(Đồ án hcmute) nghiên cứu cơ sở lý thuyết công nghệ phun phủ kim loại và phương pháp laser cladding áp dụng sửa chữa, phục hồi, nâng cao chất lượng bề mặt vật liệu

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP NGHIÊN CỨU CƠ SỞ LÝ THUYẾT CÔNG NGHỆ PHUN PHỦ KIM LOẠI VÀ PHƯƠNG PHÁP LASER CLADDING ÁP DỤNG SỬA CHỬA, PHỤC HỒI, NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT VẬT LIỆU GVHD: TS PHẠM THỊ HỒNG NGA SVTH: HỒ THỊ HOÀI THƯƠNG MSSV: 12104234 NGUYỄN VĂN TƯ MSSV: 12104275 S KL 0 7 Tp Hồ Chí Minh, tháng 07 năm 2016 an TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY CỘNG HỒ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự – Hạnh phúc Bộ mơn KỸ THUẬT CƠNG NGHIỆP -o0o - NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Danh sách sinh viên: 02 SV STT HỌ TÊN SV MSSV 1 Hồ Thị Hoài Thƣơng 12104234 121041 2012 – 2016 2 Nguyễn Văn Tƣ 12104275 121042 2012 - 2016 Ngành đào tạo: Kỹ thuật Công nghiệp LỚP KHĨA Hệ: Đại học qui Tên đề tài: Nghiên cứu sở lý thuyết công nghệ phun phủ kim loại phương pháp Laser Cladding áp dụng sửa chữa, phục hồi, nâng cao chất lượng bề mặt vật liệu Các số liệu, tài liệu ban đầu: - Các báo nƣớc nƣớc phƣơng pháp phun phủ kim loại Nội dung đồ án: - Nghiên cứu tổng quan phƣơng pháp phun phủ kim loại, phƣơng pháp nâng cao chất lƣợng bề mặt tia laser - Nghiên cứu chuyên sâu công nghệ phun phủ kim loại hồ quang điện, công nghệ phun plasma, phƣơng pháp Laser Cladding - Thực nghiệm với lớp phủ khác - Nghiên cứu tổ chức tế vi tính lớp phủ Sản phẩm đề tài: - Các mẫu lớp phủ thực công nghệ phun phủ kim loại hồ quang điện, công nghệ phun plasma, phƣơng pháp Laser Cladding - Giáo trình phƣơng pháp Laser Cladding Ngày giao đồ án:… Ngày nộp đồ án: … TRƢỞNG BỘ MÔN GIẢNG VIÊN HƢỚNG DẪN (Ký, ghi rõ họ tên) (Ký, ghi rõ họ tên)  Đƣợc phép bảo vệ ………………………………………… (GVHD ký, ghi rõ họ tên) i an LỜI CAM KẾT - Tên đề tài: “Nghiên cứu sở lý thuyết công nghệ phun phủ kim loại phƣơng pháp Laser Cladding áp dụng sửa chữa, phục hồi, nâng cao chất lƣợng bề mặt vật liệu” - GVHD: TS Phạm Thị Hồng Nga - Họ tên sinh viên:  Hồ Thị Hoài Thƣơng MSSV: 12104234 Số điện thoại liên lạc: 01655058416  Nguyễn Văn Tƣ Email: hoaithuong.spkt.kcn12@gmail.com MSSV: 12104275 Số điện thoại liên lạc: 01686636165 Lớp: 121041 Lớp: 121042 Email: vantunguyen165@gmail.com - Ngày nộp khoá luận tốt nghiệp (ĐATN): - Lời cam kết: “Tơi xin cam đoan khố luận tốt nghiệp (ĐATN) cơng trình tơi nghiên cứu thực Tôi không chép từ viết công bố mà khơng trích dẫn nguồn gốc Nếu có vi phạm nào, tơi xin chịu hồn tồn trách nhiệm” Tp Hồ Chí Minh, ngày … tháng 07 Năm 2016 Ký tên ii an LỜI CẢM ƠN Trong thời gian thực khóa luận tốt nghiệp, dƣới hƣớng dẫn tận tình giáo viên hƣớng dẫn đƣợc phía nhà trƣờng tạo điều kiện thuận lợi, chúng em có q trình nghiên cứu, tìm hiểu học tập nghiêm