Ảnh hưởng của chế độ nhiệt luyện đến khả năng truyền sóng siêu âm của khuôn hàn bằng thép scm440

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TRẦN THỊ MINH QUỲNH ẢNH HƯỞNG CỦA CHẾ ĐỘ NHIỆT LUYỆN ĐẾN KHẢ NĂNG TRUYỀN SÓNG SIÊU ÂM CỦA KHUÔN HÀN BẰNG THÉP SCM440 Chuyên ngành: Kỹ Thuật Vật Liệu Mã số: 8520309 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, tháng năm 2023 CƠNG TRÌNH ĐƯỢC THỰC HIỆN TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐHQG – HCM Cán hướng dẫn khoa học 1: PGS TS Nguyễn Ngọc Hà Cán hướng dẫn khoa học 2: TS Nguyễn Thanh Hải Cán chấm nhận xét 1: TS Lưu Phương Minh Cán chấm nhận xét 2: PGS TS Phạm Sơn Minh Luận văn thạc sĩ bảo vệ Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG TP HCM ngày tháng năm 2023 Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: Chủ tịch: TS Huỳnh Cơng Khanh Thư kí: TS Lương Thị Quỳnh Anh Phản biện 1: TS Lưu Phương Minh Phản biện 2: PGS TS Phạm Sơn Minh Uỷ viên: TS Nguyễn Vinh Dự Xác nhận Chủ tịch Hội đồng đánh giá luận văn Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau luận văn sửa chữa (nếu có) CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TS Huỳnh Cơng Khanh TRƯỞNG KHOA CƠNG NGHỆ VẬT LIỆU ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: TRẦN THỊ MINH QUỲNH MSHV: 2170781 Ngày, tháng, năm sinh: 14/07/1999 Nơi sinh: TP Hồ Chí Minh Chuyên ngành: Kỹ Thuật Vật Liệu Mã số : 8520309 I TÊN ĐỀ TÀI: Ảnh hưởng chế độ nhiệt luyện đến khả truyền sóng siêu âm khuôn hàn thép SCM440 (Effect of heat treatment on the transmission of ultrasound waves of the ultrasonic horns in SCM440 steel) II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: - Tổng quan cơng trình nghiên cứu hàn siêu âm Tìm hiểu sở lý thuyết trình hàn siêu âm, nguyên lý cấu tạo, chức thiết bị hàn siêu âm - Khái quát khn hàn siêu âm Tìm hiểu chun sâu yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất truyền sóng siêu âm - Thực nghiệm nhiệt luyện thép SCM440 chế độ nhiệt luyện khác theo quy hoạch thực nghiệm Thu thập số liệu phân tích, đánh giá kết III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 05/09/2022 IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 18/12/2022 V CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Ghi rõ học hàm, học vị, họ, tên): PGS.TS Nguyễn Ngọc Hà - TS Nguyễn Thanh Hải Tp HCM, ngày tháng năm 2023 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Họ tên chữ ký) CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Họ tên chữ ký) PGS.TS Nguyễn Ngọc Hà TS Nguyễn Thanh Hải CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO (Họ tên chữ ký) TRƯỞNG KHOA CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU (Họ tên chữ ký) ii LỜI CẢM ƠN Lời nói đầu tiên, em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến PGS TS Nguyễn Ngọc Hà TS Nguyễn Thanh Hải tận tình giúp đỡ, định hướng nghiên cứu đề tài, củng cố nội dung kiến thức góp phần giúp em hồn thành luận văn thạc sĩ Nếu q trình hồn thành luận văn thạc sĩ có sai sót, em thật lịng xin lỗi sai sót mà em phạm phải Đó học quý em cần rút kinh nghiệm Em trân trọng lời nhận xét, góp ý quý giá thầy Em xin chân thành cảm ơn Tp Hồ Chí Minh, ngày 30 tháng năm 2023 Trần Thị Minh Quỳnh iii TÓM TẮT LUẬN VĂN Luận văn tập trung khảo sát thông số công nghệ xây dựng quy hoạch thực nghiệm gồm quy trình cơng nghệ nhiệt luyện khác nhau, lựa chọn xác định miền thông số chế độ ram tối ưu để nâng cao khả làm việc