THỰC NGHIỆM ép NÓNG vật LIỆU hợp KIM ĐỒNG MA sát ỨNG DỤNG làm đĩa LY hợp ô tô và máy CÔNG TRÌNH

Kỷ yếu hội nghị khoa học và công nghệ toàn quốc về cơ khí - Lần thứ IV

THỰC NGHIỆM ÉP NÓNG VẬT LIỆU HỢP KIM ĐỒNG MA SÁT ỨNG
DỤNG LÀM ĐĨA LY HỢP Ô TÔ VÀ MÁY CÔNG TRÌNH
EXPERIMENTAL HOT-PRESSING COPPER ALLOY FRICTION MATERIALS FOR
APPLICATION OF MAKING CLUTCH DISKS OF CARS AND CONSTRUCTION
MACHINES
PGS. TS. Hà Minh Hùng (1,a); ThS. Trần Quang Hanh (2,b)
1
Viện Nghiên cứu Cơ khí, Viện IDAT
2
Trường Cao đẳng Kinh tế - Kỹ thuật, Đại học Thái Nguyên
a
; b
TÓM TẮT
Bài báo giới thiệu một số kết quả thực nghiệm áp dụng công nghệ ép nóng để tạo phôi vật
liệu hợp kim đồng ma sát hệ đa nguyên Cu-Sn-Zn-Pb-Fe-C-gr-Al ở quy mô phòng thí nghiệm.
Việc phân tích đánh giá tính chất cơ lý và tổ chức tế vi của mẫu vật liệu nhận được sau ép
nóng với các thông số công nghệ chính lựa chọn trong thực nghiệm là cơ sở khoa học cho
bước nghiên cứu tiếp theo nhằm tạo liên kết kim loại giữa các hợp kim ma sát đó với lớp nền
thép của đĩa ly hợp xe ô tô vận tải, máy công trình trong lĩnh vực nghiên cứu ứng dụng công
nghệ luyện kim bột tại Viện Phát triển Kỹ thuật, Công nghệ tiên tiến và đào tạo trình độ Tiến
sĩ tại Viện Nghiên cứu Cơ khí.
Từ khóa: luyện kim bột (LKB); ép nóng (EN); hợp kim ma sát nền bột đồng (HKMSCu);
hợp kim 3 lớp (Trimetal); Viện Phát triển Kỹ thuật, Công nghệ tiên tiến (IDAT).
ABTRACT
This article introduces some experimental research results when applying hot-pressing
technology to make copper alloy friction materials with pluralistic system Cu-Sn-Zn-Pb-FeC-gr-Al in the scale of laboratory. The analysis and evaluation of mechanical properties and
microstructure of sample materials after being hot-pressed with the main technical parameters
being selected upon experimental test shall be the scientific base for the following research
steps so as to create the metallic bond among alloy friction materials with the steel foundation

and apply in manufacture clutch disks of car and construction machine in the fields
researching the applications of powder metallurgy at Powder metallurgy, Advance technology
and training the Doctor level at National Research Institute of Mechanical Engineering.
Keywords: Powder metallurgy; Hot-pressing; Alloy friction materials with copper
powder foundation; Trimetal; Institute for Development of Advanced Technical and Technology
(IDAT).
1. ĐẶT VẤN ĐỀ
Ở nước ngoài, vật liệu ma sát luyện kim bột được sử dụng để chế tạo các chi tiết phanh
và các cụm truyền động của xe ô tô, máy nông nghiệp, máy mỏ, máy xây dựng, máy bay, máy
công cụ, máy dập, máy ép trong sản xuất cơ khí,... Việc sử dụng các loại vật liệu ma sát để
làm việc có bôi trơn cưỡng bức trong các cụm thiết bị như: đĩa ly hợp, máy điều tốc, khớp nói
có môment tới hạn, hệ truyền dẫn thủy lực hoặc ở điều kiện làm việc không có bôi trơn (ma
sát khô) như: khớp nối, phanh hãm, khớp nối điện từ thay thế cho vật liệu thép và gang đúc
hoặc các vật liệu ma sát gắn kết với nền bằng gang hoặc thép truyền thống trước đây cho phép
tăng độ bền và độ tin cậy khi làm việc cũng như tăng hiệu quả sử dụng của các cụm ma sát
trong máy móc thiết bị. Vật liệu ma sát luyện kim bột đồng thời tạo điều kiện tốt để thiết kế,
283