túc để hoàn thành đề tài Kết thu đƣợc không nỗ lực cá nhân nhóm mà cịn có giúp đỡ q thầy cơ, gia đình bạn Em xin chân thành cảm ơn! Các thầy cô khoa Cơ Khí Chế Tạo Máy trƣờng Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật TP.HCM truyền đạt kiến thức quý báu để từ em vận dụng công việc sau an giám hiệu trƣờng Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật TP.HCM tạo điều kiện thuận lợi giúp đỡ em trình học tập hoàn thành đề tài Đặc biệt em xin chân thành cảm ơn T.S Phạm Thị Hồng Nga ngƣời trực tiếp hƣớng dẫn đề tài Trong trình thực đề tài tận tình hƣớng dẫn, giúp em giải vấn đề nảy sinh q trình thực hồn thành đề tài định hƣớng ban đầu Trong q trình thực khố luận tốt nghiệp, chúng em đƣợc giúp đỡ, hỗ trợ động viên từ gia đình bạn Nhờ mà chúng em hồn thành đƣợc khóa luận nhƣ mong muốn Xin gửi lời cảm ơn chân thành đến đội ngũ nhân viên Công ty Xử Lý Nhiệt Minh Hạnh, Cơ Sở Gia Cơng Cơ Khí Chính Xác Nhƣ Ngọc giúp đỡ em việc thực đề tài Chúng em gửi lời cảm ơn đến Th.S Nguyễn Văn Thức – Bộ môn Kỹ Thuật Công Nghiệp thuộc trƣờng Đại học Sƣ Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh, Th.S Lý Quốc Cƣờng – Viện Kỹ Thuật Nhiệt Đới – Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam, cô Trần Thị Tuyết Nga – Khoa Công Nghệ Vật Liệu thuộc trƣờng Đại Học Bách Khoa Thành Phố Hồ Chí Minh, thầy Trần Ngọc Thiện – Khoa Cơ Khí thuộc trƣờng Cao đẳng Cao Thắng Xin chân thành cảm ơn thầy cô hội đồng chấm khóa luận tốt nghiệp cho chúng em đóng góp quý báu để đề tài nghiên cứu thêm hồn chỉnh Trong q trình thực trình bày khóa luận khơng thể tránh khỏi sai sót hạn chế, chúng em mong nhận đƣợc góp ý, nhận xét phê bình quý thầy cô bạn Sinh viên thực Hồ Thị Hoài Thƣơng Nguyễn Văn Tƣ iii an TÓM TẮT ĐỒ ÁN Nghiên cứu sở lý thuyết công nghệ phun phủ kim loại phƣơng pháp Laser Cladding áp dụng sửa chữa, phục hồi, nâng cao chất lƣợng bề mặt vật liệu Phun phủ kim loại phƣơng pháp gia công bề mặt vật liệu đƣợc sử dụng rộng rãi nƣớc tiên tiến, nhƣ đƣợc sử dụng nhiều thập kỷ qua giới, phƣơng pháp phun phủ loại phƣơng pháp tiên tiến đƣợc đƣa vào Việt Nam, làm tăng độ cứng độ bền bề mặt chi tiết, khả chống mài mòn ăn mòn tốt Hiện phun phủ kim loại đƣợc sử dụng nhiều ngành kỹ thuật đem lại hiệu đáng khích lệ Cơng dụng chủ yếu bảo vệ kết cấu chi tiết làm việc môi trƣờng khác nhau, phục hồi chi tiết máy bị mài mòn, ăn mòn, xâm thực Trong đồ án giới thiệu trình bày dạng sai hỏng, phân tích điều kiện làm việc nhƣ vật liệu chế tạo khn dập nóng, từ áp dụng phƣơng pháp hóa bền bề mặt để làm tăng tính làm việc vật liệu Ngồi cịn trình bày số loại công nghệ phun phủ nhiệt, cụ thể công nghệ phun phủ hồ quang điện, Plasma Laser Cladding Sau tiến hành thực nghiệm nhiệt luyện phun phủ loại bột 25%Cr – 5%Al – Fe, Al2O3 – 40%TiO2, Co50 – 20%TiC thép SKD61, kiểm tra đặc tính lớp phủ phƣơng pháp quan sát tổ chức tế vi đo độ cứng Kết thực nghiệm cho thấy lớp phủ 25%Cr – 5%Al – Fe xuất vết nứt, lớp phủ Al2O3 – 40%TiO2 đồng nhƣng độ cứng thấp thép SKD61, lớp phủ Co50 – 20%TiC đạt độ cứng đề (cao thép nền) Sinh viên thực Hồ Thị Hoài Thƣơng Nguyễn Văn Tƣ iv an ABSTRACT Researching the basic theory about metal spraying technology and Laser Cladding method for applying to repair, restore, and improve the quality of material surface Metal spraying is one of the material surface repairing method which is widely used in advanced countries, as well as used for many decades all over the world, metal spraying is an advanced method that introduced to Vietnam, to increase the hardness and durability of the machine surfaces, resistance to abrasion and corrosion Currently, metal spraying has also been used in many technical branches and brought many good results Its principal use is protect the texture and detail which work in different environments, restore the mechine parts that abraded, corrosive, This project will introduce and present the wrong surface types, and analyze working conditions as well as mechanical materials of hot die Since then, to apply the surface hardening method to increase the working properties of material Moreover it also presents some thermal spraying technology, specially electric arc spraying, and plasma spraying, and Laser Cladding technology And then conducting experiments on heat and spraying 25%Cr – 5%Al – Fe, Al2O3 – 40%TiO2, Co50 – 20%TiC flour with SKD61 steel, checking the properties of the coating by microstructure observation and hardness method The experiment results showed that 25%Cr – 5%Al – Fe coating appears cracks, Al2O3 40% TiO2 coating is equal but lower than hardness of orginal SKD61 steel, Co50 - 20% TiC coating achieve hardness as request (higher orginal steel) v an MỤC LỤC NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP i LỜI CAM KẾT ii LỜI CẢM ƠN iii TÓM TẮT ĐỒ ÁN iv ABSTRACT v MỤC LỤC vi DANH MỤC BẢNG BIỂU ix DANH MỤC SƠ ĐỒ, HÌNH ẢNH x DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT xiii CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU 1.1 Tính cấp thiết đề tài: 1.2 Mục đích nghiên cứu đề tài: 1.3 Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu: 1.3.1 Đối tƣợng nghiên cứu: 1.3.2 Phạm vi nghiên cứu: 1.4.Phƣơng pháp nghiên cứu: 1.5.Nội dung đồ án tốt nghiệp CHƢƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1.Khn dập nóng 2.1.1Khái niệm dập nóng: 2.1.2Điều kiện làm việc khn dập nóng: 2.1.3Yêu cầu tính khn dập nóng: 2.1.4 Các dạng sai hỏng phƣơng pháp nâng cao chất lƣợng bề mặt Laser: 2.1.5 Vật liệu làm khn dập nóng: 2.2 Thép SKD61: 2.3 Khái quát công nghệ phun phủ: 2.4 Các phƣơng pháp phun phủ nhiệt: 2.4.1 Phƣơng pháp phun phủ khí cháy: 2.4.2 Phƣơng pháp phun nổ: 