Nghiên ứu ông nghệ án phôi bimetal thép cd70 trên nền c45 làm dụng ụ ắt

Các dạng tơng tác giữa các lớp trong vật liệu Bimetal Theo đặc điểm liên kết giữa các lớp của Bimetal có thể phân thành ba dạng cơ bản sau: 1- Khơng hồ tan lẫn nhau và khơng tạo thành h

Ch¬ng 1 - Tæng quan qu¸ tr×nh nghiªn cøu vµ chÕ t¹o

1.1.3 C¸c d¹ng t¬ng t¸c gi÷a c¸c líp trong vËt liÖu Bimetal 101.1.4 C¸c kiÓu liªn kÕt gi÷a c¸c líp vËt liÖu Bimetal 11

1.2.1 Yªu cÇu kü thuËt vÒ vËt liÖu Bimetal dông cô c¾t gät 131.2.2 C¸c tÝnh chÊt cña vËt liÖu Bimetal dông cô c¾t gät 151.2.3 §Æc ®iÓm vµ c¸c yªu cÇu kü thuËt cña mét sè lo¹i vËt liÖu Bimetal

2.1.3 Ph¬ng ph¸p nghiªn cøu cÊu tróc tÕ vi 522.1.4 Nghiªn cøu cÊu tróc tÕ vi líp thÐp CD70 chÞu mµi mßn vµ vïng l©n

cËn biªn giíi hai líp kim lo¹i cña b¨ng Bimetal 542.2 ThiÕt bÞ vµ ph¬ng ph¸p tiÕn hµnh thÝ nghiÖm 55

2.2.2 Néi dung nghiªn cøu vµ ph¬ng ph¸p thÝ nghiÖm 57

Chơng 3 - Xây dựng mô hình mô phỏng chất lợng

3.1 Nghiên cứu sự ảnh hởng của các thông số công nghệ cơ bản đến chất

Chơng 4 - Thí nghiệm tối u hoá miền thông số công

4.1 Thí nghiệm tối u hoá miền thông số công nghệ 80

4.2.1 Độ bền liên kiết giữa hai lớp kim loại 80

4.2.3 ảnh chụp cấu trúc tế vi một số mẫu điển hình 824.3 Kết quả thí nghiệm và xây dựng đồ thị sự phụ thuộc của độ bền liên kiết hai lớp kim loại và các thông số công nghệ: tổng lợng biến dạng ε,

85nhiệt độ ủ T và thời gian ủ t

Bảng 1 Chiều dày các lớp vật liệu Bimetal4

Bảng 1.5 Kết quả độ bền liên kết của các kim loại khác nhau

Bảng 1.6 Kết quả khi gia công ở nhiệt độ và lợng biến dạng khác nhau giữa

các thép hợp kim và thép Cacbon thấp (CT2)

Bảng 2.1 Các thiết bị sử dụng trong quá trình làm thí nghiệm

Bảng 3.1 Bảng khảo sát của các yếu tố ảnh hởng

Bảng 3.2 Bảng chuyển biến từ ZR j R sang xR j R

Bảng 3.3 Bảng ma trận cấu trúc F quy hoạch thực nghiệm

Bảng 3.4 Kết quả đo các giá trị tại ba mẫu ở tâm

Bảng 3.5 Bảng kết quả tính toán các thông số

Bảng 4.1 Bảng kết quả đo độ bền liên kết của các mẫu thí nghiệm

Danh mục các hình

Hình 1.1 Sơ đồ các dạng liên kết cơ bản

Hình 1.2 Một số vật liệu Bimetal có vị trí lớp dán khác nhau

Hình 1.3 Một số dụng cụ cắt gỗ, giấy và da

Hình 1.4 Kết cấu phôi Bimetal để cán bó

Hình 1.5 Phôi Bimetal làm dụng cụ cắt

Hình 1.6 Sơ đồ nguyên lý phơng pháp đúc tổ hợp

Hình 1.7 Sơ đồ nguyên lý phơng pháp mạ nhúng

Hình 1.8 Sơ đồ nguyên lý phơng pháp hàn đắp plasma và sản phẩm hàn đắp Hình 1.9 Sơ đồ nguyên lý phơng pháp hàn chảy

