Nghiên cứu sự phát triển của vết nứt trong tấm bimetal al cu

Nghiên cứu sự phát triển của vết nứt trong tấm bimetal al cu Nghiên cứu sự phát triển của vết nứt trong tấm bimetal al cu Nghiên cứu sự phát triển của vết nứt trong tấm bimetal al cu Nghiên cứu sự phát triển của vết nứt trong tấm bimetal al cu

MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU Chương TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan chung đề tài nghiên cứu 1.2 Ứng dụng vật liệu bimetal Al/Cu[3] 1.3 Giới thiệu phương pháp hàn ma sát khuấy 1.4.Các nghiên cứu nước nước 1.4.1.Các nghiên cứu nước 1.4.2 Các nghiên cứu nước 1.4.3 Tính cấp thiết đề tài: .8 1.5 Ý nghĩa nghiên cứu: 1.6 Nội dung, giới hạn đề tài phương pháp nghiên cứu Chương CƠ SỞ LÝ THUYẾT 10 2.1 Đồng C1100 10 2.1.1 Đặc điểm 10 2.1.2 Thành phần cấu tạo 10 2.1.3 Khả gia công .11 2.2 Hợp kim nhôm A1050 11 2.2.1 Đặc điểm: 12 2.2.2 Thành phần cấu tạo 12 2.2.3 Khả gia công .13 2.3 Sự hình thành cấu trúc tế vi mối hàn ma sát khuấy 16 2.3.1 Vùng khuấy 16 2.3.2 Vùng ảnh hưởng nhiệt 16 2.3.3 Vùng ảnh hưởng nhiệt 16 2.4 Giới thiệu hình thành vết nứt: 17 2.4.1 Định nghĩa: 17 2.4.2 Sự lan truyền vết nứt: 17 Chương Q TRÌNH THỰC HIỆN NỢI DUNG THÍ NGHIỆM .20 3.1 Quá trình tạo mẫu thí nghiệ 20 3.1.1 Vật liệu thí nghiệm 20 3.1.2 Máy móc thiết bị chế tạo mối hàn .20 3.2 Quá trình thí nghiệm 23 3.2.1 Khảo sát cấu trúc tế vi vùng tiếp giáp 23 3.2.2 Khảo sát phát tiển vết nứt: 27 Chương KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 28 4.1 Kết khảo sát cấu trúc tế vi vùng tiếp giáp Al/Cu 28 4.2 Khảo sát phát triển vết nứt theo các phương khác nhau: 30 4.2.1.Tác dụng lực theo phương vuông góc 30 4.2.2 Tác dụng lực cùng phương với mối hàn…… .31 4.3 Phân tích bề mặt vết nứt 50 Chương KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 51 5.1 Kết luận……… 51 5.2 Hướng nghiên cứu 51 5.3 Nghiên cứu ứng dụng 52 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO .53 DANH SÁCH CÁC HÌNH Hình 1.1: Tấm, ống, long đền bimetal Al/Cu[2] .3 Hình 1.2: Các loại ống lót vịng bi bơi trơn Hình 1.3: Sơ đờ mơ tả quá trình hàn ma sát khuấy[5] .4 Hình 2.1: Vật liệu đờng đỏ C1100 kích thước 300x100x5 mm 10 Hình 2.2: Nhơm A1050 kích thước 300x100x5 mm 12 Hình 2.3: Độ bền, khả chống ăn mịn nhơm 13 Hình 2.4: Khả hàn, hóa bền nhôm A1050 14 Hình 2.5: Các vùng cấu trúc tế vi [5] 15 Hình 2.6: Hình minh họa vết nứt[15] 17 Hình 2.7: Vùng biến dạng dẻo hình thành đầu vết nứt[15] 18 Hình 2.8: Quá trình vết nứt lan truyền 19 Hình 2.9:Các kiểu dịch chuyển vết nứt[15] .19 Hình 3.1:Kích thước mẫu thí nghiệm .20 Hình 3.2: Tấm bimetal Al/Cu chế tạo xong 20 Hình 3.3: Các mẫu thiết kế theo tiêu chuẩn 21 Hình 3.4: Phân bố vị trí cắt mẫu thí nghiệm 22 Hình 3.5: Cắt mẫu máy cắt dây CNC .23 Hình 3.6: Mẫu soi cấu trúc tế vi 23 Hình 3.7: Mẫu vết nứt .23 Hình 3.8: Mẫu kéo 23 Hình 3.9: Máy mài MA-PP-200 M 24 Hình 3.10: Đánh bóng mẫu khảo sát cấu trúc tế vi 24 Hình 3.11: Các loại hóa chất tẩm thực 25 Hình 3.12: Bề mặt trước tẩm thực 25 Hình 3.13: Bề mặt sau tẩm thực 25 Hình 3.14: Quan sát khuyết tật Camera 26 Hình 3.15: Tiến hành quan sát mối hàn kính hiển vi .26 Hình 3.16: Chuẩn bị quan sát phát triển vết nứt 27 Hình 3.17: Biểu diễn thực uốn điểm……………………………………… 27 Hình 3.18: Biểu đờ kết thực thí nghiệm………………………………….27 Hình 4.1: Quan sát vùng hàn camera .29 Hình 4.2: Quan sát vùng hàn camera .30 Hình 4.3: Vết nứt mẫu kéo 31 Hình 4.4: Biểu đồ vết nứt phát triển mẫu kéo 32 Hình 4.5: Vết nứt phát triển vật liệu đồng 33 Hình 4.6: Biểu đờ hiển thị sau 15 phút tác dụng lực đờng…………………….33 Hình 4.7: Vết nứt phát triển vật liện nhôm .34 Hình 4.8: Kết thu sau 15 phút 35 Hình 4.9: Vết nứt tạo 36 Hình 4.10: Mẫu sau thí nghiệm 36 Hình 4.11: Vết nứt phát triển