TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI
Giới thiệu
Xử lý nhiệt bề mặt bằng hồ quang là một phương pháp nhiệt luyện hiện đại, được áp dụng để sản xuất các sản phẩm kim loại với tính chất đặc biệt như kim loại đúc, kim loại hợp kim và kim loại từ tính Phương pháp này sử dụng hồ quang mạnh để tạo ra nhiệt độ cao trên bề mặt vật liệu Đề tài xử lý nhiệt bề mặt lõm còn mới mẻ, nhóm nghiên cứu tập trung vào việc đề xuất và kiểm nghiệm các thông số tôi khác nhau nhằm đánh giá hiệu quả của quá trình này.
Đặc tính của phương pháp
Phương pháp thực nghiệm mới sử dụng máy CNC 3 trục kết hợp với mô-đun xoay 360 độ giúp quá trình tôi bề mặt lõm trở nên dễ dàng hơn Đồng thời, việc sử dụng máy hàn TIG để tôi bề mặt thép cũng mang lại hiệu quả cao trong quá trình gia công.
Các nghiên cứu liên quan đến đề tài
2.3.1 Tình hình nghiên cứu trong nước:
Phương pháp xử lý nhiệt bằng hồ quang đã được ứng dụng rộng rãi trong sản xuất công nghiệp tại Việt Nam, đặc biệt cho các sản phẩm như bánh răng, trục, ốc vít và phụ tùng ô tô, xe máy Tuy nhiên, phương pháp xử lý nhiệt bề mặt lõm vẫn chưa phổ biến do chi phí đầu tư và đào tạo nhân viên, đặc biệt ở các doanh nghiệp nhỏ và vừa Hơn nữa, việc thiếu quy định và tiêu chuẩn chất lượng rõ ràng cũng là một rào cản trong việc áp dụng phương pháp này, dẫn đến lo ngại về chất lượng sản phẩm.
Với những lợi ích nổi bật mà phương pháp này mang lại, hy vọng rằng trong tương lai, nó sẽ được áp dụng rộng rãi hơn và trở thành giải pháp hiệu quả trong việc nâng cao chất lượng sản phẩm trong ngành sản xuất công nghiệp tại Việt Nam.
2.3.2 Tình hình nghiên cứu ngoài nước:
Phương pháp xử lý nhiệt bằng hồ quang đang được nghiên cứu rộng rãi trên toàn cầu Nhiều tổ chức, viện nghiên cứu, trường đại học và doanh nghiệp hiện đang tập trung vào việc tối ưu hóa quy trình, nghiên cứu cơ chế và đặc tính, cũng như đánh giá hiệu quả của phương pháp này.
Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng có 5 trình trên các loại vật liệu khác nhau Những nghiên cứu này cũng tập trung vào việc xây dựng các mô hình tính toán nhằm dự đoán tính chất của sản phẩm sau khi được xử lý bằng phương pháp này.
Một số bài báo, nghiên cứu đang chú ý trên thế giới được các trường đại học nghiên cứu như:
The study conducted by Kyungpook National University in South Korea investigates the effects of quenching and tempering temperatures on the microstructure and mechanical properties of 4140 steel It specifically examines the quenching-partitioning-quenching process, highlighting how variations in treatment temperatures influence the steel's performance and structural characteristics The findings contribute valuable insights into optimizing heat treatment processes for enhanced material properties in 4140 steel applications.
2020 Nghiên cứu này tập trung vào tối ưu hóa quá trình này trên thép 4140
The 2020 study conducted by the University of Warwick explores the quenching and partitioning process on low carbon steel, emphasizing the effects of partitioning temperature and time on the material's microstructure and mechanical properties The research aims to optimize this process to enhance the performance characteristics of low carbon steel.
The 2018 study conducted by Ghent University in Belgium explores the Quenching-Partitioning-Tempering process applied to a steel alloy with a composition of 0.3C-1.5Mn-1.5Si-0.8Cr This research aims to optimize the heat treatment process to enhance the microstructure and mechanical properties of the steel with varying chemical compositions.
Quá trình xử lý nhiệt bề mặt bằng hồ quang đã được áp dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp toàn cầu, như sản xuất ô tô, chế tạo máy móc, đóng tàu và cả trong lĩnh vực y tế Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra tính hiệu quả của phương pháp này trong việc nâng cao chất lượng sản phẩm và cải thiện độ bền của vật liệu trong các ngành công nghiệp khác nhau.
Ngành sản xuất ô tô áp dụng phương pháp này nhằm nâng cao tính năng cơ học của các bộ phận quan trọng như bánh răng và trục Nghiên cứu cho thấy rằng quá trình này có khả năng cải thiện đáng kể độ bền kéo và độ bền mài mòn của các bộ phận này.
Ngành sản xuất máy móc sử dụng quy trình đặc biệt để tạo ra các bộ phận cơ khí với tính năng vật lý vượt trội Nghiên cứu cho thấy rằng quy trình này có khả năng cải thiện đáng kể độ cứng và độ bền mài mòn của các bộ phận máy móc, từ đó nâng cao hiệu suất và tuổi thọ sản phẩm.
Ngành đóng tàu áp dụng phương pháp cải thiện tính năng cơ học cho các bộ phận quan trọng như cần cẩu và dụng cụ nâng hạ Nghiên cứu cho thấy rằng việc sử dụng quá trình này có thể nâng cao độ bền kéo và độ cứng của những bộ phận này, từ đó tăng cường hiệu suất và độ tin cậy trong hoạt động.
Quá trình này được áp dụng trong lĩnh vực y tế, đặc biệt trong sản xuất khung xương nhân tạo Nghiên cứu đã chứng minh rằng việc sử dụng phương pháp này có khả năng nâng cao tính năng cơ học của các khung xương nhân tạo, mang lại lợi ích cho việc phục hồi chức năng cho người bệnh.
Phương pháp xử lý nhiệt bề mặt bằng hồ quang là công nghệ tiên tiến và tiềm năng trong nhiều ngành công nghiệp Nghiên cứu trên toàn cầu đang tiếp tục nhằm khai thác tối đa tiềm năng của phương pháp này.
Thực nghiệm quá trình xử lý nhiệt bề mặt lõm sẽ là nền tảng quan trọng để thúc đẩy sự phổ biến của công nghệ này trong ngành công nghiệp cơ khí chế tạo và cơ khí nói chung tại Việt Nam.
Giới hạn đề tài
Chỉ nghiên cứu công nghệ xử lý nhiệt bề mặt lõm của thép bằng công nghệ hàn TIG
Sử dụng máy CNC, mođun xoay, máy hàn TIG và khí Argon
Kiểm tra độ cứng và cấu trúc tế vi của mẫu là cần thiết để đánh giá ảnh hưởng của quá trình tôi bề mặt và các thông số tôi khác nhau.
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Tổng quan về quá trình xử lý nhiệt
Công nghệ xử lý nhiệt là quy trình sản xuất kim loại thông qua việc nung chảy các nguyên liệu kim loại ở nhiệt độ cao, sau đó để chúng đông lại thành hình dạng mong muốn Quy trình này giúp tạo ra các sản phẩm kim loại với độ chính xác cao, độ cứng vượt trội và tính đồng nhất tốt, đồng thời cải thiện khả năng kháng mài mòn của sản phẩm.
