Phân tích và so sánh chất lượng pittông nhôm của ô tô sản xuất tại việt nam và nước ngoài

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 PITTÔNG NHÔM
CỦA ÔTÔ SẢN XUẤT TẠI VIỆT NAM VÀ NƯỚC NGOÀI

NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY - 605204

S K C0 0 0 3 4 1

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 08/2004


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 LƯNG
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.


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 LƯNG
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.


TÓM TẮT LÝ LỊCH TRÍCH NGANG
Họ và tên: Võ Long Triều
Sinh ngày: 16 – 06 – 1976

Nơi sinh: Tp. Hồ Chí Minh.

Đòa 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 vò công tác:
Trường Trung học Kỹ thuật Và Nghiệp vụ NGUYỄN HỮU CẢNH.


CÔNG TRÌNH ĐƯC 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 só 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.


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 vò
trường học, nhà máy, xí nghiệp, cũng như sự hướng dẫn tận tình của các giảng
viên các thầy cô giáo trong nhiều lónh 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 đònh 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 chò học viên khóa trước, các Thầy Cô đang giảng dạy tại
Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp.HCM và các anh chò học viên

cùng lớp đã giúp đỡ tôi trong quá trình thực hiện đề tài.
- Ban giám hiệu và các anh chò 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 vò.
 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 bò đo kiểm, thí nghiệm trong
lónh 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 bò 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, sá ch
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.


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 đòa 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.


MỤC LỤC
Phiếu nhận xét
Quyết đònh 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


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 LƯNG 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 LƯNG 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 lòch trích ngang


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 hóa 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 bò, 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 thò 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 bò hàng ngoại chiếm mất thò 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 bò 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 bò. 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 bò 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


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 chòu 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 lónh vực công nghệ vật liệu không nhiều, cộng với thời gian nghiên cứu và
thực hiện đề tài có giới hạn.


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 Q Thầy Cô và bạn đọc.


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 đònh 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 vò 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 vò 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 lòch 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.


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 dòch 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 nhòp độ sản xuất nhôm tăng lên mạnh hơn, vò 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.


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
Al+3. Bên cạnh oxyt Al2O3 rất bền có thể xuất hiện các hợp chất Al2O, AlF, AlCl
rất kém ổn đònh.
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 (A 1), 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:


Trang 7

Bảng 1.1: Các tính chất vật lý cơ bản của kim loại màu

Tính chất

Kim loại
Be

Mg

Al

Ti

Ni

Cu

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,
g/cm3

1,8477

1,737

2,698

4,507

8,897

8,94

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,
mm

0,226

0,320

0,286

0,290

0,248

0,256

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,
W/(m.K)

2930

167

221,5

21,9

88,5

387

12

26

23,3

9,2

13,5

16,8

Điện trở suất ở 2000C,
.m

0,04

0,045

0,02767

0,58

Mun đàn hồi E, GPa

311,1

44,1

70,6

103

203

125

140

17,854

27

39,2

73

46,4

Số thứ tự nguyên tố

Hệ số dãn nở nhiệt ở 250C,
106.K-1

Mun trượt, GPa

0,0684 0,0172

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.


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 150 0C
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 bò 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 đònh 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 dòch axít
H2SO4 loãng tác dụng với nhôm rất yếu. Khi tăng nhiệt độ và nồng độ dung dòch,
tác dụng gây ăn mòn nhôm tăng lên.
Trong dung dòch axít H3PO4 quá trình ăn mòn nhôm xảy ra chậm; nhưng
nhôm bò ăn mòn rất nhanh trong hỗn hợp HCl và HF.
Khả năng chống ăn mòn trong dung dòch kiềm của nhôm rất nhỏ. Ví dụ xút
NaOH gây ra ăn mòn nhôm rất nhanh.
Nhôm tỏ ra ổn đònh trong rất nhiều dung dòch axít hữu cơ.


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
Hro tạo ra trong phản ứng một phần đi vào khí quyển, một phần khuếch
tán vào nhôm.
So với các khí khác, hrô có khả năng hòa tan vào nhôm mạnh nhất.
Độ hòa tan của hrô 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.


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
dòch rắn quá bảo hòa và hóa già tiết pha phân tán biến cứng tiếp theo.

L+
b

+

a
Al

Hợp kim
Biến dạng

.

Me

Cb
Hợp kim đúc

Hợp kim chòu 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 đònh
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 đònh 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


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

3

3xxx: Al – Mn

3

2xx.x: Al – Cu
3xx.x: Al – Si – Mg; Al – Si

– Cu

4

4xxx: Al – Si

4

4xx.x: Al – Si

5
6

5xxx: Al – Mg
6xxx: Al – Mg – Si
7xxx: Al – Zn – Mg; Al – Zn – Mg
– Cu

5
6

5xx.x: Al – Mg
6xx.x: không có

7

7xx.x: Al - Zn

8xxx: Al với các nguyên tố khác
xxx: 3 số này được tra theo bảng

tiêu chuẩn

8

8xx.x: Al – Sn
Ý nghóa 3 số xx.x tra theo
tiêu chuẩn

7
8

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…

Trang 12

Các chỉ số ở đây không có ý nghóa 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 nghóa 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 đònh như sau:
 Là 0, có nghóa đó là nhôm sạch kỹ thuật.
 Là 1, có nghóa hợp kim nhôm chứa các nguyên tố chính là Cu
và Mg (có thể cho thêm Fe, Ni v.v…).
 Là 3, có nghóa là nguyên tố hợp kim chính là Si hoặc nhóm
các nguyên tố Si, Mg; Si, Mg, Cu.
 Là 4, có nghóa 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 nghóa nguyên tố hợp kim chính là Mg.
 Là 6, có nghóa 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 nghóa 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 đònh khả năng tạo ra vật đúc, đồng thời quyết đònh cả tổ chức
bên trong và chất lượng của chi tiết.


S

K

L

0

0

2

1

5

4