Kỷ yếu hội nghị khoa học và công nghệ toàn quốc về cơ khí - Lần thứ IV
chế tạo các cụm ma sát có kết cấu mới với hệ số ma sát cao, khả năng làm việc ổn định, chịu
mài mòn và bền nhiệt cao của cả hai chi tiết cặp đôi [1].
Ở Việt Nam, gần đây tại Viện Nghiên cứu Cơ khí và một số cơ sở nghiên cứu chuyên
ngành đã bước đầu có những nghiên cứu về vấn đề thử nghiệm công nghệ ép nóng bột hợp
kim đồng [2] và vật liệu ma sát luyện kim bột [3÷7], nhưng chưa có đầu tư nào đáng kể để
hoàn thiện công nghệ làm cơ sở khoa học đưa vào ứng dụng thực tiễn phục vụ trong các
ngành kinh tế nước ta. Đặc biệt là trong ngành giao thông vận tải và khai thác than - khoáng
sản Việt Nam hiện nay có một số lượng lớn các thiết bị, máy móc và xe vận tải mỏ đang hoạt
động được nhập từ nhiều nguồn cung cấp nước ngoài, trong đó có đĩa ly hợp làm bằng vật
liệu trimetal (3 lớp) hợp kim đồng – thép – hợp kim đồng (xem Hình 1) [5], [7].

Đĩa ma sát của các bộ ly hợp trong truyền động của máy động lực, máy công trình và
phương tiện vận tải trong các ngành kinh tế nói chung là sản phẩm khoa học công nghệ cao,
tích hợp của nhiều ngành kỹ thuật, hàng năm có nhu cầu thay thế rất lớn, nhưng cho đến nay
nước ta còn phải nhập khẩu, tiêu tốn nhiều ngoại tệ. Có nhiều phương án công nghệ luyện
kim bột tiên tiến, trong đó có công nghệ ép nóng đã được nghiên cứu ứng dụng để tạo phôi
vật liệu ma sát ở ngoài nước, nhưng đến nay chưa có chuyển giao vào Việt Nam ở quy mô
công nghiệp. Vì thế, việc nghiên cứu thử nghiệm công nghệ ép nóng để chế tạo vật liệu hợp
kim ma sát trên cơ sở nền bột đồng làm việc trong môi trường có dầu bôi trơn của bộ ly hợp
máy động lực và ô tô vận tải làm cơ sở khoa học cho việc chế thử trong điều kiện Việt Nam là
rất cần thiết, có ý nghĩa khoa học và thực tiễn [5÷7].
2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
- Kết hợp nghiên cứu tài liệu đã công bố với việc giám định sản phẩm mẫu để chọn
thành phần hóa học bột nguyên liệu và phương án tạo phôi vật liệu hợp kim ma sát phù hợp
với gam tải trọng của xe ô tô vận tải và máy công trình đang hoạt động ở Việt Nam. Từ đó lựa
chọn phương pháp phối trộn bột nguyên liệu: sử dụng bột hợp kim đồng BCu6Sn6Zn3Pb nhập
ngoại (85 % Cu; 6 % Sn; 6 % Zn; 3 % Pb tính theo khối lượng) và tính toán cho thêm các bột thành
phần pha trộn khác gồm Fe; C-gr; Al sao cho đảm bảo thành phần hóa học lựa chọn của hỗn hợp bột
đầu vào ép nóng gồm có: 73Cu; 6Sn; 6Zn; 3Pb; 4Fe; 4C-gr; 4Al(Al2O3) tính theo % khối lượng
các nguyên tố [7]. Sử dụng máy trộn kiểu ly tâm hành tinh để trộn bột nguyên liệu ép nóng (Hình 2a).
- Tiến hành thực nghiệm ép nóng tạo hình vật liệu hợp kim ma sát trên cơ sở nền bột đồng
(HKMSCu) và các nguyên tố khác như Sn, Zn, Pb, Fe, C-gr, Al theo quy hoạch thực nghiệm kiểu hai
mức 3 yếu tố công nghệ đầu vào (N = 23 + 1 = 9). Ba thông số công nghệ chính lựa chọn để thí
nghiệm ép nóng gồm: 1 - Áp lực ép nóng thay đổi trong khoảng X1 = pe.n = 2,5 ÷ 3,5 MPa; 2 - Nhiệt
độ ép nóng X2 = Te.n = 850 ÷ 9000C và 3 - thời gian giữ nhiệt X3 = te.n = 2 ÷ 4 phút.
- Thiết bị ép nóng quy mô phòng thí nghiệm (EN-20) sử dụng cho thí nghiệm có công suất
20 kW. Trên Hình 2b là ảnh chụp một thời điểm trong quá trình ép nóng tạo hình HKMSCu.
Nguyên lý ép nóng tạo phôi vật liệu HKMSCu có thể tham khảo trong công trình [7].