nhanh 37 Hình 4.12: Vết nứt lệch đờng (mm) .38 Hình 4.13: Mẫu sau thí nghiệm 38 Hình 4.14: Vết nứt phát 39 Hình 4.15: Vết nứt lệch sang nhôm (mm) 39 Hình 4.16: Mẫu sau thí nghiệm 40 Hình 4.17: Vết nứt phát triển ổn định 40 Hình 4.18: Vết nứt nghiêng 450 gốc lệch sang đồng .41 Hình 4.19: Biểu đờ vết nứt nghiêng 450 gốc lệch sang đờng 42 Hình 4.20: Vết nứt nghiêng 450 gốc lệch sang nhôm 42 Hình 4.21: Vết nứt phát triển ổn định 43 Hình 4.22: Vết nứt nghiêng 150 gốc lệch đờng 44 Hình 4.23: Biểu đồ vết nứt nghiêng 150 gốc lệch đồng 44 Hình 4.24: Vết nứt nghiêng 150 gốc lệch nhôm .45 Hình 4.25: Biểu đờ vết nứt nghiêng 150 gốc lệch 46 Hình 4.26: Vết nứt nghiêng 450 gốc lệch sang đồng .47 Hình 4.27: Biểu đờ vết nứt nghiêng 450 gốc lệch sang đồng 47 Hình 4.28: Vết nứt nghiêng 450 gốc lệch sang nhơm .48 Hình 4.29: Biểu đồ vết nứt nghiêng 450 gốc lệch sang 49 Hình 4.30: Bề mặt vết nứt 50 DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT AS : Advancing Side BM : base metal c : Nửa độ dày mẫu(mm) F : Lực dọc trục (N) Fb : Tải trọng lớn đứt mẫu (N) FSW : Friction stir welding HAZ : heat affected zone L Khoảng cách nhịp : lo, l1 : Chiều dài mẫu ban đầu sau đứt (mm) P : Tải trọng P : Ứng suất bề mặt (Pa) PCBN : Polycrystalline cubic boronnitride RS : RetreatingSide S0 : Tiết diện ngang mẫu (mm2) S1 : Tiết diện ngang mẫu đứt (mm2) SZ : stir zone t : Chiều rộng mẫu (mm) TMAZ : Thermomechanically affectedzone TWI : TheWelding Institute V : Là độ võng uốn v : Tốc độ tịnh tiến (mm/phút) δ : Độ giãn dài tương đối đứt σch : Giới hạn chảy (MPa) ψ : Độ co thắt tương đối đứt DANH SÁCH CÁC BẢNG Bảng 2.1: Thành phần (%) đồng đỏ C1100[11] .10 Bảng 2.2: Tính chất vật lý đồng đỏ C1100[11] .10 Bảng 2.3: Tính chất học đồng đỏ C1100[11] 11 Bảng 2.4: Thành phần (%) hợp kim nhôm A1050[12] 12 Bảng 2.5: Tính chất vật lý hợp kim nhôm A1050[12] .12 Bảng 2.6: Tính chất học hợp kim nhôm A1050[12] 13 Bảng 3.1: Số lượng mẫu thí nghiệm 22 Bảng 3.2: Bảng thông số máy mài MA-PP-200M 24 Bảng 3.3: Thơng số kỹ thuật kính hiển vi CK40M 2-1 26 Bảng 3.4: Thông số kỹ thuật máy kéo nén Instron - 3366 .27 LỜI NÓI ĐẦU Tấm bimetal Al/Cu loại vật liệu composite, sử dụng khá phở biến các ngành cơng nghiệp, điển hình sản xuất các loại linh kiện cho ngành điện như: phận ngắt mạch nhỏ, chuyển tiếp contactor, cốt nối, chuyển mạch, tản nhiệt ô tô, vv… Việc chế tạo Bimetal Al/Cu cũng vấn đề khá phức tạp cho các nhà sản xuất, với phương pháp truyền thống cán, đúc… chưa phải phương pháp tối ưu để đảm bảo vấn đề tiết kiệm nguồn nguyên vật liệu, vệ sinh môi trường… Bên cạnh đó tính mối liên kết cũng vấn đề mà ngành khoa học vật liệu quan tâm Phương pháp hàn ma sát khuấy đời không giải vấn đề kinh tế, với tính nổi trội như: Không cần vật liệu phụ, không gây ứng suất, biến dạng hàn quá lớn, không phát sinh các lỗi thường gặp phương pháp hàn khác,…chính nhiều năm gần có nhiều nghiên cứu phương pháp hàn ma sát khuấy (FSW) Về các nghiên cứu từ trước đến giải toán liên kết các vật liệu đồng nhất,việc liên kết hai kim loại có chất khác nhờ cơng nghệ hàn ma sát khuấy chưa nghiên cứu nhiều Các vấn đề cấu trúc mối hàn, phát triển vết nứt bimetal Al/Cu thấy cơng bố báo nước, cũng nước Đây các vấn đề mà nhà khoa học quan tâm Chính tơi đã lựa chọn thực đề tài “Nghiên cứu phát triển vết nứt bimetal Al/Cu” dựa phương pháp liên kết hàn ma sát khuấy (FSW), với hy vọng từ nghiên cứu đóng góp phần nhỏ vào phát triển ngành công nghiệp vật liệu Chương TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan chung đề tài nghiên cứu Đồng nhôm đã sử dụng nhiều các ngành công nghiệp, với tính dẫn điện, dẫn nhiệt tốt, khả chống ăn mòn, độ dẻo, tính thẩm mỹ cao Chúng phù hợp để gia công chi tiết máy, làm trang trí công nghiệp, thiết