nghiên cứu công nghệ sản xuất dây hợp kim thiếc hàn bằng phương pháp gia công áp lực

cộng hòa x hội chủ nghĩa việt nam
Bộ công thơng
Viện khoa học và công nghệ Mỏ - Luyện kim
Báo cáo tổng kết đề tài
Nghiên cứu công nghệ sản xuất
dây hợp kim thiếc hàn bằng phơng pháp
gia công áp lực









6860
15/5/2008


thành phố Hồ chí minh - 2007



cộng hòa x hội chủ nghĩa việt nam
Bộ công thơng
Viện khoa học và công nghệ Mỏ - Luyện kim
báo cáo tổng kết đề tài
Nghiên cứu công nghệ sản xuất dây hợp kim
thiếc hàn bằng phơng pháp gia công áp lực

Chủ nhiệm đề tài: Kỹ s Tăng Kim

Ngày tháng 12 năm 2007
Thủ trởng cơ quan chủ quản
Ngày tháng 12 năm 2007
Thủ trởng cơ quan chủ trì









Báo cáo tổng kết Đề tài: Nghiên cứu công nghệ sản xuất dây hợp kim thiếc hàn bằng phơng pháp gia công áp lực.

Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ - Luyện kim, Năm 2007.
2
NHữNG NGƯờI THựC HIệN CHíNH
STT Họ và tên Nghề nghiệp Cơ quan
1
2
3
4
Tăng Kim

Vũ Xuân Biết
Lê Kim Hùng
Giảng Văn Dứt
Kỹ s luyện kim
Kỹ s vật lý
Kỹ s cơ khí
Kỹ s cơ khí
Phân viện KH&CN Mỏ-Luyện kim
Phân viện KH&CN Mỏ-Luyện kim
Phân viện KH&CN Mỏ-Luyện kim
Phân viện KH&CN Mỏ-Luyện kim


















Báo cáo tổng kết Đề tài: Nghiên cứu công nghệ sản xuất dây hợp kim thiếc hàn bằng phơng pháp gia công áp lực.

Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ - Luyện kim, Năm 2007.
3
mục lục
Số hiệu Danh mục
T
rang s
ố

Mở đầu
5
Chơng 1 Tổng quan
6
1.1 Tổng quan tình hình nghiên cứu trong và ngoài nớc 6
1.1.1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới 6
1.1.2 Tình hình nghiên cứu trong nớc 6
1.2 Một số vấn đề lý thuyết làm cơ sở cho nghiên cứu 7
1.2.1 Vật liệu hợp kim thiếc hàn 7
1.2.2 Tính chất của thiếc (Sn), chì (Pb), đồng (Cu) và nhựa thông 7
1.2.3 Công nghệ tạo dây hợp kim thiếc hàn 15
Chơng 2 Phơng pháp nghiên cứu và công tác chuẩn bị
17
2.1 Phơng pháp nghiên cứu 17
2.2 Mẫu nghiên cứu 17
2.3 Nguyên liệu, hóa chất dùng cho nghiên cứu 17
2.4 Thiết bị nghiên cứu 18
Chơng 3 Nội dung nghiên cứu
22
3.1 Nghiên cứu công nghệ nấu luyện hợp kim thiếc hàn 23
3.1.1 Công nghệ nấu luyện hợp kim thiếc hàn hệ Sn-Pb 23

3.1.2 Công nghệ nấu luyện hợp kim thiếc hàn hệ Sn-Cu 25
3.2 Nghiên cứu công nghệ đúc phôi thiếc hàn 28
3.2.1 Phơng pháp đúc 28
3.2.2 Kết cấu và kích thớc khuôn đúc, kích thớc phôi đúc 28
3.2.3 Nhiệt độ rót và qui trình đúc 32
3.3 Nghiên cứu công nghệ ép thiếc hàn 33
3.3.1 Kết cấu khuôn ép 33
3.3.2 Phơng pháp ép nguội 34
3.3.3 Phơng pháp ép nóng 34
3.4 Nghiên cứu công nghệ cán 35
3.4.1
Cán trên máy cán 3 trục

115
36
3.4.2 Cán trên máy cán 2 trục

55 37
3.5 Nghiên cứu công nghệ chuốt 37
3.5.1 Chế tạo dây

2,2 37
3.5.2 Chế tạo dây

2,0 37
3.5.3 Chế tạo dây

1,5 37
3.5.4 Chế tạo dây

1,2 38
3.5.5 Chế tạo dây

1,0 38
3.5.6 Chế tạo dây

0,8 38
3.6 Tóm lợc kết quả nghiên cứu 39
3.6.1 Lu trình công nghệ 39
3.6.2 Chế độ công nghệ 40
Chơng 4 Sản xuất thử
42

Kết luận và kiến nghị
45

Tài liệu tham khảo
46

Phụ lục
47
Báo cáo tổng kết Đề tài: Nghiên cứu công nghệ sản xuất dây hợp kim thiếc hàn bằng phơng pháp gia công áp lực.

Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ - Luyện kim, Năm 2007.
4

mục lục

Số hiệu Danh mục bảng, hình vẽ Trang số
Bảng 1 Thành phần một số loại thiếc kim loại 8

Bảng 2 Thành phần của một số loại chì kim loại 10
Bảng 3
Thành phần hóa học của đồng theo C 859 - 66
12
Bảng 4 Thành phần và công dụng của một số hợp kim thiếc hàn 14
Bảng 5 Nhiệt độ nóng chảy và tỷ trọng của một số nguyên liệu 15
Bảng 6 Thành phần các nguyên liệu chính (Cu, Sn, Pb) 18
Bảng 7 Phối liệu để nấu các mác hợp kim thiếc hàn 24
Bảng 8 Thành phần các hợp kim thiếc hàn nghiên cứu 24
Bảng 9 Phối liệu để nấu HKTG Sn-Cu (60-40) 26
Bảng 10 Thành phần HKTG Sn-Cu nghiên cứu 26
Bảng 11 Phối liệu nấu hợp kim thiếc hàn Sn-Cu 27
Bảng 12 Thành phần hợp kim thiếc hàn Sn-Cu nghiên cứu 27
Bảng 13 Thành phần Sn, Pb và hợp kim thiếc hàn khi nấu mẻ lớn 42
Bảng 14 Sản phẩm dây thiếc hàn đã bán 43
Hình 1 Mặt cắt đờng lỏng của giản đồ trạng thái hệ Pb - Sb - Sn 4
Hình 2 Giản đồ trạng thái hệ Cu-Sn 16
Hình 3 Lò cảm ứng trung tần 30kg/mẻ 19
Hình 4 Lò nấu hợp kim 15 KW 19
Hình 5
Máy cán 3 trục 115
20
Hình 6
Máy cán 02 trục 55
20
Hình 7 Máy chuốt dây 21
Hình 8 Máy ép thủy lực kiểu ngang 50 tấn 21
Hình 9 Khuôn kim loại để đúc thỏi 29
Hình 10 Khuôn kim loại để đúc phôi dạng ống 30
Hình 11 Kết cấu nguyên lý bộ khuôn ép sản phẩm thiếc hàn

17 33
Hình 12 Lu trình công nghệ 39
Báo cáo tổng kết Đề tài: Nghiên cứu công nghệ sản xuất dây hợp kim thiếc hàn bằng phơng pháp gia công áp lực.

Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ - Luyện kim, Năm 2007.
5
Mở ĐầU
ở Việt Nam dây thiếc hàn đợc sử dụng rộng rãi trong các cơ sở sản
xuất các mặt hàng điện và điện tử nh: Công ty cổ phần bóng đèn Điện
Quang, Công ty TNHH Thơng mại Khang Đức, Công ty hóa cơ Alpha,
Công ty Jamos International, Công ty bóng đèn Vĩ Châu Hàng năm để đáp
ứng nhu cầu sản xuất trong nớc chúng ta cần hàng chục tấn các loại dây
thiếc hàn khác nhau, nhng hầu hết lợng dây thiếc hàn này để sản xuất đều
phải nhập ngoại từ Nhật Bản, Hàn Quốc, Trung Quốc với giá rất cao bằng
ngoại tệ mạnh.
Để sản xuất dây thiếc hàn ngời ta sử dụng các nguyên liệu chính là:
thiếc, chì và nhựa thông. Những nguyên liệu này trong nớc sẵn có, hơn nữa
đầu t để sản xuất các loại dây thiếc hàn vốn đầu t không lớn, vấn đề vớng
mắc ở đây chính là qui trình công nghệ. Để hạn chế nhập khẩu mặt hàng này và
tạo điều kiện cho các cơ sở sản xuất các mặt hàng điện và điện tử chủ động
trong sản xuất, năm 2007 Bộ Công nghiệp (nay là Bộ Công Thơng) giao cho
Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ - Luyện kim thực hiện đề tài: " Nghiên cứu
công nghệ sản xuất dây hợp kim thiếc hàn bằng phơng pháp gia công áp lực"
để sản xuất thiếc hàn và dây thiếc hàn với mục tiêu:
Nghiên cứu qui trình công nghệ chế tạo dây hợp kim thiếc hàn ứng dụng
cho sản xuất trong nớc, giảm chi phí nhập ngoại cho loại sản phẩm này.
Kết quả nghiên cứu sẽ đợc ứng dụng ngay tại Phân Viện Khoa học và
Công nghệ Mỏ - Luyện kim thành phố Hồ Chí Minh để cung cấp dây
hợp kim thiếc hàn cho các doanh nghiệp có nhu cầu sử dụng tại khu vực

phía Nam.


Báo cáo tổng kết Đề tài: Nghiên cứu công nghệ sản xuất dây hợp kim thiếc hàn bằng phơng pháp gia công áp lực.

Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ - Luyện kim, Năm 2007.
6
CHƯƠNG 1. TổNG QUAN
1.1. tổng quan Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nớc
1.1.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới
Hầu hết các nớc có nền công nghiệp tiên tiến, ngành sản xuất thiết bị
điện và điện tử phát triển đều sản xuất đợc các loại dây thiếc hàn bằng các
thiết bị công nghệ chuyên dụng, có kích thớc đờng kính dây từ 0,1mm (hàn
bo mạch điện thoại di động) đến lớn hơn 3,0mm (hàn cáp điện). Có những loại
sản phẩm dây hợp kim thiếc hàn có tới 03 ruột. Nhiều nớc nguồn nguyên liệu
cơ sở (thiếc, chì, nhựa thông ) không có, ngời ta phải nhập khẩu để sản xuất
các loại dây thiếc hàn nhằm nâng cao hiệu quả kinh tế.
1.1.2. Tình hình nghiên cứu trong nớc
ở Việt Nam nguyên liệu chính để sản xuất thiếc hàn và dây thiếc hàn
sẵn có. Hàng năm chúng ta sản xuất vài ngàn tấn thiếc để phục vụ sản xuất
trong nớc và xuất khẩu (Hàng năm Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ -
Luyện kim sản xuất trên một ngàn tấn thiếc loại I và loại II), nguồn chì kim
loại cũng dồi dào (sản xuất từ quặng, từ phế thải của ắc qui và vỏ bọc dây cáp
điện ), nguồn nhựa thông cũng đợc sản xuất nhiều.
Tuy nhiên từ trớc đến nay chúng ta chỉ tập trung vào việc sản xuất các
loại thiếc hàn ở dạng thanh bằng phơng pháp đúc để phục vụ các lĩnh vực
truyền thống có nhu cầu. Ngành công nghiệp sản xuất thiết bị điện và điện tử
mới phát triển mạnh hơn chục năm nay, lúc đó nhu cầu dây thiếc hàn các loại
(có lõi hoặc không lõi) mới đợc đặt ra. Giai đoạn đầu các cơ sở này chỉ dùng
sản phẩm nhập ngoại, một số năm gần đây do việc nhập khẩu gặp khó khăn