Công nghệ xử lý nhiệt có nhiều ứng dụng đa dạng, từ sản xuất chi tiết kim loại cho ngành hàng không và vũ trụ đến chế tạo đồ trang sức và vật dụng gia dụng Bên cạnh đó, công nghệ này còn được áp dụng trong các lĩnh vực y tế, điện tử và năng lượng tái tạo, cho thấy tầm quan trọng của nó trong nhiều ngành công nghiệp.
Các phương pháp nhiệt luyện phổ biến bao gồm nung trong lò đốt, lò chân không, lò oxy hóa và lò nhiệt độ cao Công nghệ nhiệt luyện yêu cầu kỹ thuật cao và quy trình kiểm soát chất lượng nghiêm ngặt để đảm bảo sản phẩm cuối cùng đạt tiêu chuẩn chất lượng.
Hình 3 1 Quy trình nhiệt luyện tổng quát [1]
Mục đích quá trình xử lý nhiệt
Quá trình xử lý nhiệt kim loại sử dụng nhiệt độ để thay đổi cấu trúc và cải thiện tính chất vật lý của kim loại Dưới đây là một số ứng dụng quan trọng của quá trình này.
• Tăng độ cứng và độ bền
• Cải thiện tính dẻo dai và độ co giãn
• Cải thiện tính chống ăn mòn
• Cải thiện tính kháng mài mòn
• Cải thiện tính chất điện hóa.
Các chuyển biến tổ chức cơ bản trong quá trình xử lý nhiệt
Quá trình nung nóng là giai đoạn quan trọng trong sản xuất kim loại, nơi kim loại được đưa vào lò nung và làm nóng đến nhiệt độ cần thiết Trong giai đoạn này, các phần tử hợp kim trong kim loại sẽ đồng nhất về cấu trúc tinh thể, tạo ra một cấu trúc tinh thể đồng nhất, nâng cao tính chất cơ học và độ bền của sản phẩm.
Khi nhiệt độ đạt yêu cầu, kim loại sẽ được duy trì ở mức đó trong một khoảng thời gian nhất định, nhằm đảm bảo cấu trúc tinh thể của nó trở nên đồng nhất.
Hình 3 2 Sơ đồ chuyển biến tổ chức thép khi nung nóng và giữ nhiệt [3]
Sau khi kim loại được giữ ở nhiệt độ thích hợp trong thời gian cần thiết, quá trình làm nguội đến nhiệt độ phù hợp diễn ra Quá trình làm nguội này rất quan trọng vì nó ảnh hưởng đến cấu trúc tinh thể và tính chất cơ học của kim loại.
Hình 3 3 Giản đồ đường cong chữ C của thép Cacbon
Phân loại các phương pháp xử lý nhiệt
Phương pháp nhiệt luyện là quá trình nung nóng thép đến nhiệt độ nhất định, giữ nhiệt trong một khoảng thời gian cần thiết và sau đó làm nguội cùng lò.
Xét chuyển biến cấu tạo trong quá trình ủ tương ứng với giản đồ trạng thái
Cơ tính tổ chức của thép sau khi ủ X* có độ cứng thấp hơn so với tổ chức ban đầu X, đồng thời đạt độ cứng tối thiểu và độ dẻo tối đa khi so sánh với các phương pháp nhiệt luyện khác.
Mục đích chính của quá trình này là giảm độ cứng của thép trước khi tiến hành gia công Bên cạnh đó, nó cũng giúp khử ứng suất trong thép, do các phương pháp gia công áp lực ở trạng thái nguội như uốn và dập gây ra.
Hình 3 4 Quy trình ủ tổng quát [1]
Phương pháp nhiệt luyện là quá trình nung nóng thép đến nhiệt độ hoàn toàn γ, giữ nhiệt độ trong khoảng thời gian cần thiết, và sau đó làm nguội trong không khí tĩnh.
Hình 3 5 Quá trình thường hoá tổng quát [1]
Chuyển biến cấu tạo của thép trong quá trình thường hóa cũng tương ứng với giản đồ trạng thái
Sau khi thường hóa X*, thép có độ cứng cao hơn và độ dẻo thấp hơn một chút so với quá trình ủ, nhờ vào kích thước hạt tinh thể nhỏ hơn do làm nguội nhanh hơn.
Mục đích chính của quá trình này là giảm kích thước hạt tinh thể của thép so với cấu trúc ban đầu, đồng thời khử ứng suất trong thép do quá trình gia công áp lực gây ra.
Phương pháp nhiệt luyện là quá trình nung nóng thép đến nhiệt độ xuất hiện γ, giữ nhiệt độ này trong một khoảng thời gian cần thiết, sau đó tiến hành làm nguội nhanh để chuyển đổi γ thành M (Mactenxit).
Hình 3 6 Quy trình tôi tổng quát [1]
Mactenxit là một dung dịch rắn quá bão hòa của cacbon trong Fea, với nồng độ cacbon tương đương với nồng độ trong γ ban đầu có kiểu mạng chính phương thể tâm Chuyển biến Mactenxit chỉ xảy ra trong khoảng nhiệt độ tới hạn M d ÷ M k, và do quá trình chuyển biến không hoàn toàn, nên một lượng γ vẫn còn tồn tại gọi là γ dư (γ d) Độ cứng của Mactenxit phụ thuộc vào tỷ lệ phần trăm cacbon (% C): thép có hàm lượng cacbon cao hơn trong γ sẽ cho ra Mactenxit (Mt) có độ cứng lớn hơn, do sự xô lệch lớn của tinh thể Fe α.
Chuyển biến cấu toạ của thép trong quá trình tôi: Khi nung tương ứng với giản đồ trạng thái, khi nguội chỉ có γ → M t , tổ chức nhận được M t + γ d
Cơ tính của thép sau khi tôi phụ thuộc vào tổ chức Z, bao gồm sự kết hợp của các yếu tố như Mt, γ d và các tổ chức khác Điều này cho thấy rằng độ cứng và độ bền của thép sau khi tôi có sự cải thiện đáng kể so với tổ chức ban đầu.
Cơ tính tổ chức của vật liệu phụ thuộc vào cấu trúc hỗn hợp cơ học và các thành phần như M t + γ d Đối với thép có thành phần cacbon thấp dưới 0,3%, độ cứng của Mt không cao, dẫn đến hiệu quả tăng độ cứng kém.
Phương pháp nhiệt luyện là quá trình nung nóng thép đã tôi đến nhiệt độ tới hạn Al, giữ ở nhiệt độ này trong thời gian cần thiết để chuyển biến thành các tổ chức cân bằng hơn, sau đó làm nguội tùy ý, thường là trong không khí.
Hình 3 7 Quá trình ram tổng quát [1]
Trong quá trình ram thép, cấu trúc của nó biến đổi đáng kể khi được nung ở nhiệt độ cao và giữ nhiệt trong một khoảng thời gian nhất định Sự chuyển biến từ γ d + M đến các tổ chức cân bằng hơn như Mactenxit ram M r, Troxtit ram T r, và Xoocbit ram X r diễn ra, thay thế cho tổ chức M t + γ d.
Cơ tính sau khi ram phụ thuộc vào cơ tính của các tổ chức hỗn hợp cơ học tạo thành
• Nhận được các cơ tính đáp ứng với điều kiện làm việc lâu dài của sản phẩm cơ khí
Giảm ứng suất dư là bước quan trọng giúp bảo vệ sản phẩm cơ khí khỏi hư hỏng trong tương lai, đồng thời duy trì các cơ tính cần thiết của vật liệu.
