Luận văn Phân tích và so sánh chất lượng pittông nhôm của ôtô sản xuất tại Việt Nam và nước ngoài (Phần 1)

Nội dung text: Luận văn Phân tích và so sánh chất lượng pittông nhôm của ôtô sản xuất tại Việt Nam và nước ngoài (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ VÕ LONG TRIỀU PHÂN TÍCH VÀ SO SÁNH CHẤT LƯỢNG PITTƠNG NHƠM CỦA ƠTƠ SẢN XUẤT TẠI VIỆT NAM VÀ NƯỚC NGỒI NGÀNH: CƠNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY - 605204 S K C0 0 0 3 4 1 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 08/2004
2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ VÕ LONG TRIỀU Đề tài: PHÂN TÍCH VÀ SO SÁNH CHẤT LƯỢNG PITTÔNG NHÔM CỦA ÔTÔ SẢN XUẤT TẠI VIỆT NAM VÀ NƯỚC NGOÀI Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy Mã số ngành: 60 52 04 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 08 năm 2004.
3. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ Đề tài: PHÂN TÍCH VÀ SO SÁNH CHẤT LƯỢNG PITTÔNG NHÔM CỦA ÔTÔ SẢN XUẤT TẠI VIỆT NAM VÀ NƯỚC NGOÀI Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy Mã số ngành: 60 52 04 Người thực hiện: Võ Long Triều Người hướng dẫn: PGS.TS Hoàng Trọng Bá Tp. Hồ Chí Minh, tháng 08 năm 2004.
4. TÓM TẮT LÝ LỊCH TRÍCH NGANG Họ và tên: Võ Long Triều Sinh ngày: 16 – 06 – 1976 Nơi sinh: Tp. Hồ Chí Minh. Địa chỉ liên lạc: 45A, Ba đình, Phường 08, Quận 08, Tp. Hồ Chí Minh. Quá trình đào tạo: Từ tháng 9 năm 1995 đến tháng 2 năm 2000 là sinh viên, chuyên ngành Kỹ thuật công nghiệp thuộc Trường ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM. Từ tháng 10 năm 2002 đến nay là học viên cao học, chuyên ngành Công nghệ chế tạo máy thuộc Trường ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM. Quá trình công tác: Từ tháng 2 năm 2001 đến nay nghề nghiệp là Giáo viên, đơn vị công tác: Trường Trung học Kỹ thuật Và Nghiệp vụ NGUYỄN HỮU CẢNH.
5. CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Cán bộ hướng dẫn khoa học: PGS.TS Hoàng Trọng Bá. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Cán bộ hướng dẫn khoa học PGS.TS Hoàng Trọng Bá Cán bộ chấm nhận xét 1: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Cán bộ chấm nhận xét 1 Cán bộ chấm nhận xét 2: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Cán bộ chấm nhận xét 2 Luận văn Thạc sĩ được bảo vệ tại HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM, ngày . . . tháng 10 năm 2004.
6. LỜI CẢM ƠN  Sau gần 6 tháng thực hiện đề tài tốt nghiệp cao học của mình, đến nay đề tài đã được hoàn thành tương đối tốt đẹp. Có được kết quả này ngoài khả năng của bản thân, tác giả đã nhận được rất nhiều sự trợ giúp tận tình của các đơn vị trường học, nhà máy, xí nghiệp, cũng như sự hướng dẫn tận tình của các giảng viên các thầy cô giáo trong nhiều lĩnh vực chuyên môn khác nhau. Trước tiên xin cho tác giả gởi lời chân thành cám ơn đến Thầy PGS.TS. Hoàng Trọng Bá. Thầy Hoàng Trọng Bá là người Thầy đã trực tiếp hướng dẫn tác giả thực hiện đề tài, có công lớn trong việc hoạch định phương hướng, cách thức cũng như các bước cần thiết để thực hiện và hoàn thành đề tài. Kế đến tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc của mình đến: - Các Thầy Cô Phòng QLKH – QHQT & SĐH đã hổ trợ tôi trong suốt quá trình học tập. - Các Thầy Cô đã tận tình giảng dạy lớp cao học ngành công nghệ chế tạo máy khóa 2002 – 2004. - Các anh chị học viên khóa trước, các Thầy Cô đang giảng dạy tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp.HCM và các anh chị học viên cùng lớp đã giúp đỡ tôi trong quá trình thực hiện đề tài. - Ban giám hiệu và các anh chị đồng nghiệp của Trường Trung học Kỹ thuật và Nghiệp vụ Nguyễn Hữu Cảnh, đã giúp đỡ, hổ trợ và tạo điều kiện trong công tác để tôi hoàn thành khóa học. Cuối cùng, tôi cũng xin cảm ơn các đơn vị.  Ban Giám đốc và nhân viên của Trung tâm Kỹ thuật Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng III đã tạo điều kiện cho tôi được tham quan, tiếp cận nghiên cứu tài liệu, sách vở và các thiết bị đo kiểm, thí nghiệm trong lĩnh vực thí nghiệm đo kiểm về vật liệu.  Trung tâm Nghiên cứu Vật liệu mới thuộc Trường Đại học bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh đã giúp đỡ tạo mọi đều kiện cho tôi nghiên cứu tài liệu, sách vở và thiết bị thí nghiệm để phục vụ cho đề tài.  Ban Giám đốc , Phòng kỹ thuật, Phòng tổ chức, Phân xưởng cơ khí và Phân xưởng Đúc thuộc CÔNG TY CHẾ TẠO PHỤ TÙNG MÁY SỐ 2 (NAKYCO) đã giúp đỡ tạo mọi đều kiện cho tôi nghiên cứu tài liệu, sách vở và tìm hiểu quy trình công nghệ gia công pittông nhôm dùng cho Ôtô, quy trình đúc pittông nhơm để phục vụ cho đề tài.
7. TÓM TẮT Ở nước ta hiện nay, ngành công nghiệp Ôtô đang phát triển rất mạnh, do kinh tế phát triển, thu nhập nhiều hộ gia đình tăng cao dẫn đến thói quen sử dụng Ôtô ngày càng phổ biến rộng ở Việt nam. Nhưng chủ yếu nhưng chi tiết máy, phụ tùng đều được nhập khẩu khoảng 80%. Song tất cả các Nhà máy chỉ tập trung lắp ráp hay có chế tạo chỉ chế tạo các chi tiết máy đơn giản. Trong đó tỷ lệ phụ tùng chế tạo tại Việt nam khoảng 20%. Việc nghiên cứu, khảo sát, phân tích và so sánh chất lượng Pittông nhôm ở Ôtô sản xuất tại Việt nam và Nước ngoài là nhằm tạo cở sở khoa học cho việc tiến tới nội địa hóa các phụ tùng Ôtô nói riêng và các sản phẩm công nghiệp khác nói chung, đó cũng là chủ trương Công nghiệp hóa - Hiện đại hóa nước nhà do Đảng và Nhà nước đang hướng đến. Luận văn này phân tích và so sánh chất lượng Pittông nhôm ở Ôtô sản xuất tại Việt nam và Nước ngoài nhằm phát hiện ưu, nhược điểm của Pittông nhôm ở Ôtô do Việt nam sản xuất, để từ đó có cơ sở cải tiến với mục tiêu: tìm ra những nguyên nhân tác động đến chất lượng Pittông nhôm sản xuất tại Việt nam có chất lượng kém hơn Pittông nhôm ở Ôtô sản xuất tại nước ngoài, từ đó có những biện pháp để nâng cao chất lượng Pittông nhôm ở Ôtô sản xuất tại Việt nam thông qua việc khắc phục đồng thời những nguyên nhân đã tìm ra. Trong luận văn đã đề xuất cải tiến một số nguyên nhân dẫn đến chất lượng Pittông nhôm ở Ôtô sản xuất tại Việt nam có chất lượng thấp so với Nước ngoài là: - Biện pháp để nâng cao chất lượng Pittông nhôm của Ôtô ở khâu chế tạo phôi. - Biện pháp để nâng cao chất lượng Pittông nhôm của Ôtô ở khâu gia công cơ. - Biện pháp để nâng cao chất lượng Pittông nhôm của Ôtô ở khâu tổ chức, hướng dẫn và giám sát qui trình gia công và kiểm tra kỹ thuật chặt chẽ.
8. MỤC LỤC Phiếu nhận xét Quyết định giao đề tài luận văn Lời cảm ơn Tóm tắt luận văn Mục lục PHẦN 1: MỞ ĐẦU 1.1 Đặt vấn đề: Trang 1 1.2 Bối cảnh xuất phát: Trang 1 1.3 Mục đích nghiên cứu: Trang 2 1.4 Phương pháp nghiên cứu: Trang 2 1.5 Giới hạn phạm vi của đề tài: Trang 3 PHẦN 2: NỘI DUNG CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 2.1.1 Tình hình sản xuất, s. dụng và n. cứu pittông Việt Nam: Trang 4 2.1.2 Lý thuyết chung về nhôm và hợp kim nhôm Trang 4 2.1.3 Một số đặc tính chung của hợp kim nhôm Trang 6 2.1.3.1 Đặc tính về tổ chức hóa học Trang 7 2.1.3.2 Đặc tính về tính chất vật lý Trang 7 2.1.3.3 Đặc tính hóa học Trang 8 2.1.4 Phân loại hợp kim nhôm Trang 9 2.1.5 Hợp kim nhôm đúc Trang 12 2.1.5.1 Hợp kim nhôm đúc hệ Al – Si (Silumin). Trang 13 2.1.5.2 Hợp kim nhôm đúc hệ Al – Cu: Trang 19 2.1.5.3 Hợp kim nhôm đúc trên cơ sở Al – Mg Trang 22 2.1.6 Phân loại và phạm vi ứng dụng của hợp kim nhôm: Trang 24 CHƯƠNG 2: KẾT CẤU VÀ ĐIỀU KIỆN LÀM VIỆC CỦA PITTÔNG 2.2.1 Hình dạng và kết cấu của pittông: Trang 26 2.2.2 Điều kiện làm việc của pittông nhôm ở ôtô: Trang 27 2.2.2.1 Đặc điểm của pittông nhôm ở ôtô: Trang 27 2.2.2.2 Điều kiện làm việc của pittông nhôm ở ôtô: Trang 28
9. CHƯƠNG 3: CẦU KỸ THUẬT VÀ VẬT LIỆU CHẾ TẠO PITTÔNG 2.3.1 Yêu cầu kỹ thuật của pittông: Trang 30 2.3.2 Yêu cầu kỹ thuật về hình dạng và vật liệu: Trang 32 2.3.3 Vật liệu chế tạo pittông nhôm ở ôtô: Trang 32 CHƯƠNG 4: CÁC PHƯƠNG PHÁP CHẾ TẠO PITTÔNG 2.4.1 Phương pháp tạo phôi: Trang 34 2.4.1.1 Các phương pháp tạo phôi: Trang 34 2.4.1.2 Cấu tạo của khuôn kim loại: Trang 34 2.4.2 P. pháp tạo phôi và quy trình công nghệ chế tạo pittông nhôm: Trang 36 2.4.2.1 Quy trình đúc phôi pittông tại NAKYCO: Trang 36 2.4.2.2 Quy trình chế tạo pittông: Trang 37 CHƯƠNG 5: PHÂN TÍCH VÀ ĐÁNH CHẤT LƯỢNG PITTÔNG 2.5.1 Chỉ tiêu đánh giá chất lượng: Trang 40 2.5.2 So sánh chất lượng của các loại pittông: Trang 40 2.5.2.1 Về thành phần hóa học: Trang 41 2.5.2.2 Về độ cứng: Trang 42 2.5.2.3 Về tổ chức kim tương: Trang 42 2.5.3 Giải thích ng. nhân kém ch.lượng của pittông sx tại Việt Nam: Trang 43 CHƯƠNG 6: ĐỀ XUẤT BIỆN PHÁP NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG PITTÔNG 2.6.1 Biện pháp để nâng cao ch. lượng pittông ở khâu chế tạo phôi: Trang 45 2.6.2 Biện pháp để nâng cao ch. lượng pittông ở khâu gia công cơ: Trang 46 2.6.3 Biện pháp để nâng cao ch. lượng pittông ở khâu tổ chức, hướng dẫn, giám sát qui trình gia công và kiểm tra kỹ thuật chặt chẽ: Trang 46 PHẦN 3: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 3.1 Tóm tắt quá trình nghiên cứu: Trang 48 3.2 Tự đánh giá: Trang 48 3.3 Hướng phát triển của đề tài: Trang 49 Tài liệu tham khảo Phụ lục Tóm tắt lý lịch trích ngang