thực tế khuôn hàn thép SCM440 Mục tiêu hướng tới luận văn thực nghiệm kiểm chứng, tiến hành phân tích đánh giá phương pháp khác nhau, xử lý kết thực nghiệm Sự kết hợp sở lý thuyết thực nghiệm tăng tính khả thi, độ xác, độ tin cậy đề tài nghiên cứu Luận văn thạc sĩ bao gồm chương: Chương 1: Tổng quan Giới thiệu vấn đề nghiên cứu tính chất sóng siêu âm vật liệu Trên sở đó, luận văn tập trung nghiên cứu thông số tối ưu công nghệ nhiệt luyện ảnh hưởng thơng số cơng nghệ đến hiệu suất truyền sóng siêu âm tính khn hàn Chương 2: Cơ sở lý thuyết trình hàn siêu âm Trình bày sơ lược bước hàn siêu âm, thiết bị chức thiết bị, ưu điểm nhược điểm hàn siêu âm, phạm vi áp dụng hàn siêu âm Chương 3: Giới thiệu khuôn hàn siêu âm yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất truyền sóng siêu âm Chức điều kiện làm viêc khn hàn nắm rõ quy trình thiết kế khuôn hàn siêu âm Lựa chọn vật liệu khuôn hàn để đạt hiệu suất tối đa làm việc Trình bày mối quan hệ hình thái hạt, cấu trúc tế vi… hiệu suất truyền sóng siêu âm Chương 4: Thực nghiệm chế độ nhiệt luyện khuôn hàn theo quy hoạch thực nghiệm Phân tích, xử lý thảo luận kết thực nghiệm Chương 5: Kết luận Nêu kết đạt thực nghiệm iv ABSTRACT The thesis focuses on investigating the technological parameters of the different tempering processes for SCM440 steel in order to improve the mechanical properties and the transmission of ultrasound waves of the ultrasonic horns Design of experiments, select and determine the optimal tempering processes in heat treatment to improve the actual making ability of the ultrasonic horns The thesis aims to experimentally verify, conduct analysis and evaluation, and discuss the experimental results The combination of theoretical and experimental bases will increase the research topic's feasibility, accuracy, and reliability The thesis includes chapters: Chapter 1: Overview Introduction of some foreign scientific research related to specific ultrasonic welding The thesis focused on the optimization of heat treatment technology parameters and the influence of technological parameters on ultrasonic wave transmission efficiency and mechanical properties of ultrasonic horns Chapter 2: The theoretical basis of the ultrasonic welding process It presents the procedure in ultrasonic welding, the basic ultrasonic system components, and their functions Besides, ultrasonic welding claims some advantages and disadvantages,in its applications Chapter 3: Introduction to ultrasonic horns, their functions, their working conditions, and the design procedure of horns Selection of horn materials for best working effectiveness And factors impacting the effectiveness of ultrasonic wave propagation are covered The relationship between particle shape, microstructure, and the effectiveness of ultrasonic wave propagation is discussed in this chapter Chapter 4: Experiment with the heat treatment processes according to the design of the experiment Analyze, process and discuss experimental results Chapter 5: Conclusions v LỜI CAM ĐOAN Tác giả xin cam đoan cơng trình luận văn riêng thân tác giả Nội dung nghiên cứu trình bày luận văn trung thực không chép từ nguồn hình thức Việc tham khảo nguồn tài liệu (nếu có) thực trích dẫn ghi nguồn tài liệu tham khảo rõ ràng quy định Tác giả luận văn thạc sĩ Trần Thị Minh Quỳnh vi MỤC LỤC NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ ii LỜI CẢM ƠN iii TÓM