Hình 1. Bộ đĩa ma sát xe ô tô
vận tải mỏ tải trọng 35 tấn [5]

a)

b)

Hình 2. Máy trộn phối liệu kiểu ly tâm hành tinh (a)
và quá trình thí nghiệm ép nóng bột HKMSCu (b) [7]
284


Kỷ yếu hội nghị khoa học và công nghệ toàn quốc về cơ khí - Lần thứ IV
3. KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM VÀ BÀN LUẬN
3.1. Hình thái bột nguyên liệu và mẫu sau ép nóng
Trên Hình 3a là ảnh chụp SEM bột nguyên liệu cơ bản BCu6Sn6Zn3Pb, còn Hình 3b - ảnh
SEM bột sắt - graphit (Fe + C-gr); Hình 3c - ảnh SEM bột Al trước khi đưa vào máy nghiền trộn.
Kết quả nghiền trộn với thời gian 1,5 h cho hỗn hợp bột nguyên liệu ép nóng có ảnh SEM cho trên
Hình 4. Từ đó cho thấy, cỡ hạt của các bột cấu thành hỗn hợp bột nguyên liệu đầu vào ép nóng đã
trở nên nhỏ mịn hơn nhiều so với ở trạng thái trước khi nghiền trộn. Phân bố của chúng cũng tương
đối đồng đều và điều đó dẫn tới vật liệu sau ép nóng có thể nhận được ở mức độ đồng đều cao.

a)

b)

c)

Hình 3. Ảnh SEM bột BCu6Sn6Zn3Pb, độ hạt ≤ 160 µm (a); bột Fe+C-gr, độ hạt ≤
180µm (b); bột Al, độ hạt ≤ 50 µm (c) trước khi nghiền trộn [7]
Hình 5 là ảnh chụp các mẫu thí nghiệm sau ép nóng từ hỗn hợp bột nguyên liệu nghiền
trộn với thời gian 1,5 giờ đã được lấy ra khỏi khuôn ép. Ta thấy các mẫu thí nghiệm có bề mặt

tốt, không phát hiện thấy các vết nứt hoặc phân lớp. Tuy nhiên do mẫu chưa được làm sạch
lớp bề mặt khỏi màng mỏng graphit nên chúng còn có màu đen.

Hình 4. Ảnh SEM bột
nguyên liệu ép nóng sau
nghiền trộn, độ hạt ≤ 5 µm
[7]

Hình 5. Mẫu HKMSCu sau ép nóng và tháo khuôn
graphit (b) [7]

3.2. Xác định độ xốp và mật độ của vật liệu hợp kim đồng ma sát sau ép nóng
Với thành phần hóa học đã chọn, lấy giá trị của mật độ các bột nguyên tố cấu thành gồm
có: ρCu = 8,94 g/cm3; ρSn = 7,3 g/cm3; ρZn = 7,14 g/cm3; ρPb = 11,3 g/cm3; ρAl = 2,698 g/cm3;
ρFe = 7,84 g/cm3; ρCu = 8,94 g/cm3; ρC-gr = 1,6 ÷ 2,0 g/cm3. Khi đó mật độ vật liệu ở trạng thái
đặc xít tương đương vật liệu đúc cán có giá trị là ρđ.x.= 8,189 g/cm3 (tương ứng với γ = 0).
Mật độ các mẫu vật liệu sau ép nóng phụ thuộc vào tổng độ xốp có trong chúng được
xác định bằng phương pháp cân thủy tĩnh và cho trong Bảng 1. Phân tích các số liệu ở Bảng 1
ta thấy:
- Độ xốp vật liệu hợp kim đồng ma sát sau ép nóng giảm tỷ lệ thuận theo chiều tăng của
các thông số công nghệ chính Te.n; te.n và pe.n;
- Mật độ vật liệu hợp kim đồng ma sát sau ép nóng tăng tỷ lệ thuận với chiều tăng của
các thông số công nghệ chính Te.n; te.n và pe.n.
285


Kỷ yếu hội nghị khoa học và công nghệ toàn quốc về cơ khí - Lần thứ IV
Bảng 1. Kết quả đo và tính toán độ xốp, mật độ vật liệu hợp kim đồng ma sát sau ép nóng
Ký hiệu,
mã số

mẫu TN

No.1
(000)

No.2
(010)

No.3
(020)

No.4
(100)

No.5
(110)

No.6
(120)

No.7
(200)

No.8
(210)

No.9
(220)