10. Trang 1 PHẦN 1: MỞ ĐẦU 1.1 Đặt vấn đề: Kể từ khi con người bắt đầu quan tâm đến thế giới xung quanh, họ liền tìm hiểu về bề ngoài cũng như cảm nhận các đồ vật và vật liệu mà họ gặp. Dần dần, họ làm thí nghiệm với các vật liệu để khám phá xem chúng có thể được sử dụng như thế nào. Trong quá trình đó, họ biết được rất nhiều về các đặc tính của vật liệu như sức nặng, cấu trúc hĩa học, khả năng dẫn nhiệt hoặc khả năng cháy nếu đặt vào lửa v.v Công nghiệp là nền tảng phát triển của nền kinh tế, đó là một trong những tiêu chuẩn quan trọng để đánh giá sự tiến bộ của một quốc gia. Ngành cơ khí bao giờ cũng đóng vai trò quan trọng trong bất kỳ một nước công nghiệp hiện đại nào vì nó sản xuất ra thiết bị, máy móc, phương tiện sản xuất cho các ngành khác, sản phẩm tiêu dùng cho xã hội, cũng như các phương tiện giao thông vận tải. Sự phát triển của công nghiệp cơ khí được coi như biểu tượng của nền công nghiệp mỗi nước. Ngành cơ khí nước ta đã sớm được hình thành nhưng còn nhỏ bé và non yếu. Công nghiệp hóa phải dựa trên nền tảng của ngành cơ khí phát triển. 1.2 Bối cảnh xuất phát: Bước vào nền kinh tế thị trường, ngành cơ khí Việt nam đã trở nên bất cập, không đáp ứng được nhu cầu của đất nước, nhiều sản phẩm cơ khí từng là thế mạnh từ hàng chục năm trước, nay bị hàng ngoại chiếm mất thị trường: như máy động lực, xe đạp, quạt điện, máy công cụ . . . Một số Công ty cơ khí vượt qua được khó khăn bước đầu làm được một số sản phẩm tốt, giá rẻ hơn ngoại nhập, nhưng lại không có điều kiện phát triển, do chưa có cơ chế chính sách bảo hộ nhà sản xuất trong nước (như các công trình thiết bị mía đường, rượu bia, xi măng . . . Trong chế tạo có tiêu chí về chất lượng tuổi thọ làm việc của chi tiết máy là một trong những yếu tố quan trọng nhất, nó làm ảnh hưởng đến chỉ tiêu kinh tế và kỹ thuật của máy móc, thiết bị. Do đó việc nghiên cứu nhằm nâng cao chất lượng của pittông nhôm của ôtô sản xuất tại Việt Nam là việc làm rất hữu ích, nhằm mục đích tạo sự thêm thế và lực cho ngành cơ khí chế tạo máy Việt Nam rất còn rời rạc và non trẻ. Pittông là chi tiết quan trọng trong kết cấu động cơ nó có liên quan mật thiết đến công suất, tuổi thọ, tính kinh tế của động cơ. Nhiệm vụ của pittông là dẫn hướng cho thanh truyền và pittông cùng với xéc măng bao kín buồng đốt không cho khí thể lọt xuống các te, dẫn dầu bôi trơn cho xi lanh và làm việc trong điều kiện nhiệt độ cao, tải trọng lớn, bôi trơn kém nên thường bị hư hỏng (mòn rãnh chứa xecmăng, mòn pittông). Do đó việc phân tích và so sánh chất lượng Pittông nhôm của ôtô sản xuất tại Việt Nam và pittông nhôm của ôtô sản xuất tại nước ngoài là vấn đề cấp bách, nhằm giải quyết khó khăn về phụ tùng thay thế có
11. Trang 2 chất lượng và góp phần thực hiện thành công chủ trương công nghiệp hóa – hiện đại hóa của Đảng và Nhà nước. 1.3 Mục đích nghiên cứu: Đề tài thực hiện việc phân tích và so sánh chất lượng pittông nhôm của ôtô sản xuất tại Việt Nam và pittông nhôm của ôtô sản xuất tại nước ngoài nhằm mục đích là nâng cao độ bền về ma sát, độ cứng, tuổi thọ, giảm hệ số dãn nở cho pittông nhôm của ôtô sản xuất tại Việt Nam. Thông qua việc phân tích kết cấu hình dáng mặt đầu, điều kiện làm việc, tính chịu nhiệt, công nghệ gia công cơ, công nghệ đúc và các thí nghiệm về đo hệ số da(n nở; đo độ cứng; phân tích thành phần hóa học; nghiên cứu tổ chức tế vi sẽ thu được những kết quả sau: - Kết luận về việc so sánh chất lượng pittông nhôm của ôtô do Việt Nam sản xuất so với pittông nhôm của ôtô do nước ngoài sản xuất. - Đề xuất biện pháp cải tiến nâng cao chất lượng pittông nhôm