bị truyền dẫn điện, dẫn nhiệt Để khai thác tối đa ưu đó, bimetal Al/Cu sản xuất cũng đem lại hiệu kinh tế tốt Việc liên kết kim loại có thành phần, tính khác cũng hướng tập đoàn cũng các sở sản xuất quan tâm chú trọng đầu tư Với công nghệ kỹ thuật nay, bimetal Al/Cu chế tạo phần lớn phương pháp cán, dập, hàn nổ, hàn ma sát…cả hai kim loại khuếch tán vào tạo nên khối thách rời Để góp phần đa dạng hóa các loại lưỡng kim này, nhiều nghiên cứu đưa để tìm giải các vấn đề liên quan đến khả liên kết các vật liệu khác nhau.Tuy nhiên để hiểu rõ tính cũng chất vật liệu vùng liên kết chưa có kết nghiên cứu cụ thể nêu Đề tài nghiên cứu “Sự phát triển vết nứt bimetal Al/Cu” cũng xuất phát từ mục đích Nó vấn đề khá mới, thời điểm chưa có cơng trình cơng bố cụ thể, chi tiết lĩnh vực mà tác giả nghiên cứu Chỉ có số cơng trình nghiên cứu phát triển vết nứt mối hàn ma sát hai vật liệu giống nhau[1] 1.2 Ứng dụng vật liệu bimetal Al/Cu[3] Tấm bimetal Al/Cu tạo với nhu cầu sử dụng cao ngành lượng điện, hàng không vũ trụ các lĩnh vực khác, kim loại màu nhôm đồng sử dụng rộng rãi, việc áp dụng kim loại khác nhôm đồng ngày sử dụng rộng rãi tích hợp kim loại hợp kim nhôm đồng đã trở thành vấn đề tích cực khó khăn lĩnh vực hàn Tấm bimetal Al/Cu sử dụng để thay sản phẩm đồng nguyên chất, tiết kiệm đáng kể tài nguyên đồng quý, giảm trọng lượng sản phẩm, giảm khó khăn lắp đặt giảm đáng kể chi phí nguyên liệu Phần lớn vật liệu bimetal Al/Cu ứng dụng phục vụ cho các ngành điện, nghành công nghiệp ô tô, các vật dụng dân dụng Cụ thể có số chi tiết ứng dụng sau đây: Hình 1.1:Tấm, ống, long đền bimetal Al/Cu[2] Hình 1.2: Các loại ống lót vịng bi bơi trơn Ớng lót dầu, vịng bi tráng bơi trơn Nó sử dụng rộng rãi chi tiết như: Máy nén khí, thiết bị lái, tay lái trợ lực, vòng bi đạp, ống lót chân đế, píttơng đi, thiết bị xử lý nâng cơ, động thủy lực, máy móc nơng nghiệp, v.v 1.3 Giới thiệu phương pháp hàn ma sát khuấy Hàn ma sát khuấy (Friction Stir Welding - FSW) phát minh Học viện hàn Vương Quốc Anh (TWI) vào tháng 12 năm 1991 TWI đã cấp sáng chế thành công Châu Âu, Mỹ, Nhật Bản Úc Sau đó TWI đã thành hàn bimetal Cu-Al số mặt định nên cần có nhiều hướng nghiên cứu mở rộng như: Cần nghiên cứu sâu để đánh giá tồn chất lượng mối hàn dự báo tuổi thọ, nguyên nhân, ng̀n gốc vết nứt phá hủy Ngồi cũng cần nghiên cứu phát triển công nghệ hàn ma sát khuấy nhiều mối hàn khác Tiếp tục nghiên cứu các dạng liên kết vật liệu có chất khác phương pháp hàn ma sát khuấy (FSW), so sánh đánh giá các thông số hàn có ảnh hưởng tới chất lượng mối liên kết 5.3 Nghiên cứu ứng dụng Việc nghiên cứu đem lại cho tiền lớn việc sử dụng vật liệu composite để thay vật liệu đồng mang đặc điểm ưu vượt trội Cụ thể Tấm Bimetal Al/Cu sử dụng ngành điện Qua kết nghiên cứu sẽ có các phương pháp hàn hợp lý nhằm tạo mối hàn có chất lượng tốt cho hợp kim nhôm A1050 đồng đỏ C1100 có độ dày mm Ngoài ra, kết nghiên cứu sẽ góp phần tránh rủi ro trình chế tạo, tiết kiệm thời gian việc chế tạo bimnetal Al/Cu phương pháp hàn ma sát khuấy vật liệu tương tự Kim loại liên kết hai vật liệu khác chủ yếu nhập từ nước ngoài, đó việc chế tạo thành công dạng liên kết sẽ bước ngoặc cho phát triển ngành công nghiệp nước ta đặc biệt nghành điện, sản xuất ô tô, chế tạo linh kiện, chi tiết máy Và việc áp dụng phương pháp hàn ma sát khấy vào chế tạo mối liên kết cũng cho hiệu tối ưu, hi vọng nghiên cứu sơ sở để ứng dụng sau đưa mối liên kết tốt để đưa thị trường Nghiên cứu sẽ giúp cho nghiên cứu sau dễ dàng việc chế tạo bimetal Al/Cu làm vật liệu thay 52 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] “ Sự phát triển vết nứt mối hàn ma sát hai siêu hợp kim M240 INC78 điều kiện mỏi - dão ( Fatigue - Creep Test ) ” TS Trần Hưng Trà – Trường Đại học Nha Trang [2].https://visco.com.vn/visco-ndt-self-training-center/material-property-inndt/electrical-conductivity-and-resistivity-for-eddy-current-testing/ [3].http://vn.jscdet.com/protective-fitting/grading-ring-forinsulators/bimetaladapter-board-transition-plate.html [4] Duong Dinh Hao, Masakazu Okazaki, Tran Hung Tra, Quach Hoai Nam Defects Morphology in the Dissimilar Friction Stir Welded T-lap Joints of AA7075 and AA5083, Advances in Enginerring Research and Application, 2018, p.210-216 [5]."Friction stir welding of aluminum to copper- An overview" ( Nidhi SHARMA,ZahidA.KHAN,ArshadNoorSIDDIQUEEDepartmentofMechanicalEngi neering, Ja mia Millia Islamia, New Delhi, IndiaReceived 12 September 2016; accepted 20 January 2017) [6] "Texture and microstructure evolution in friction stir welded Cu-Al sheets characterized by EBSD" D Goran, G Ji, M.-N Avettand-Fènoël and R Taillard năm 2012 [7] "Factors influencing Al-Cu weld properties by intermetallic compound formation" Paul Kah, Cyril Vimalraj, Jukka Martikainen and Raimo Suoranta năm 2015 [8] "Crack initiation and growth in an Zn-Cu-Al PE alloy" Vittorio Di Cocco, France cesco lacoviello, Luigi Tomassi, Stefano Natali, Valerio Volpe năm 2013 [9] “ Nghiên cứu chế tạo khảo sát độ bền mối hàn ma sát khuấy hợp kim nhôm AA5083 ” TS Trần Hưng Trà, Dương Đình Hảo, Nguyễn Bích Ngọc, Phí Công Thuyên năm 2015 53 [10] “ Ứng dụng công nghệ hàn ma sát khuấy cho kết cấu dạng hợp kim nhôm biến dạng ” TS Lưu Phương Minh năm 2013 [11] https://sites.google.com/site/truongvanchinhvatlieucokhi/tai-lieu-thamkhao/he-trung-hoc-chuyen-nghiep/kim-loai-mau-va-hop-kim-mau/dhong-va-hopkim-dong/cac-dac-tinh-cua-dong-do [12] Properties and Selection: Nonferrous Alloys and Special - Purpose Materials ASM Handbook - Volume ASM International Handbook Committee, 1990, p.360-364 [13] Ron Cobden, Alcan, Banbury Aluminium: Physical Properties, Characteristics and Alloys TALAT Lecture 1501, p.23-24, 34 [14] Luận văn thạc sĩ Thân Trọng Khánh Đạt, nghiên cứu ảnh hưởng góc nghiêng đầu dụng cụ đến chất lượng mối hàn nhôm phẳng, 2015 [15] Luận văn thạc sĩ Dương Đình Hảo, nghiên cứu ảnh hưởng thông số hàn đến độ bền kéo mối hàn ma sát khuấy hợp kim nhôm AA7075, 2015 [16] https://www.researchgate.net/publication/230369901 Fatigue crack initiation and growth behavior of Cu-16 at Al single crystals [17] https://sites.google.com/site/truongvanchinhvatlieucokhi/home [18] ASTM G 31 – 72 (2004) [19] Factors influencing Al-Cu weld properties by intermetallic compound formation Paul Kah*, Cyril Vimalraj, Jukka Martikainen and Raimo Suoranta [20] H.Mehdi, R.S Mishra Mechanical properties and microstructurestudies in Friction Stir Welding (FSW)joints of dissimilar alloy – a review Achievements in Materials and Manufacturing Engineering, Vol 77, Issue 1, July 2016, p.35 [21].Standard ASTM E290-14 Standard Test Methods for Bend Testing of Material for Ductility An American National Standard, 2014 54 [22] Standard ASTM E8/E8M-13a Standard Test Methods for Tension Testing of Metallic Materials An American National Standard, 2013 [23] Standard E23-07a Standard Test Methods for Notched Bar Impact Testing of Metallic Materials An American National Standard, 2007 [24] Standard ASTM E 1290-02 Test Method for Crack-Tip Opening Displacement (CTOD) Fracture Toughness Measurement [25].https://sites.google.com/site/truongvanchinhvatlieucokhi/home/biendang-va-co-tinh-cua-vat-lieu/pha-huy/pha-huy-trong-dieu-kien-tai-trong-tinh [26] Operation and Maintenance Instructions Electromet Polisher/Etcher, Buehler, p.23 [27] Thân Trọng Khánh Đạt Nghiên cứu ảnh hưởng góc nghiêng đầu dụng cụ đến chất lượng mối hàn ma sát khuấy nhôm phẳng Đề tài luận văn