.m (ASTM B398 ≤0.032841Ω.m), % IACS 52.95 ÷ 52.8 (ASTM B398 ≥52.5). In addition, the master alloy AlB1 is a grain refiner better than AlTi5B1, and the percentage of B in 6201 alloy is 0.04 ÷0.06 %. Cold drawing to form wire after solution quenching improves the quality of drawing to form wires which have smaller diameter and more refined round surface. Artificial aging at temperature 175oC for 6 hours was the best mode to improve mechanical properties and electrical conductivity of wire. vi LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan Luận văn này là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Kết quả trình bày trong Luận văn là kết quả thực nghiệm do chính tôi thực hiện, kết quả trung thực và chưa được các tác giả công bố trong bất kì công trình nào. Các trích dẫn về bảng biểu, kết quả nghiên cứu của những tác giả khác; tài liệu tham khảo trong luận văn đều có nguồn gốc rõ ràng và theo đúng quy định. TP. Hồ Chí Minh, ngày tháng 1 năm 2015 TÁC GIẢ LUẬN VĂN Phạm Thị Minh Trang vii MỤC LỤC Trang Lời cảm ơn ............................................................................................................ iv Tóm tắt Luận Văn .................................................................................................. v Lời cam đoan ........................................................................................................ vii Danh mục từ viết tắt .............................................................................................. xi Danh mục bảng biểu............................................................................................. xii Danh mục hình ảnh ............................................................................................. xiv MỞ ĐẦU ............................................................................................................... 1 I. Đặt vấn đề .................................................................................................. 1 II. Tính cấp thiết của đề tài ............................................................................ 2 III. Mục tiêu nghiên cứu ................................................................................ 3 IV. Nội dung nghiên cứu ............................................................................... 3 V. Đối tượng, phạm vi nghiên cứu ................................................................ 3 VI. Tính mới của đề tài.................................................................................. 4 VII. Ý nghĩa khoa học của đề tài ................................................................... 4 VIII. Ý nghĩa thực tiễn của đề tài .................................................................. 4 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN................................................................................ 5 1.1. Thành phần, cấu trúc và tính chất hợp kim nhôm 6201 ......................... 5 1.1.1. Thành phần, cấu trúc và tính chất hợp kim nhôm 6201.................. 5 1.1.2. So sánh dây dẫn hợp kim nhôm 6201 với các loại dây dẫn hợp kim nhôm khác ................................................................................................. 7 1.2. Công nghệ nấu luyện và biến tính hợp kim 6201................................... 9 1.3. Công nghệ chế tạo dây hợp kim 6201 .................................................. 14 1.3.1. Công nghệ cán thỏi đúc hợp kim 6201 ......................................... 14 1.3.2. Công nghệ ép nóng ra dây hợp kim 6201 ..................................... 14 viii 1.3.3. Công nghệ kéo dây hợp kim 6201 ................................................ 15 1.4. Công nghệ nhiệt luyện dây hợp kim 6201 ........................................... 