của ôtô sản xuất tại Việt Nam. 1.4 Phương pháp nghiên cứu: Để thực hiện được mục đích của những kết quả nêu trên, tác giả sử dụng một số phương pháp sau: - Nghiên cứu các tài liệu về kết cấu ôtô, kỹ thuật đúc, vật liệu kim loại màu, kim loại học và nhiệt luyện, công nghệ chế tạo chi tiết máy, đồ gá gia công cơ, kỹ thuật sửa chữa ôtô máy kéo, tiêu chuẩn Việt Nam về pittông, v.v - Tra cứu, tìm kiếm tài liệu liên quan tại Thư viện Khoa học Tổng hợp Tp.HCM; Trung tâm Thông tin Khoa học – Sở Khoa học Công nghệ và các trang Web có liên quan. - Thí nghiệm và tham khảo tài liệu tại Trung tâm Nghiên cứu vật liệu mới - Trường Đại học Bách khoa Tp.HCM; Trung tâm Tiêu chuẩn và Đo lường chất lượng III. - Khảo sát thực tế tại Công ty chế tạo phụ tùng máy số 2 (NAKYCO). - Phân tích so sánh, đối chiếu kết quả thí nghiệm về đo hệ số dãn nở; đo độ cứng; phân tích thành phần hóa học; nghiên cứu tổ chức tế vi các mẫu pittông nhôm của ôtô sản xuất tại Việt Nam và nước ngoài. 1.5 Giới hạn phạm vi của đề tài: Cũng nói thêm rằng, đây là vấn đề hoàn toàn mới mẻ đối với tác giả, kiến thức về lĩnh vực công nghệ vật liệu không nhiều, cộng với thời gian nghiên cứu và thực hiện đề tài có giới hạn.
12. Trang 3 Để cải thiện tình hình trên, nhằm mục đích nâng cao tuổi thọ, độ bền về ma sát và góp phần tạo thêm lực lượng chế tạo sản phẩm cơ khí có chất lượng cao của Việt Nam. Đó là lý do cho tôi thực hiện đề tài ‘’ Phân tích và so sánh chất lượng pittông nhôm của ôtô sản xuất tại Việt Nam và nước ngoài’’. Chắc rằng đề tài sẽ còn nhiều thiếu sót và hạn chế cần được bổ sung và sửa đổi đôi điều. Rất mong các Thầy Cô, bạn đọc thông cảm và cho lời khuyên, chỉ dẫn để tác giả có thể làm được tốt hơn về sau. Một lần nữa xin trân thành cảm ơn Quí Thầy Cô và bạn đọc.
13. Trang 4 PHẦN 2: NỘI DUNG CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 2.1.1 Tình hình sản xuất, sử dụng và nghiên cứu pittông nhôm của ôtô tại Việt Nam:  Tình hình sản xuất và sử dụng pittông nhôm tại Việt Nam: Pittông là một chi tiết máy có tác quan trọng, có tác dụng quyết định đến công suất và hiệu suất của động cơ. Vì phải làm việc trong những điều kiện khó khăn. Chu kỳ tuổi thọ của nó ảnh hưởng đến một loạt chi tiết quan trọng khác như xéc măng, xi lanh, trục khuỷu Tuổi thọ của pittông dùng cho ôtô chế tạo tại Việt Nam mới đạt được từ 8000 - 9500 giờ, làm phá vở toàn bộ chu trình bảo dưỡng và sửa chữa máy, gây ra chi phí sửa chữa cao và ảnh hưởng đến tuổi thọ của các chi tiết khác. Hiện tại pittông nhôm dùng cho ôtô sản xuất tại Việt Nam do các công ty, nhà máy sau đây sản xuất: Công ty chế tạo phụ tùng máy số 2 (NAKYCO); Nhà máy phụ tùng ôtô số 1; Nhà máy cơ khí Trần Hưng Đạo và Nhà máy ôtô 1–5. Các sản phẩm của những công ty trên sản xuất ra tương đối đáp ứng yêu cầu. Nhưng phạm vi ứng dụng sản phẩm trên ôtô rất hạn chế. Chủ yếu pittông sản xuất nhằm phục vụ cho các máy nông nghiệp, tàu thủy công suất nhỏ . . . Việc pittông nhôm của ôtô sản xuất tại Việt Nam không được sử dụng rộng rãi là do sản phẩm khi xuất xưởng không đáp ứng các yêu cầu sau đây: . Chất lượng sản phẩm không đồng đều. . Tuổi thọ thấp, dẫn đến chất lượng thấp  Tình hình nghiên cứu pittông nhôm tại Việt Nam: Việc nghiên cứu nhằm nâng cao chất lượng pittông nhôm sản xuất tại Việt Nam hiện nay hầu như chưa có đơn vị nào nghiên cứu. Một số nghiên cứu chưa khắc phục đủ các yếu tố cần thiết để nâng cao chất lượng pittông nhôm Ôtô sản xuất tại Việt Nam. Các nghiên cứu này chỉ tập trung ở các đơn vị nhà máy, Công ty Chế tạo phụ tùng ở Việt Nam. Hiện tại chưa có đề tài nào tập trung nghiên cứu sâu về các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng pittông nhôm ở ôtô sản xuất tại Việt Nam. 2.1.2 Lý thuyết chung về nhôm và hợp kim nhôm: Ngày nay nhôm là kim loại rất quen thuộc trong đời sống con người. Tuy vậy, về mặt lịch sử nhôm thuộc loại các nguyên tố ‘’trẻ’’. Nhôm được tìm ra năm 1808. Công lao lớn thuộc về Davy. Nhờ các phản ứng hóa học ông đã tách được nguyên tố kim loại nhẹ, có màu sáng và gọi tên là alumin.