(vì lô hàng nhập thờng có khối lợng ít) giá thành cao, các cơ sở sản xuất
thiết bị điện và điện tử trong nớc mới quan tâm đến khả năng tự sản xuất các
loại dây thiếc hàn trong nớc. Trớc nhu cầu thực tiễn đó đã có một số cơ sở
trong nớc bắt đầu nghiên cứu và sản xuất các loại dây thiếc hàn, tuy nhiên
đến nay các sản phẩm dây hợp kim thiếc hàn sản xuất trong nớc thờng áp
dụng phơng pháp nấu đúc thành cây rồi đa qua máy cán và máy chuốt để
đạt đến kích th
ớc yêu cầu (tối đa chỉ đạt đợc 1,0) nên chất lợng thấp, bề
mặt sản phẩm xấu, chất lợng không đồng đều, năng suất thấp và quan trọng
Báo cáo tổng kết Đề tài: Nghiên cứu công nghệ sản xuất dây hợp kim thiếc hàn bằng phơng pháp gia công áp lực.

Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ - Luyện kim, Năm 2007.
7
nhất là không công bố đợc qui trình công nghệ để áp dụng rộng rãi trong sản
xuất loại sản phẩm này. Qua tìm hiểu qui trình công nghệ sản xuất trong và
ngoài nớc thấy rằng trớc khi đem cán, phôi đúc đợc ép trớc sẽ cho chất
lợng tốt hơn và với công nghệ ép có những u điểm rõ rệt sau:
- Thiết kế đơn giản hơn so với các thiết bị khác.
- Có tính linh hoạt cao. Các bộ phận trong hệ thống thủy lực có thể bố trí
ở nhiều vị trí nên rất linh hoạt trong việc định vị.
- Vận hành ít gây rung động.
- Tốc độ và lu lợng có thể điều khiển đợc trong khoảng rộng.
- Hiệu suất cao do tổn thất công suất bởi ma sát rất nhỏ.
1.2. Một số vấn đề lý thuyết làm cơ sở cho nghiên cứu
1.2.1. Vật liệu hợp kim thiếc hàn
Hợp kim thiếc hàn là hợp kim hai nguyên của Sn và Pb là chính tuy
nhiên trong một số trờng hợp ngời ta đa thêm một số kim loại khác nh
Cu, Sb Khi hàn ngoài vật liệu chất hàn (hợp kim thiếc hàn) ngời ta còn sử
dụng chất trợ dung hàn, trong trờng hợp này trợ dung hàn thờng là nhựa
thông. Dây hợp kim thiếc hàn thờng có 2 loại: dây dạng đặc, dây có lõi nhựa

thông. Tùy theo yêu cầu kỹ thuật của mối hàn, vật liệu cần hàn mà ngời ta
chế tạo ra nhiều loại hợp kim khác nhau với nhiều loại kích thớc khác nhau.
Sau đây ta sẽ xem xét từng nguyên tố và hợp kim của chúng.
1.2.2. Tính chất của thiếc (Sn), chì (Pb), đồng (Cu) và nhựa thông
1.2.2.1. Thiếc (Sn)
Thiếc là kim loại có số thứ tự 50 thuộc nhóm IV của bảng tuần hoàn
Mendeleev. Cấu hình điện tử của Sn có dạng: 1s
2
2s
2
2p
6
3s
2
3p
6
3d
10
4s
2
4p
6
4d
10
5s
2
5p
2
.
Một số tính chất vật lý quan trọng của Sn nh sau:

- Khối lợng riêng, g/cm
3
7,3
- Nhiệt độ chảy,
o
C 232
- Nhiệt độ sôi,
o
C 2270
- Độ dẫn nhiệt ở 20
o
C , cal/cm.s.
o
C 0,1527
Báo cáo tổng kết Đề tài: Nghiên cứu công nghệ sản xuất dây hợp kim thiếc hàn bằng phơng pháp gia công áp lực.

Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ - Luyện kim, Năm 2007.
8
- Điện trở suất ở 20
o
C, .mm
2
/m 0,115
- Độ bền kéo
B
, Kg/mm
2

+ ở trạng thái đúc 1,9 - 2,1
+ ở trạng thái sau ủ 1,7

- Độ dẻo , %
+ ở trạng thái đúc 45 - 60
+ ở trạng thái sau ủ 80 - 90
- Độ cứng HB (ở trạng thái đúc), kg/mm
2
4,9 - 5,2
Thiếc đóng vai trò rất quan trọng trong kỹ thuật, thiếc có khả năng chịu
ăn mòn cao, dễ dàng gia công bằng áp lực, nó đợc sử dụng rộng rãi trong
ngành công nghiệp thực phẩm để tráng và sản xuất các loại lá mỏng để bao
gói; Nó cũng đợc sử dụng nhiều để sản xuất vật liệu hàn, các hợp kim chịu
mài mòn, các hợp kim dễ chảy Thiếc có khả năng chống ăn mòn khá tốt.
Nó hầu nh trơ trong khí quyển ẩm, nớc sôi và một số axit hữu cơ khác. Tuy
vậy dới tác dụng của một số axit mạnh, thiếc sẽ bị ăn mòn.
Theo tiêu chuẩn Liên bang Nga, thiếc đợc sản xuất thành một số loại,
thành phần, ký hiệu của chúng trình bày trong bảng 1.
Bảng 1. Thành phần một số loại thiếc kim loại

