0

Nghiên cứu đặc tính mối hàn ma sát quay hợp kim titan và tối ưu các thông số công nghệ

172 0 0
  • Nghiên cứu đặc tính mối hàn ma sát quay hợp kim titan và tối ưu các thông số công nghệ

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

Tài liệu liên quan

Thông tin tài liệu

Ngày đăng: 12/05/2022, 10:18

IăH CăQU CăGIAăTP H ăCHệăMINH TR NG I H C BÁCH KHOA H ăTH ăM ăN NGHIểN C U C TệNH M I HÀN MA SÁT QUAY H P KIM TITAN VÀ T I U CÁC THỌNG S CỌNG NGH LU NăÁNăTI NăS TP.ăH ăCHệăMINHă- N M 2021 TR IăH CăQU CăGIAăTP HCM NG I H C BÁCH KHOA H TH M N NGHIểN C U C TệNH M I HÀN MA SÁT QUAY H P KIM TITAN VÀ T I U CÁC THỌNG S CỌNG NGH Chuyên ngành: K thu tăc ăkhí Mã s chuyên ngành: 62520103 Ph n bi năđ c l p: PGS.ăTS.ăL u c Bình Ph n bi năđ c l p: PGS TS Nguy năTr Ph n bi n: PGS TS ƠoăMinhăNg ng Ph n bi n: PGS TS inhăMinhăDi m Ph n bi n: PGS TS Nguy n Ng c Hà NG NG D N: IăH PGS TS Nguy n H u L c 2.ăTS.ăL uăPh ngăMinhăăă ng An L I CAM OAN Tácăgi ăxinăcamăđoanăđơyălƠăcơngătrìnhănghiênăc uăc aăb năthơnătácăgi ăCácăk tăqu ă nghiênăc uăvƠăcácăk tălu nătrongălu năánănƠyălƠătrungăth c,ăvƠăkhôngăsaoăchépăt ăb tăk ă m tăngu nănƠoăvƠăd có)ăđưăđ iăb tăk ăhìnhăth cănƠo.ăVi căthamăkh oăcácăngu nătƠiăli uă(n uă căth căhi nătríchăd năvƠăghiăngu nătƠiăli uăthamăkh oăđúngăquyăđ nh Tácăgi ălu năán Ch ký H ăTh ăM ăN i TịM T T LU N ÁN Vi căl aăch năvƠăs ăd ngăh păkimătitanăđ ăb năcaoăcóăvaiătrịăquanătr ngănơngăcaoăhi uă su tăv năhƠnhăc aăcácăchiăti t,ăb ăph nămáyătrongăngƠnhăhƠngăkhơngăv ătr ă chiăti tămáyăcóăkíchăth chiăti tămáyăth ăgia cơng căvƠăhìnhădángăhìnhăh căth aămưnăcácăuăc uăcơngăngh , ngăph iăquaănhi uăngunăcơngăch ăt oătrongăđóăngunăcơngăhƠnălƠă ph ăbi n.ăTuyănhiên,ăph ngăphápăhƠnănóngăch yătrênăh păkimătitanăđ ăb năcao th ngă t oăraăc ătính kém.ăVìăv y,ăhƠnă ătr ngătháiăr năhayăcịnăg iălƠăhƠnămaăsátălƠăm tăph ngă phápăhƠnăti măn ngăgia cơng cácăchiăti tăcóăc uătrúcăph căt pămƠăv năđ măb oăcácăc ă tính t t.ă ătƠiănƠyănghiênăc uăph xétătínhăkh ăthiăvƠă nhăh ngăphápăhƠnămaăsátăquayă(RFW)ăchoăTi6Al4V, xem ngăc aăcácăthơngăs ăcơngăngh c aăqătrìnhăhƠnăh păkimă titanăcóăđ ăb năcaoăb ngăph ngăphápăhƠnămaăsátăquay.ă ătƠiăxơyăd ngămơăhìnhăc ă- nhi tămơăph ngăqătrìnhăhƠnămaăsátăquayăTi6Al4V, d ăđốnăs ăphátătri năc aăqătrình bi năd ngăvƠăs ăphơnăb ănhi tăđ ătrongăqătrìnhăhƠnămaăsátăquay.ăMơăph ngăs ăd ăđốnă s ăbi năthiênăc aănhi tăđ ăt ăvùngătrungătơmăđ năvùngăbiênăngoƠiăc aăchiăti tăhƠn.ăNóă c ngăd ăđốnăs ăphátătri năc aă ngăsu tătrongăchiăti tăd K tăqu ămôăph ngăs ăđ căs ăd ngăđ ăđ nhăh iătácăđ ngăc aăquáătrình hàn ngăt iă uăcácăthơngăs ăcơngăngh c aă qătrìnhăhƠnămaăsátăquayănh măgi măchiăphíăth ănghi m.