Độ xốp,

γ0, %

31,400

30,150

28,890

27,9153

25,6348

24,147

23,780

22,030

21,6552

Mật độ,
ρ0, g/cm3

5,6176

5,7200

5,6232

5,9030

6,0897

6,2116

6,24165

6,3849

6,4156

Sau khi hoàn thành các thí nghiệm khảo sát mẫu quy hoạch thực nghiệm (QHTN) ở
trạng thái sau ép nóng, chúng tôi đưa chúng vào khuôn kim loại để ép nguội với mức độ biến
dạng tổng tính theo chiều cao phôi ép là εV1 = 12,5 %. Kết quả đo đạc và tính toán độ xốp,
mật độ loạt mẫu này sau ép nóng và biến dạng ép nguội lần 1 cho trong Bảng 2.
Tương tự như vậy, sau khi hoàn thành các thí nghiệm khảo sát mẫu nhận được ở trạng
thái sau ép nóng và biến dạng ép nguội lần 1, các mẫu thí nghiệm lại được đưa vào khuôn kín
để ép nguội với mức độ biến dạng tổng theo chiều cao phôi ép là εV2 = 25 % (tính từ trạng
thái ban đầu khi mẫu chưa qua biến dạng lần nào). Kết quả đo đạc và tính toán độ xốp, mật độ
loạt mẫu này sau ép nóng và biến dạng nguội lần 2 cho trong Bảng 3.
Bảng 2. Kết quả đo và tính toán độ xốp, mật độ vật liệu hợp kim đồng ma sát sau ép
nóng và biến dạng nguội lần 1 (εV1 = 12,5 %)
Ký hiệu,
mã số
mẫu TN

No.1-1
(000)

No.2-1

(010)

No.3-1
(020)

No.4-1
(100)

No.5-1
(110)

No.6-1
(120)

No.7-1
(200)

No.8-1
(210)

No.9-1
(220)

Độ xốp,
γ1, %

27,475

26,318

25,278

24,4259

22,4304 21,1286

20,8075

19,2762

18,9483

Mật độ,
ρ1, g/cm3

5,9390

6,0338

6,1189

6,1887

6,3521

6,4850

6,6100

6,6373

6,4587

Bảng 3. Kết quả đo và tính toán độ xốp, mật độ vật liệu hợp kim đồng ma sát sau ép
nóng và biến dạng nguội lần 2 (εV2 = 25%)
Ký hiệu,
mã số
mẫu TN

No.1-2
(000)

Độ xốp,
γ2, %

23,550 22,6125 21,6675 20,9364 19,2261 18,1102 17,8350 16,5225 16,2414

Mật độ,
ρ2, g/cm3

6,2605

No.2-2
(010)

6,3372

No.3-2
(020)

6,4146

No.4-2
(100)

6,4745

No.5-2
(110)

6,6145

No.6-2
(120)

6,7059

No.7-2
(200)

6,7285

No.8-2
(210)

6,8359

No.9-2
(220)

6,8590

Phân tích các số liệu thực nghiệm trong các Bảng 1, 2 và 3 cho thấy:
1. Vật liệu hợp kim đồng ma sát (HKMSCu) sau ép nóng có độ xốp trung bình tương đối
lớn (γ0 = 21,6552 ÷ 31,4 %), còn mật độ tương ứng khá thấp (ρ0 = 6,4156 ÷ 5,6176 g/cm3). Như
vậy, để đạt được độ xốp và mật độ tương ứng chuẩn theo tiêu chí giám định vật liệu hợp kim
đồng ma sát tương đương có thành phần Fe, Pb, Al, C-gr tham gia do Liên bang Nga sản xuất
(hợp kim ФAБ có γ* = 3 ÷ 5 %; ρ* = 6,2 ÷ 6,3 g/cm3; hợp kim M140 có γ* = 3 ÷ 5 %; ρ* = 6,2
÷ 6,6 g/cm3 [1]), thì các mẫu HKMSCu sau ép nóng cần phải được thiêu kết lại lần 2 hoặc
phải qua nguyên công biến dạng để giảm độ xốp, đồng thời làm tăng mật độ của chúng. Theo
tài liệu của Fedorchenko I. M. [1] và các nhà nghiên cứu khác [7] đã công bố thì khi đưa
286