TẮT LUẬN VĂN iv LỜI CAM ĐOAN vi MỤC LỤC .vii DANH MỤC HÌNH ẢNH x DANH MỤC BẢNG BIỂU xiii CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Đặt vấn đề: 1.2 Tổng quan nghiên cứu liên quan: 1.3 Tính cấp thiết tính đề tài: 1.3.1 Tính cấp thiết đề tài: 1.3.2 Tính đề tài: 1.4 Mục tiêu, nội dung phương pháp nghiên cứu: 1.4.1 Mục tiêu nghiên cứu: 1.4.2 Nội dung nghiên cứu: 1.4.3 Phương pháp nghiên cứu: 1.5 Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài: CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT QUÁ TRÌNH HÀN SIÊU ÂM 2.1 Tổng quan sóng siêu âm: 2.1.1 Định nghĩa: 2.1.2 Phân loại sóng siêu âm: 10 2.1.3 Phương pháp tạo sóng âm: 12 2.1.4 Đặc tính q trình lan truyền sóng âm vật liệu: 13 2.1.5 Ứng dụng sóng siêu âm: 15 2.2 Nguyên lý cấu tạo hàn siêu âm: 16 2.3 Cấu tạo chức phận máy hàn siêu âm: 17 2.4 Ưu nhược điểm hàn siêu âm: 20 vii 2.4.1 Ưu điểm: 20 2.4.2 Nhược điểm: 20 2.5 Phạm vi ứng dụng hàn siêu âm: 20 CHƯƠNG 3: GIỚI THIỆU KHUÔN HÀN SIÊU ÂM VÀ NHỮNG YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN HIỆU SUẤT TRUYỀN SÓNG SIÊU ÂM 22 3.1 Giới thiệu khuôn hàn siêu âm: 22 3.1.1 Quy trình thiết kế khuôn hàn: 22 3.1.2 Điều kiện làm việc yêu cầu vật liệu chế tạo khuôn hàn: 24 3.1.3 Vật liệu chế tạo khuôn hàn: 25 3.2 Ảnh hưởng hình thái hạt suy giảm sóng âm truyền qua vật liệu: 25 3.2.1 Kích thước hạt: 27 3.2.2 Hình dạng hạt định hướng hạt: 29 3.3 Ảnh hưởng chế độ biến dạng đến vận tốc sóng âm suy giảm sóng âm: 32 3.3.1 Với tốc độ sóng âm: 32 3.3.2 Với độ suy giảm sóng âm: 33 3.4 Ảnh hưởng pha thép đến vận tốc sóng âm suy giảm sóng âm: 34 CHƯƠNG 4: THỰC NGHIỆM 37 4.1 Mục tiêu nghiên cứu: 37 4.2 Đối tượng thực nghiệm: 37 4.3 Chọn thông số nghiên cứu (Chọn tiêu yếu tố ảnh hưởng): 38 4.3.1 Lựa chọn hàm mục tiêu: 39 4.3.2 Lựa chọn yếu tố ảnh hưởng: 39 4.4 Quy hoạch thực nghiệm: 40 4.5 Nhiệt luyện khuôn hàn: 42 4.5.1 Trang thiết bị: 42 4.5.2 Nguyên công tôi: 43 4.5.3 Nguyên công ram: 44 viii 4.6 Phương pháp phân tích đánh giá trang thiết bị: 45 4.6.1 Phương pháp đo thông số khuôn hàn TRZ Analyzer: 45 4.6.2 Phương pháp đo độ cứng: 46 4.6.3 Xem xét cấu trúc tế vi: 47 4.6.4 Thử nghiệm khuôn hàn làm việc thực tế: 48 4.7 Kết thực nghiệm: 49 4.7.1 Phân tích liệu mơ hình thực nghiệm: 49 4.7.2 Kết đo thông số khuôn hàn TRZ Analyzer: 56 4.7.3 Kết đo tần số làm việc thực tế: 59 4.7.4 Kết đo độ cứng: 60 4.7.5 Kết soi kim tương: 62 4.7.6 Kết luận: 67 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN 69 TÀI LIỆU THAM KHẢO 71 PHẦN LÝ LỊCH TRÍCH NGANG 75 ix Độ cứng Rockwell C – mũi kim cương; tải trọng 1500N – HRC Mỗi mẫu đo vị trí bề mặt bán kính cong Các lần đo mũi đâm cách tầm – mm Mũi đâm mẫu có bán kính trụ lồi nên kết đo hiệu chỉnh lại bề mặt đo khơng phẳng (theo Tiêu chuẩn ISO 6508-1: 2005 ISO 6508-2: 2005) Hình 4.17: Vị trí mũi đâm mẫu hình trụ Hình 4.18: Giá trị độ cứng trung bình mẫu sau nhiệt luyện có Qm cao Bảng 4.18: Kết đo độ cứng mẫu sau nhiệt luyện có Qm cao Mẫu Lần đo (HRC) Giá trị trung bình hiệu chỉnh Tôi + ram 450oC/240 phút 38.5 40.0 40.0 38.5 39.3 Tôi + ram 529oC/240 phút 34.0 36.0 34.0 35.0 34.8 Tôi + ram 650oC/240 phút 26.0 24.0 22.0 23.0 23.8 Trong thời gian giữ nhiệt nguyên công ram, nhiệt độ ram cao độ cứng giảm Với thời gian giữ nhiệt 240 phút, nhiệt độ ram 450oC có độ cứng 61 trung bình 39.3 HRC tăng nhiệt độ tới 650oC độ cứng trung bình cịn 23.8 HRC 4.7.5 Kết soi kim tương: Phương pháp tiến hành với mẫu sau