Sau quá trình ram, cơ tính của vật liệu thường thể hiện độ cứng thấp hơn và độ dẻo cao hơn Khi nhiệt độ ram tăng, độ cứng giảm, trong khi độ dẻo và độ dai của vật liệu lại tăng lên, đồng thời ứng suất bên trong được giảm hoặc khử.
Các phương pháp xử lý nhiệt
3.5.1 Xử lý nhiệt bằng phương pháp tôi cao tần:
Nhiệt luyện tôi cao tần, hay còn gọi là nhiệt luyện điện trở tôi, là quy trình sản xuất kim loại trong đó các tấm kim loại được gia nhiệt qua cuộn dây điện dẫn cao tần Quy trình này tạo ra nhiệt độ cao, giúp phóng thích các nguyên tử kim loại từ mạng lưới tinh thể Các nguyên tử này sau đó di chuyển và tái sắp xếp, hình thành cấu trúc tinh thể mới với các tính chất cơ học và vật lý khác nhau.
Quá trình xử lý nhiệt tôi cao tần cải thiện tính chất cơ học của kim loại, bao gồm cường độ, độ dẻo, độ cứng, độ giãn dài và độ bền mỏi Phương pháp này cũng cho phép sản xuất các sản phẩm kim loại với kích thước và hình dạng đa dạng, như tấm kim loại mỏng, dây kim loại và các bộ phận máy móc khác.
Quá trình xử lý nhiệt tôi cao tần yêu cầu sự thực hiện bởi những chuyên gia có kinh nghiệm để đảm bảo tính chính xác và an toàn trong sản xuất Các yếu tố quan trọng cần kiểm soát bao gồm nhiệt độ, thời gian gia nhiệt, tần số và áp suất của dòng điện tần số cao.
Hình 3 8 Máy tôi cao tần
3.5.2 Xử lý nhiệt bằng tia lazer:
Xử lý nhiệt bằng tia laser là một phương pháp nhiệt luyện kim loại hiệu quả, sử dụng tia laser để tạo ra nhiệt độ cao tác động lên bề mặt vật liệu Phương pháp này cho phép tạo ra các lớp bề mặt với tính chất cơ học và vật lý đa dạng, bao gồm cường độ, độ dẻo, độ cứng và độ bền mỏi, từ đó nâng cao chất lượng và hiệu suất của sản phẩm kim loại.
Quá trình nhiệt luyện bằng tia laser có thể áp dụng cho nhiều loại kim loại như thép, nhôm, đồng và titan Phương pháp này được sử dụng để sản xuất các sản phẩm kim loại, bao gồm dao cắt, bạc đạn và các bộ phận máy móc khác.
Quá trình tác động của tia laser lên bề mặt kim loại tạo ra vùng nhiệt độ cao, sau đó được làm mát để các nguyên tử kim loại tái sắp xếp, hình thành cấu trúc tinh thể mới Quá trình này, được gọi là quenching, giúp tạo ra các lớp bề mặt kim loại có độ cứng và độ bền mỏi cao hơn so với các khu vực khác.
Quá trình nhiệt luyện bằng tia laser cho phép điều chỉnh chính xác độ dày và tính chất của các lớp bề mặt Nó có khả năng tái cấu trúc bề mặt kim loại bị hư hỏng và loại bỏ khuyết tật Tuy nhiên, để đảm bảo tính chính xác và an toàn, quy trình này cần được thực hiện bởi các chuyên gia có kinh nghiệm.
• Tăng cường độ cứng, độ bền, các tính chất bền mỏi và bền mài mòn
• Đạt độ chính xác cao hơn, yêu cầu năng lượng thấp hơn vì vậy giảm được các gia công sau nhiệt luyện
• Rất linh hoạt do sử dụng phần mềm để điều khiển nhiệt luyện
• Có khả năng nhiệt luyện chi tiết to và hình dạng hình học bất kì, tạo mức linh hoạt trong thiết kế
• Thân thiện với môi trường
• Độ thấm tôi thấp (< 2,5mm ), thường bằng nửa giá trị này
• Chi phí đầu tư cao
Hàn hồ quang không nóng chảy trong môi trường khí trơ bảo vệ
3.6.1 Khái niệm chung hàn hồ quang không nóng chảy trong môi trường khí trơ bảo vệ:
Hàn hồ quang không nóng chảy trong môi trường khí trơ bảo vệ (GTAW) là một phương pháp hàn sử dụng hồ quang giữa điện cực Tungsten không nóng chảy và bể hàn Phương pháp này hoạt động với khí bảo vệ mà không cần áp lực, cho phép sử dụng kim loại điền đầy tùy theo yêu cầu của từng công việc hàn.
Hình 3 9 Hàn hồ quang không nóng chảy [2]
• Hồ quang tập trung, có nhiệt độ cao (6000 o C)
• Kim loại có mối hàn có thể không cần kim loại phụ khi hàn gấp mép các chi tiết mỏng
• Mỏ hàn có chất lượng cao đối với hầu hết kim loại vs hợp kim
• Mối hàn không phải làm sạch sau khi hàn
• Hồ quang và vũng hàn có thể quan sát được trong quá trình hàn
• Không có kim loại bắn toé
• Có thể hàn ở mọi vị trí trong không gian
• Nhiệt tập trung cho phép tăng tốc độ hàn, giảm biến dạng liên kết hàn [2]
3.6.3 Phạm vi ứng dụng: Được áp dụng trong nhiều lĩnh vực sản xuất đặc biệt rất thích hợp trong hàn thép hợp kim, kim loại màu
16 Ưu điểm nổi bật của phương pháp hàn GTAW:
• Tạo ra các mối hàn có chất lượng rất cao trong gần như tất cả các kim loại và hợp kim
• Trở nên rất đơn giản, nếu hoàn toàn các vị trí hàn được làm sạch có hiệu quả
• Hồ quang và bể hàn có thể nhìn thấy rõ ràng đối với thợ hàn
• Kim loại điền đầy không chuyển dịch trong cột hồ quang, do vậy bể hàn nhỏ và không bắn toé, dễ điều khiển và khống chế
• Việc hàn có thể được thực hiện ở mọi vị trí trong không gian
• Nó có thể sử dụng để hàn hầu hết các loại kim loại, kể cả các liên kết kim loại không đồng nhất
• Nó cho phép điều khiển tách biệt nguồn năng lượng và kim loại điền đầy
Hàn hồ quang điện cực không nóng chảy trong khí trơ là phương pháp phổ biến cho việc hàn các mối ghép ống mỏng và chế tạo đường hàn lót Các mối hàn này, đặc biệt là hàn Tungsten, thường đạt chất lượng rất cao.
3.6.4 Nguyên lý hoạt động và cấu tạo của máy hàn TIG
Hình 3 10 Sơ đồ trạm hàn GTAW [2]
3.6.4.1 Nguyên lý hàn trong môi trường khí bảo vệ:
Quá trình hàn với điện cực nóng chảy trong môi trường khí trơ, như Argon hoặc Heli, đảm bảo độ tin cậy cao.