Thạc sĩ, Đại học Bách Khoa TP.HCM, 2015 [28] B.X Vuong, H.T Anh, N.T Nhan, H.H.M Xuan, D.C Nguyen, N.D Nam Influence of the Friction Stir Welding - Traveling Speed on the Corrosion Properties of Mg-5Al Alloy Materials Engineering and Performance, 2017 [29] Standard E23-07a Standard Test Methods for Notched Bar Impact Testing of Metallic Materials An American National Standard, 2007 [30] R.S Mishra, Z.Y Ma Friction stir welding and processing Materials Science and Engineering R 50, 18 August 2005, p.6-28 [31] Standard Practice for Laboratory Immersion Corrosion Testing of Metals1 [32] Jeff Defalco, An introduction to friction stir welding A publication of the fabricators and manufactures association, Inti, 2009 [33] https://sites.google.com/site/vlckcnkl/chuong-6-3/6-1-dhong-va-hop- kim-cua-dhong 55 [34] Anggara B.S1,2*, E Handoko1, and B Soegijono Mechanical Properties of Al-Cu Alloy-SiC Composites [35] R MuthuVaidyanathan, MahaboobPatel, N SivaRaman, D Tedworsđã nghiên cứu ảnh hưởng thơng số q trình hàn ma sát khuấy hợp kim nhôm A6063, năm 2015 [36] Trần Hưng Trà, Dương Đình Hảo, Vũ Cơng Hịa, Phí Cơng Thun, nhóm tác giả đã nghiên cứu ảnh hưởng thông số hàn đến phân bố nhiệt độ cấu trúc mối hàn ma sát khuấy hợp kim nhôm A7075-T6 [37] Trần Hưng Trà, nghiên cứu ảnh hưởng thông số hàn đến tính mối hàn ma sát khuấy hợp kim nhôm A6063-T5 [38] http://vietnamese.bronzegleitlager.com/ [39] W.Winarto M Anis and B Eka Febryansyah Mechanical and Microstructural Properties of Friction Stir Welded Dissimilar Aluminum Alloys and Pure Copper Joints [40] Friction Stir Welding of Dissimilar materials between A6101 Aluminium and pure Copper (Hàn ma sát khuấy nhôm A6101 đồng nguyên chất)Vinayak D Yadav *, Prof S G Bhatwadekar * Department of Production Engg, KIT’s College of Engineering Kolhapur, India [41] "Ứng dụng học phá hủy kết cấu cơng trình (Fracture Machanics)" ThS Nguyễn Tuấn Ngọc [42] Standard ASTM E290-97a Standard Test Methods for Bend Testing of Material for Ductility An American National Standard, 2014 [43] Standard ASTM E8/E8M-13a Standard Test Methods for Tension Testing of Metallic Materials An American National Standard, 2013 56 BÀI BÁO KHOA HỌC NGHIÊN CỨU SỰ PHÁT TRIỂN CỦA VẾT NỨT TRONG TẤM BIMETAL NHÔM A1050 VÀ ĐỒNG NGUYÊN CHẤT C1100 Nguyễn Hữu Hải Quan1, Trần Hưng Trà2, Phan Thanh Nhàn3 Học viên cao học, Trường ĐH Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM Khoa Xây dựng, Trường ĐH Nha Trang Khoa Cơ khí Chế tạo Máy, Trường ĐH Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM TÓM TẮT Liên kết hai vật liệu kim loại khác thách thức lớn các ngành công nghiệp Áp dụng công nghệ hàn ma sát khuấy cũng nghiên cứu khả thi, để đánh giá độ bền mối liên kết so với vật liệu cần phải khảo sát, thí nghiệm, đánh giá để tìm ưu nhược điểm nó Trong đề tài sẽ sâu nghiên cứu phát triển vết nứt dựa tác dụng lực Trong đó ta sử dụng tác dụng lực làm vết nứt hình thành phát triển khác Khi thí nghiệm ta tạo trước vết nứt vị trí khác sử dụng nguyên tắc uốn điểm vào mối hàn cho thấy khả vết nứt phát triển theo bề mặt tiếp giáp vật liệu có tỉ lệ cao khơng phân nhánh Như ta thấy mối hàn có lượng phá hủy lớn độ liên kết vật liệu cao Cụ thể nghiên cứu tập trung vào nội dung sau: Khảo sát cấu trúc tế vi vùng tiếp giáp Al/Cu, khảo sát phát triển vết nứt Thông qua việc khảo sát thấy phát triển vết nứt sao, vật liệu vùng tiếp giáp, ngồi sẽ có kết độ bền mối hàn để ứng dụng cách hiệu vào thực tiễn Từ khóa: Vết nứt bimetal Al/Cu (Cu/Al), Liên kết Bimetal Al/Cu (Cu/Al), Cấu trúc hạt bimetal Al/Cu (Cu/Al) ABSTRACT Bonding two dissimilar metal materials is a major challenge facing industries today Applying friction-stirring welding technology is also a feasibility