nhiệt luyện có Qm cao nhất: khn hàn (650oC/240 phút), khuôn hàn (450oC/240 phút), khuôn hàn cực đại (529oC/240 phút) Khuôn hàn cắt thành mẫu mặt cắt ngang (D) mặt cắt dọc (C), thể Hình 4.19 Mặt cắt dọc hình chữ nhật có kích thước 20 mm x 11 mm Vị trí soi mặt cắt dọc ký hiệu 1, 2, tương ứng với vị trí tâm, cách tâm – mm, bìa mẫu Mặt cắt ngang hình trịn có đường kính 8.84 mm Hai vị trí soi mặt cắt ngang ký hiệu 4, tương ứng với vị trí bắt đầu tâm mẫu vị trí cách tâm – 1.5 mm Ngồi ra, phần hình ảnh tổ chức tế vi xử lý phần mềm ImageJ nhằm đánh giá kích thước hạt cementite trung bình Hình 4.19: Bản vẽ thể vị trí mặt cắt ngang mặt cắt dọc mẫu soi kim tương 62 • Mẫu Tơi + ram 450oC/240 phút: Hình 4.20: Mặt cắt dọc – tổ chức tế vi mẫu + ram 450oC/240 phút vị trí: a) tâm, b) cách tâm – mm, c) bìa, d) hình xử lý ImageJ Hình 4.21: Mặt cắt ngang – tổ chức tế vi mẫu tơi + ram 450oC/240 phút vị trí: a) tâm, b) cách tâm – 1.5 mm 63 • Mẫu cực đại Tơi + ram 529oC/240 phút: Hình 4.22: Mặt cắt dọc – tổ chức tế vi mẫu tơi + ram 529oC/240 phút vị trí: a) tâm, b) cách tâm – mm, c) bìa, d) hình xử lý ImageJ Hình 4.23: Mặt cắt ngang – tổ chức tế vi mẫu tơi + ram 529oC/240 phút vị trí: a) tâm, b) cách tâm – 1.5 mm 64 • Mẫu Tơi + ram 650oC/240 phút: Hình 4.24: Mặt cắt dọc – tổ chức tế vi mẫu + ram 650oC/240 phút vị trí: a) tâm, b) cách tâm – mm, c) bìa, d) hình xử lý ImageJ Hình 4.25: Mặt cắt ngang – tổ chức tế vi mẫu + ram 650oC/240 phút vị trí: a) tâm, b) cách tâm – 1.5 mm 65 Bảng 4.19: Tổng số hạt kích thước hạt cementite trung bình xử lý phần mềm ImageJ Mẫu Tổng số hạt Kích thước hạt Cementite trung bình (m2) Mẫu 450oC/240 phút 25214 1.727 Mẫu 529oC/240 phút 15417 2.66 Mẫu 650oC/240 phút 13965 3.251 Từ Hình 4.20 – 4.25 tổ chức tế vi nhiệt độ 450oC, 529oC, 650oC thời gian 240 phút Ram trình phân hủy martensite chuyển biến austenite dư quy trình tơi tạo thành Với gia tăng nhiệt độ ram, tổ chức martensite chuyển biến thành hỗn hợp học tích ferrite cementite sorbite troostite Quy trình biến đổi tạo thành pha ram chia thành giai đoạn xảy trùng lặp với cacbon martensite tiết nhiều hơn, austenite dư chuyển biến thành martensite ram, phân giải martensite thành tổ chức pha khác nhau, carbide nguyên tố hợp kim tiết Hình 4.20 – 4.21, hai mặt cắt dọc mặt cắt ngang với nhiệt độ 450oC, thấy rõ hình dạng pearlite có hình dạng giống hình kim martensite đầu bo trịn Tiếp theo, Hình 4.22 – 4.23, hình dạng pearlite thay đổi theo khuynh hướng hình cầu Kết chuyển thành hình cầu rõ Hình 4.24 – 4.25 Ngồi ra, tăng nhiệt độ từ 450oC đến 650oC thời gian đủ lâu làm cho tăng trưởng kích thước hạt pearlite Trong pearlite tổ chức hai pha gồm ferrite (màu sáng) cementite (màu tối) xen kẽ Trong Bảng 4.19, kết kích thước hạt cementite trung bình Kích thước hạt pearlite tăng lên nên kích thước hạt cementite tăng lên Nên nhiệt độ 650oC, kích thước hạt cementite trung bình lớn 3.251 m2 Ở nhiệt độ 450oC, kích thước hạt cementite trung bình nhỏ 1.727 m2 Với nhiệt độ 529oC, kích thước hạt cementite trung bình 2.66 m2 Trong hình tổ chức tế vi trên, cịn thấy lấm carbides hình cầu Do mác thép SCM440 có nguyên tố Crom carbides tiết từ nguyên tố hợp kim Hình tổ chức tế vi mẫu vị trí mặt cắt ngang Hình 4.21 – 4.23 – 4.25, thấy carbides tiết nhiều có kích thước lớn so với mặt cắt 66 dọc Nhiệt độ giữ nhiệt cao thời gian đủ lâu làm tăng trưởng số lượng kích thước carbides nguyên tố hợp kim 4.7.6 Kết luận: Quy trình nhiệt luyện khảo sát dựa điều kiện khác Miền thông số khảo sát mở rộng nhằm tìm điều kiện tối ưu để khn hàn có hiệu suất truyền sống tốt Qua kết thực nghiệm, xử lý phân tích số liệu khẳng định mơ hình thực nghiệm xây dựng có độ tin cậy, hợp lý xác cao Với khảo sát ảnh hưởng hai nhân tố (thời gian nhiệt độ) cho thấy hai nhân tố khơng có tương tác với Thời gian giữ nhiệt ram tăng giá trị Qm tăng Nhiệt độ ram trung bình cho giá trị Qm cao khả làm việc tốt Ngoài ra, nhiệt độ ram tăng làm giảm độ cứng đáng kể Tuy nhiên, độ cứng mẫu tối ưu đủ cao (34,8 HRC) cho mục đích hàn vải khơng dệt Ngồi ra, khn hàn tối ưu có giá trị Qm cao cịn làm việc thời gian thực tế Khn hàn nhiệt luyện điều kiện tối ưu làm việc với tần số ổn định, chênh lệch độ tần số f thời gian hoạt động 15 giây với giây thấp so với khuôn hàn khác Dựa công thức (3.5), để tăng khả vận tốc sóng âm truyền qua vật liệu cần ý đến đại lượng E – modulus đàn hồi Hành vi lan truyền sóng siêu âm tổ chức pha bị ảnh hưởng modulus đàn hồi hạt riêng biệt, mức độ xô lệch mạng tính dị hướng hạt Trong nguyên công ram, đặc điểm tổ chức pha tạo nên tương ứng với khoảng nhiệt độ ram thấp, ram trung bình, ram cao Trong đó, nhiệt độ ram trung bình cho sản phẩm – tổ chức pha có độ đàn hồi cao Nên vậy, giá trị Qm khoảng nhiệt độ có xu hướng tăng dần đạt giá trị cực đại Tuy nhiên khoảng nhiệt độ ram cao, giá trị Qm lại giảm xuống khuôn hàn ram 650oC Qua đó, mối quan hệ modulus E hiệu suất truyền sóng âm phụ thuộc vào nhiệt độ ram 67 Xét đến hình dạng hạt, hình ảnh cấu trúc tế vi mặt cắt ngang dọc cho thấy xem hình dạng hạt đa cạnh, gần hạt không bị kéo bẹt theo phương Phôi ban đầu cán nóng, q trình xử lý nhiệt xảy kết tinh lại Xét đến kích thước hạt, hai vấn đề xảy mâu thuẫn với Vấn đề thứ hạt lớn, biên giới hạt tổn thất lượng sóng âm nhỏ Trong luận văn, khuôn hàn thiết kế với tần số siêu âm cao 28kHz Tần số cao bước sóng siêu âm nhỏ Vì chế độ tán xạ λ < 𝐷 xảy bước sóng nhỏ đường kính hạt trung bình Theo cơng thức (3.4), hệ số suy giảm theo chế độ tán xạ tỷ lệ nghịch đường kính hạt trung bình Phản xạ khúc xạ thường xuyên xảy ranh giới hạt, gây suy hao Ngược lại, vấn đề thứ hai hạt lớn, modulus hạt nhỏ tổn thất lượng sóng âm lớn Vì thế, để giải mâu thuẫn cần chế độ nhiệt luyện cho kích thước hạt phù hợp Thông qua thực nghiệm, nhiệt độ ram tăng dần làm thay đổi hình dạng hạt pearlite từ hình kim martensite ram thành hình cầu kích thước hạt pearlite (trong bao gồm hạt cementite) to dần Kích thước hạt cementite trung bình tăng dần 1.727 m2, 2.66 m2, 3.251 m2 tương ứng với nhiệt độ ram 450oC, 529oC, 650oC Thời gian đủ lâu, nhiệt độ đủ cao thúc đẩy trình tiết phát triển carbides, cụ thể carbides nguyên tố Cr thép SCM440 Carbides Cr nhiều, thô to, làm cản trở sóng âm truyền qua Điều thấy rõ mẫu 650oC 240 phút có hạt pearlite, carbides thô to giá trị Qm lại thấp mẫu tối ưu Vậy mẫu tối ưu với kích thước hạt phù hợp đáp ứng giải mâu thuẫn 68 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN Những sở lý thuyết tạo tiền đề để giải thích nhân tố tác động đến hiệu suất truyền âm tính khn hàn thép Trong ảnh hưởng kích thước hạt, cấu trúc tinh thể, pha chuyển biến thép đề cập phần Qua đó, số kết luận tóm gọn dựa sở lý thuyết kết thực nghiệm sau: - Các cấu trúc tế vi vật liệu, biến đổi vận tốc truyền sóng tổn thất lượng siêu âm yếu tố quan trọng việc xác định đặc tính vật liệu chế tạo khuôn hàn - Luận văn xây