3.6.4.2.1 Cấu tạo của trạm hàn
Hệ thống phương pháp hàn GTAW chủ yếu bao gồm nguồn điện hàn với đặc tính dòng điện không đổi (Constant Current - CC) Máy hàn thường dùng cho hàn hồ quang que hàn có vỏ bọc (SMAW) cũng có thể sử dụng cho hàn GTAW Một số loại máy hàn còn được trang bị điều khiển từ xa và hệ thống lập trình, mang lại sự linh hoạt và tiện lợi trong quá trình hàn.
Hàn GTAW có các chức năng điều khiển máy hàn với giới hạn dòng điện từ 3 - 200A hoặc 5 - 300A, cùng với điện áp hàn dao động từ 10 - 35V ở chu kỳ làm việc 60%.
Hình 3 11 Máy hàn Jasic TIG
Sản phẩm Mastertig được thiết kế cho hàn TIG công nghiệp, dựa trên máy hàn hồ quang tay Master chất lượng cao Máy cho phép điều chỉnh hàn động, phù hợp với các điện cực có đường kính khác nhau Các tính năng nổi bật bao gồm thời gian khí trước và khí sau có thể điều chỉnh, đánh lửa tiếp xúc/cao tần, và chu kỳ hàn 2T/4T Ngoài ra, máy còn hỗ trợ chức năng Minilog, mạch phụ để hàn đính tự động, cùng với khả năng đặt thời gian dòng giảm và điều chỉnh bộ định thời gian Những đặc điểm này giúp Mastertig trở thành lựa chọn hàng đầu cho công việc hàn chuyên nghiệp.
18 cụ hiệu quả để cải tiến năng suất và chất lượng hàn Phải thận trọng khi xoá các chức năng điều khiển
Các thiết bị điện tử hiện đại nâng cao chất lượng hàn và mở rộng khả năng của máy hàn trong nhiều lĩnh vực Tất cả máy Mastertig được lập trình để cung cấp dòng hàn ổn định, giúp thực hiện các thao tác hàn chính xác Chức năng hàn Minilog, kết hợp với xung hoặc DC thuận và TIG xung, mang lại hiệu suất hàn tối ưu.
Hình 3 12 Cấu tạo mỏ hàn TIG [2] a) làm mát bằng không khí; b) làm mát bằng nước
3.6.4.2.3 Van giảm áp và bộ phận cung cấp khí
Khí Ar hoặc He được đóng chai và cung cấp tới mỏ hàn thông qua hệ thống van giảm áp, van điện và ống dẫn
A: Đồng hồ đo lưu lượng khí B: Van điều chỉnh lưu lượng khí C: khớp nối
D: Đầu ra ống dẫn khí E: Van chai khí F: Khớp nối G: Đồng hồ đo lưu lượng khí
Hình 3 13 Đồng hồ giảm áp
3.6.5 Điều chỉnh chế độ hàn:
Chế độ hàn chọn theo bảng 3.1
Trong hàn GTAW, chế độ hàn thường được xác định dựa trên đường kính của điện cực, theo bảng hướng dẫn Để điều chỉnh dòng hàn, người dùng xoay núm số 5 theo chiều kim đồng hồ, và đồng hồ ampe trên bảng điều khiển sẽ hiển thị mức dòng hàn đang được chọn.
Trên panel điều khiển, người dùng sẽ tìm thấy các núm chức năng quan trọng như: điều chỉnh thời gian lưu trước và sau quá trình hàn, công tắc chuyển chế độ 2T/4T, điều chỉnh xung, cũng như công tắc chọn chế độ mồi hồ quang hàn theo kiểu tiếp xúc hoặc không tiếp xúc.
Bảng 3.1 Bảng chế độ hàn TIG [2]
DC (Straight polarity) (Thoriated tungsten electrode)
Vật liệu điện cực hàn cho hàn GTAW chủ yếu là tungsten hoặc hợp kim tungsten, vì tungsten có điểm nóng chảy cao nhất trong số các kim loại, đạt khoảng 6170°F (3410°C).
Bảy loại điện cực tungsten đã được tiêu chuẩn hóa theo tiêu chuẩn AWS, quy định các đặc điểm kỹ thuật cho tungsten và hợp kim của nó Các thành phần và màu sắc được quy định gần đúng trên đầu chóp của điện cực.
Bảng 3.2 Loại, màu và thành phần hóa học dung trong hàn TIG [2]
Dạng điện cực đóng vai trò quan trọng trong hàn TIG, ảnh hưởng trực tiếp đến trị số dòng điện và chất lượng mối hàn Các loại điện cực khác nhau sẽ quyết định hiệu suất và tính chính xác của quá trình hàn.
Hình 3 14 Ký hiệu điện cực Tungsten theo màu sắc [2]
AWS Thành phần Màu đại diện
EWP Wolfram tinh khiết Xanh lá cây
EWCe-2 97.3%W, 2% oxit cerium Da cam
EWG 94.5%W, phần còn lại không áp dụng Xám
• Điện cực W + thori 2% được đánh dấu một đầu màu đỏ
• Điện cực W + Lantan 2% được đánh dấu một đầu màu xanh
• Điện cực W + cerxi 2% được đánh dấu một đầu màu xám
• Điện cực vonfram nguyên chất được đánh dấu một đầu màu xanh lá mạ
Trước khi thực hiện hàn hồ quang, cần làm sạch các hạt kim loại bám quanh miệng phun và ống tiếp xúc Sau đó, điều chỉnh lưu lượng khí để đẩy không khí ra khỏi miệng phun Độ nhô ra của điện cực khi hàn TIG nên từ 3 đến 5mm so với miệng ống chụp, nhưng cần tránh để đầu điện cực tiếp xúc với vật liệu hàn nhằm bảo vệ đầu điện cực Sau mỗi lần hàn, hãy nhanh chóng điều chỉnh khoảng cách của đầu điện cực so với bề mặt vật hàn cũng trong khoảng 3 đến 5mm.
Hình 3 15 Độ nhô của điện cực [2]
Khi mồi hồ quang, nghiêng mỏ hàn một góc từ 30 đến 40 độ và sau đó bấm công tắc mỏ hàn Hồ quang sẽ hình thành, và ta từ từ đưa mỏ hàn nghiêng so với mặt phẳng đứng một góc từ 15 đến 25 độ.
Hình 3 16 Cách mồi hồ quang [2]
Dòng hàn là yếu tố quyết định trong quá trình hàn TIG, ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng mối hàn, độ dẻo dai và độ bền của nó Việc điều chỉnh dòng hàn là cần thiết để tạo ra những mối hàn đẹp và đồng đều.
NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ MẪU THỬ
Thiết kế mẫu thử và mô hình thí nghiệm
4.1.1 Vật liệu: Ở đây, nhóm sẽ chọn vật liệu là thép C50 Vì thép C50 là một loại thép carbon có nồng độ carbon trung bình, thường được sử dụng phổ biến trong các ứng dụng cơ khí như sản xuất các chi tiết máy móc, dụng cụ cầm tay và các bộ phận cơ khí khác Đặc biệt, vì có nồng độ cacbon trung bình nên khả năng tôi dễ tăng độ cứng hơn và số liệu thu được sẽ chính xác hơn
Bảng 4 1 Thành phần hóa học thép S50C
Bảng 4 2 Độ cứng của thép trước khi tôi Độ cứng Rockwell (HRC) < 18 Độ cứng Vickers (HV0.3) 176
Dựa theo yêu cầu của đề tài là tôi bề mặt phôi lõm nên nhóm chọn và thiết kế mẫu thử có kích thước như hình sau:
Hình 4 1 Kích thước mẫu thử
Hình 4 2 Mẫu thử thực tế
Trong thí nghiệm trên máy CNC, đầu tiên cần lấy tọa độ biên dạng bề mặt lõm của mẫu theo phương X và Z Tiếp theo, xoay nguồn nhiệt trên trục A với góc 70 độ so với bề mặt mẫu Cuối cùng, viết chương trình di chuyển nguồn nhiệt theo phương trục X để quét toàn bộ biên dạng lõm của mẫu.