12 vi an 2.4.3 Phƣơng pháp phun HVOF: 13 2.4.4 Công nghệ phun phủ kim loại hồ quang điện: 14 2.4.5 Công nghệ phun plasma: 15 2.5 Các phƣơng pháp nâng cao chất lƣợng bề mặt tia Laser: 16 2.5.1 Kiểu gia nhiệt – Heating 16 2.5.2 Kiểu nóng chảy – Melting 20 2.5.3 Kiểu bốc - Vaporization 23 2.6 Laser Cladding: 25 2.6.1 Định nghĩa: 25 2.6.2 Sơ đồ cấu tạo: 26 2.6.3 Nguyên lý hoạt động phƣơng pháp Laser Cladding: 26 2.6.4 Ƣu điểm phƣơng pháp Laser Cladding: 26 2.6.5Vật liệu phun phủ: 27 2.6.7 Các ứng dụng phƣơng pháp Laser Cladding: 30 CHƢƠNG 3: CÔNG NGHỆ PHUN PHỦ NHIỆT 32 3.1 Công nghệ phun phủ hồ quang điện: 32 3.1.1 Định nghĩa: 32 3.1.2 Nguyên lý: 32 3.1.3 Ƣu nhƣợc điểm: 32 3.1.4 Ứng dụng phun phủ kim loại công nghệ phun hồ quang: 33 3.2 Công nghệ phun phủ Plasma: 35 3.2.1 Định nghĩa: 35 3.2.2 Nguyên lý: 35 3.2.3 Vật liệu dùng phun phủ Plasma: 36 3.2.4 Ƣu nhƣợc điểm: 36 3.2.5 Thông số máy: Thiết bị phun phủ plasma 3710-PRAXAIR-TAFA, Mỹ: 37 CHƢƠNG 4: PHƢƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM 38 4.1Vật liệu nghiên cứu: 38 4.1.1 Thép nền: 38 4.1.2 Lớp phủ: 38 4.2 Tính tốn cho trình nhiệt luyện: 41 4.2.1 Tôi: 41 vii an 4.2.2 Ram: 42 4.3 Xử lí bề mặt trƣớc phun: 43 4.4 Chế độ phun: 44 4.4.1 Phun plasma cho lớp phủ Al2O3- 40%TiO2 45 4.4.2 Phun hồ quang điện cho lớp phủ 25%Cr - 5%Al - Fe: 45 4.4.3 Phƣơng pháp Laser Cladding cho lớp phủ Co50 – 20%TiC: 46 4.5 Phƣơng pháp nghiên cứu tổ chức tế vi: 47 4.6 Phƣơng pháp đo độ cứng: 49 4.6.1 Khái niệm 49 4.6.2 Chuẩn bị mẫu đo: 49 CHƢƠNG 5: PHÂN TÍCH KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 53 5.1 Phân tích hình dạng lớp phủ: 53 5.1.1 Hình dạng lớp phủ: 53 5.1.2 Phân tích hình thái hình học mặt cắt ngang lớp phủ: 55 5.2 Phân tích tổ chức tế vi 57 5.2.1 Tổ chức tế vi mẫu S1 57 5.2.2 Tổ chức tế vi mẫu S3: 58 5.3 Độ cứng: 58 5.4 Nhận xét: 60 CHƢƠNG 6: KẾT LUẬN, Ý KIẾN 61 Phần lý thuyết : 61 Phần thực nghiệm: 61 Kiến nghị 61 TÀI LIỆU THAM KHẢO 63 PHỤ LỤC 65 viii an DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2.1 Thành phần hóa học thép SKD61 Bảng 4.1 Thành phần hóa học mẫu thép SKD61 dùng thực nghiệm……………… 38 Bảng 4.2 Thành phần hóa học vật liệu phun Al2O3 – 40%TiO2 40 Bảng 4.3 Thành phần hóa học vật liệu phun 25%Cr – 5%Al – Fe 40 Bảng 4.4 Thành phần hóa học ( % trọng lƣợng) lớp phủ Co dùng thí nghiệm 40 Bảng 4.5 Qui ƣớc đặt tên mẫu 40 Bảng 4.6 Thông số chế độ phun plasma 45 Bảng 5.1 Hình dạng lớp phủ 53 Bảng 5.2 Tính chất số vật liệu 54 Bảng 5.3 Độ cứng mẫu thép SKD61 ban đầu sau + ram (HV0.1) 58 Bảng 5.4 Độ cứng mẫu S1 S3 (HV0.1) 59 ix an CHƢƠNG PHƢƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM Trong đó: HV: kí hiệu đo độ cứng Vickers 0.1: tải đặt vào máy 9.807 N Đo độ cứng tế vi máy đo độ cứng Vickers: thực phịng thí nghiệm cơng ty TNHH D.V.G – nhà phân phối độc quyền lueler