14. Trang 5 Bắt đầu từ những năm 30 của thế kỷ 19 người ta đã sản xuất nhôm trên quy mô công nghiệp bằng phương pháp hóa học. Tuy nhiên sản lượng hàng năm rất nhỏ. Tính từ năm 1854 đến 1890 toàn thế giới sản xuất được khoảng 200 tấn nhôm. Vào những năm cuối cùng của thế kỷ 19 tức là năm 1890 nhôm được sản xuất bằng phương pháp điện phân dung dịch oxyt nhôm (Al2O3) nóng chảy trong criolit (Na3AlF6). Nhờ phương pháp mới này sản lượng nhôm tăng lên nhanh chóng. Chỉ trong vòng 9 năm từ 1890 đến 1899 thế giới sản xuất được 28.000 tấn nhôm. Riêng năm 1930 sản lượng nhôm đạt tới 270.000 tấn. Năm 1968 sản lượng nhôm là 8.386.200 tấn. Từ 1960 hàng năm sản lượng tăng 15%, những năm gần đây chỉ tăng 5%/năm. Ngày nay, khi nhịp độ sản xuất nhôm tăng lên mạnh hơn, vị trí của vật liệu kim loại này được đưa lên hàng thứ hai sau thép. Hợp kim Al đầu tiên ra đời vào năm 1906. Đó là hợp kim do Alfred Wienmer tìm ra; hiện nay được phát triển thành các đura trên cơ sở hệ Al – Cu – Mg đang được sử dụng rộng rãi. Sản lượng và nhu cầu ứng dụng nhôm so với các kim loại kết cấu khác tăng lên không ngừng. Những ưu điểm chính của nhôm là trọng lượng riêng nhỏ, độ dẫn điện, dẫn nhiệt cao, khả năng chống ăn mòn trong nhiều môi trường khá tốt. Độ bền riêng của hợp kim nhôm khoảng 16,5 trong khi đó của thép là 15,4. Vì vậy, khi ứng dụng hợp kim nhôm làm vật liệu kết cấu, nó tỏ ra có những ưu điểm lớn. Về mặt trữ lượng, nhôm nhiều hơn sắt. Theo tính toán, nhôm chiếm 8,8% còn sắt chỉ chiếm 5,1% trọng lượng vỏ trái đất. Nhôm là kim loại màu trắng, trọng lượng nguyên tử 26,97, tỷ trọng 2,70, nhiệt độ chảy 6600C, độ dẫn nhiệt 0,3426 cal/cm2.gy.0C. Nhôm điện phân nguyên thủy thành thỏi có số hiệu tiêu chuẩn theo OCT 3549 – 47 và đánh dấu mặt ngoài thỏi theo những vệt sơn màu sắc tiêu chuẩn khác nhau. Trong điều kiện ăn mòn của khí trời, những vật đúc bằng nhôm sẽ làm thành một lớp màng oxýt nhôm bền chắc, ngăn không cho sự oxýt hóa ăn mòn vào trong. Cơ tính của vật đúc bằng nhôm nguyên chất rất thấp, khó gia công cắt và không dùng được. Một số hợp kim của nhôm với những nguyên tố khác có độ chảy loãng rất tốt và rất thích hợp cho việc sản xuất những vật đúc thành mỏng và phức tạp nhất. Ngày nay người ta dùng các hợp kim của nhôm với Silic, hoặc với manhê, hoặc với đồng hay với kẽm và cả những hợp kim phức tạp khác. Khi cho chất biến tính vào thì độ bền của hợp kim tăng thêm.