Mỗi đường di chuyển nguồn nhiệt theo biên dạng mẫu (trục X) tương ứng với một phương án tôi khác nhau Đối với mỗi mẫu, chúng tôi sẽ tiến hành tôi 3 đường khác nhau, cách nhau từ 12-13 mm, phù hợp với chiều rộng của mẫu (trục Y).
Hình 4 4 Hình ảnh mô tả nguồn nhiệt di chuyển
Sau khi hoàn tất quá trình, tôi tiến hành đo độ cứng và cắt dây mẫu hàn thành những khối nhỏ Việc này giúp dễ dàng quan sát tổ chức tế vi của mẫu.
Hình 4 5 Hình mô tả mẫu sau khi tôi
4.1.4 Các thông số ảnh hưởng:
4.1.4.1 Cường độ dòng điện tôi I (A):
Cường độ dòng điện của máy hàn TIG có tác động trực tiếp đến nhiệt độ tôi bề mặt mẫu Khi cường độ dòng điện tăng, nhiệt độ tôi cũng tăng theo, và ngược lại, cường độ dòng điện thấp sẽ dẫn đến nhiệt độ tôi giảm.
Hình 4 6 Hình mô tả dòng điện khi tôi
4.1.4.2 Tốc độ tôi V (mm/phút):
Tốc độ di chuyển nguồn nhiệt trên bề mặt mẫu là yếu tố quan trọng trong quá trình tôi Để quá trình tôi diễn ra ổn định, tốc độ tôi cần phải hợp lý Nếu tốc độ tôi quá nhanh, hiệu quả của quá trình sẽ không đạt yêu cầu, trong khi nếu tốc độ quá chậm, hiệu suất cũng sẽ bị giảm.
Hình 4 7 Hình mô tả tốc độ của nguồn nhiệt khi tôi
4.1.4.3 Chiều dài hồ quang L (mm):
Khoảng cách từ bề mặt đến bề mặt vật liệu ảnh hưởng trực tiếp đến chiều rộng của vùng tôi Cụ thể, khi khoảng cách càng xa, chiều rộng vùng tôi sẽ lớn hơn, trong khi khi khoảng cách gần, chiều rộng vùng tôi sẽ nhỏ lại.
Hình 4 8 Hình mô tả chiều dài hồ quang
4.1.4.4 Lượng khí Argon Q (lít/phút):
Khí được sử dụng để bảo vệ nguồn nhiệt khỏi các tạp chất như không khí, bụi và các khí khác, giúp ngăn chặn quá trình oxi hóa trong vùng tôi.
Nguồn nhiệt khí Ar Q (lít/phút)
Hình 4 9 Hình mô tả lượng khí Argon khi tôi
Thời gian duy trì nguồn nhiệt trong quá trình tôi bề mặt mẫu rất quan trọng, giúp ổn định nhiệt độ trên bề mặt vật liệu và ngăn ngừa tình trạng quá nhiệt dẫn đến làm nóng chảy mẫu Thời gian duy trì càng lâu thì độ ổn định nhiệt độ càng thấp, trong khi thời gian duy trì nhanh sẽ mang lại độ ổn định nhiệt độ cao hơn.
Hình 4 10 Hình mô tả xung khi nguồn nhiệt đang hoạt động
4.1.5 Trường hợp tôi mẫu thử:
Sau nhiều lần thử nghiệm với các mẫu khác nhau, nhóm đã xác định thông số I0 A, V 0 mm/phút, L=2 mm, Q=10.5 lít/phút, xung=0.5s là tối ưu, mang lại kết quả ổn định và tính thẩm mỹ cao Thông số này sẽ được sử dụng làm cơ sở để phát triển các trường hợp thông số khác.
Xung (s) khí Ar Q (lít/phút)
Hình 4 11 Hình mô tả các thông số ảnh hưởng khi tôi
I là cường độ dòng điện tôi (A)
V là tốc độ tôi (mm/phút)
L là chiều dài hồ quang (mm)
Q là lượng khí Argon (lít/phút) Xung là thời gian duy trì hồ quang (s)
Nhóm đã xây dựng 50 trường hợp với 50 phương án khác nhau, bao gồm 25 trường hợp đơn biến, trong đó giá trị từng thông số được điều chỉnh dựa trên các thông số đã đề xuất trước đó.
25 trường hợp đa biến theo phương pháp Taguchi bằng phần mềm Minitab (biến thiên giá trị nhiều thông số)
Bảng 4 3 Các trường hợp đơn biến
PA I(A) V(mm/phút) L(mm) Q(l/phút) Xung(s)
Bảng 4 4 Các trường hợp đa biến
Thông số đa biến Taguchi
PA V(mm/phút) I (A) Q(l/phút) L(mm) Xung(s)
Chuẩn bị máy móc, thiết bị thí nghiệm
Máy CNC 3 trục và kết hợp với mođun xoay giúp cho quá trình thực nghiệm tôi theo biên dạng bề mặt lõm của mẫu trở nên đơn giản hơn
4.2.2 Modun xoay: Để có thể chạy được biên dạng như mẫu, thì ở đây cần sử dụng thêm một Mô-đun xoay để tăng thêm 1 trục xoay giúp cho quá trình thực nghiệm chạy theo biên dạng bề mặt cong xuống của mẫu hiệu quả hơn
Máy hàn là công cụ hỗ trợ quá trình xử lý nhiệt bề mặt được hiệu quả hơn
Hình 4 14 Máy hàn TIG Jasic 250s
Sử dụng máy cắt dây và máy cua để cắt mẫu, sau đó tiến hành tẩm thực và quan sát cấu trúc tế vi, đồng thời đo độ cứng tế vi của mẫu.
Hình 4 15 Máy cắt dây CNC
Hình 4 16 Máy cưa tự động
Bộ xung PLC được sử dụng để hỗ trợ thời gian duy trì hồ quang trong quá trình tôi
Hình 4 17 Bộ kích xung PLC
THỰC NGHIỆM
Quá trình tôi mẫu
Bước 1: Ủ phôi là quy trình cần thiết để loại bỏ ứng suất dư tồn tại do phương pháp dập khuôn Đầu tiên, khởi động lò nung và đưa các mẫu vào ủ ở nhiệt độ 600 độ C Khi đạt được nhiệt độ ủ phù hợp, giữ mẫu trong 30 phút trước khi tắt máy và làm nguội bằng không khí.
Bước 2: Lập trình quy trình hàn theo mẫu phôi đã chuẩn bị Nhóm đã xây dựng một chương trình đơn giản dựa trên các tọa độ phôi được trích xuất từ bản vẽ mẫu.
Hình 5 2 Viết chương trình NC tôi mẫu
Để thiết lập thông số cho quá trình hàn TIG, cần điều chỉnh cường độ dòng điện, lượng khí Argon và xung theo bảng thông số đã được cung cấp trước đó.