dựng mơ hình thực nghiệm miền khảo sát nhân tố ảnh hưởng, so sánh với kết thực nghiệm cho thấy tính tương thích phù hợp cao Đồng thời, chứng tỏ loại thép chế tạo khn hàn có nhiệt độ, thời gian nhiệt luyện tối ưu Chứng minh giá trị Qm không tăng tuyến tính theo nhiệt độ - Kết đo thơng số khuôn hàn mẫu phản ánh mẫu có thơng số Qm cao khả chuyển đổi dao động điện thành hiệu mát nhiệt ma sát thấp Khuôn hàn điều kiện tối ưu: + ram 529oC 240 phút đáp ứng yêu cầu - Nhiệt độ ram 529oC nhiệt độ giao chuyển biến từ pha troostite thành pha sorbite nên hình ảnh cấu trúc tế vi cho thấy thay đổi từ hạt pearlite có đầu bo trịn, thân thon dài thành hạt hình cầu hạt phân tán đồng từ tâm bìa mẫu Mẫu tối ưu với nhiệt độ ram 529oC có kích thước hạt cementite trung bình hợp lý chứng tỏ qua giá trị Qm cao Kích thước hạt trung bình phù hợp giảm thiểu tổn thất truyền sóng âm Ngồi ra, phát triển kích thước số lượng carbides tăng biên giới hạt làm cản trở sóng âm truyền qua mẫu + ram 650oC 240 phút - Độ cứng thấp ảnh hưởng đến độ mài mịn đầu khn hàn Vì khn hàn làm việc chu kỳ tải trọng liên tục Khi ram 529oC độ cứng cịn đủ cao (34.8 HRC) để bảo đảm khả chịu mài mòn làm việc 69 Hướng nghiên cứu phát triển: - Nghiên cứu ảnh hưởng phương pháp bề mặt đến khả truyền sóng siêu âm khn hàn - Nghiên cứu tính chất ảnh hưởng lớp phủ PVD, CVD nhằm nâng cao tính chống mài mịn khn hàn 70 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] K.-M Shu, W.-H Hsieh, and H.-S Yen, "On the Design and Analysis of Acoustic Horns for Ultrasonic Welding," Transactions of the Canadian Society for Mechanical Engineering, vol 37, no 3, pp 905-916, 2013 [2] M Nad, "Ultrasonic horn design for ultrasonic machining technologies," Applied and Computational Mechanics, vol 4, pp 79-88, 2010 [3] T.-H Nguyen, T M Q Tran, N H Nguyen, L T Nguyen, and V T.-T Chung, "Analysis of process parameters of hypoeutectoid steel ultrasonic horns with different heat treatment processes," Japanese Journal of Applied Physics, vol 60, no 12, p 126502, 2021 [4] E P Papadakis, "Ultrasonic attenuation and velocity in three transformation products in steel," Journal of Applied Physics, vol 35, no 5, pp 1474-1482, 1964 [5] E P Papadakis, "Ultrasonic attenuation and velocity in SAE 52100 steel quenched from various temperatures," Metallurgical Transactions, vol 1, no 4, pp 1053-1057, 1970 [6] E P Papadakis, "Physical acoustics and microstructure of iron alloys," International Metals Reviews, vol 29, no 1, pp 1-24, 1984 [7] N Grayeli, F Stanke, and J Shyne, "Prediction of grain size in copper using acoustic attenuation measurements," in 1982 Ultrasonics Symposium, San Diego, CA, USA, 1982, pp 954-959: IEEE [8] Z Keran, M Mihaljević, B Runje, and D Markučič, "Ultrasonic testing of grain distortion direction in cold formed aluminium profile," Archives of Civil and Mechanical Engineering, vol 17, no 2, pp 375-381, 2017 [9] R Prasad and S Kumar, "Study of the influence of deformation and thermal treatment on the ultrasonic behaviour of steel," Journal of materials processing technology, vol 42, no 1, pp 51-59, 1994 [10] H Gur and Y Keleş, "Ultrasonic characterisation of hot-rolled and heattreated plain carbon steels," Insight - Non-Destructive Testing and Condition Monitoring, vol 45, pp 615-620, 2003 [11] S Chaudhary and V Sinha, "Ultrasonic Behavior Of Plastically Deformed And Heat Treated Steel," Transactions of the Indian