Các tạp chất (trừ Sb), hầu nh không tan trong thiếc ở nhiệt độ thờng.
Do ảnh hởng của tạp chất, tính chống ăn mòn của thiếc giảm và lĩnh vực ứng
Tạp chất % ( )
Ký
hiệu
Thiếc,
, %
As Fe Cu Pb Bi Sb
Tổng
cộng
Công dụng
O
1

99,90 0,015 0,009 0,01 0,04 0,01 0,015 0,01 0,10
Mạ đồ hộp
đựng thức
ăn
O
2
99,50 0,02 0,02 0,03 0,25 0,05 0,05 0,02 0,44
Chế tạo ổ
trục và vật
liệu hàn
O
3
98,35 0,10 0,05 0,10 1,0 0,30 0,30 0,04 1,65 Tơng tự O
2
O
4
96,25 0,10 0,05 0,15 3,0 0,30 0,30 0,05 3,75 Tơng tự O
2
Báo cáo tổng kết Đề tài: Nghiên cứu công nghệ sản xuất dây hợp kim thiếc hàn bằng phơng pháp gia công áp lực.

Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ - Luyện kim, Năm 2007.
9
dụng của nó thu hẹp lại. Chẳng hạn thiếc chứa nhiều chì và antimon (Sb) sẽ
không đợc dùng để mạ đồ hộp và các phơng tiện đựng thực phẩm khác.
1.2.2.2. Chì (Pb)
Chì là kim loại có số thứ tự 82, thuộc nhóm IV bảng tuần hoàn
Mendeleev. Cấu hình điện tử của chì có dạng: 1s
2
2s
2

2p
6
3s
2
3p
6
3d
10
4s
2
4p
6

4d
10
4f
14
5s
2
5p
6
5d
10
6s
2
6p
2
.
Dới đây là một số tính chất vật lý cơ bản của chì:
- Khối lợng riêng, g/cm

3
11,34
- Nhiệt độ chảy,
0
C 327
- Nhiệt độ sôi,
0
C 1734
- Độ dẫn nhiệt ở 20
0
C, cal(cm.s.
0
C) 0,0827
- Điện trở xuất ở 20
0
C, .mm
2
/m 0,22
- Độ bền kéo
B
, Kg/mm
2

+ ở trạng thái đúc
1,1 - 1,3
+ ở trạng thái sau gia công áp lực
1,5
- Độ dẻo , %

+ ở trạng thái đúc

30 - 40
+ ở trạng thái sau gia công áp lực
60 - 70
- Độ cứng HB kg/mm
2
4,9 - 5,2
+ ở trạng thái đúc
3,2 - 4,5
+ ở trạng thái sau gia công áp lực
3,0 - 4,8

Chì là loại kim loại rất mềm và dẻo. Nhiệt độ kết tinh lại của chì thấp hơn
20
o
C, do vậy sau khi biến dạng dẻo chì không bị biến cứng ngay ở nhiệt độ
thờng. Tính ổn định chống ăn mòn của chì tốt. Trong axit H
2
SO
4
chì hoàn
toàn ổn định vì màng ôxyt tạo ra gây thụ động hóa và có tính bảo vệ tốt. Cũng
do đặc tính bảo vệ tốt của màng ôxyt, chì hoàn toàn ổn định trong khí ẩm.
Axit HNO
3
gây ăn mòn chì khá mạnh. Các loại chì kỹ thuật với thành phần
tạp chất khác nhau theo tiêu chuẩn Liên bang Nga đợc đợc trình bày trong
bảng 2.

Báo cáo tổng kết Đề tài: Nghiên cứu công nghệ sản xuất dây hợp kim thiếc hàn bằng phơng pháp gia công áp lực.

Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ - Luyện kim, Năm 2007.
10
Bảng 2. Thành phần hóa học của một số loại chì kim loại
Tạp chất % ( )
Ký
hiệu
Pb

Ag

Cu

As

Sb

Sn

Zn

Fe

Bi

Mg
Cs +
Mg +
Na

Ca+Na

Tổng
cộng

ứng dụng
CO 99,992 99,992 0,03 0,05 0,0005 0,0005 0,001 0,001 0,004 0,001

0,002 0,0002
Chế tạo ắc
quy
C1 99,985 0,01 0,1 0,1 0,001 0,001 0,001 0,001 0,006

0,003

0,015
Chế tạo ắc
quy, lới
chì và các
áo bảo vệ
C2 99,95 0,15 0,1 0,2 0,002 0,002 0,002 0,003 0,003 0,005

0,01 0,05
Các lợp lót
chịu axit
C3 99,5 0,15 0,2 0,5 0,005 0,005 0,005 0,005 0,06 0,01

0,03 0,01
Làm vỏ cáp
C3
CY

0,15 0,2 0,5 0,008 0,4 0,008 0,005 0,005 0,01

0,03
-
Làm vỏ cáp
C4 99,6 0,2 0,2


0,01 0,01 0,01 0,25 0,05 4
Mạ chì,
xăm mối
hàn đờng
ống dẫn
nớc
Báo cáo tổng kết Đề tài: Nghiên cứu công nghệ sản xuất dây hợp kim thiếc hàn bằng phơng pháp gia công áp lực.

Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ - Luyện kim, Năm 2007.
11
1.2.2.3. Đồng (Cu)
Đồng là kim loại có số thứ tự 29, thuộc nhóm I bảng tuần hoàn
Menđeleev. Dới đây là một số tính chất vật lý cơ bản của đồng:
- Khối lợng riêng, g/cm
3

8,94
- Nhiệt độ chảy,
0
C 1083
- Nhiệt độ sôi,
0

C
2360
- Độ dẫn nhiệt ở 20
0
C , cal(cm.s.
0
C) 0,923
- Điện trở xuất ở 20
0
C,

.mm
2
/m
0.0179
- Độ bền kéo
B
, Kg/mm
2


+ ở trạng thái mềm
22-24
+ ở trạng thái cứng
40
- Độ dẻo , %

+ ở trạng thái mềm
60
+ ở trạng thái cứng

6
- Độ cứng HB kg/mm
2


+ ở trạng thái mềm
45
+ ở trạng thái cứng
110
Đồng có tính dẫn điện, dẫn nhiệt, tính chịu ăn mòn cao, dễ gia công
bằng áp lực, đợc sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực trong công nghiệp
và dân sinh.
Các loại đồng kỹ thuật với thành phần tạp chất khác nhau theo tiêu
chuẩn liên bang Nga đợc trình bày trong bảng 3.
Báo cáo tổng kết Đề tài: Nghiên cứu công nghệ sản xuất dây hợp kim thiếc hàn bằng phơng pháp gia công áp lực.

Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ - Luyện kim, Năm 2007.
12
Bảng 3. Thành phần hóa học của đồng theo C 859 - 66
Hàm lợng các tạp chất, % ( )
Mác
Hàm
lợng Cu


Bi Sb As Fe Ni Pb Sn S O Zn P Ag
Tổng
tạp
chất
M00 99,99 0,0005 0,001 0,001 0,001 0,001 0,001 0,001 0,002

0,001 0,001

0,01
M0 99,95 0,001 0,002 0,002 0,004 0,002 0,004 0,002 0,004 0,002 0,004 0,002 0,003 0,05
M0
99,97 0,001 0,002 0,002 0,004 0,002 0,004 0,002 0,004

0,003 0,002 0,003 0,03
M1 99,90 0,001 0,002 0,002 0,005 0,002 0,005 0,002 0,005 0,05 0,005

0,003 0,1
M1p 99,90 0,001 0,002 0,002 0,005 0,002 0,005 0,002 0,005 0,01 0,005 0,04 0,003 0,1
M2 99,70 0,002 0,005 0,01 0,05 0,2 0,01 0,05 0,01 0,07

0,3
M2p 99,70 0,002 0,005 0,01 0,05 0,2 0,01 0,05 0,01 0,01

0,04

0,3
M3 99,50 0,003 0,05 0,05 0,05 0,2 0,05 0,05 0,01 0,08

0,5
M3p 99,50 0,003 0,05 0,05 0,05 0,2 0,03 0,05 0,01 0,01

0,4

0,5
M4 99,00 0,005 0,2 0,2 0,1

0,3

0,02 0,15

1,0
Báo cáo tổng kết Đề tài: Nghiên cứu công nghệ sản xuất dây hợp kim thiếc hàn bằng phơng pháp gia công áp lực.

Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ - Luyện kim, Năm 2007.
13
1.2.2.4. Nhựa thông
Khi hàn bằng hợp kim thiếc hàn ngời ta sử dụng nhựa thông làm chất trợ
dung che phủ. Do có nhiệt độ chảy thấp, tỷ trọng nhỏ, dễ loang, nhựa thông có
tác dụng che phủ mối hàn khi hàn làm mối hàn không bị ôxy hóa tạo cho mối
hàn sáng bóng.
Dới đây là một số tính chất vật lý cơ bản của nhựa thông:
Tỷ trọng, g/cm
3
1,83
Nhiệt độ nóng chảy,
o
C

78
1.2.2.5. Hợp kim thiếc và chì

Trên cơ sở chì và thiếc, ngời ta chế tạo ra rất nhiều hợp kim có công
dụng khác. Các hợp kim thông dụng trên cơ sở chì và thiếc gồm:

- Hợp kim làm ổ trục.

- Hợp kim ứng dụng trên kỹ thuật in.
- Hợp kim hàn.
- Hợp kim làm bọc cáp điện.
Trong phần này chỉ trình bày một số vấn đề liên quan đến hợp kim thiếc hàn.
1.2.2.6. Hợp kim hàn
Hợp kim hàn dùng để nối các bộ phận của chi tiết hoặc kết cấu lại với
nhau. Các vật liệu hàn có nhiệt độ chảy thấp còn gọi là vật liệu hàn mềm. Yêu
cầu trớc hết đối với vật liệu hàn mềm là phải có nhiệt độ chảy tơng đối thấp,
tiếp theo là phải có khả năng dính kết tốt với kim loại cần hàn Thành phần
hóa học của các hợp kim hàn mềm bao gồm chì, thiếc, antimon và đồng.
Trên hình 1 là giản đồ trạng thái hệ 3 nguyên Pb - Sb - Sn. Qua giản đồ này
căn cứ vào thành phần biết trớc ta biết đợc nhiệt độ nóng chảy tơng ứng.




Báo cáo tổng kết Đề tài: Nghiên cứu công nghệ sản xuất dây hợp kim thiếc hàn bằng phơng pháp gia công áp lực.

Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ - Luyện kim, Năm 2007.
14

Hình 1. Mặt cắt đờng lỏng của giản đồ trạng thái hệ Pb - Sb - Sn.
Trong bảng 4 trình bày thành phần, ký hiệu và công dụng của một số hợp
kim thiếc hàn thông dụng.
Bảng 4. Thành phần và công dụng của một số hợp kim thiếc hàn
Thành phần, %
Ký hiệu
hợp kim

Sn Sb Pb
Nhiệt độ
nóng chảy,
o
C
ứng dụng
OC 90
89-91
0,05
còn lại 210
Hàn đồ dùng, các thiết bị y tế
OC 61
60-63
0,05
còn lại 190
Hàn đồ dùng, các thiết bị y tế
OC 40
39-40
0,5
còn lại 240
Hàn đồng thau, sắt, dây đồng
OC 30
29-31 1,5-2,0 còn lại 260
Hàn đồng, sắt, các tấm tráng
thiếc
OC 18
17-18 1,5-2,0 còn lại 270
Hàn chì, sắt, đồng, tôn, chi
tiết máy
OC 4-6

3-4 5-6 còn lại 280
Hàn sắt, đồng thau
Báo cáo tổng kết Đề tài: Nghiên cứu công nghệ sản xuất dây hợp kim thiếc hàn bằng phơng pháp gia công áp lực.

Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ - Luyện kim, Năm 2007.
15
1.2.3. Công nghệ tạo dây hợp kim thiếc hàn
1.2.3.1. Công nghệ nấu luyện
Hợp kim thiếc hàn có nhiều loại với các thành phần khác nhau đã nêu ở
bảng 4. Đề tài chọn 5 loại vật liệu hợp kim thiếc hàn chính để sản xuất :
- Hợp kim Sn - Pb (60/40).
- Hợp kim Sn - Pb (40/60).
- Hợp kim Sn - Pb (20/80).
- Hợp kim Sn - Cu (1,3%).
- Hợp kim Sn - Cu (0,6%).
Nh đã nêu ở trên có hai thông số quan trọng ảnh hởng đến qui trình nấu
luyện là tỷ trọng và nhiệt độ nóng chảy. Trong 4 mác chọn nghiên cứu sản
xuất có 3 nguyên tố Cu, Sn, Pb. Dới đây là nhiệt độ nóng chảy và tỷ trọng
của 3 nguyên tố này (bảng 5).
Bảng 5. Nhiệt độ nóng chảy và tỷ trọng của Cu, Sn, Pb
Cu Sn Pb
Nhiệt độ nóng chảy,
o
C 1083 232 327
Tỷ trọng, g/cm
3
8,94 7,3 11,34

Nấu luyện để tạo mác hợp kim phải tuân thủ các nguyên tắc sau:
- Kim loại nào khó chảy phải nấu trớc, sau đó lần lợt đa các kim loại khác

vào (theo thứ tự khó chảy đa trớc, dễ chảy đa sau).
- Để đảm bảo đồng đều thành phần của hợp kim tạo ra, các nguyên tố hợp
kim chiếm hàm lợng nhỏ trong hợp kim thì phải đa vào dới dạng hợp
kim trung gian (HKTG) ( HKTG kim loại cơ sở - nguyên tố hợp kim).
- Khi các kim loại có trong thành phần mác hợp kim có nhiệt độ nóng chảy
quá chênh lệch nhau mà kim loại có nhiệt độ chảy cao lại chiếm tỷ lệ nhỏ
trong mác hợp kim thì cũng phải đa vào ở dạng HKTG.
Trong 5 mác hợp kim thiếc hàn nghiên cứu và sản xuất thì có 2 mác hợp
kim có Cu phải sử dụng HKTG, 3 mác còn lại nấu luyện bình thờng.
Để tạo HKTG có chứa Cu (HKTG Cu-Sn) phải căn cứ vào giản đồ trạng
thái để chọn sao cho HKTG tạo ra có nhiệt độ chảy thấp, dễ nấu.
Báo cáo tổng kết Đề tài: Nghiên cứu công nghệ sản xuất dây hợp kim thiếc hàn bằng phơng pháp gia công áp lực.

Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ - Luyện kim, Năm 2007.
16

Hình 2. Giản đồ trạng thái hệ Cu-Sn.
Khi tính toán phối liệu cần lu ý sự cháy hao, bay hơi của kim loại khi nấu,
cần phải bổ sung phần này để hợp kim tạo ra có thành phần đúng theo yêu cầu;
Sự cháy hao của Cu, Sn, Pb nh sau: Cu - 1%; Sn - 0,5%; Pb - 0,5%.
Kim loại ở trạng thái lỏng (nhiệt độ cao) thờng xảy ra sự ôxy hóa, để hạn
chế hiện tợng này thờng sử dụng trợ dung che phủ. Tuy nhiên khi nấu chảy
Sn, Pb hay hợp kim của Sn &Pb khả năng ôxy hóa không đáng kể nên không
cần sử dụng trợ dung che phủ, nhng khi nấu hợp kim có Cu cần sử dụng trợ
dung che phủ là than hoa đập nhỏ.
1.2.3.2. Công nghệ gia công áp lực
Các kim loại Cu, Sn, Pb đều có độ dẻo cao, hợp kim thiếc hàn cũng vậy,
nên khả năng gia công áp lực của chúng ở cả trạng thái nóng và trạng thái
nguội đều tốt. Để dây thiếc hàn sản phẩm có chất lợng cao cần phải qua các
nguyên công: ép cán chuốt.

Nhiệt độ
o
C
Báo cáo tổng kết Đề tài: Nghiên cứu công nghệ sản xuất dây hợp kim thiếc hàn bằng phơng pháp gia công áp lực.

Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ - Luyện kim, Năm 2007.
17
CHƯƠNG 2. PHƯƠNG PHáP NGHIÊN CứU Và
CÔNG TáC CHUẩN Bị
2.1. PHƯƠNG PHáP NGHIÊN CứU
Kết hợp việc tổng hợp cơ sở lý thuyết liên quan và cả phơng pháp thực
nghiệm để nghiên cứu đề tài.
2.2. Mẫu nghiên cứu
Đây là đề tài nghiên cứu ứng dụng, kết quả của đề tài sẽ áp dụng ngay vào
sản xuất, nên mẫu nghiên cứu tập trung vào các chủng loại mà nhu cầu thực tế
đang cần.
Một số mẫu thông dụng để nghiên cứu:
- Hợp kim Sn Pb (60/ 40)
2,0mm: Sn = 60%, Pb = 40%.
- Hợp kim Sn Pb (60/ 40)
1,0mm có lõi nhựa thông: Sn= 60%, Pb = 40%.
- Hợp kim Sn Pb (40/ 60)
1,0mm có lõi nhựa thông: Sn= 40%, Pb = 60%.
- Hợp kim Sn Pb (20/80)
2,2mm: Sn = 20%, Pb = 80%.
- Hợp kim Sn Cu
1,2 và 2,0mm: Cu = 1,3% ; Sn còn lại.
- Hợp kim Sn Cu
1,0 và 0,8mm: Cu = 0,6% ; Sn còn lại.
2.3. NGUYÊN VậT LIệU HóA CHấT DùNG CHO NGHIÊN CứU

Nguyên liệu sử dụng cho nghiên cứu gồm:
- Thiếc loại II - Việt Nam.
- Chì loại II - Việt Nam.
- Đồng loại I - Nớc ngoài.
- Nhựa thông Việt Nam.
- Thành phần các nguyên liệu chính (Cu, Sn, Pb) sử dụng trong nghiên cứu và
sản xuất hợp kim thiếc hàn nêu trong bảng 6.