15. Trang 6 Những vật đúc của một số hợp kim nhôm đem nhiệt luyện bằng những phương pháp đặc biệt để làm cho cấu tạo và cơ tính của kim loại thêm tốt. 2.1.3 Một số đặc tính chung của hợp kim nhôm: 2.1.3.1 Đặc tính về tổ chức hóa học: Nhôm có số thứ tự 13, thuộc nhóm III của bảng tuần hoàn Mendeleev. Cấu hình điện tử của nhôm có dạng sau: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p1. Thế ion hóa của điện tử lớp 3p bằng 5,98 eV, của điện tử lớp 3s bằng 18,82 và 28,44 eV. Tương ứng với các thế ion hóa ấy, có thể xuất hiện các ion Al+1 và +3 Al . Bên cạnh oxyt Al2O3 rất bền có thể xuất hiện các hợp chất Al2O, AlF, AlCl rất kém ổn định. Độ lớn của hạt nhôm khi kết tinh phụ thuộc vào lượng tạp chất. Với điều kiện kết tinh như nhau, nhôm sạch 99,8% có thể nhận được hạt với kích thước tới 10mm. Nhôm kết tinh ở dạng mạng lập phương tâm mặt (A1), chu kỳ mạng a = 0,40413 mm 2.1.3.2 Đặc tính về tính chất vật lý: Một số tính chất vật lý quan trọng của các kim loại được trình bày trong bảng 1.1 sau đây:
16. Trang 7 Bảng 1.1: Các tính chất vật lý cơ bản của kim loại màu Kim loại Tính chất Be Mg Al Ti Ni Cu Số thứ tự nguyên tố 5 12 13 22 28 29 Nguyên tử lượng 9,013 24,32 26,981 47,88 58,70 63,54 Khối lượng riêng ở 200C, 1,8477 1,737 2,698 4,507 8,897 8,94 g/cm3 Nhiệt độ chảy lỏng. 0C 1287 650 660,24 1668 1455 1083 Nhiệt độ sôi, 0C 2450 1107 2520 3169 2822 2360 Đường kính nguyên tử, 0,226 0,320 0,286 0,290 0,248 0,256 mm Nhiệt ẩn chảy lỏng, kJ/kg 1625 357 389,37 358,3 302 205 Nhiệt ẩn hóa hơi, kJ/kg 24395 5498 10885 9790 6376 6340 Tỷ nhiệt ở 200C, J/(kg.K) 1826 1047,6 961,7 521 450 385 Độ dẫn nhiệt ở 200C, 2930 167 221,5 21,9 88,5 387 W/(m.K) Hệ số dãn nở nhiệt ở 250C, 12 26 23,3 9,2 13,5 16,8 106.K-1 Điện trở suất ở 2000C, 0,04 0,045 0,02767 0,58 0,0684 0,0172 .m Mođun đàn hồi E, GPa 311,1 44,1 70,6 103 203 125 Mođun trượt, GPa 140 17,854 27 39,2 73 46,4 Thiết diện ngang hấp thụ nơtron nhiệt của nhôm khá nhỏ, bằng 0,23 barn/nguyên tử. Nhôm là kim loại có nhiệt độ chảy thấp. Nhiệt độ nóng chảy của nó phụ thuộc vào độ sạch. Nhôm 99,99% nóng chảy ở 660,240C nhưng nhôm 99,5% sẽ nóng chảy thấp hơn ở 6580C.
17. Trang 8 Nhôm rất nhẹ, mật độ của nó là 2,7g/cm3. Độ dẫn nhiệt, dẫn điện cao của nhôm phụ thuộc vào lượng tạp chất. Nhôm sạch 99,97% dẫn điện bằng khoảng 65,5% so với Cu, còn nhôm sạch 99,5% dẫn điện kém hơn, chỉ bằng 61,6%. Ở 2000C, nhôm sạch 99,49% có độ dẫn nhiệt là 0,500 kcal/cm.s.độ; khi độ sạch tăng lên 99,9%, nhôm có độ dẫn nhiệt là 0,82 kcal/cm.s.độ. Độ bền, cứng của nhôm phụ thuộc lượng tạp chất và trạng thái gia công biến dạng. Nhôm sạch 99,996% sau cán nguội có độ bền nhỏ, b = 114,1MPa; sau khi ủ độ bền càng nhỏ hơn, b = 48,1MPa. Độ dãn dài tương ứng với hai trạng thái này là  5,5% và 48,8%. Nhiệt độ kết tinh lại của nhôm tương đối thấp và cũng phụ thuộc vào độ sạch. Sau khi biến dạng nguội, nhôm sạch 99,994% bắt đầu kết tinh lại ở 1500C và ở 2700C quá trình kết tinh lại kết thúc. Đối với nhôm siêu sạch 99,999% quá trình kết tinh lại xảy ra ngay ở –370C và hoàn thành sau một vài ngày đêm. 2.1.3.3 Đặc tính hóa học: Nhôm là kim loại có hoạt tính hóa học cao. Ở ngoài không khí nhôm bị mất vẻ sáng lóng lánh do tạo màng oxyt. Màng oxyt nhôm không có rỗ xốp, độ sít chặt cao và liên kết bền với nền kim loại. Chiều dày của màng này phụ thuộc vào nhiệt độ. Ở nhiệt độ thường màng dày khoảng 5 – 10nm; khi nung lên nhiệt độ cao gần nhiệt độ chảy, chiều dày của màng có thể tới 200nm. Chính do màng oxyt có cấu tạo sít chặt và liên kết bền vững với kim loại nền mà nhôm có tính ổn định chống ăn mòn khá cao trong nhiều môi trường hoá học. Khả năng chống ăn mòn hóa học của nhôm phụ thuộc vào thành phần tạp chất và đặc tính của môi trường. Trong môi trường axít vô cơ, khi tăng nhiệt độ, tốc độ ăn mòn nhôm tăng lên. Ảnh hưởng của nồng độ cần phải xét đối với từng axít cụ thể. Ví dụ như axít nitric loãng ăn mòn nhôm mạnh hơn khi đậm đặc. Trái lại dung dịch axít H2SO4 loãng tác dụng với nhôm rất yếu. Khi tăng nhiệt độ và nồng độ dung dịch, tác dụng gây ăn mòn nhôm tăng lên. Trong dung dịch axít H3PO4 quá trình ăn mòn nhôm xảy ra chậm; nhưng nhôm bị ăn mòn rất nhanh trong hỗn hợp HCl và HF. Khả năng chống ăn mòn trong dung dịch kiềm của nhôm rất nhỏ. Ví dụ xút NaOH gây ra ăn mòn nhôm rất nhanh. Nhôm tỏ ra ổn định trong rất nhiều dung dịch axít hữu cơ.