Hình 4.13 Phương pháp máy đo độ cứng Vickers Tukon 1102 hãng Blueler 52 an CHƢƠNG 5: PHÂN TÍCH KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM CHƢƠNG 5: PHÂN TÍCH KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 5.1 Phân tích hình dạng lớp phủ: 5.1.1 Hình dạng lớp phủ: Bảng 5.1 Hình dạng lớp phủ Mẫu Cấu trúc tế vi mặt cắt ngang lớp Hình dạng lớp phủ phủ Lớp phủ S1 Lớp phủ S2 Lớp phủ S3 Từ bảng 5.1 ta thấy: - Mẫu S1: khơng có vết nứt, độ phẳng độ nhấp nhô tƣơng đối, lớp phủ có màu tối phân bố đồng - Mẫu S2: xuất vết nứt, bề mặt lớp phủ có độ nhấp nhô lớn, lớp phủ sáng tƣơng đối đồng 53 an CHƢƠNG 5: PHÂN TÍCH KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM - Mẫu S3: khơng có vết nứt, nhƣng lớp phủ có độ nhấp nhơ lớn, độ phẳng lớp phủ thấp, hai bên mép xuất hạt vật liệu bị phun bắn q trình LC bề mặt lớp phủ cịn tồn rỗ khí Nguyên nhân tạo thành vết nứt mẫu S2 thơng số cơng nghệ, điều kiện công nghệ xử lý, lớp phủ, trạng thái vật liệu yếu tố khác… Vì vật liệu kim loại loại carbide có thông số nhiệt học chênh lệch lớn, nên q trình đơng đặc bị co rút, phát sinh ứng suất kéo, ứng suất kéo lớn ứng suất tới hạn, lớp phủ xuất vết nứt Vì khơng tiến hành nghiên cứu mẫu lớp phủ Bảng 5.2 Tính chất số vật liệu Nhiệt độ Tỉ trọng g /cm3 nóng chảy ℃ Al2O3 3.97 TiO2 Vật liệu Hệ số giãn nở nhiệt Modul đàn hồi 10-6/℃ GPa 2072 8.1 300 3.5 ÷ 4.2 1843 230 Cr 7.19 1907 4.9 279 Al 2.7 660.4 23.1 69 TiC 4.93 3147 7.4 460 Co 8.83 1492 12.5 219 SKD61 7.80 1427 12.4 210 Từ bảng 5.2 ta thấy: - Hệ số giãn nở nhiệt hai loại lớp phủ (hợp kim Co hợp kim Al2O3 – 40%TiC) thép SKD61 tƣơng đồng, điều có lợi cho việc giảm thiểu ứng suất nhiệt hình thành vết nứt - Hợp kim Cr - Al – Fe có hệ số giãn nở nhiệt chênh lệch nhiều với thép SKD61, điều nguyên nhân gây việc tăng ứng suất nhiệt hình thành vết nứt bong tróc lớp phủ 54 an CHƢƠNG 5: PHÂN TÍCH KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 5.1.2 Phân tích hình thái hình học mặt cắt ngang lớp phủ: Đƣờng liên kết Vùng ảnh hƣởng nhiệt Lớp phủ Thép Hình 5.1 Mặt cắt ngang lớp phủ Al2O3 – 40%TiO2 Dựa vào hình 5.1, ta thấy mẫu S1 với vùng khác nhau: vùng lớp phủ, vùng ảnh hƣởng nhiệt vùng thép Vùng lớp phủ mịn khơng có rỗ khí Thép Đƣờng liên kết Lớp phủ Hình 5.2 Mặt cắt ngang lớp phủ 25%Cr – 5%Al – Fe Từ hình 5.2 ta thấy cấu trúc lớp phủ mẫu S2 gồm: vùng lớp phủ, vùng ảnh hƣởng nhiệt dƣới thép Vùng lớp phủ xốp có vết nứt, khơng tiến hành nghiên cứu thêm mẫu 55 an CHƢƠNG 5: PHÂN TÍCH KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM Hình 5.3 Mặt cắt ngang lớp phủ Co50 - 20%TiC Từ hình 5.3 ta thấy lớp phủ vật liệu hình thành đƣợc liên kết kim loại, nhƣng độ dày lớp phủ không cao (khoảng 1.05 mm), vùng ảnh hƣởng nhiệt khoảng 1.17mm Ta thấy rõ ba vùng: lớp phủ, vùng ảnh hƣởng nhiệt thép Đồng thời vùng liên kết mịn