Hình 5 3 Điều chỉnh thông số quá trình tôi
Bước 4: Gá phôi lên tấm gá của máy CNC bằng cách sử dụng một số chi tiết để cố định mẫu, đồng thời nâng mẫu lên cao để phù hợp với giới hạn trục Z của máy.
Hình 5 4 Đặt mẫu thử cố định lên tấm gá
Bước 5: Tiến hành lấy chuẩn phôi bằng cách điều chỉnh trục của máy CNC chạm vào mẫu, thực hiện theo chương trình đã được lập trước đó.
Hình 5 5 Tiến hành lấy chuẩn phôi
Bước 6: Tiến hành tôi mẫu và làm nguội bằng không khí Sau khi hoàn tất các bước trước, hãy cho máy hoạt động tự động theo chương trình đã được lập trình sẵn.
Hình 5 6 Hình ảnh mô tả di chuyển nguồn nhiệt
Hình 5 7 Tiến hành tôi mẫu
Bước 7: Đem mẫu đi xử lý bề mặt để tiến hành kiểm tra và đánh giá mẫu ở phòng thí nghiệm.
Kiếm tra và kết quả mẫu
5.2.1 Kết quả mẫu sau khi tôi:
Hình 5 8 Một số mẫu sau khi tôi
5.2.2 Quá trình đo độ cứng HRC:
• Máy đo độ cứng Rockwell
Hình 5 9 Các dụng cụ, thiết bị cho việc đo độ cứng a) Máy đo độ cứng Rockwell; b) Mũi đo kim cương
Để đảm bảo độ chính xác và tối ưu trong việc đo độ cứng, cần sử dụng giấy nhám để xử lý bề mặt của các đường tôi trên mẫu thử Đặt phôi lên đế đặt phôi và kiểm tra núm đặt lực cùng với mũi đo phù hợp với chế độ đo HRC Trong trường hợp này, chế độ đo là HRC với lực P là 1500 N và mũi đo được sử dụng là kim cương hình nón.
Quay tay quay theo chiều kim đồng hồ để nâng lên cho mẫu chạm vào mũi đo Tiếp tục quay lên cho đến khi kim nhỏ quay đến điểm màu đỏ, sau đó ngừng lại Xoay mặt đồng hồ sao cho kim lớn chỉ đúng vào C-B.
Gạt cần gạt ngang về phía sau và chờ máy đo trong 10 giây để giữ lực Sau đó, quay cần gạt đứng ngược chiều kim đồng hồ cho đến khi ngừng lại Cuối cùng, đẩy cần gạt về phía trước để xem kết quả hiển thị trên đồng hồ.
Lưu ý: Vòng đen bên ngoài là giá trị của HRA, HRC còn màu đỏ bên trong là HRB Các giá trị làm tròn 0.5
Quay ngược tay quay để lấy phôi và tiến hành đo tại các vị trí gần nhau, đảm bảo thực hiện đủ ba lần đo Việc này giúp giảm thiểu sai số do độ cứng không đồng đều của phôi.
5.2.2.3 Kết quả thu được: a) Trường hợp đơn biến:
Bảng 5 1 Kết quả độ cứng khi chạy phương án đơn biến
PA I(A) V(mm/phút) L(mm) Q(l/phút) Xung(s) HRC
Bảng 5 2 Kết quả độ cứng khi chạy phương án đa biến (Taguchi)
Thông số đa biến (Taguchi)
PA I(A) V(mm/phút) Q(l/phút) L(mm) Xung(s) HRC
5.2.3 Quá trình quan sát tế vi
5.2.3.1 Chuẩn bị dụng cụ: a) Kính hiển vi:
Hình 5 10 Kính hiển vi b) Giấy nhám các loại:
Hình 5 11 Giấy nhám c) Máy đánh bóng:
Hình 5 12 Máy đáng bóng kim loại e) Chất tẩm thực:
Hình 5 13 Dung dịch axit f) Thước trắc vi:
5.2.3.2 Phân loại và cắt mẫu:
Theo mục tiêu nghiên cứu và thực nghiệm yêu cầu theo dõi tổ chức tế vi của một số mẫu tôi tiêu biểu nên phải đem đi cắt mẫu
Khi cắt mẫu, ta dùng máy cắt kim loại ở đây là máy cắt dây CNC Ta tiến hành cắt mẫu kích thước 11x12x5 để quan sát
5.2.3.3 Phương pháp xử lý: a) Mài thô:
Mẫu sau khi cắt cần được mài thô trên giấy nhám, bắt đầu từ giấy nhám số 180 và tiến dần đến các số lớn hơn như 240, 320, 400 để đạt được độ mịn mong muốn Giấy nhám được đánh số từ nhỏ đến lớn, với số lớn hơn tương ứng với độ hạt mịn hơn Để mài, mẫu được đặt trên mặt phẳng hoặc tấm kính dày, sau đó áp sát mẫu vào giấy và di chuyển theo một chiều nhất định, lặp lại động tác này để tạo ra các vết xước song song Sau đó, xoay mẫu khoảng 90 độ và tiếp tục mài để loại bỏ các vết xước cũ và tạo ra vết mới, quy trình này được lặp đi lặp lại cho đến khi đạt được bề mặt hoàn hảo.
Khi sử dụng giấy nhám, cần lặp lại quy trình với các loại giấy nhám mịn hơn như 240, 320, 400 Trước khi chuyển sang giấy nhám mịn, cần lau sạch mẫu để loại bỏ các hạt mài thô còn bám lại Bước tiếp theo là đánh bóng bề mặt.
Sau khi mài thô, bề mặt vẫn còn những vết xước mịn cần được đánh bóng để loại bỏ Quá trình đánh bóng được thực hiện trên máy đánh bóng, sử dụng miếng vải nỉ để đạt được độ mịn và bóng đẹp cho mẫu.
Để đánh bóng hiệu quả, cần thoa một lớp dung dịch mài nhỏ lên miếng vải nỉ Dung dịch này được chế tạo từ hỗn hợp Crôm oxit và nên được sử dụng cho đến khi bề mặt đạt độ mịn mà không còn vết xước.
Sau khi hoàn thành quá trình đánh bóng, mẫu cần được rửa sạch và sấy khô Tiếp theo, cần quan sát dưới kính hiển vi để kiểm tra xem có còn xước hay không; nếu phát hiện vẫn còn xước, mẫu phải được đánh bóng lại.
Tẩm thực là quá trình ăn mòn bề mặt kim loại bằng dung dịch hóa học thích hợp, còn gọi là dung dịch tẩm thực Để thực hiện tẩm thực, bề mặt mẫu cần phải được làm sạch, không có vết xước, rỉ sét và tạp chất.
Sau tẩm thực ta sẽ thấy được bề mặt mẫu bị ăn mòn và lồi lõm ứng với các pha và tổ chức
Khi sử dụng bông tẩm axit, cần thoa nhanh và đều trên bề mặt mẫu trong vài giây Sau đó, rửa sạch bề mặt mẫu bằng vòi nước để ngăn chặn sự ăn mòn hóa học, tránh tạo ra các vết đen đậm trên kim loại Cuối cùng, lau khô nhẹ nhàng trên bề mặt mẫu trước khi quan sát dưới kính hiển vi.