Kỷ yếu hội nghị khoa học và công nghệ toàn quốc về cơ khí - Lần thứ IV
nhôm (Al) hoặc ôxit nhôm (Al2O3) vào thành phần HKMSCu sẽ làm tăng hệ số ma sát và khả
năng làm việc ở nhiệt độ cao của vật liệu sau thiêu kết;
2. Qua biến dạng ép nguội lần 1 với tổng biến dạng thể tích εV1 = 12,5 %, độ xốp và
mật độ trung bình tương ứng của hợp kim đồng ma sát đạt giá trị: γ1 = 27,475 ÷ 18,9483 % và
ρ1 = 5,939 ÷ 6,6373 g/cm3, tức là độ xốp trung bình tính theo thể tích của mẫu hợp kim đồng
ma sát khảo sát đã giảm đáng kể, còn mật độ thì tăng lên;
3. Qua biến dạng nguội lần 2 với tổng biến dạng thể tích εV2 = 25 %, độ xốp và mật độ
trung bình tương ứng của hợp kim đồng ma sát đạt giá trị: γ2 = 23,55 ÷ 16,2414 % và
ρ2 = 6,2605 ÷ 6,859 g/cm3, chứng tỏ độ xốp trung bình tính theo thể tích của mẫu hợp kim
đồng ma sát khảo sát đã giảm mạnh, còn mật độ thì tăng lên hơn nữa;
4. Sự sai khác giữa mật độ vật liệu trên mẫu thí nghiệm trong nước so với vật liệu ФAБ
hoặc M140 do Liên bang Nga sản xuất được giải thích do chọn các thành phần bột nguyên
liệu khác nhau. Ngoài ra, trong các vùng cấu trúc vật liệu có màu đen còn có thể tích tụ nhiều
graphit (C-gr) là nguyên tố pha trộn vào hỗn hợp bột nguyên liệu ép nóng với mật độ đáng kể
(ρC-gr = 1,6 ÷ 2,0 g/cm3), điều đó dẫn đến tăng mật độ thực tế của các mẫu HKMSCu sau ép

nóng. Giả thiết này có thể được kiểm định thông qua các nghiên cứu sâu bằng phương pháp
SEM-EDX vật liệu;
5. Để đạt được độ xốp vật liệu HKMSCu có tổ chức tế vi tương ứng với tổ chức giám
định trên sản phẩm đĩa ly hợp nhập ngoại, ta nhận thấy cần thiết phải tiến hành biến dạng dẻo
chúng đến mức có giá trị thích hợp, sao cho vừa đảm bảo độ bền, độ cứng và tổng lượng các
lỗ xốp còn lại để thấm dầu bôi trơn được tốt nhất. Lượng biến dạng tổng cộng qua 4 lần ép
nén trong khuôn kim loại có thể đạt đến εΣi ≥ 50%.
3.3. Tổ chức tế vi vật liệu hợp kim ma sát nền đồng sau ép nóng và biến dạng dẻo
3.3.1. Hợp kim ma sát nền đồng BCu73Sn6Zn6Pb3Fe4C-gr4 Al4 sau ép nóng
Kết quả nghiên cứu khảo sát và chụp ảnh tổ chức tế vi vật liệu HKMSCu (lấy ký hiệu là
BCu73Sn6Zn6Pb3Fe4C-gr4 Al4) ở trạng thái sau ép nóng bằng phương pháp hiển vi quang học
cho trên Hình 6 dưới đây.

a)

b)

c)

d)

Hình 6. Ảnh chụp tổ chức tế vi vật liệu hợp kim đồng ma sát BCu73Sn6Zn6Pb3Fe4C-gr4 Al4,
x100: a - Mẫu số 4 (100); b - Mẫu số 6 (120); c - Mẫu số 7(200); d - Mẫu số 8 (210)

287


Kỷ yếu hội nghị khoa học và công nghệ toàn quốc về cơ khí - Lần thứ IV
Phân tích kết quả trên Hình 6 cho thấy:
- Mẫu thí nghiệm số 4 có mã số (100) nhận được ở chế độ quy hoạch thực nghiệm (100)