Institute of Metals, vol 61, 2008 [12] M Mohammed and M Al-Hajhoj, "Importance and Applications of Ultrasonic Technology to Improve Food Quality," in Food Processing, vol 9, A V D a G D P I Romina Alina Marc, Ed Rijeka: IntechOpen, 2019, p 144 71 [13] L J Bond, "Fundamentals of Ultrasonic Inspection," in Nondestructive Evaluation of Materials, vol 17, A Ahmad and L J Bond, Eds.: ASM International, 2018, pp 231–277 [14] Dukane (2011) Guide to Ultrasonic Plastics Assembly Available: https://documents.dukane.com/ (accessed Arp 15 2022) [15] S Kumar, C S Wu, G K Padhy, and W Ding, "Application of ultrasonic vibrations in welding and metal processing: A status review," Journal of Manufacturing Processes, vol 26, pp 295-322, 2017 [16] Banson, "Ultrasonic Horn Catalog," E I Automation, Ed., ed [17] R P R M Ganesh, "Experimental study on ultrasonic welding of aluminum sheet to copper sheet," Int J Res Eng Technol, vol 2, no 12, pp 161–166, 2013 [18] G Wagner, F Balle, and D Eifler, "Ultrasonic Welding of Aluminum Alloys to Fiber Reinforced Polymers," Advanced Engineering Materials vol 15, no 9, pp 792-803, 2013 [19] H J Yeh, "11 - Ultrasonic welding of medical plastics," in Joining and Assembly of Medical Materials and Devices, Y Zhou and M D Breyen, Eds.: Woodhead Publishing, 2013, pp 296-323e [20] K P J Pradeep Kumar, "Acoustic horn design for joining metallic wire with flat metallic sheet by ultrasonic vibrations," Journal of Vibroengineering, vol 20, no 7, 2018 [21] M K N Priyadarshini Ch., "Design of Ultrasonic Conical Horn using Aluminium Alloy and Steel," International Journal of Engineering and Advanced Technology, vol 9, no 2, pp 4326-4329, 2019 [22] K M Shu, W H Hsieh, and H S Yen, "Design and analysis of acoustic horns for ultrasonic machining," in Applied Mechanics and Materials, 2013, vol 284, pp 662-666: Trans Tech Publ [23] D M Patel and A U Rajurkar, "Finite element analysis assisted design of ultrasonic horn for Plastic Welding," in Proceedings of the International Conference on Computational Methods in Manufacturing, 2011, pp 97-102 [24] I Stanasel, T Buidos, and F Blaga, "Design and fem simulation of ultrasonic welding horn," Revista de Tehnologii Neconventionale, vol 18, no 1, p 51, 2014 [25] M A Kim, C S Im, and D S Park, "Tip-replaceable Horn with Full Wavelength for Ultrasonic Welding," in MATEC Web of Conferences, 2019, vol 257, p 02008: EDP Sciences 72 [26] J Tsujino, "Ultrasonic welding using complex vibration and high frequency vibration-Various ultrasonic vibration sources and frequency characteristics of ultrasonic welding," in 2011 IEEE International Ultrasonics Symposium, Orlando, FL, USA, 2011, pp 1910-1919: IEEE [27] T.-h Nguyen, L Q Thanh, N H Loc, M N Huu, and A Nguyen Van, "Effects of different roller profiles on the microstructure and peel strength of the ultrasonic welding joints of nonwoven fabrics," Applied Sciences, vol 10, no 12, p 4101, 2020 [28] P K Rai, V Yadava, and R K Patel, "Design of Bezier profile horns by using optimization for high amplification," Journal of the Brazilian Society of Mechanical Sciences Engineering, vol 42, no 6, pp 1-15, 2020 [29] Y J Lee, M B Shahid, and D S Park, "Designing of ultrasonic horns to improve amplitude uniformity in ultrasonic metal welding," in MATEC Web of Conferences, 2019, vol 257, p 02009: EDP Sciences [30] J Kováčik and Š Emmer, "Steels as Materials for