16 1.5. Tình hình sx dây cáp hợp kim 6201 trên thế giới và trong nước ......... 18 1.5.1. Phương pháp đúc, cán và xử lý nhiệt gia công nóng liên tục ....... 25 1.5.2. Phương pháp SCR ......................................................................... 30 1.5.3. Tình hình sản xuất dây cáp trần hợp kim 6201 trong nước .......... 33 1.6. Tiêu chuẩn ASTM B398/B398 M-99................................................... 34 CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM ............................................. 36 2.1. Mục đích thực nghiệm .......................................................................... 36 2.2. Thí nghiệm nấu luyện và biến tính hợp kim nhôm 6201 ..................... 36 2.2.1. Thí nghiệm nấu luyện hợp kim nhôm 6201 .................................. 36 2.2.2. Thí nghiệm biến tính hợp kim nhôm 6201 ................................... 41 2.2.3. Thí nghiệm nấu luyện, biến tính hợp kim nhôm 6201 dùng cho thí nghiệm chế tạo dây cáp ........................................................................... 47 2.3. Thí nghiệm ép đùn, kéo dây hợp kim nhôm 6201................................ 52 2.3.1. Vật liệu và thiết bị ......................................................................... 52 2.3.2. Mô tả thí nghiệm ........................................................................... 54 2.4. Thí nghiệm nhiệt luyện dây hợp kim nhôm 6201 ................................ 58 2.4.1. Vật liệu và thiết bị ......................................................................... 58 2.4.2. Mô tả thí nghiệm ........................................................................... 58 2.5. Phương pháp phân tích ......................................................................... 59 2.5.1. Kiểm tra thành phần hóa ............................................................... 59 2.5.2. Chụp tổ chức tế vi ......................................................................... 60 2.5.3. Đo cơ tính ...................................................................................... 61 2.5.4. Đo điện trở .................................................................................... 62 2.6. Phương pháp đánh giá .......................................................................... 63 ix 2.6.1. Đánh giá khả năng biến tính, tăng cơ tính hợp kim 6201 ............. 63 2.6.2. Đánh giá chất lượng của dây cáp điện .......................................... 63 CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN ....................................................... 65 3.1. Thành phần và tỗ chức tế vi hợp kim nhôm 6201 ................................ 65 3.1.1. Thành phần và tổ chức hợp kim nhôm 6201 trước biến tính ........ 65 3.1.2. Thành phần và tổ chức hợp kim nhôm 6201 sau biến tính ........... 67 3.2. Kết quả quá trình đùn kéo hợp kim nhôm 6201 ................................... 72 3.2.1. Thành phần và tổ chức hợp kim nhôm 6201 trước khi đùn kéo ... 72 3.2.2. Kết quả và tính chất dây hợp kim sau khi đùn kéo ....................... 74 3.3. Cơ tính, điện trở suất dây hợp kim 6201 .............................................. 77 3.3.1. Cơ tính dây hợp kim 6201 ............................................................ 77 3.3.2. Độ dẫn điện dây hợp kim 6201 ..................................................... 79 CHƯƠNG 4. KẾT LUẬN .................................................................................. 81 TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................... 83 PHỤ LỤC ............................................................................................................. 