study, but in order to evaluate the bond strength compared to the base material, it is necessary to survey, experiment, and evaluate to find out the advantages and disadvantages of this method it In this topic, we will delve into the study of the crack development based on the force application In which, we use force to make cracks form and develop differently When we preformed the crack at different positions and used the principle of 3-point bending right into the weld, it showed that the possibility of the crack developing along the contiguous surface between the two materials had the highest ratio and was not branching Thus, we see that the weld with the greater destructive energy and the larger bending force, the higher the bond strength of the two materials Specifically, the study focuses on the following topics: Examine the microstructure of the Al/Cu junction, investigate the crack growth Through the survey, we can see how the crack develops, the material of the junction, in addition to the results of the connection stability of the weld, so that it can be applied effectively most in practice Keywords: Cracks in Al/Cu (Cu/Al) bimetal sheets, Bimetal Al/Cu (Cu/Al) sheet bonding, Grain structure in Al/Cu (Cu/Al) bimetal sheets ĐẶT VẤN ĐỀ Tấm bimetal Al/Cu loại vật liệu công bố các báo nước, composite, sử dụng khá phổ biến mà nhà khoa học quan các ngành cơng nghiệp, điển hình tâm cũng nước Đây vấn đề sản xuất các loại linh kiện cho ngành điện như: phận ngắt mạch nhỏ, chuyển tiếp contactor, cốt nối, chuyển mạch, tản nhiệt ô tô, vv… Việc chế tạo Bimetal Al/Cu cũng vấn đề khá phức tạp cho các nhà sản xuất, với phương pháp truyền thống cán, đúc… chưa Hình Sơ đồ nguyên lý hàn FSW [1] phải phương pháp tối ưu để đảm bảo vấn đề tiết kiệm nguồn nguyên vật liệu, vệ sinh môi trường… Bên cạnh đó VẬT LIỆU THÍ NGHIỆM 2.1 Hợp kim nhôm A1050[] tính mối liên kết cũng vấn đề mà ngành khoa học vật liệu quan tâm Phương pháp hàn ma sát khuấy đời không giải vấn đề kinh tế, với Hình Nhơm A1050 tính nởi trội như: Khơng cần Tính chất nguyên tố thành vật liệu phụ, không gây ứng suất, biến dạng hàn quá lớn, không phát sinh các lỗi thường gặp phương pháp hàn phần nhơm A1050 tóm tắt sau:[2] Kẽm (Zn): tăng độ cứng cho hợp kim khác,…chính nhiều năm gần có nhiều nghiên cứu phương pháp hàn ma sát khuấy (FSW) (Hình 1) Về các nghiên cứu từ trước nhiên nhược điểm hợp kim Al-Zn dễ bị nứt nóng bị ăn mịn, để cải thiện nhược điểm thường có kết hợp với đến giải toán liên nguyên tố khác magiê (Mg), đồng kết các vật liệu đờng nhất,việc liên (Cu) kết hai kim loại có chất khác Magiê (Mg): tăng độ bền độ dẻo dai, nhờ công nghệ hàn ma sát khuấy chưa cải thiện khả hàn chống ăn mòn nghiên cứu nhiều Các vấn đề cấu cho hợp kim Hàm lượng Mg trúc mối hàn, phát triển vết nứt hợp kim nhôm không vượt 5,5 bimetal Al/Cu thấy % Silic (Si): tăng độ cứng cho hợp kim nhôm, giảm khả nứt, gãy đối mạnh (với ε = 60%, σb = 425MPa, σđh = 375MPa) với hợp kim nhôm-magiê-đồng (Al-Mg-Cu) Với đồng hợp kim đồng, biến Đối với hợp kim nhơm đúc việc thêm dạng nguội biện pháp hóa bền quan nguyên tố silic (Si) giúp tăng khả trọng Tính hàn đờng tốt, xong chống mài mịn hàm lượng Si lên hàm lượng tạp chất đặc biệt ôxy tăng lên, đến 23 % ưu điểm giảm rõ rệt Đồng (Cu): tăng độ bền kéo độ cứng giảm độ dãn dài Hàm lượng tối đa nguyên tố đồng hợp kim nhôm - % 2.3 Q trình thí nghiệm: Đề tài đã sử dụng toàn trang thiết bị máy móc có xưởng thí nghiệm trường đại học Nha Trang Thông qua việc 2.2 Đồng C1100 đọc tài liệu nhiều lần thực nghiệm, trình hàn ma sát khuấy liên kết nhôm A1050 đờng C1100 ta có mối hàn Hình Đồng C1100 Đờng C1100 có tính dẫn điện nhiệt tốt đứng sau Ag, với độ Hình Tấm bimetal Cu/Al chế tạo 99,9% Cu trạng thái ủ, 200 C điện trở xong suất ρ = 1,7241Ω.cm , dễ gia công khí, kéo giãn, chống rỉ sét chống ăn mòn thời tiết.