18. Trang 9 Ở nhiệt độ thường nhôm không tác dụng với nước, hơi nước, khí CO và CO2. Nhưng khi nhiệt độ tăng lên tình hình sẽ khác đi. Hơi nước tác dụng với nhôm khá nhanh ở vùng nhiệt độ 5000C và cao hơn theo phản ứng: 2Al + 3H2O = Al2O3 + 3H2 Hyđro tạo ra trong phản ứng một phần đi vào khí quyển, một phần khuếch tán vào nhôm. So với các khí khác, hyđrô có khả năng hòa tan vào nhôm mạnh nhất. Độ hòa tan của hyđrô trong nhôm tính trên 100g, biến đổi phụ thuộc vào nhiệt độ và trạng thái như sau: Ở 3500C hòa tan được 0,002cm3 Ở 6600C thể rắn hòa tan được 0,036cm3 Ở 6600C thể lỏng hòa tan được 0,60cm3 Ở 10000C hòa tan được 3,5cm3 Sự thay đổi đột ngột độ hòa tan chất khí khi chuyển từ trạng thái lỏng sang rắn là nguyên nhân gây ra rỗ xốp khi kết tinh. 2.1.4 Phân loại của hợp kim nhôm: Nhôm ứng dụng trong kỹ thuật ở cả hai dạng: nhôm sạch kỹ thuật và hợp kim nhôm. Các nguyên tố thông dụng nhất để hợp kim hóa nhôm là : Cu, Mg, Mn, Zn, Si và Li. Ngoài 6 nguyên tố chính này, còn có các nguyên tố phụ với hàm lượng khá nhỏ, nhằm phát huy thêm ảnh hưởng tốt hoặc trung hòa tác dụng xấu của nguyên tố hợp kim chính. Số lượng các loại của hợp kim nhôm ứng dụng trong kỹ thuật ngày càng tăng. Việc phân loại hợp kim nhôm được tiến hành theo một số phương pháp sau đây:  Phân loại theo phương pháp chế tạo bán sản phẩm: Theo cách này, người ta chia hợp kim nhôm thành hai loại: hợp kim nhôm đúc và hợp kim nhôm biến dạng. Hợp kim nhôm đúc dùng chế tạo các chi tiết bằng phương pháp đúc. Hợp kim nhôm biến dạng, có độ dẻo cao, dùng để chế tạo các chi tiết bằng phương pháp biến dạng.  Phân loại theo khả năng hóa bền khi nhiệt luyện: Theo cách này, hợp kim nhôm được phân thành hợp kim nhôm hóa bền được bằng gia công nhiệt luyện và hợp kim không hóa bền khi nhiệt luyện. Theo giản đồ pha, các hợp kim nhôm biến dạng có thành phần phía trái điểm b, hình 1.1.
19. Trang 10 Các hợp kim phía trái điểm b, trong thành phần tổ chức có cùng tinh, độ dẻo kém, nhưng tính đúc tốt, do vậy thuộc nhóm hợp kim nhôm đúc. Những hợp kim bên trái điểm a không thể hóa bền được bằng nhiệt luyện. Trái lại, những hợp kim bên phải a sẽ hóa bền khi được tôi để tạo ra dung dịch rắn quá bảo hòa và hóa già tiết pha phân tán biến cứng tiếp theo. L + b +  a Al Hợp kim Cb Me Biến dạng . Hợp kim đúc Hợp kim chịu gia công hóa bền nhiệt luyện Hình 1.1: Sơ đồ phân loại hợp kim nhôm  Phân loại theo thành phần nguyên tố hợp kim cơ bản: Cách phân loại này căn cứ vào các nguyên tố hợp kim chính, quyết định các tính chất hóa – lý cơ bản của hệ hợp kim. Như vậy tất cả các hợp kim nhôm công nghiệp được phân thành các hệ, dưới đây là một số hệ cơ bản: Al – Mn; Al – Mg; Al – Cu; Al – Si; Al – Cu – Mg; Al – Mg – Si; Al – Zn – Mg; Al – Cu – Li; Al – Si – Zn; Al – Si – Cu; Al – Cu – Mg – Si; Al – Zn – Mg – Cu. Các hợp kim nhôm thông dụng nhất thường chứa Cu, Mg và Si. Sản lượng các hợp kim này chiếm tới 80% tổng sản lượng các hợp kim nhôm biến dạng.  Phương pháp ký hiệu nhôm và hợp kim nhôm: Tiêu chuẩn Việt nam TCVN 1659 – 75 quy định hợp kim nhôm được ký hiệu như sau: Bắt đầu bằng Al, tiếp theo lần lượt các ký hiệu nguyên tố hợp kim cùng hàm lượng % (khối lượng) của chúng; nếu là hợp kim đúc, ở cuối ký hiệu có chữ Đ. Ví dụ AlCu4Mg là hợp kim nhôm chứa xấp xỉ 4%Cu, xấp xỉ 1%Mg. Nhôm