86 x DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT Kí hiệu Chú giải IACS International Annealed Copper Standard: Tiêu chuẩn thế giới về đồng ủ AAAC All Aluminum alloy conductor: dây dẫn hợp kim nhôm ACSR Aluminum conductor steel reinforced: dây dẫn nhôm lõi thép HC high conductivity: dẫn điện cao EHC extra high conductivity: dẫn điện siêu cao ASTM American Society for Testing and Materials: Hội Thử nghiệm và Vật liệu Mỹ T-81 chế độ nhiệt luyện, kéo nguội và tăng độ cứng UTS ultimate tensile stress: ứng suất kéo đứt SCR Công ty sản xuất cáp điện Southwire Continous Rod- Mỹ GTGT Giá trị gia tăng EC Nhôm nguyên chất xi DANH MỤC BẢNG BIỂU Trang Bảng 1.1. Tính chất vật lý hợp kim nhôm 6201..................................................... 5 Bảng 1.2. Phản ứng bất biến trong hệ Al-Mg-Si ................................................... 6 Bảng 1.3. Phản ứng đơn biến trong hệ Al-Mg-Si .................................................. 7 Bảng 1.4. So sánh chi phí tổn thất điện ở dây ACSR và dây AAAC .................... 8 Bảng 1.5. So sánh và phân loại tính chất của nhôm, một số hợp kim nhôm dùng làm dây cáp điện..................................................................................................... 9 Bảng 1.6. Giá trị độ bền kéo và độ dẫn điện cho dây điện 6201 trong sản xuất dây dẫn AAAC .............................................................................................................. 9 Bảng 1.7. Ảnh hưởng của các nguyên tố lên độ dẫn điện của dây nhôm ............ 10 Bảng 1.8. Tốc độ kéo dây cao trong quá trình kéo dây thanh hợp kim 6201 được sản xuất bằng phương pháp SCR ......................................................................... 16 Bảng 2.1. Thành phần hợp kim nhôm thỏi........................................................... 37 Bảng 2.2. Thành phần hợp kim Al-Mg ................................................................ 40 Bảng 2.3. Thành phần hợp kim nhôm thỏi........................................................... 42 Bảng 2.4. Khối lượng liệu đầu vào thí nghiệm biến tính với AlB1 ..................... 44 Bảng 2.5. Khối lượng liệu đầu vào thí nghiệm pha loãng hợp kim ..................... 45 Bảng 2.6. Khối lượng liệu đầu vào thí nghiệm biến tính với AlTi5B1 ............... 45 Bảng 2.7. Các chế độ hóa già nhân tạo dây hợp kim 6201 – không tôi ............... 58 Bảng 2.8. Các chế độ hóa già nhân tạo dây hợp kim 6201 – tôi trước hóa già ... 59 Bảng 2.9. Thành phần hóa của hợp kim 6201 trong ASTM B398 ...................... 63 Bảng 2.10. Cơ tính của dây hợp kim 6201 trong ASTM B398 ........................... 63 Bảng 2.11. Giá trị điện trở suất ở 20oC (68oF) trong ASTM B398 ..................... 64 Bảng 3.1. Thành phần hóa của hợp kim 6201 trước khi biến tính ....................... 65 Bảng 3.2. Thành phần hóa của hợp kim 6201 trước và sau biến tính .................. 68 xii Bảng 3.3. Kích thước hạt trung bình của hợp kim 6201 sau biến tính ................ 70 Bảng 3.4. Thành phần hóa của hợp kim 6201 mẻ dùng cho đùn kéo ra dây trước và sau biến tính..................................................................................................... 73 Bảng 3.5. Độ bền kéo đứt dây hợp kim 6201 thử nghiệm ................................... 77 Bảng 3.6. Giá trị điện trở suất 1m dây dẫn hợp kim 6201 thử nghiệm ở 20oC ... 79 xiii DANH MỤC HÌNH ẢNH Trang Hình 1.1. Giản đồ pha của hệ thống hợp kim Al-Mg-Si ........................................ 6 Hình 1.2. Ảnh hưởng của lượng các nguyên tố tạp chất trong hợp kim lên độ dẫn điện của nhôm 99.99%. ........................................................................................ 11 Hình 1.3. Cấu trúc Pha AlB2 trong nền hợp kim Al-B ........................................ 