• Bước 1: Cắm điện bật công tắc đèn
• Bước 2: Chọn vật kính, thị kính và điều chỉnh dãn cách mắt
• Bước 3: Đặt mẫu lên bàn mẫu, nơi ánh sáng chiếu vào
• Bước 4: Điều chỉnh núm thô và quan sát trong màn hình máy tính
Để điều chỉnh núm tinh và quan sát tổ chức tế vi, trước tiên cần xác định giá trị thước đo ở độ phóng đại X50 Sử dụng thước đo vật kính, một tấm kim loại bóng được chia thành 100 vạch, mỗi vạch tương đương 0,01mm, làm chuẩn Đặt thước đo vật kính lên bàn đo mẫu kính hiển vi và điều chỉnh để nhìn rõ toàn bộ các vạch chia.
Nhóm có thể sử dụng phần mềm Tcapture để hỗ trợ quan sát tế vi bằng cách chụp thước đo vật kính ở độ phóng đại nhất định Sau đó, người dùng chỉ cần sử dụng chuột để nối các vạch chia và gán giá trị cho chúng Hệ thống phần mềm sẽ tự động lưu lại và cho phép đo kích thước hạt một cách dễ dàng và chính xác.
5.2.3.4 Quan sát tế vi: Ở đây nhóm sẽ chọn ra 3 mẫu ứng với 3 thông số tôi cho độ cứng ổn định và tính thẩm mỹ cao trong bảng trường hợp đơn biến là thông số 3, 6, 17 để tiến hành quan sát tổ chức tế vi a) Tổ chức tế vi của mẫu thông số 3:
Hình 5 15 Hình chụp bao quát vùng tôi và vùng vật liệu nền
Hình 5.15 cho thấy tổ chức tế vi của mẫu thông số 3 sau khi tôi, trong đó vùng chịu ảnh hưởng của nhiệt đã hình thành tổ chức Martensite, dẫn đến sự xuất hiện của phần tối hơn so với phần thép nền chưa bị ảnh hưởng bởi quá trình tôi.
Hình 5 16 Tổ chức của mẫu bên ngoài vùng tôi
ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ
Độ cứng Rockwell (HRC)
6.1.1 Kết quả trường hợp đơn biến:
6.1.1.1 Biến thiên giữa độ cứng Rocwell và cường độ dòng điện tôi:
Hình 6 1 Biểu đồ giữa độ cứng Rocwell và cường độ dòng điện tôi
Trong quá trình thay đổi cường độ dòng điện, độ cứng của mẫu đã có sự thay đổi rõ rệt so với mẫu trước đó, với giá trị đạt 41.16 HRC Đáng chú ý, thông số độ cứng này tỉ lệ nghịch với cường độ dòng điện, cho thấy sự ảnh hưởng của cường độ dòng điện đến độ cứng của mẫu.
100 A thì độ cứng đạt cao nhất là 41.16 HRC sau đó giảm dần xuống 36.84 HRC khi ở mức 140
A Tuy nhiên, vẫn có một ít sai số trong quá trình đo độ cứng
6.1.1.2 Biến thiên giữa độ cứng Rocwell và tốc độ tôi:
Hình 6 2 Biểu đồ giữa độ cứng Rocwell và tốc độ tôi
Theo quan sát về biến thiên tốc độ tôi mẫu, có thể nhận thấy sự thay đổi rõ rệt về độ cứng Cụ thể, khi tốc độ tôi đạt 150 mm/phút, quá trình tôi diễn ra chậm hơn so với các tốc độ khác.
DÒNG ĐIỆN TÔI (A) ĐỘ CỨNG BIẾN THIÊN THEO DÒNG ĐIỆN
TỐC ĐỘ TÔI (MM/PHÚT) ĐỘ CỨNG BIẾN THIÊN THEO TỐC ĐỘ
Quá trình tôi mẫu ở 65 độ C giúp hình thành tổ chức Martensite và Austenite rõ ràng, đạt độ cứng cao 49.58 HRC Tuy nhiên, khi tăng tốc độ, quá trình tôi diễn ra nhanh chóng, khiến mẫu không kịp hình thành tổ chức Martensite và Austenite hoàn chỉnh, dẫn đến độ cứng giảm xuống còn 34.88 HRC.
6.1.1.3 Biến thiên giữa độ cứng Rocwell và chiều dài hồ quang:
Hình 6 3 Biểu đồ giữa độ cứng Rocwell và chiều dài hồ quang
Theo biểu đồ, chiều dài hồ quang ảnh hưởng đến độ cứng của mẫu sau khi tôi Cụ thể, hồ quang ngắn (1 mm từ bề mặt mẫu) cho độ cứng cao (41.78 HRC), trong khi hồ quang xa (3 mm) dẫn đến độ cứng giảm (35.8 HRC) Tuy nhiên, sự biến thiên về độ cứng không đồng đều, với các thay đổi liên tục Điều này có thể do sai lệch khoảng cách hồ quang do máy chạy không ổn định, gá mẫu chưa bằng phẳng và sai số trong quá trình đo độ cứng.
6.1.1.4 Biến thiên giữa độ cứng Rocwell và lượng khí Argon:
Hình 6 4 Biểu đồ giữ độ cứng Rockwell và lượng khí Argon
CHIỀU DÀI HỒ QUANG (MM) ĐỘ CỨNG BIẾN THIÊN THEO CHIỀU DÀI
LƯỢNG KHÍ AR (LÍT/PHÚT) ĐỘ CỨNG BIẾN THIÊN THEO LƯỢNG
Trong quá trình thay đổi lượng khí Argon, có sự biến đổi nhất định về độ cứng Mặc dù Argon thường không làm thay đổi đáng kể độ cứng khi hàn bằng hồ quang, nhưng nó đóng vai trò quan trọng trong việc bảo vệ khu vực hồ quang khỏi tác động của không khí bên ngoài như oxi và độ ẩm Tuy nhiên, khí Argon cũng có thể ảnh hưởng đến đường hàn; nếu khí quá mạnh, nó có thể làm thay đổi bề mặt hàn, dẫn đến sự thay đổi về độ cứng và có thể gây ra sai số trong quá trình đo.
6.1.1.5 Biến thiên giữa độ cứng Rocwell và xung:
Hình 6 5 Biểu đồ giữa độ cứng Rocwell và xung
Nhóm nhận thấy rằng thời gian kích xung ảnh hưởng đến quá trình tôi và độ cứng của thép Độ cứng dao động không đồng đều, từ 37.34 HRC tại thời gian xung 0.7s đến 44.72 HRC tại thời gian xung 0.3s, cho thấy sự thay đổi giá trị xung làm thay đổi độ cứng nhưng không theo một chiều hướng cụ thể Ngoài ra, sai số trong quá trình đo độ cứng có thể làm giá trị này chưa ổn định.
Kết luận cho thấy rằng các thông số đơn biến đều ảnh hưởng đến độ cứng Rockwell của bề mặt mẫu trong quá trình tôi Mặc dù dữ liệu thu được khá cao, nhưng sự biến thiên không theo một chiều hướng cụ thể, một phần do quá trình thử nghiệm chưa được tối ưu và một phần do sai số trong đo lường Ngoài ra, chất lượng máy móc thiết bị cũng có thể không đáp ứng yêu cầu cho quá trình thực nghiệm.
XUNG (S) ĐỘ CỨNG BIẾN THIÊN THEO XUNG
6.1.2 Kết quả trường hợp đa biến (Taguchi):
Sau khi nhóm đã thu thập kết quả độ cứng từ bảng 5.2, chúng tôi tiến hành nhập tất cả các giá trị này vào phần mềm Minitab Việc này giúp phần mềm thực hiện tính toán và cung cấp kết quả một cách cụ thể và trực quan hơn.