với X1 = pe.n = 2,5 MPa; X2 = Te.n = 850OC; X3 = te.n = 2 phút (Hình 6a): tổ chức tế vi vật liệu có
các vùng cấu trúc màu đen còn tương đối lớn, với các hình dạng khác nhau. Đặc biệt là trong
các vùng màu đen đó lại có thể phát hiện được những tiểu vùng màu hơi sáng hơn hoặc màu
xanh nhạt. Điều đó chứng tỏ giả thiết về quan điểm cho rằng sự khác biệt giữa hai tiêu chí độ
xốp và mật độ trung bình tương ứng của vật liệu BCu73Sn6Zn6Pb3Fe4C-gr4Al4 sau ép nóng
trong nghiên cứu này so với các chỉ tiêu tương ứng của vật liệu do Liên bang Nga sản xuất.
Giải thích hiện tượng này là do trong các vùng màu đen còn có sự tích tụ của graphit (C-gr) và
các nguyên tố khác nên làm tăng mật độ thực của vật liệu. Đồng thời điều đó cũng minh
chứng cho nhận xét rằng, độ xốp vật liệu giảm tỷ lệ thuận, còn mật độ tương ứng lại giảm
theo chiều tăng của một trong các thông số công nghệ ép nóng ở trên;
- Đối với mẫu thí nghiệm số 6, mã số (120) nhận được ở chế độ quy hoạch thực nghiệm
(120) với X1 = pe.n = 2,5 MPa; X2 = Te.n = 9000C; X3 = te.n = 2 phút (Hình 6b): tổ chức tế vi vật
liệu có các vùng cấu trúc màu đen đã giảm đáng kể so với mẫu số 4. Các tiểu vùng cấu trúc
này có hình dạng khác nhau, nhưng kích thước giảm và không kéo dài nhiều lắm, ở đây cũng
có thể phát hiện được những tiểu vùng màu sáng hơn tương tự như ở Hình 6a. Điều này một
lần nữa minh chứng cho giả thiết đã nêu về quy luật thay đổi độ xốp, mật độ của vật liệu
BCu73Sn6Zn6Pb3Fe4C-gr4Al4 phụ thuộc các yếu tố công nghệ ép nóng chủ yếu đã chọn;
- Hai mẫu thí nghiệm số 7, mã số (200) ở hình 6c (X1 = pe.n = 3,5 MPa; X2 = Te.n = 8500C;
X3 = te.n = 2 phút) và mẫu số 8, mã số (210) ở hình 6d (X1 = pe.n = 3,5 MPa; X2 = Te.n = 8750C;
X3 = te.n = 2 phút) có đặc điểm: tổ chức tế vi vật liệu có các vùng cấu trúc màu đen đã giảm nhiều
hơn nữa so với các mẫu đã xét trên đây. Các tiểu vùng cấu trúc với hình dạng khác nhau, nhưng
kích thước giảm mạnh và có đặc điểm như: một số vùng có thiên hướng cầu hóa, còn lại đa số
vẫn có hình dạng kéo dài nhưng không lớn. Ở đây trong các vùng cấu trúc màu đen cũng có thể
phát hiện được những tiểu vùng màu sáng hơn (Hình 6c,d) tương tự như đối với mẫu số 4 (Hình
6a), mẫu số 6 (Hình 6b). Điều này lại một lần nữa minh chứng cho giả thiết đã nêu ở phần trên
về quan niệm cho rằng sự khác biệt giữa hai tiêu chí độ xốp và mật độ trung bình tương ứng của
vật liệu sau ép nóng như đã xét. Đồng thời điều đó cũng minh chứng rõ nhận xét cho rằng độ xốp
vật liệu giảm tỷ lệ thuận, còn mật độ tương ứng lại giảm theo chiều tăng của một trong các thông
số công nghệ ép nóng ở trên. Giải thích cho hiện tượng này cũng tương tự như đã đưa ra đối với
các mẫu quy hoạch thực nghiệm khác đã khảo sát.

Như vậy, kết quả nghiên cứu phân tích và chụp ảnh tổ chức tế vi vật liệu hợp kim đồng
ma sát BCu73Sn6Zn6Pb3Fe4C-gr4Al4 ở trạng thái sau ép nóng trên đây đã làm rõ những quy
luật thay đổi độ xốp và mật độ trung bình tương ứng của các mẫu đã khảo sát tại các điểm nút
quy hoạch thực nghiệm điển hình. Những phân tích nhận xét nêu trên cho thấy quy luật thay
đổi của chúng là phù hợp với cơ sở lý thuyết luyện kim bột nói chung. Từ các kết quả thực
nghiệm đó có thể điều chỉnh lại miền thay đổi của các thông số công nghệ ép nóng nhằm đạt
hàm mục tiêu độ xốp và mật độ tương ứng tốt nhất trong theo yêu cầu của đĩa ly hợp.
3.3.2. Ảnh hưởng của biến dạng đến tổ chức tế vi vật liệu hợp kim đồng ma sát
Đặc điểm thay đổi các tiểu vùng cấu trúc tế vi của vật liệu hợp kim đồng ma sát
BCu73Sn6Zn6Pb3Fe4C-gr4Al4 sau ép nóng được đánh giá thông qua việc khảo sát chụp ảnh
và xác định hình thái các tiểu vùng đặc trưng trong quá trình biến dạng phôi ép hình trụ trong
khuôn kim loại. Các mẫu vật liệu này sau đó được biến dạng trong khuôn ép kín hình trụ với
các mức độ ép khác nhau tính theo chiều cao phôi ép (εΣi = 12,5 ÷ 50 %). Lượng biến dạng
tương đối trung bình (εΣi, %) qua mỗi lần biến dạng tính theo thể tích trong trường hợp này có
thể cho bằng cách tính toán tỷ lệ giảm chiều cao phôi ép (H) vì đường kính mẫu sau ép nóng
coi như không thay đổi do mặt trụ của khuôn ép chặn lại. Khi đó, có thể tính toán thể tích mẫu
HKMSCu sau biến dạng (ở trạng thái nguội để ít gây ảnh hưởng tới cấu trúc vật liệu) dựa trên
việc đo chiều cao mẫu ép so với chiều cao ban đầu ở trạng thái sau ép nóng. Vì thế, trong điều
288