12 Hình 1.4. Nhiệt độ hóa già ảnh hưởng đến ứng suất kéo và độ dẫn điện của dây hợp kim 6201 ....................................................................................................... 17 Hình 1.5. Ảnh hưởng của thời gian hóa già đến ứng suất kéo và độ dẫn điện của dây hợp kim 6201 ................................................................................................. 18 Hình 1.6. So sánh quy trình sản xuất thanh Al-Mg-Si: (a) Quy trình SCR; (b) Các phương pháp khác (sản xuất không liên tục và sản xuất liên tục) ....................... 19 Hình 1.7. Sản xuất dây hợp kim 6201 Ø9.5mm bằng máy ép đùn trực tiếp........ 22 Hình 1.8. Sản xuất dây hợp kim 6201 Ø9.5mm bằng đúc liên tục, không ủ đồng đều hóa dây dẫn .................................................................................................... 23 Hình 1.9. Sản xuất dây hợp kim 6201 Ø9.5mm bằng đúc liên tục, ủ đồng đều hóa dây dẫn trên dây chuyền (công nghệ mới) ........................................................... 24 Hình 1.10. Sơ đồ hình chiếu tổng quát của thiết bị đúc, cán, tôi và cuộn thanh .. 27 Hình 1.11. Giản đồ về khả năng xử lý nhiệt của hợp kim nhôm 6201 theo phương pháp đúc cán liên tục đối với phương pháp đúc trong quá trình chuẩn bị hợp kim nhôm 6201 ............................................................................................................ 29 Hình 1.12. Kiểm tra khả năng đồng đều trên dâyh hợp kim Al-Mg-Si (3 tấn) .... 31 Hình 1.13. Hóa già nhân tạo dây hợp kim Al-Mg-Si ........................................... 31 Hình 1.14. Đường cong hóa già nhân tạo hợp kim nhôm 6201 ........................... 33 Hình 2.1. Nhôm thỏi............................................................................................. 37 Hình 2.2. Lò nồi điện trở - Phòng Thí nghiệm nấu đúc ....................................... 38 Hình 2.3. Nồi nấu graphit và khuôn ..................................................................... 38 xiv Hình 2.4. Dụng cụ nấu luyện ............................................................................... 39 Hình 2.5. Quy trình nấu luyện hợp kim trung gian Al-Mg .................................. 40 Hình 2.6. Quy trình nấu luyện hợp kim 6201 ...................................................... 41 Hình 2.7. Thỏi hợp kim nhôm 6201 ..................................................................... 42 Hình 2.8. Lò điện trở - Phòng Thí nghiệm trọng điểm ........................................ 43 Hình 2.9. Nồi nấu sứ và khuôn ............................................................................ 43 Hình 2.10. Quy trình biến tính hợp kim 6201 bằng hợp kim trung gian AlB1.... 44 Hình 2.11. Quy trình biến tính hợp kim 6201 bằng HK trung gian AlTi5B1...... 46 Hình 2.12. Khuôn đúc mẻ dùng chế tạo dây (Ø80x210mm) ............................... 47 Hình 2.13. Quy trình nấu luyện hợp kim 6201 mẻ dùng chế tạo dây .................. 49 Hình 2.14. Quy trình biến tính hợp kim 6201 mẻ dùng chế tạo dây bằng hợp kim trung gian AlB1 .................................................................................................... 50 Hình 2.15. Quy trình biến tính hợp kim 6201 mẻ dùng chế tạo dây bằng hợp kim trung gian AlTi5B1 .............................................................................................. 51 Hình 2.16. Thỏi đúc hợp kim nhôm 6201 dùng chế tạo dây................................ 52 Hình 2.17. Lò nung trước khi ép đùn ................................................................... 53 Hình 2.18. Máy ép đùn (12 lỗ, Ø4.7mm/1 lỗ) ..................................................... 53 Hình 2.19. Máy cuộn dây ..................................................................................... 53 Hình 2.20. Hệ thống các máy kéo dây và cuộn dây ............................................. 