khơng có rỗ khí Hình 5.4 Tổ chức tế vi thép SKD61 + ram Thép có tổ chức mactensit (thép SKD61) nhƣng vùng ảnh hƣởng nhiệt lại có hạt to, nguyên nhân thép bị ảnh hƣởng nhiệt từ nguồn lƣợng lớn từ tia laser, làm biên giới hạt bị di chuyển, dẫn đến tƣợng hạt lớn “nuốt” hạt bé 56 an CHƢƠNG 5: PHÂN TÍCH KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 5.2 Phân tích tổ chức tế vi 5.2.1 Tổ chức tế vi mẫu S1 Hình 5.5 Tổ chức tế vi mẫu S1 (phủ Al2O3 - 40% TiO2 ) X 200 Dựa vào hình 5.4 thấy phần tiếp xúc thép lớp phủ xuất đƣờng ranh giới rõ màu đen gồ ghề Đƣờng ranh giới gồ ghề sau gia công xong, mẫu đƣợc phun cát để tạo độ nhám Hình 5.6 Tổ chức tế vi mẫu S1 (phủ Al2O3 - 40%TiO2 ) X 1000 Quan sát hình 5.5 dễ dàng nhận lớp phủ có cấu trúc nhiều lớp vật liệu xếp chồng khít lên nhau, với hai vùng sáng tối, vùng tối Al2O3 vùng sáng TiO2 Quá trình phun diễn nhƣ sau: bột phun ban đầu gồm Al2O3 anatase- TiO2 Sau qua vùng plasma, phần bột Al2O3 chuyển thành γ- Al2O3 phần thành α- Al2O3 trình phun, hầu hết hạt nóng chảy chuyển sang giai đoạn γ- Al2O3, số hạt phần bên chƣa nóng chảy nên cịn α- Al2O3 Trong anatase- TiO2 chuyển thành rutil- TiO2 Bên cạnh đó, phƣơng pháp phát xạ tia X, ngƣời ta tìm thấy pha Al2TiO5 [15] 57 an CHƢƠNG 5: PHÂN TÍCH KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 5.2.2 Tổ chức tế vi mẫu S3: Hình 5.7 Tổ chức tế vi mẫu S3 Hình 5.7 ảnh tổ chức tế vi khu vực liên kết lớp phủ với bề mặt thép mẫu S3 Từ hình ta thấy mẫu xuất đƣờng liên kết hẹp màu trắng lớp phủ với bề mặt thép Trên “dải màu trắng” có nhiều hạt TiC đen, với hàm lƣợng TiC ngày tăng làm cho pha tiến triển nhanh hơn, kích thƣớc tổ chức hạt tăng đƣợc phân bố lớp phủ Từ đƣờng liên kết đến đỉnh lớp phủ thấy gồm có tinh thể lớn mặt liên kết lớp phủ thép nền, tiếp đến tinh thể dạng nhánh thẳng đứng hạt TiC màu đen 5.3 Độ cứng: Bảng 5.3 Độ cứng mẫu thép SKD61 ban đầu sau + ram (HV0.1) Mẫu SKD61 ban đầu SKD61 sau + ram Độ cứng 252.5 581.5 58 an CHƢƠNG 5: PHÂN TÍCH KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM Bảng 5.4 Độ cứng mẫu S1 S3 (HV0.1) Vị trí Mẫu S1 S3 608.4 237.5 588.5 239.5 610.9 244.8 340.6 432 195.3 529.5 243.9 687 246.8 724.5 249.8 755.3 191.4 816.3 10 248.7 794.6 Thép Vùng ảnh hƣởng nhiệt Lớp phủ 900 Độ cứng (HV0.1 ) 800 700 600 500 Mẫu S1 400 Mẫu S3 300 200 100 10 Hình 5.8 Biểu đồ thể độ cứng mẫu S1 S3 vị trí 59 an CHƢƠNG 5: PHÂN TÍCH KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM Dựa vào hình 5.12 trên, thấy độ cứng lớp phủ chia thành vùng rõ rệt giá trị độ cứng vùng chênh lệch cao Đối với mẫu S1, từ thép đến đỉnh lớp phủ độ cứng có xu hƣớng giảm dần độ cứng lớp phủ thấp thép nhiều Điều chứng tỏ lớp phủ chƣa đạt yêu cầu tính điều kiện làm việc khn dập nóng Độ cứng mẫu S1 khoảng 230 HV, không đạt u cầu làm việc khn dập nóng Mặc dù mẫu S1 không đạt yêu