20. Trang 11 sạch được ký hiệu bằng Al với hàm lượng phần trăm của nó. Ví dụ Al99: nhôm sạch chứa 99% nhôm; Al 99,5: nhôm sạch chứa 99,5% nhôm. Theo tiêu chuẩn của Hội nhôm (Aluminium Association viết tắt là AA), nhôm và hợp kim của nó được ký hiệu theo hệ thống số, như trong bảng 1.2 sau đây: Bảng 1.2: Ký hiệu hợp kim nhôm theo AA TT Hợp kim nhôm biến dạng TT Hợp kim nhôm đúc 1 1xxx: nhôm sạch (Al 99%) 1 1xx.x: nhôm lanh gô sạch 2 2xxx: Al – Cu, Al – Cu – Mg 2 2xx.x: Al – Cu 3xx.x: Al – Si – Mg; Al – Si 3 3xxx: Al – Mn 3 – Cu 4 4xxx: Al – Si 4 4xx.x: Al – Si 5 5xxx: Al – Mg 5 5xx.x: Al – Mg 6 6xxx: Al – Mg – Si 6 6xx.x: không có 7xxx: Al – Zn – Mg; Al – Zn – Mg 7 7 7xx.x: Al - Zn – Cu 8 8xxx: Al với các nguyên tố khác 8 8xx.x: Al – Sn xxx: 3 số này được tra theo bảng Ý nghĩa 3 số xx.x tra theo tiêu chuẩn tiêu chuẩn Để ký hiệu trạng thái gia công, dùng hệ thống ký hiệu sau: F: trạng thái phôi thô; O: ủ và kết tinh lại; H: hóa bền bằng biến dạng nguội; T1: biến dạng nóng, tôi hóa già tự nhiên; T3: tôi, biến dạng nguội, hóa già tự nhiên; T4: tôi, hóa già tự nhiên; T5: biến dạng nóng, tôi, hóa già nhân tạo; T6: tôi, hóa già nhân tạo; T7: tôi, quá hóa già; T8: tôi, biến dạng nguội, hóa già nhân tạo; T9: tôi, hóa già nhân tạo, biến dạng nguội. Theo tiêu chuẩn nhà nước Liên bang Nga, nhôm và hợp kim nhôm được ký hiệu bằng chữ hoặc hệ thống hỗn hợp gồm chữ và các con số. Chẳng hạn hợp kim nhôm với Mn được ký hiệu là AMu. Các hợp kim đura được ký hiệu bằng chữ và các chỉ số kèm theo. Ví dụ: 1, 16, v.v
21. Trang 12 Các chỉ số ở đây không có ý nghĩa gì cụ thể. Những hợp kim Al với Mg được ký hiệu bằng chữ AM kèm theo chỉ số. Ví dụ AM1, AM2, AM3 v.v Chỉ số kèm theo chữ trong trường hợp này biểu diễn hàm lượng trung bình của Mg. Rõ ràng ký hiệu theo phương pháp này không có quy luật chặt chẽ, do vậy gây khó khăn cho việc thống kê một cách hệ thống các hợp kim nhôm theo những đặc điểm giống nhau. Hiện nay một phương án ký hiệu hợp kim nhôm bằng tập hợp 4 số đang dần được đưa vào sử dụng. Ý nghĩa ký hiệu hệ 4 chữ số như sau: - Số thứ nhất là số 1, chỉ số cơ sở của hợp kim nhôm. - Số thứ hai chỉ ra nguyên tố hoặc nhóm nguyên tố hợp kim chủ yếu. Quy định như sau: . Là 0, có nghĩa đó là nhôm sạch kỹ thuật. . Là 1, có nghĩa hợp kim nhôm chứa các nguyên tố chính là Cu và Mg (có thể cho thêm Fe, Ni v.v ). . Là 3, có nghĩa là nguyên tố hợp kim chính là Si hoặc nhóm các nguyên tố Si, Mg; Si, Mg, Cu. . Là 4, có nghĩa hợp kim nhôm được hợp kim hóa bằng các nguyên tố có độ hòa tan trong nhỏ hơn Mn, Cr, Be, v.v . Là 5, có nghĩa nguyên tố hợp kim chính là Mg. . Là 6, có nghĩa nguyên tố hợp kim chính là Zn, Mg hoặc Zn, Mg, Cu. - Hai số cuối cùng chỉ thứ tự của hợp kim. Riêng chữ số chót, ngoài ý nghĩa chỉ thứ tự, nó còn cho biết đó là hợp kim nhôm biến dạng, cùng với các hợp kim nhôm đúc sẽ là số chẵn. Nếu số này là số 0 hoặc các số lẻ thì đó là hợp kim nhôm biến dạng, còn với các hợp kim nhôm đúc sẽ là số chẵn. 2.1.5 Hợp kim nhôm đúc: Khi đánh giá hợp kim, người ta thường chú ý tới hai loại tính chất: - Các tính chất sửi dụng bao gồm: cơ tính, lý tính, hoá tính - Các tính chất công nghệ, ví dụ: tính đúc, khả năng gia công biến dạng, tính hàn nhiệt luyện. Vai trò của tính công nghệ với họ hợp kim nhôm đúc đặc biệt quan trọng. Bởi vì tính đúc bao gồm độ chảy loãng, độ co ngót, xu hướng nứt nóng, thiên tích và rỗ co , quyết định khả năng tạo ra vật đúc, đồng thời quyết định cả tổ chức bên trong và chất lượng của chi tiết.
22. S K L 0 0 2 1 5 4