53 Hình 2.21. Lò nung điện trở ................................................................................. 54 Hình 2.22. Quy trình ép đùn, kéo dây hợp kim 6201 – không nhiệt luyện.......... 55 Hình 2.23. Quy trình ép đùn, kéo dây hợp kim 6201 – nhiệt luyện sau đùn ....... 56 Hình 2.24. Quá trình ép đùn thỏi hợp kim 6201 .................................................. 57 Hình 2.25. Quá trình tôi dây sau đùn ................................................................... 57 Hình 2.26. Quá trình kéo dây ............................................................................... 57 Hình 2.27. Dây hợp kim 6201 sau kéo ................................................................. 58 xv Hình 2.28. Máy quang phổ phân tích thành phần hóa và mẫu sau phân tích ...... 60 Hình 2.29. Hệ thống máy kính hiển vi quang học ............................................... 61 Hình 2.30. Máy thử kéo ....................................................................................... 62 Hình 3.1. Rỗ khí tập trung Mg kim loại trong hợp kim nhôm ............................. 66 Hình 3.2. Tổ chức tế vi hợp kim 6201 trước biến tính với độ phóng đại 50 lần và 100 lần .................................................................................................................. 67 Hình 3.3. Tổ chức tế vi của hợp kim 6201 trước và sau biến tính với độ phóng đại 100 lần ............................................................................................................ 70 Hình 3.4. Tổ chức tế vi của hợp kim 6201 mẻ dùng chế tạo dây sau biến tính bằng hợp kim trung gian (a) AlB1 và (b) AlTi5B1 với độ phóng đại 100 lần .... 74 Hình 3.5. Mẫu dây hợp kim 6201 sau đùn (kích thước Ø(4.5÷4.7)x19000mm .. 74 Hình 3.6. Nhóm 1: Mẫu dây hợp kim 6201 sau kéo (kích thước Ø3.5÷3.7 x21000mm............................................................................................................ 75 Hình 3.7. Nhóm 2: Mẫu dây hợp kim 6201 sau kéo (kích thước Ø 2.3÷2.5 x25000mm............................................................................................................ 76 xvi NC chế tạo dây nhôm HK 6201 trong SX cáp điện MỞ ĐẦU MỞ ĐẦU I. ĐẶT VẤN ĐỀ Hiện tại nhu cầu sản xuất dây và cáp điện đang tăng mạnh. Việt Nam có hơn 130 doanh nghiệp đáp ứng gần 70% nhu cầu trong nước. Trong đó các doanh nghiệp có vốn đầu tư nước ngoài chiếm hơn 74% tổng kim ngạch xuất khẩu của Việt Nam [2]. Tuy nhiên, nguyên liệu đầu vào sản xuất từ các doanh nghiệp này chủ yếu là nhập khẩu với khối lượng lớn. Từ năm 2005 đến nay, thuế suất nhập khẩu đối với dây thép tráng kẽm, nguyên liệu để làm lõi dây cáp điện chịu lực, tăng từ 0% lên 5%. Trước đây thuế GTGT đối với mặt hàng này là 5%, hiện nay là 10% [2]. Điều này gây khó khăn rất lớn cho các doanh nghiệp trong nước cạnh tranh giá cả với thị trường nước ngoài, thị trường xuất khẩu giảm, đồng thời chất lượng cáp điện trong nước giảm, xuất hiện hiện tượng cáp điện kém chất lượng. Do vậy các doanh nghiệp trong nước đang hướng tới phát triển công nghệ mới có thể tự sản xuất trong nước, không nhập khẩu nguyên liệu từ nước ngoài, không sử dụng lõi thép, giảm giá thành cho sản phẩm. Cáp điện được thiết kế dùng cho việc đi các công trình tải điện xa, tải qua khu vực địa lý trên cao và các vị trí dễ ăn mòn như tải qua biển yêu cầu có độ bền hóa học chống ăn mòn trong môi trường hóa chất cao, nhiệt độ cao, chịu tải trọng, độ bền cơ học tốt đồng thời khối lượng dây giảm tối thiểu. Các nghiên cứu sản xuất cáp điện trong nước đang hướng đến dây nhôm cáp điện nhôm hợp kim chịu môi trường, nhiệt độ và tải trọng cao, đặc biệt là dây dẫn trần chỉ bao gồm các dây hợp kim nhôm dẫn điện xoắn lại với nhau mà không cần