cầu đề nhƣng nghĩa lớp phủ Al2O3 - 40%TiO2 khơng thể sử dụng đƣợc Đã có thí nghiệm ứng dụng lớp phủ đạt kết độ cứng 900- 970 HV [17] Thí nghiệm khơng thành cơng có ngun nhân khác từ nguồn cung cấp bột Al2O3 - 40%TiO2 chế độ phun không hợp lý Độ cứng lớp phủ mẫu S3 khoảng 750 HV, đạt u cầu làm việc khn dập nóng Đối với mẫu S3, từ thép đến đỉnh lớp phủ độ cứng có xu hƣớng tăng dần độ cứng lớp phủ cao so với thép ( cao khoảng lần) Nhƣ độ cứng lớp phủ đạt đƣợc yêu cầu đặt ban đầu Từ hình 5.3 hình 5.8, tƣơng ứng với phần tráng phủ có độ cứng cao Vùng vùng liên kết có độ cứng thấp lớp phủ hai vùng có tồn Fe khuếch tán từ thép vào dƣới tác dụng nhiệt laser Vùng ảnh hƣởng nhiệt có độ cứng cao thép nền, ngun nhân q trình thí nghiệm, tác dụng nhiệt laser làm cho nguyên tố Co, Mo số nguyên tố khác khuếch tán vào thép, đồng thời, việc nhiệt độ tăng cao hạ thấp bất thƣờng vùng nhiệt làm cho vùng trở nên cứng thép 5.4 Nhận xét: Kết thí nghiệm cho thấy: - Độ cứng mẫu SKD61 ban đầu khoảng 252.5 HV - Độ cứng mẫu SKD61 sau + ram khoảng 570 – 593 HV, tăng so với mẫu SKD61 ban đầu, độ cứng trung bình khoảng 581.5 HV tƣơng đƣơng khoảng 52HRC, đảm bảo yêu cầu làm việc khn dập nóng Ngun nhân tăng độ cứng mẫu SKD61 qua nhiệt luyện, tổ chức nhận đƣợc mactenxit r - am hạt cacbit có độ cứng cao 60 an CHƢƠNG 6: KẾT LUẬN, Ý KIẾN CHƢƠNG 6: KẾT LUẬN, Ý KIẾN Đề tài tốt nghiệp “Nghiên cứu sở lý thuyết công nghệ phun phủ kim loại phƣơng pháp Laser Cladding áp dụng sửa chữa, phục hồi, nâng cao chất lƣợng bề mặt vật liệu” đƣợc hoàn thành thuyết minh phần thực nghiệm nghiên cứu:  Phần lý thuyết : Nhóm nghiên cứu đƣợc: Nguyên lý làm việc, ƣu - nhƣợc điểm phƣơng pháp phun phủ hồ quang điện, trình phun phủ hình thành lớp phủ plasma Laser Cladding, yếu tố ảnh hƣởng đến trình phun phủ, cấu trúc lớp phủ  Phần thực nghiệm: - Tính tốn nhiệt luyện đƣợc thép SKD61 để đạt đƣợc tính khn dập nóng - Xác định đƣợc tổ chức tế vi thép SKD61 sau nhiệt luyện mactenxit ram (hình kim) loại cacbide nhỏ mịn - Xác định đƣợc tổ chức tế vi mẫu lớp phủ Al2O3 - 40%TiO2: lớp phủ có cấu trúc nhiều lớp vật liệu xếp chồng lên nhau, với hai vùng sáng tối, vùng tối Al2O3 vùng sáng TiO2 - Xác định đƣợc tổ chức tế vi lớp phủ Co50 – 20%TiC tinh thể dendrite eutectic - Xác định đƣợc độ cứng mẫu SKD61 ban đầu 253HV, độ cứng SKD61 sau nhiệt luyện 570 ÷ 620HV, Độ cứng mẫu S1 khoảng 230HV, độ cứng mẫu S3 khoảng 750HV Từ vẽ biểu đồ so sánh độ cứng hai mẫu S1 S3 - Lớp phủ Co50 – 20%TiC đạt yêu cầu độ cứng đặt ra, nhiên cần phải nghiên cứu thêm chế độ phun, xử lí sau phun,… để tạo lớp phủ chất lƣợng áp dụng vào thực tế sản xuất Kiến nghị Qua đề tài nghiên cứu “Nghiên cứu sở lý thuyết công nghệ phun phủ kim loại phƣơng pháp Laser Cladding áp dụng sửa chữa, phục hồi, nâng cao chất lƣợng bề mặt vật liệu”, nhóm có đề xuất phƣơng hƣớng