Báo cáo tổng kết Đề tài: Nghiên cứu công nghệ sản xuất dây hợp kim thiếc hàn bằng phơng pháp gia công áp lực.

Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ - Luyện kim, Năm 2007.
18
Bảng 6. Thành phần hóa học của các nguyên liệu chính, %
Hàm lợng kim loại chính,
Kim loại
Cu: 99,90 Sn: 99,75 Pb: 99,75
Bi
0,001 0,05 0,03
Sb
0,002 0,05 0,005
As
0,002 0,05 0,002
Fe
0,005 0,02 0,003
Ni
0,002


Pb
0,005 0,025

Sn
0,002


0,002
S
0,005 0,02


O
0,005


Zn
0,005


0,002
P


Cu


0,03 0,002
Al

Hàm
lợng
tạp
chất,

Ag
0,003


0,002
- Dùng các hóa chất sau để phân tích mẫu hợp hợp kim thiếc hàn:
Na
2
O
2,
NaOH, HCL, iôt, KI, Al kim loại, HNO
3
, H
2
SO
4
, CH
3
COONH
4

,
CH
3
COONa, CH
3
COOH, xylen da cam, hồ tinh bột, EDTA (etylen diamin
tetraaxetic axit disodium).
2.4. THIếT Bị NGHIÊN CứU
Đã sử dụng các thiết bị sau để nghiên cứu và sản xuất:
- Lò cảm ứng trung tần 30kg/mẻ (hình 3).
- Lò nấu hợp kim bằng điện trở 15KW có khống chế nhiệt độ (hình 4).
- Máy cán 3 trục 115 (hình 5).
- Máy cán 2 trục 55 (hình 6).
- Máy ép thủy lực 50 tấn, kiểu nằm ngang (hình 7).
- Máy chuốt dây (hình 8).
- Máy so màu Spectronic 20D của Mỹ.
Báo cáo tổng kết Đề tài: Nghiên cứu công nghệ sản xuất dây hợp kim thiếc hàn bằng phơng pháp gia công áp lực.

Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ - Luyện kim, Năm 2007.
19

Hình 3. Lò cảm ứng trung tần 30 kg/mẻ.

Hình 4. Lò nấu hợp kim 15 kW.
Báo cáo tổng kết Đề tài: Nghiên cứu công nghệ sản xuất dây hợp kim thiếc hàn bằng phơng pháp gia công áp lực.

Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ - Luyện kim, Năm 2007.
20

Hình 5. Máy cán 3 trục

115.

Hình 6. Máy cán 02 trục 55.
Báo cáo tổng kết Đề tài: Nghiên cứu công nghệ sản xuất dây hợp kim thiếc hàn bằng phơng pháp gia công áp lực.

Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ - Luyện kim, Năm 2007.
21

Hình 7. Máy chuốt dây.


Hình 8. Máy ép thủy lực kiểu ngang 50 tấn.

Báo cáo tổng kết Đề tài: Nghiên cứu công nghệ sản xuất dây hợp kim thiếc hàn bằng phơng pháp gia công áp lực.

Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ - Luyện kim, Năm 2007.
22
CHƯƠNG 3. NộI DUNG Và KếT QUả NGHIÊN CứU
Đây là đề tài nghiên cứu ứng dụng, kết quả nghiên cứu của đề tài sẽ đợc
đa vào ứng dụng sản xuất ngay tại Phân Viện với qui mô thiết bị hiện có.
Qua khảo sát nhu cầu của các cơ sở sản xuất thiết bị điện và điện tử, đề tài tập
trung vào việc nghiên cứu các loại hợp kim thiếc hàn sau:
1. Dây hợp kim thiếc hàn Sn-Pb (60/40)
1,0mm có ruột nhựa thông.
2. Dây hợp kim thiếc hàn Sn-Pb (60/40)
2,0mm.
3. Dây hợp kim thiếc hàn Sn-Pb (40/60)
1,5mm.
4. Dây hợp kim thiếc hàn Sn-Pb (20/80)
2,2mm.

5. Dây hợp kim thiếc hàn Sn-Cu (1,3%Cu)
1,2mm và 2,0mm.
6. Dây hợp kim thiếc hàn Sn-Cu (0,6%Cu)
1,0mm và 0,8mm.
Nh vậy có một số vấn đề cần quan tâm:
1. Kích thớc dây (đờng kính) gồm các loại:
0,8; 1,0; 1,2; 1,5; 2,0; 2,2.
2. Đặc tính của dây: loại đặc và loại có ruột nhựa thông.
3. Hệ hợp kim: hệ Sn- Pb (gồm 3 mác 60/40, 40/60 và 20/80); Hệ Sn- Cu
(gồm 2 mác 0,6% Cu và 1,3% Cu).
Sản phẩm dây thiếc hàn cần nghiên cứu đợc tạo ra từ hai hệ hợp kim
khác nhau nên quy trình công nghệ nấu luyện cũng khác nhau. Đối với hệ Sn-
Cu, do nhiệt độ nóng chảy của Sn và Cu khác nhau [T
Ch
(Sn)

= 232,0
o
C;
T
Ch
(Cu)

= 1083,0
o
C], nên việc đa Cu vào hợp kim thiếc hàn phải qua đờng
HKTG (nhiệt độ chảy của HKTG thấp hơn nhiệt độ chảy của Cu).
Để có dây hợp kim thiếc hàn dạng đặc và dạng có ruột nhựa thông thì qui
trình đúc và gia công áp lực cũng khác nhau.
Nh phần tính ở trên, để đạt các mục tiêu đề ra, cần giải quyết 3 vấn đề

chính sau:
- Công nghệ nấu luyện.
- Công nghệ đúc.
- Công nghệ gia công áp lực (ép, cán, chuốt).
Báo cáo tổng kết Đề tài: Nghiên cứu công nghệ sản xuất dây hợp kim thiếc hàn bằng phơng pháp gia công áp lực.

Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ - Luyện kim, Năm 2007.
23
3.1. Nghiên cứu công nghệ nấu luyện hợp kim thiếc hàn
3.1.1. Công nghệ nấu luyện hợp kim thiếc hàn hệ Sn-Pb
Trong hệ này đề tài sẽ nấu luyện để tạo 3 mác:
- OC 60 (Sn-Pb : 60/40): 60%Sn + 40% Pb.
- OC 40 (Sn-Pb : 40/60): 40%Sn + 60% Pb.
- OC 20 (Sn-Pb : 20/80): 20%Sn + 80% Pb.
Theo giản đồ trạng thái hệ Sn-Pb thì nhiệt độ chảy của 3 mác thiếc hàn này
nh sau: T
Ch
(OC 60) = 190
o
C, T
Ch
(OC 40) = 240
o
C, T
Ch
(OC 20) = 270
o
C.
Ba mác hợp kim thiếc hàn nghiên cứu gồm 2 kim loại Sn và Pb. Để hợp
kim tạo ra có thành phần đảm bảo yêu cầu chú ý các đặc tính chủ yếu của các

kim loại này:
- Nhiệt độ chảy T
Ch
,
o
C : T
Ch
(Sn)

= 232 ; T
Ch
(Pb)

= 327.
- Tỷ trọng, g/cm
3
: Sn = 7,3; Pb = 11,34.
- Thiếc và chì có khả năng bị ôxy hóa thấp nên lợng cháy hao khi nấu
luyện là 0,5%.
Hợp kim sử dụng trong công nghiệp, thành phần của từng nguyên tố có
trong hợp kim đợc phép dao động trong một khoảng nhất định, cụ thể nh
hợp kim thiếc hàn mác
OC 40 thì % Sn không nhất thiết phải đạt 40% mà
dao động trong khoảng 39,5% - 40,5% . Lợng cháy hao của Sn, Pb không
cao đều khoảng 0,5%, nhiệt độ chảy của Sn & Pb chênh nhau không nhiều
(95
o
C), nên việc tính phối liệu và nấu chảy thuận lợi. Tuy nhiên do tỷ trọng
khác nhau nhiều, nên để hợp kim tạo ra có thành phần đồng đều (không bị
thiêu tích) thì trớc khi rót phải khuấy kỹ.

Nhiệt độ nấu luyện thờng đợc chọn dao động từ 1,2 - 1,3 lần nhiệt độ
nóng chảy (1,2 đối với các kim loại có T
Ch
cao và 1,3 đối với các kim loại có
T
Ch
thấp).
Đề tài đã nấu luyện 3 hợp kim OC 60, OC 40, OC 20 (mỗi loại hợp
kim nấu luyện tạo 02 mẫu).
Điều kiện tiến hành thí nghiệm nh sau:
Báo cáo tổng kết Đề tài: Nghiên cứu công nghệ sản xuất dây hợp kim thiếc hàn bằng phơng pháp gia công áp lực.

Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ - Luyện kim, Năm 2007.
24
- Nấu trong lò điện trở 15kW, có nhiệt độ tối đa 800
o
C và hệ thống khống
chế nhiệt độ.
- Nồi nấu bằng thép không rỉ dung tích 15kg/mẻ.
- Sn và Pb đa vào nồi nấu cùng một lúc.
- Nhiệt độ nấu luyện: 420- 430
o
C [T
Ch
(Pb)x1,3

= 327 x 1,3 ~ 420 - 430
o
C].
- Nấu chảy không cần trợ dung che phủ.

- Khi hợp kim nóng chảy hoàn toàn khuấy kỹ trớc khi rót vào khuôn đúc thỏi.
- Phối liệu 10kg/mẻ đợc tính toán theo bảng 7.
Bảng 7. Phối liệu để nấu các mác hợp kim thiếc hàn
Mác
STT
mẫu
Tổng phối liệu
cho 1 mẻ, kg
Khối lợng Sn
cho 1 mẻ, kg
Khối lợng Pb
cho 1 mẻ, kg
1 10 6 4
OC 60
2 10 6 4
3 10 4 6
OC 40
4 10 4 6
5 10 2 8
OC 20
6 10 2 8
Sau khi nấu luyện tạo đợc các mác hợp kim thiếc hàn đã lấy mẫu phân
tích % Sn và % Pb, kết quả đợc nêu trong bảng 8.
Bảng 8. Thành phần các hợp kim thiếc hàn nghiên cứu
Hàm lợng tính toán ,% Hàm lợng thực tế ,%
Mác
STT
mẫu
Sn Pb Sn Pb
1 60 40 59,92 39,85

OC 60
2 60 40 59,78 39,72
3 40 60 40,12 59,75
OC 40
4 40 60 40,08 59,81
5 20 80 19,83 80,01
OC 20
6 20 80 20,02 79,85
* Nhận xét: Với điều kiện thí nghiệm đã tiến hành các mác hợp kim thiếc
hàn đợc tạo ra đạt yêu cầu về thành phần hóa học.