gia cố bằng lõi thép, giảm khối lượng, tiết diện dây dẫn, giảm chi phí truyền tải và tăng tính chất dây, giảm hiện tượng ăn mòn pin điện hóa trong dây dẫn. Trong hơn 20 năm qua, dây dẫn bằng hợp kim nhôm hoàn toàn (AAAC: All Aluminum alloy conductor) đã trở nên khá phổ biến trên thế giới. Những dây dẫn LUẬN VĂN THẠC SĨ 1 HVTH: Phạm Thị Minh Trang NC chế tạo dây nhôm HK 6201 trong SX cáp điện MỞ ĐẦU này có đường kính tương tương dây hợp kim nhôm có thép gia cố (ACSR: Aluminum conductor steel reinforced), bền hơn, nhẹ hơn và độ dẫn điện cao hơn. Vấn đề ăn mòn trong dây dẫn được cải thiện bằng phương pháp đồng nhất dây AAAC [13]. Tuy nhiên hiện tại các doanh nghiệp trong nước vẫn chưa sản xuất được dây cáp từ hợp kim nhôm. Do vậy việc tìm ra công nghệ sản xuất phù hợp nấu luyện, chế tạo dây hợp kim nhôm đảm bảo chất lượng về độ dẫn điện, độ bền cơ học của dây cáp là một vấn đề cấp thiết giải quyết cho các vấn đề nan giải trong sản xuất cáp hợp kim nhôm, giảm chi phí đáng kể trong ngành truyền tải điện năng, đáp ứng nhu cầu trong nước và xuất khẩu. II. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI Trong các hợp kim nhôm ứng dụng cho sản xuất cáp điện, dây hợp kim nhôm AAAA 6201 trên cơ sở hợp kim Al-Mg-Si là một trong những hợp kim phổ biến trong sản xuất cáp điện. Hợp kim nhôm 6201 có cơ tính cao, khả năng chống ăn mòn tốt, có thể gia công hàn cắt. Dây hợp kim nhôm 6201 có sức bền cao hơn những loại dây dẫn hợp kim khác nhưng độ dẫn điện không cao. Các nguyên tố trong hợp kim làm tăng độ bền nhưng lại làm giảm độ dẫn điện. Cần phải cải tiến hợp kim có sự kết hợp tốt nhất giữa độ bền cơ học và độ dẫn điện để nó có thể thay thế cho các dây dẫn gia cố thép ACSR thông thường. Yêu cầu chung của dây dẫn AAAC là phải có độ bền kéo trên 250-295 N/mm2. Người ta thường cải thiện cơ tính của dây dẫn AAAC bằng cách hóa già nhân tạo, quá hóa già tăng độ bền. Vì vậy, đề tài của Luận Văn “Nghiên cứu chế tạo dây nhôm hợp kim 6201 dùng cho sản xuất cáp điện” nghiên cứu công nghệ nấu luyện, chế tạo dây hợp kim nhôm 6201 nhằm giúp giải quyết vấn đề nan giải các doanh nghiệp trong ngành sản xuất cáp điện, tiết kiệm chi phí truyền tải điện. LUẬN VĂN THẠC SĨ 2 HVTH: Phạm Thị Minh Trang NC chế tạo dây nhôm HK 6201 trong SX cáp điện MỞ ĐẦU III. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU - Nghiên cứu quy trình nấu luyện và biến tính hợp kim nhôm 6201. - Nghiên cứu chế tạo và nhiệt luyện dây hợp kim nhôm dùng làm cáp điện. IV. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU - Nghiên cứu công nghệ nấu luyện và biến tính hợp kim nhôm 6201 - Nghiên cứu công nghệ chế tạo dây hợp kim 6201 - Nghiên cứu công nghệ nhiệt luyện hợp kim nhôm 6201 - Tiến hành thực nghiệm nấu luyện và biến tính hợp kim 6201 trong lò thí nghiệm điện trở. Đúc thỏi hợp kim. Phân tích thành phần hóa, tổ chức tế vi. - Tiến hành chế tạo dây hợp kim nhôm. Đo độ dẫn điện, độ bền cơ tính. - Tiến hành nhiệt luyện dây hợp kim 6201. Phân tích độ dẫn điện, độ bền cơ tính. V. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU a. Đối tượng nghiên cứu - Hợp kim nhôm 6201 b. Phạm vi nghiên cứu - Nấu luyện, chế tạo và nhiệt luyện dây nhôm hợp kim 6201 dùng cho cáp điện. - Đề tài chỉ lựa chọn những thông số công nghệ phù hợp, tiêu biểu cho từng giai đoạn nấu luyện, nhiệt luyện và hóa già để tạo sản phẩm dây hợp kim 6201 đạt yêu cầu tiêu chuẩn ASTM B398. - Quá trình chế tạo ra dây nhôm hợp kim 6201, các thông số công nghệ là nhất định và phù hợp theo thiết bị đã cài đặt. Quá trình thực nghiệm chỉ đạt đến kết quả mong muốn là kéo ra sản phẩm dây hợp kim 6201 cuối cùng với đường kính 2-3.5mm theo tiêu chuẩn ASTM B398 và không bị đứt trong quá trình chế tạo ra dây. LUẬN VĂN THẠC SĨ 3 HVTH: Phạm Thị Minh Trang