ăBênăc nhăđó,ăđ ătƠiăkh oăsátă th cănghi mă nhăh ngăc aăcácăthơngăs ăcơngăngh c aăqătrìnhăhƠnămaăsátăquayăđ n c ătínhăc aăm iăhƠnănh ăápăl c d cătr c,ăt căđ ăquay th iăgianăgiaănhi t.ăK tăqu ăth că nghi măchoăth yăr ngăch tăl h ngăm iăhƠnăv ăđ ăb năkéoăvƠăđ ăc ngăgi mătheoăph ngătơm c aăchiăti tăhƠn.ăDoăđó,ăbánăkínhăc aăcácăchiăti tăđ ngă căhƠnătrongăhƠnămaăsát quayăph iăn mătrongăm căgi iăh năvìăcácăkhuăv măcƠngăxaătơmătr căcóăc ătínhăcƠngă Thơngăs nhăh ngănhi uănh tăđ năđ ăb năkéoăvƠăđ ăc ngăc aăm iăhƠnămaăsátă quayăc aăTi6Al4V lƠăápăl căd cătr c,ăbaoăg măápăl căgiaănhi t vƠăápăl căhàn.ăÁpăl că hàn caoăt oăraăt ăch c h tăm n,ăđ ngăđ uăvƠăs ăk tătinhăl i x yăraătrongăm iăhƠnălƠmăd nă đ năđ ăb năkéoăvƠăđ ăc ngăcao.ăNgoƠiăra,ăvi căt ngăápăl căhàn trongăhƠnămaăsátăquayăs ă gi măs ăkhácăbi tăv ăc ătínhăc aăcácăvùngătrongăm iăhƠnăvƠăt oăraăm iăhƠnăcóăc ătính đ ngăđ uăh n.ăC ătính c aăm iăhƠnănh ăđ ăb năkéo,ăđ ădaiăvaăđ păc ngăđ ii căkh oăsát ABSTRACT Titanium alloy Ti6Al4V is a lightweight, high-strength material that is widely used in the aerospace industry Titanium alloys are also very important materials in other manufacturing fields, such as the automotive and medical device industries Components manufactured from an original block of material are expensive due to the proportionally large amount of material that is purchased compared to the amount that remains after machining However, conventional fusion welding of high-strength titanium alloys is generally conducive to poor mechanical properties Friction welding is a potential method for intensifying the mechanical properties of suitable geometry components In this thesis, the rotary friction welding (RFW) method is used to study the feasibility of producing similar metal joints of high-strength titanium alloys To predict the upset and temperature and identify the safe and suitable range of parameters, a thermomechanical model was developed The upset predicted by the finite element simulations was compared with the upset obtained by the experimental results The numerical results are consistent with the experimental results Particularly, high upset rates due to generated power density and forging pressure overload that occurred during the welding process were investigated The performances of the welded joints are evaluated by conducting microstructure studies and Vickers hardness at the joints The titanium rotary friction welds achieve a higher tensile