Kỷ yếu hội nghị khoa học và công nghệ toàn quốc về cơ khí - Lần thứ IV
kiện thí nghiệm này, độ xốp thể tích trung bình có thể cho gần bằng độ xốp diện tích nhận được
bằng phương pháp phân tích cấu trúc vật liệu HKCuMS trên kính hiển vi quang học có tích
hợp phần mềm phân tích ảnh kỹ thuật số Material Pro-Analyzer [7].
Như vậy, bằng phương pháp phân tích kim tương học các ảnh tế vi nhận được ở các
mức biến dạng trung bình theo phương ép khác nhau có thể xác định lượng biến dạng tổng tới
hạn cần thiết để đảm bảo cấu trúc của vật liệu khảo sát tương đương với mẫu nhập ngoại (xem
Hình 8). Từ đó xác lập chế độ tối ưu trong quá trình ép – thiêu kết dưới áp lực và biến dạng
vật liệu trimetal hợp kim đồng ma sát – thép – hợp kim đồng ma sát. Các mẫu vật liệu

HKMSCu qua biến dạng dẻo được tiến hành nghiên cứu khảo sát cấu trúc tế vi tại những
vùng có đặc điểm gần giống với cấu trúc vật liệu ở trạng thái ngay sau khi ép nóng (chưa qua
biến dạng, εΣ = 0%).
Kết quả thí nghiệm trên các mẫu điển hình qua biến dạng lần thứ 4 với biến dạng tổng
cộng εΣ4 = 50 % cho trên Hình 7 (có độ phóng đại lớn hơn so với cấu trúc tế vi cho trên các
Hình 6). Ảnh chụp tổ chức tế vi các mẫu vật liệu HKMSCu ở đây cho thấy:

a)

b)

c)

d)

Hình 7. Ảnh chụp tổ chức tế vi vật liệu hợp kim đồng ma sát BCu73Sn6Zn6Pb3Fe4C-gr4Al4
sau ép nóng và biến dạng nguội với εΣ4 = 50 %: a - Mẫu số 4-EN (100); b - Mẫu số 6-EN
(120); c - Mẫu số 7-EN (mã số 200); d - Mẫu số 8-EN (mã số 210)
- Các vùng cấu trúc đặc trưng có màu đen sẫm (lỗ xốp); màu xanh ngọc (có thể là các
hạt Al, Fe hoặc nguyên tố hợp kim hóa đều bị biến dạng mạnh theo phương ép, tức dọc trục
mẫu hình trụ. Mặc dù vật liệu HKCuMS khi biến dạng đã bị chặn bởi thành khuôn hình trụ
làm cho nó bị hạn chế biến dạng theo hướng kính phôi ép, nên có thể cho rằng các hạt cấu
trúc điển hình và lỗ xốp trong toàn bộ khối vật liệu xốp chỉ biến dạng theo phương ép. Điều
đó dẫn đến kết quả là hình thù của các hạt cấu trúc này cũng như lỗ xốp có dạng kéo dài (tức
bị nén chặt theo phương ép), không như cấu trúc ban đầu trước khi bị biến dạng (ở trạng thái
ngay sau khi ép nóng);
- Trong các vùng cấu trúc màu đen được cho là lỗ xốp dư sau biến dạng có thể có tích tụ
của cacbon từ graphít (C-gr) và các hợp chất hóa học khác. Để làm rõ hơn vấn đề này, trong
một bài báo khác chúng tôi sẽ đề cập đến kết quả phân tích SEM-EDX các tiểu vùng cấu trúc
đặc trưng trên một số mẫu vật liệu HKMSCu. Trên Hình 8 dưới đây là ảnh chụp cấu trúc vật

liệu trên mẫu nhập của Liên bang Nga để đối chiếu với vật liệu chế thử của nhóm nghiên cứu
Việt Nam ở trạng thái sau ép nóng và qua biến dạng. Từ Hình 7 và Hình 8 cho thấy cấu trúc tế
vi vật liệu hợp kim đồng ma sát BCu73Sn6Zn6Pb3Fe4C-gr4Al4 chế thử trong nước ở trạng thái
289