phát triển cơng nghệ phun phủ: Do cơng nghệ phun phủ bảo vệ nhƣ phục hồi bề mặt chi tiết tối ƣu so với phƣơng pháp hóa bền bề mặt khác nhƣ hóa nhiệt luyện, hàn … nên cần nhanh chóng đƣa vào sử dụng Cần đào tạo đội ngủ có kinh nghiệm để vận hành máy Tuy nhiên nghiên cứu tìm hiểu số loại lớp phủ chế độ phun tùy chọn, cần có thí nghiệm nghiên cứu sâu để áp dụng tối đa lợi ích mà cơng nghệ 61 an CHƢƠNG 6: KẾT LUẬN, Ý KIẾN phun phủ đem lại Cùng với chi phí đầu tƣ ban đầu nói lớn nên cần phải có tầm nhìn lâu dài gắn liền với ứng dụng thực tiễn sở để khắc phục nhƣợc điểm công nghệ 62 an TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Chung Cảng, Sổ tay công nghệ nhiệt luyện tập1,tập2, NXB Khoa Học Và Kỹ Thuật Hà Nội [2] Nguyễn Minh Cảo, Nguyễn Văn Trọng, Laser ứng dụng, NXB TPHCM 1984 [3] Nguyễn Văn Dán, Công nghệ nhiệt luyện xử lý bề mặt, NX TP.HCM 2013 Đại Học Quốc Gia [4] Nghiêm Hùng, Giáo trình kim loại học nhiệt luyện, TP.HCM-2001 [5] Hoàng Vĩnh Giang cộng sự, Nghiên cứu ứng dụng công nghệ thấm Nito plasma để thấm số khuôn kim loại, 2010 [6] Phạm Văn Lành cộng sự, Nghiên cứu áp dụng công nghệ nhiệt luyện chân không để nhiệt luyện sản phẩm khí chất lượng cao, 2008 [7] Đặng Vũ Ngoạn, Giáo trình thí nghiệm vật liệu, NX Đại Học Bách Khoa TP.HCM [8] Trần Thế San, Vật liệu học đại cương, NX Đại Học Quốc Gia TP.HCM 2013 [9] Ngụy Hữu Tâm, Những ứng dụng laser, NXB Khoa Học Kỹ Thuật Hà Nội [10] Trần Ngọc Thiện, Nghiên cứu tổ chức tế vi độ cứng lớp phủ TiC/Co khn dập nóng tráng phủ phương pháp Laser Claddin, 2016 [11] Nguyễn Văn Thông, Công nghệ phun phủ phục hồi, NXB Khoa học kỹ thuật [12] Hoàng Tùng, Công nghệ phun phủ ứng dụng, NXB KH-KT Hà Nội, 2004 Tiếng Anh: [13] Abdul Rahim Mahamad Sahab, The effect of plasma spray vabriables on the development og ceramic coatings, 2008 [14] Marcel Schneider, LC With Powder , doc.utwente.nl/32040/1/t0000007.pdf , 1998 [15] Snehlata Kumari, Effect of TiO2 Addition in Al2O3: Phase Evolution, Densification, Microstructure And Mechanical Properties, Department of ceramic engineering national institute of technology, Rourkela 2013 63 an [16] Yao Sun-hui, Su Yan-liang, and Kao Wen-xian, Thermal Shock Performance of Al2O3/ TiO2 Air Plasma Spray Coatings, Chang Jung Christian University, Kway Jen, Tainan 71101, Taiwan [17] J.J.Kanga, B.S.Xub, H.D.Wanga, C.B Wang, Influence of spraying parameters on the microstructure and properties of plasma-sprayed Al2O3 /40%TiO2 coating, International Federation for Heat Treatment and Surface Engineering 20th Congress Beijing, China, 2012 Nguồn khác: [18] Japan's high-quality mold, http://www.szbailujs.com/en/Product_View.asp?Id=5325&PSortid=17 2010 64 an PHỤ LỤC I Kết kiểm tra thành phần mẫu thép thử nghiệm II Kết đo độ cứng mẫu M1 III Kết đo độ cứng mẫu M2 IV Kết đo độ cứng mẫu M3 65 an an