[2] Khối 2.4 Cắt mẫu thí nghiệm Thiết kế xong ta tiến hành cắt mẫu bimetal Al/Cu máy cắt dây lượng riêng lớn (γ = 8,94g/cm3).Tính gia cơng cắt phoi CNC theo vẽ đã thiết kế trước đó, dung sai cho phép 0.05 mm.[3], [4] dẻo, không gãy, để cải thiện thường cho thêm Pb vào.[2] Tính đúc kém, nhiệt độ nóng chảy 10830C, song độ chảy loãng nhỏ Ở trạng thái ủ có độ bền không cao (với 99,97% Cu có σb = 220MPa, σđh = 70MPa) sau biến dạng dẻo độ bền tăng Hình Phân bố vị trí cắt mẫu thí nghiệm Mẫu 1: Qua quan sát camera kính hiển vi ta thấy tổng quan hạt đồng khuếch tán sang nhôm nhiều khơng đờng Quan sát kính Hình Mẫu uốn hiển vi vị trí thí kích thước hạt mẫu có kích thước ht khong 42ữ50 àm V trớ th xut lở rỗng bên Hình Mẫu kéo mối hàn (Tunnel defects) có hạt đờng kích thước lớn so với vị trí 2, vị trí thứ xuất vết cháy vùng ảnh hưởng nhiệt (TMAZ), vùng nằm phía vai Hình Mẫu soi cấu trúc KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 3.1 Quan sát cấu trúc tế vi mối hàn Quan sát bề mặt cắt ngang Thực các biện pháp đánh dụng cụ bị biến dạng dẻo nhiệt ma sát, vùng bắt đầu có thay đởi rõ cấu trúc hạt so với vùng ảnh hưởng c nhit, kớch thc ht khong 26ữ37 àm bong, làm bề mặt các dung dịch Vị trí vùng khuấy ta thấy đờng hóa học Để hiểu rõ cấu trúc nhơm khuếch tán vào tương đối hạt nên ta chọn soi vị trí khác nhiều nơi mà vật liệu bị biến dạng dẻo mạnh mối hàn để xem hạt phân bố có nên kích thước hạt cũng thay đổi rõ hay không hạt thay đổi ràng nhất, kích thước hạt lớn so Mẫu quan sát camera x1000 với vị trí kích thước hạt khoảng kính hiển vi chuyên dụng để quan sát vùng 70ữ80 àm hn Hỡnh Quan sỏt vung han bng camera kính hiển vi mẫu Hình 10 Quan sát vùng hàn bằng camera kính hiển vi mẫu Mẫu 4: Khi ta quan sát tổng quan ta 3.2.1 Tác dụng lực theo phương vng thấy vị trí 1, hạt nhơm đờng góc với mối hàn, mẫu kéo thiết kế khuếch tán ít, hạt đờng nhôm ta thấy theo tiêu chuẩn ASTM E8[3]: tương i mn kich thc ht khong 20ữ25 àm V trớ thứ ta thấy tượng đờng bị vón cục xen lẫn qua nhôm vùng ảnh hưởng nhiệt (TMAZ) kích thước hạt cò khá to kích thc khong 70ữ80 àm Kt luõn chung: S thay ụi cấu trúc hạt mối Hình 11 Vết nứt bị phá hủy hàn phát triển kết tinh hạt trải qua trình chịu ảnh hưởng nhiệt độ, ma sát khuếch tán dụng cụ hàn Sự thay đổi cấu trúc có ý nghĩa quan trọng, ảnh hưởng đến phát triển vết nứt mối liên kết vật liệu nhôm đồng Hạt mịn độ liên kết mối hàn Biểu đồ Vết nứt phát triển mẫu kéo lớn, hạt lớn vết nứt dễ phát triển Để biết chính xác kích thước hạt Nhận xét: Quan sát camera ảnh hưởng đến liên kết mối x1000 ta thấy vết nứt sau 15 phút phát triển hàn đồng nhơm cần phải tiến hành thí nghiệm phát triển vết nứt, hướng phát triển đề tài 3.2 Khảo sát phát triển vết nứt theo các phương khác nhau[5] rõ đồng đỉnh vết nứt nhôm nhọn cho thấy vùng biến dạng dẻo nhỏ nên dễ bị hóa cứng, đỉnh vết nứt cịn phát triển tiếp nhanh so với vết nứt có đỉnh tù Ở ta thấy độ giãn dài nhôm (mm) so với đồng lực chịu uốn nhôm 1250 (N) thấp đồng 2600 (N) Khi bắt đầu biên độ lên cao đến 1050 (N) nhôm giãn dài ổn định điểm cao 1250 (N) rồi Hình 13 Nguyên lý uốn điểm xuống, mối hàn bắt đầu phát triển ổn dịnh dần sau, vết nứt không xảy đột ngột 3.2.2 Tác dụng lực cùng phương với mối hàn:[4] Để hiểu rõ vết nứt phát triển Hình 14 Một vài mẫu sau uốn mối hàn bimetal Al/Cu ta tiến hành tạo vết nứt vị trí khác để tạo điều kiện vết nứt phát triển ta tác dụng lực theo tiêu chuẩn ASTM E1290 [4] (uốn điểm) nhằm thúc đẩy trình phát triển nứt mẫu rõ giúp ta đưa kết đánh giá nhanh Mỗi trường hợp thực lần chọn mẫu ởn định Sau thí nghiệm mẫu ta thu kết qua sau: Vùng diện tích (được