strength than the base material The friction welding parameters, such as speed, axial pressure and friction time, have a great influence on the quality of the joint strength In addition, the microhardness and tensile strength at different locations in the welded area are not homogeneous, so it is necessary to determine the trend for the hardness distribution to find the weakest positions in a rotating friction weld The experimental results show that the weld quality, in terms of the tensile strength and hardness, decreases radially Therefore, the radius of the welded parts that are viable for rotating friction welding is limited because the areas located far from the centre of the axis have poor mechanical properties The parameter that impacts the tensile strength and microhardness the most during rotary friction welding of Ti6Al4V is the axial pressure, which includes the friction pressure and forging pressure A high forging pressure produces fine, equiaxed, and recrystallized grain structures in the welded joint, resulting in a high tensile strength and iii microhardness In addition, an increased forging pressure can be used in rotary friction welding to reduce the radial differences in the mechanical properties of the welded joints iv L I CÁM Tr N căh t,ătôiăxinăchơnăthƠnhăc mă năquỦăth yăcôăB ămônăThi tăb ăvƠăCôngăngh ăV tă li uăC ăkhí,ăKhoaăC ăkhí,ăTr ngă iăh căBáchăkhoaăậ iăh căQu căgiaăThƠnhăph ă H ăChíăMinhăđưăh ătr ătơiăth căhi nălu năán ngăth iăxinăchơnăthƠnhăc mă năTS.ăL uăPh đưăt nătìnhăh ngăMinh,ăPGS.ăTS.ăNguy năH uăL că ngăd nătơiăv ăchunămơnăđ ătơiăcóăth ăth căhi năvƠăhoƠnăthƠnhălu năán Tơiăxinăt ălòngăbi tă năsơuăs căđ năcácăth yăph năbi n,ăcácăth yătrongăH iăđ ng ch m lu năánăđưădƠnhăth iăgianăđ căvƠăgópănh ngăỦăki năquỦăbáuăđ ătơiăhoƠnăthi năb nălu nă ánăc aămình,ăc ngănh ăgiúpătơiăđ nhăh ngănghiênăc u Ban giámăhi uăvƠăquỦăTh yăCơ trongăKhoaăC ăkhíăTr ngă iăh căCơngănghi păTh că ph măThành ph ăH ăChíăMinhăđưăt oăđi uăki năt tănh tăđ ătơiăt pătrungăhoƠnăthƠnhălu nă án Các Th yăCơăPhịng Ơoăt oăSauăđ iăh c,ăPhòng Th ăvi nă- Tr ậ ngă iăh căBáchăkhoaă iăh căQu căgiaăThƠnhăph ăH ăChíăMinh Tơiăxinăg iăl iăchơnăthƠnhăc mă năđ nătoƠnăth ăgiaăđình,ăb năbè,ăđ ngănghi p,ănh ng ng iăđưăgiúpăđ ,ăđ ngăviênătơiăth căhi năcơngătrìnhănƠy v M CL C DANH M C CÁC HÌNH NH ix DANH M C B NG BI U xi DANH M C CÁC T VI T T T xii DANH M C CÁC KÝ HI U xiii M U 1 Tính c p thi t c a lu n án M c tiêu c a lu n án Ph ngăphápănghiênăc u ụăngh aăkhoaăh căvƠăỦăngh aăth c ti n c a lu n án Cácăđi m m i c a lu n án .2 N