Kỷ yếu hội nghị khoa học và công nghệ toàn quốc về cơ khí - Lần thứ IV
qua ép nóng và biến dạng dẻo đã có hình thái cấu trúc tương đồng với vật liệu HKMSCu do
Liên bang Nga sản xuất.
4. KẾT LUẬN
1. Bằng thực nghiệm, nhóm nghiên cứu đã
chứng minh được khả năng áp dụng công nghệ
ép nóng (ép đồng thời với thiêu kết) đối với
trong điều kiện phòng thí nghiệm bột hợp kim
ma sát nền đồng hệ BCu73Sn6Zn6Pb3Fe4Cgr4Al4 trong quy mô phòng thí nghiệm đạt kết
quả khả quan. Đã xác định độ xốp, mật độ
trung bình tương ứng, cũng như kết quả phân
Hợp kim Cu
Thép 65Mn
tích và chụp ảnh tổ chức tế vi vật liệu khảo sát
B.G.HKCu-65Mn
ở trạng thái sau ép nóng và làm rõ những quy
Hình 8. Tổ chức tế vi tại biên giới 2 lớp thép luật thay đổi của chúng trên các mẫu thí
- hợp kim đồng (mẫu Liên bang Nga chế nghiệm theo quy hoạch thực nghiệm là phù hợp
với cơ sở lý thuyết luyện kim bột nói chung;
tạo) [6]
2. Kết quả nghiên cứu thực nghiệm cho thấy có thể đưa ra chế độ công nghệ tạo hình và
biến dạng ở mức thích hợp đảm bảo vật liệu nhận được có độ xốp, mật độ và tổ chức tế vi tương
đương so với vật liệu ma sát khảo sát trên mẫu đĩa ly hợp trimetal hợp kim đồng ma sát – thép –
hợp kim đồng dùng cho xe ô tô vận tải hạng nặng ma sát do Liên bang Nga chế tạo.

TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]. Федорченко И. М. и другие, Свойства порошков, металлов, тугоплавких соединений
и спеченных материалов, Киев, Издат-вo Наукова думка, 1978;
[2]. Hà Minh Hùng, Nghiên cứu thử nghiệm công nghệ ép nóng kim loại bột để chế tạo chi
tiết máy, Hà Nội, 2000, Tuyển tập các công trình NCKH Viện Nghiên cứu Cơ khí, Tập I,
trang 16-23;
[3]. Trần Sỹ Kháng và các tác giả, Nghiên cứu chế tạo má phanh máy bay L-39 bằng công
nghệ ép nóng, Hà Nội, 2006, Tạp chí Kỹ thuật và Trang bị, số 74, T11/2006, trang 45-47;
[4]. Hà Minh Hùng, Nguyễn Văn Giáp, Vật liệu ma sát luyện kim bột trong chế tạo máy, Báo
cáo khoa học tại Hội thảo toàn quốc về Công nghệ vật liệu & bề mặt VIMATECH-2008,
Thái Nguyên, 2008, Tạp chí Khoa học và Công nghệ Đại học Thái Nguyên, số 48, Tập 2,
trang 37-44;
[5]. Hà Minh Hùng, Nguyễn Văn Giáp, Đặng Văn Tuấn, Nghiên cứu vật liệu hợp kim ma sát bộ
ly hợp máy động lực, ô tô vận tải hạng nặng trong ngành khai thác khoáng sản, Tạp chí Cơ
khí Việt Nam, số 11, tháng11/2012, trang 118-124;
[6]. Hà Minh Hùng, Trần Tuấn Anh, Tính chất vật liệu hợp kim đồng ma sát chế tạo trong nước
bằng phương pháp ép - thiêu kết dưới áp lực, Tạp chí Cơ khí Việt Nam, số 8, tháng 8/2013,
trang 25-34;
[7]. Hà Minh Hùng, Nghiên cứu công nghệ chế tạo vật liệu hợp kim 3 lớp (trimetal) ứng dụng
làm đĩa ma sát của bộ ly hợp động cơ máy động lực, máy công trình và phương tiện vận
tải, Báo cáo tổng kết đề tài NCKH cấp Bộ Công thương mã số 119.13RD/HĐ-KHCN,
Viện Nghiên cứu Cơ khí, Hà Nội, 2013;
[8]. Hà Minh Hùng, Đoàn Đình Phương, Tính chất ma sát học của vật liệu ma sát nền bột sắt
thiêu kết và ép nóng ứng dụng làm phanh tàu vận tải đường sắt, Báo cáo tham dự Hội
nghị toàn quốc về Cơ khí chế tạo lần IV, tháng 10/2015.
290