giới hạn đường biên độ lực tác dụng, đường giới hạn đường thể độ giãn dài) lớn lượng phá hủy lớn lực uốn lớn mối hàng có liên kết ởn định Biểu đồ so sánh tổng hợp kết Hình 12 Các mẫu thí nghiệm uốn[4] mẫu Ta thấy lượng phá hủy mẫu 2,4,8 lớn so với mẫu lại Như đa phần vết nứt tạo bên phía đồng sẽ có lượng phá hủy KẾT LUẬN Trong đề tài trình thực cao khảo sát thực kỹ theo tiêu * Mẫu 1,3,5 lượng phá hủy thấp so với mẫu lại vết nứt thường phát triển interface lệch sang Al Độ bền liên kết mối hàn phụ thuộc vào vết nứt phát triển phía 3.2.3 Phân tích bề mặt vết nứt:[5] chuẩn để đảm bảo tính xác nghiên cứu Xét phát triển vết nứt: So với mẫu ta thấy liên kết vật liệu đồng nhôm chưa ởn định, mối hàn liên kết cịn yếu Qua đó ta có thể biết trước vết nứt thường phát triển đâu trước xảy hàn nhôm đồng Để đánh giá mối hàng mối hàng phải có lượng phá hủy lớn lực uốn lớn mối hàng ởn định Vết nứt Hình 15 Bề mặt vết nứt Khi quan sát ta thấy vết nứt phát triển nhanh bề mặt tiếp giáp vật phát triển chậm không xảy đứt gãy đột ngột gây nguy hiểm cho việc sử dụng vào thực tiễn liệu nhôm đồng tác dụng lực tập Sự phát triển vết nứt phụ thuộc vào vị trí trung mối hàn Nhưng ta tác dụng vết nứt nằm vị trí sẽ có tốc độ lực vng góc so với mối hàn vết nứt lan truyền khác mà cụ thể vết diễn chậm cho thấy ứng suất nứt ln xuất bên phía nhơm phân bố Bề mặt vết nứt có hình interface dạng zizag, nhánh thẳng không rẻ Cho dù ta đặt vết nứt lệch phía vết nứt phát triển sang nhôm nhánh Vết nứt xuất interface interface Cho thấy yếu tố tính vật nhôm đồng cho thấy mối liên kết chưa tốt liệu cũng định lớn việc vết nứt trình hàn làm ứng suất dư phát triển nhanh hay chậm mà cụ thể vùng khuấy lớn, yếu tố nhiệt độ làm nhôm hợp kim A1050 mềm Vết nứt thay đổ tính, chế độ hàn không đúng.Vết phát triển interface sẽ nhanh nứt xuất nhiều vùng khuấy vị trí khác cho thấy vết nứt xuất nguy hiển liên kết vật liệu Mẫu có lực uốn lớn lượng Sau nghiên cứu ta chuẩn phá hủy chưa đã lớn cịn phụ thuộc đóan việc vết nứt phát triển xảy vào độ biến dạng dẻo vật liệu dễ làm vết mối hàn để giúp cho việc tiến nứt phát triển đột ngột gây đứt gãy hành nghiên cứu sau TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]."Friction stir welding ofaluminumto copper-An overview" (Nidhi SHARMA, ZahidA.KHAN, Arshad Noor SIDDIQUEED epartment of Mechanical Engineering, Ja mia Millia Islamia, New Delhi, India Received 12 September 2016; accepted 20 January 2017) [2].https://sites.google.com/site/truongvanchinhvatlieucokhi/tai-lieu-tham-khao/he-trung-hocchuyen-nghiep/kim-loai-mau-va-hop-kim-mau/dhong-va-hop-kim-dong/cac-dac-tinh-cua-dongdo [3].Standard ASTM E8/E8M-13a Standard Test Methods for Tension Testing of Metallic Materials An American National Standard, 2013 [4] [24] Standard ASTM E 1290-02 Test Method for Crack-Tip Opening Displacement (CTOD) Fracture Toughness Measurement [5].https://sites.google.com/site/truongvanchinhvatlieucokhi/home/bien-dang-va-co-tinh-cua-vatlieu/pha-huy/pha-huy-trong-dieu-kien-tai-trong-tinh Tác giả chịu trách nhiệm viết: Họ tên: Nguyễn Hữu Hải Quan GVHD: TS Phan Thanh Nhàn Điện thoại: Email: nhhquan93@gmail.com ... phát triển vết nứt bimetal Al/ Cu Vì xin nghiên cứu vấn đề để bở sung thêm cho cơng trình nghiên cứu Giúp cho nghiên cứu sau dễ dàng 1.4.2 Các nghiên cứu nước Hiện nước nghiên cứu Bimetal Al/ Cu. .. có nhiều nghiên cứu nước, phần lớn nghiên cứu quá tình xảy khuyết tật khác xin tập trung nghiên cứu phát triển vết nứt kiểm soát Vì cần phải nghiên cứu phát triển vết nứt bimetal Al/ Cu phương... sẽ thực khảo sát phát triển vết nứt vùng khuấy nhằm mục đích đánh mối liên kết của mối hàn bimetal Al/ Cu 3.2.2 Khảo sát phát triển vết nứt: Để khảo sát phát triển vết nứt ta sử dụng máy