Sonotrode Tools," in Key Engineering Materials, 2014, vol 601, pp 21-24: Trans Tech Publ [31] P Behjati, H Vahid Dastjerdi, R Mahdavi, and D Rasouli, "Effect of microstructure on attenuation mechanism of ultrasonic waves in carbon steels," Materials Science and Technology, vol 26, no 4, pp 482-486, 2010 [32] M Aghaie-Khafri, F Honarvar, and S Zanganeh, "Characterization of Grain Size and Yield Strength in AISI 301 Stainless Steel Using Ultrasonic Attenuation Measurements," Journal of Nondestructive Evaluation, vol 31, no 3, pp 191-196, 2012 [33] S P Dharmendra Pandey, "Ultrasonics: A Technique of Material Characterization," in Acoustic Waves, vol 18, D Dissanayake, Ed.: IntechOpen, 2010 [34] A Belvin, R Burrell, and E Cole, "Non-Destructive Evaluation of Grain Structure Using Air-Coupled Ultrasonics," Oak Ridge Y-12 Plant (Y-12), Oak Ridge, TN (United States)0195-9298, 2009 [35] S Sundin, D Artymowicz, and A Astill, "Application of Lamb wave scattering for grain size analysis in thin copper sheets: Results from laboratory and industrial trials," Materials Characterization, vol 48, no 1, pp 71-79, 2002 [36] S Ahmed and M T Anderson, "Task Final Report, Theoretical/Mathematical Modeling of Ultrasonic Wave Propagation in Anisotropic Polycrystalline Stainless Steels," Pacific Northwest National Lab.(PNNL), Richland, WA (United States)2009 73 [37] S Ahmed, R Thompson, and P D Panetta, "Ultrasonic attenuation as influenced by elongated grains," in AIP Conference Proceedings, 2003, vol 657, no 1, pp 109-116: American Institute of Physics [38] H Du and J A Turner, "Ultrasonic attenuation in pearlitic steel," Ultrasonics vol 54, no 3, pp 882-887, 2014 [39] R.S.Sharpe, "Research Techniques in Non-Destructive Testing," Academic Press, vol VI, 1982 [40] B Ahn and S Lee, "Effect of microstructure of low carbon steels on ultrasonic attenuation," Ultrasonics, Ferroelectrics and Frequency Control, IEEE Transactions on, vol 47, pp 620-629, 2000 [41] C H Gür and B O Tuncer, "Characterization of microstructural phases of steels by sound velocity measurement," Materials characterization, vol 55, no 2, pp 160-166, 2005 [42] C H Gür and İ Çam, "Comparison of magnetic Barkhausen noise and ultrasonic velocity measurements for microstructure evaluation of SAE 1040 and SAE 4140 steels," Materials Characterization, vol 58, no 5, pp 447-454, 2007 [43] M Vasudevan, P Palanichamy, and S Venkadesan, "A novel technique for characterizing annealing behavior," Scripta Metallurgica et Materialia, vol 30, no 11, 1994 [44] T H Kidd, S Zhuang, and G Ravichandran, "An In Situ Ultrasonic Technique for Simultaneous Measurement of Longitudinal and Shear Wave Speeds in Solids," Experimental Mechanics, vol 47, no 6, pp 753-759, 2007 [45] J E Bringas, Handbooks of comparative world steel standards, 5th Edition ed ASTM International, 2016 [46] Vietsonic Available: https://vietsonic.vn/en/san-pham/may-han-sieu-amcam-tay/may-han-nhua-sieu-am-cam-tay-2/ ( accessed Nov 15 2022) 74 PHẦN LÝ LỊCH TRÍCH NGANG Họ tên học viên: TRẦN THỊ MINH QUỲNH Ngày, tháng, năm sinh: 14/07/1999 Nơi sinh: TP Hồ Chí Minh Địa liên lạc: 42/8 Hồ Thị Kỷ, phường 1, quận 10, TP Hồ Chí Minh Q TRÌNH ĐÀO TẠO 2017 - 2021 Học Đại học trường Đại học Bách Khoa - ĐHQG TP.HCM, chuyên ngành Kỹ thuật vật liệu, hệ đào tạo quy, cấp kỹ sư 2021 - Học Thạc sĩ trường Đại học Bách Khoa - ĐHQG TP.HCM, chuyên ngành Kỹ thuật vật liệu 75