i dung nghiên c u CH NGă1ăăNGHIÊN C U T NG QUAN V HÀN MA SÁT VÀ V T LI U TI6AL4V 1.1 V t li u kim lo i h p kim titan 1.2ăăăă c tính c a kim lo i h p kim titan 1.2.1 Phân lo i h p kim Titan 1.2.2 H p kim Ti6Al4V 11 1.3 Các nghiên c uătrongăvƠăngoƠiăn c 15 1.3.1 Tình hình nghiên c u th gi i 15 1.3.2 Các nghiên c uătrongăn K t lu năCh c 21 ngă1 .21 CH NGă2ăăăC ăS LÝ THUY T HÀN MA SÁT QUAY 23 2.1 Nguyên lý hàn ma sát quay 23 2.2ăC ăch hàn ma sát quay .23 2.2.1ăGiaiăđo n gia nhi t 23 2.2.2ăGiaiăđo n hàn 24 2.3 Thơng s q trình hàn ma sát quay 24 2.3.1 T căđ quay 25 2.3.2 Áp l c trình hàn ma sát 26 2.3.3 Th i gian trình hàn ma sát 26 2.4 Mơ hình phân b nhi t vùng HAZ 27 2.5 Mơ hình phân b t l bi n d ng vùng HAZ 31 2.6ăăă cătr ngăm i hàn ma sát Ti6Al4V 34 2.6.1 Vùng hàn .34 vi 2.6.2ăăă r ng c a vùng hàn 35 2.6.3ăC ătínhăc a m i hàn ma sát quay 35 2.7 Dãy thông s công ngh hàn ma sát cho v t li u Ti6Al4V 35 K t lu năCh ngă2 .38 CH NGă3ăăăăMỌăPH NG S QUÁ TRÌNH HÀN MA SÁT QUAY 39 3.1 Mơ hình ph n t h u h n .41 3.2 L a ch n mô hình v t li u 43 3.3 K t qu mô ph ng hàn ma sát quay Ti6Al4V 50 3.3.1 Bi n thiên nhi t trình hàn ma sát quay c a h p kim Ti6Al4V 52 3.3.2 nhăh ng c a th i gian gia nhi t 56 3.3.3 nhăh ng c a áp l cătrongăgiaiăđo n hàn 56 3.3.4 nhăh ng c a ngu n nhi t 58 3.3.5 S phân b K t lu năCh ng su t 59 ngă3 .61 CH NGă4ăăăăăTH C NGHI M HÀN MA SÁT VÀ T Iă UăHịAăCÁCăTHỌNGă S CÔNG NGH 63 4.1 Phân tích th c nghi m xácăđ nh qui lu t nhăh ng c a thơng s cơng ngh đ c ătínhăm i hàn 63 4.1.1 M u th .63 4.1.2 Chu n b m u thi t b .64 4.1.3 Nghiên c u th c nghi m .67 4.1.4 K t qu th o lu n 69 4.2 Qui ho ch th c nghi m 89 4.2.1ăPh ngăphápăTaguchi 90 4.2.2ăPh ngătrìnhăh i quy b c 93 4.3 Th c nghi m ki m tra k t qu t iă u 100 4.3.1 T ch c t vi 101 4.3.2 Ki mătraăđ daiăvaăđ p 102 4.3.3 Ki mătraăđ b n kéo 105 K t lu năCh ngă4 105 K T LU NăVĨăH NG PHÁT TRI Nă TÀI 106 K tălu n 106 H ngăphátătri năđ ătƠi 108 DANH M CăCỌNGăTRỊNHă ẩăCỌNGăB 110 vii TÀI LI U THAM KH O 111 PH L C 1: M I QUAN H GI A ÁP SU T TH Y L C C A MÁY VÀ ÁP L C TRÊN CHI TI T HÀN 117 PH L C S LI Uă Oă C NG (HV) 118 viii Nhimg il6ng g6p mrfi vir gi6 tri cfra il6ng g6p mtfi cfra lufn 6n: Luan {n dd nghiOn cuu ljr thuyiit vd m6 ph6ng sd qu5 Uinh hAn euoy, dua fii kitin c6c th6ng in Lufln sO tOi uu qu6 trinh hin ddphen tich kiSt qui thgc nghiQm dua bi6u d6 vA sU phan bi5 co tinh vflt liQu ttr6 tich mOi Uan vd tt6 xudt cdc biQn phdp giam thitiu sg kh6ng ttdng cl6u co tinh cflng nhu tO chric vi m6 cria mOi han Lufln 6n dua mi6n th6ng sti cho cdng nghe hdn ma