6.1.2.1 Đánh giá kết quả theo thông số ảnh hưởng đến tỉ số S/N:
Bảng 6 1 Đánh giá kết quả theo thông số ảnh hưởng đến tỉ số S/N
Hình 6 6 Biểu đồ sự ảnh hưởng của độ cứng với tỷ số SN
Theo hình 6.6 và bảng 6.1, cho thấy được sự ảnh hưởng của thông số với tỷ số S/N
Tốc độ tôi V (mm/phút) là yếu tố ảnh hưởng chính đến tỷ số S/N, với sự thay đổi không đáng kể từ 150 mm/phút đến 175 mm/phút, giảm từ 31.99 xuống 31.07 Từ 175 mm/phút đến 200 mm/phút, tỷ số S/N chỉ tăng nhẹ từ 31.07 lên 31.11 Tuy nhiên, trong khoảng từ 200 mm/phút đến 215 mm/phút, tỷ số S/N giảm mạnh từ 31.11 xuống 29.76, sau đó tăng nhẹ lên 30.38 khi tốc độ tăng từ 225 mm/phút đến 250 mm/phút Điều này cho thấy tỷ số S/N có mối quan hệ tỷ lệ nghịch với tốc độ tôi; tốc độ càng cao khiến quá trình tôi diễn ra nhanh hơn, làm giảm sự hình thành tổ chức martensite, dẫn đến tỷ số S/N thấp Giá trị cao nhất của tỷ số S/N là 31.99 tại tốc độ tôi V 100 mm/phút.
Lượng khí Q (lít/phút) ảnh hưởng đến tỷ số S/N một cách không đồng nhất Trong khoảng từ 8.5 đến 9.5 lít/phút, tỷ số S/N giảm nhẹ từ 30.81 xuống 30.48 Tuy nhiên, từ 9.5 lít/phút đến 10.5 lít/phút, tỷ số S/N tăng lên từ 30.48 đến 30.77, và tiếp tục tăng đến 31.54 khi lượng khí đạt 11.5 lít/phút Sau đó, từ 11.5 lít/phút đến 12.5 lít/phút, tỷ số S/N lại giảm xuống 30.7 Giá trị cao nhất của tỷ số S/N là 31.54 tại lượng khí Q 11.5 lít/phút.
Cường độ dòng điện I (A) ảnh hưởng đến tỷ số S/N, với sự thay đổi từ 100 A đến 120 A chỉ làm giảm tỷ số S/N từ 31.05 xuống 30.74 Tuy nhiên, khi cường độ tăng từ 120 A lên 130 A, tỷ số S/N tăng lên 31.21, đạt giá trị cao nhất Sau đó, khi cường độ tiếp tục tăng từ 130 A đến 140 A, tỷ số S/N lại giảm xuống còn 30.35.
Thời gian kích xung (s) là yếu tố ảnh hưởng xếp thứ 4 so với tỷ số S/N Sự thay đổi giá trị tỷ số S/N của yếu tố này tương đồng với cường độ dòng điện, nhưng mức độ thay đổi nhỏ hơn Cụ thể, từ 0.3s đến 0.4s, giá trị giảm từ 31.01 xuống 30.92, tiếp tục giảm xuống 30.69 trong khoảng 0.4s đến 0.5s Sau đó, giá trị tăng lên 31.06 trong khoảng 0.5s đến 0.6s, và cuối cùng giảm xuống 30.64 trong khoảng 0.6s đến 0.7s Giá trị cao nhất của tỷ số S/N đạt được là 31.06 khi thời gian kích xung là 0.6s.
Chiều dài hồ quang L (mm) là yếu tố cuối cùng ảnh hưởng đến tỷ số S/N Giá trị này có xu hướng tăng từ 30.74 lên 30.95 trong khoảng từ 1 mm đến 1.5 mm, tiếp tục tăng lên 31.03 trong khoảng từ 1.5 mm đến 2 mm Tuy nhiên, từ 2 mm đến 2.5 mm, giá trị bắt đầu giảm dần còn 30.92 và tiếp tục giảm xuống 30.66 trong khoảng từ 2.5 mm đến 3 mm Như vậy, tỷ số S/N biến thiên theo một vòng cung gần.
69 như là đối xứng nhau thông qua giá trị ở giữa cũng là giá trị cao nhất là 31.03 khi giá trị L là 2 mm
6.1.2.2 Đánh giá kết quả theo thông số ảnh hưởng đến độ cứng:
Bảng 6 2 Đánh giá kết quả thông số ảnh hưởng đến độ cứng
Hình 6 7 Biểu đồ của thông số ảnh hưởng đến độ cứng
Kết quả nghiên cứu cho thấy các thông số ảnh hưởng đến độ cứng có mối tương đồng với tỷ lệ S/N Trong đó, tốc độ tôi V đứng đầu bảng, tiếp theo là lượng khí Q, dòng điện I, thời gian kích xung, và cuối cùng là chiều dài hồ quang L Xu hướng ảnh hưởng của các thông số này đến độ cứng thể hiện đồ thị tương tự với tỷ lệ S/N.
Kết luận: Qua kết quả thí nghiệm và phân tích số liệu trong bảng 6.1, 6.2 và hình 6.6,
6.7 nhóm có được bộ thông số tôi tối ưu như sau:
• Tốc độ tôi A: 100 mm/phút
• Cường độ dòng điện tôi I: 130 A
• Chiều dài hồ quang L: 2 mm
Độ cứng tế vi (HV0.3)
Hình 6 8 Biểu đồ độ cứng tế vi ứng với chiều sâu bề mặt
Kết quả đo được cho thấy độ cứng tế vi trung bình trong vùng tôi đạt 473.21 HV0.3, đồng thời đã xây dựng biểu đồ thể hiện mối quan hệ giữa độ cứng tế vi và chiều sâu bề mặt.
Độ cứng của vật liệu giảm dần theo chiều sâu, với mức độ ổn định từ 100 μm đến 1400 μm, đạt giá trị khoảng 445 HV0.3 đến 417 HV0.3 Đặc biệt, tại độ sâu 1200 μm, độ cứng tăng lên 576 HV0.3 do ảnh hưởng của quá trình tôi hồ quang, dẫn đến sự hình thành tổ chức Martensite Tuy nhiên, từ độ sâu 2000 μm đến 2700 μm, độ cứng giảm rõ rệt từ 256 HV0.3 xuống 176 HV0.3, nguyên nhân là do khu vực này nằm ngoài vùng tôi hồ quang, nơi có hai tổ chức cơ bản của vật liệu nền.
Chiều sâu từ bề mặt (um) ĐỘ CỨNG TẾ VI (MẪU 06)
Pearlite và Ferrite) nên độ cứng có phần mềm hơn và giảm dần đến mức gần sát với độ cứng thép nền trước khi tôi
Kết luận: Kết quả cho thấy hiệu quả của quá trình tôi bề mặt bằng hồ quang là tương đối rõ ràng Mặc dù các số liệu có sự chênh lệch nhất định, nhưng chúng vẫn chứng minh rằng thông số tôi có ảnh hưởng đáng kể đến sự biến đổi độ cứng của thép theo chiều sâu từ bề mặt.