sdt quay vd t16 xdc dinh tOi uu cho tru&ng hap cU thiS thyc nghiQm, c6 th6 6p dUng mO rQng san xu6t ve nghiGn criu dio tpo Nhtug rm tti6m vi thi6u s6t, nhfug di6m cin tluqc b6 sung vi sria chfra: uu dlem: -So vdi c6c phi6n cdc bin grli nhan x6t trudc ddy, luQn 6ndeduoc srla chta theo y kitin ctra HQi ddng c6p co s&, c6c vi6n hQi d6ng, c6c chuy6n gia dd \ tl6ng g6p 4n -p6 tU luQn 6n c6 tinh thdi sg, c6 j'ngtria thuc tiS vd !,nghia kfioa hgc, HO khdng tning 1{p, c6 tlQ tin cfly nhu tl6 n6u b cdc mgc fi6n -Thf t.u bO cpc nghiOn crlu vd tinh bny h hqrp rHU ly t& nghiOn crtu t6ng quan, nghiOn cuu ljr thuyiSt, nghiCn cr?u m6 ph6ng, nghiOn criu thgc nghigm vd xtr ly, ktit qu6 thgc nghiQm c6 d0 tin cfly cao -D6 nghiCn crlu d{c tinh m6i hdn ma s6t quay 1u0n 6n dd nghiCn cr?u quan hQ cria tinh chdt co hgc v6i c6c th6ng si5 qu6 trinh c6ng nghQ vd t6 chric ciiu tnic tiS vi vflt liQu c6 tinh logic khoa hgc -Ktit qui NC lii thuy6t, md phong vd thlrc nghiQm tflp trung vio sg h6a nlng lugng co ndng thdnh Ktit qud han ob :2267 - chuyiSn nlng luqrng nhiet otog, gai t8t h nhiet lugng 6n dd dua hdm bflc hai cria gioi hpn bAn k6o php thuQc vdo c6c th6ng sti c6ng nghe L,393n - h 6p lgc 6p, ttic ttQ quay vd 284,5.t + 11,08p thli gian nhu sau; * 0,000380n2+13,94t2 N + r-rEt '< +0,05388 p2 + 0,'l.60Ant - 0,O0TL96np - l,3\Ztp -Kl5t qui ttii uu cho qu6 trinh c6ng nghe cua truong hqrp ld: n: 1200 v/ph; t:4s;p: 80 MPa -fhi6t bi tto vd phf,n tich hiQn clpi c6 d9 tin cgy cao Lfp lufn ch{t ring cdc luqn cli6m ch6 16 cri tti6m -Chucrng t6ng quan dE sira 'Nghi€n cr?u t6ng quan ", ffiQt sO thu6t ngfi dE sira cho chinh x6c -C6c nQi dung chuong 4, chuong dd s6t nhap hW ly: Quy hopch thgc nghiQm + thuc hiQn thsc nghiOm + xri lj'ki5t qui + phdn tich -De bO sung bang cfucky hiQu, j'nghia hf hiQu vd don ttSi uu vi o ttAu quyCn -Khi so sanh vQt liQu n6n n6u c6c chi ti6u c6ng nlnglchi ti6u hiQu ndng -D6 dua mQt phdn gian dd Ti c6u truc vi c6c chuytin - Al vdo ph6n t6ng quan ac khing itinh to chric bitin cria n6 php thuQc thdnh phen h6a hgc vi nhiQt oo -Trong phen mO ph6ng n6u hqn chiS cua pham vi sri dUng: b6 qua c6c md hinh v6 c6u trirc, mO hinh tiSt tintr lpi, mO hinh kfiuylt ten m6 hinh ph6 hriy Phan ndy li6n quan chflt ch6 d6n ban quycn phen mdm cr?u chuy0n sdu x0y dlmg mO hinh x6c dlnh c6c hnng sO vi c6c nghion chuy6n pha vft liQu -Khi tlpt nhiQt d0 nhdt dinh nhi6u quri trinh xhy cl6ng thoi kfiong chi c6 phuc ndl t6t tinh
- Xem thêm -

Xem thêm: Nghiên cứu đặc tính mối hàn ma sát quay hợp kim titan và tối ưu các thông số công nghệ ,