Hình 1.10 Sơ đồ nguyên lý phơng pháp phun phủ và súng phun ngọn lửa Hình 1.11 Sơ đồ nguyên lý phơng pháp bốc hơi vật lí

Hình 1.12 Sơ đồ nguyên lý phơng pháp bốc hơi hoá học

Hình 1.13 Sơ đồ cán dính

Hình 1.14 Cấu tạo phôi hộp cán nóng

Hình 1.15 Sơ đồ hàn ép

Hình 1.16 Sơ đồ phơng pháp nổ dính

Hình 2.1 Sơ đồ đo độ dày các kim loại Bimetal thép C45 – CD70

Hình 2.2 Mẫu thử độ bền liên kết Bimetal

Hình 2.6 Lò ủ điện trở 1 vùng nhiệt độ

Hình 2 Máy đo độ bền liên kết 100 tấn7

Hình 3.1 Đồ thị biểu diễn ảnh hởng của tổng lợng biến dạng đến độ bền

liên kết của băng Bimetal thép - thép, thép - thép hợp kim

Hình 3.2 Mô hình nghiên cứu

Hình 3.3 Mô hình quy hoạch thực nghiệm

Hình 4.1 Đồ thị biểu diễn độ cứng tế vi của Bimetal thép C45 – CD70 ở

nhiệt độ ủ T = 670P

0

P

C, ε = 55%, t = 240 phútHình4.2 Đồ thị biểu diễn độ cứng tế vi của Bimetal thép C45 – CD70 ở nhiệt

độ ủ T = 720P

0

P

C, ε = 73%, t = 240 phútHình 4.3 ảnh tổ chức tế vi của mẫu (9) độ phóng đại 100 lần

Hình 4.4 ảnh tổ chức tế vi của mẫu (9) độ phóng đại 200 lần

Hình 4.5 ảnh tổ chức tế vi của mẫu (12) độ phóng đại 100 lần

Hình 4.6 ảnh tổ chức tế vi của mẫu (12) độ phóng đại 200 lần

Hình 4.7 Đồ thị biểu diễn sự ảnh hởng của thời gian ủ và nhiệt độ ủ đến độ

bền liên kiết của Bimetal (ε = 40 %)

Hình 4.8.Đồ thị biểu diễn sự ảnh hởng của thời gian ủ và nhiệt độ ủ đến độ

bền liên kiết của Bimetal (ε = 52 %)

Hình 4.9 Đồ thị biểu diễn sự ảnh hởng của thời gian ủ và nhiệt độ ủ đến độ

bền liên kiết của Bimetal (ε 70 = %)

Hình 4.10 Đồ thị biểu diễn sự ảnh hởng của lợng biến dạng và thời gian ủ

đến độ bền liên kiết của Bimetal (T = 680P

0

P

C) Hình 4.11 Đồ thị biểu diễn sự ảnh hởng của lợng biến dạng và thời gian ủ

đến độ bền liên kiết của Bimetal (T = 720P

0

P

C) Hình 4.12 Đồ thị biểu diễn sự ảnh hởng của lợng biến dạng và thời gian ủ

đến độ bền liên kiết của Bimetal (T = 770P

0

P

C) Hình 4.13 Đồ thị biểu diễn sự ảnh hởng của lợng biến dạng và nhiệt độ ủ

đến độ bền liên kiết của Bimetal (t = 180 phút

Hình 4.14 Đồ thị biểu diễn sự ảnh hởng của lợng biến dạng và nhiệt độ ủ

đến độ bền liên kiết của Bimetal (t = 240 phút)

Hình 4.15 Đồ thị biểu diễn sự ảnh hởng của lợng biến dạng và nhiệt độ ủ

đến độ bền liên kiết của Bimetal (t = 300 phút)

Mở đầu

ở nớc ta, công nghiệp ngày càng phát triển mạnh mẽ, các thiết bị đòi hỏi phải có kết cấu gọn nhẹ, độ bền cao, vì vậy vật liệu chế tạo các chi tiết đó cần phải có tính năng tơng ứng Dụng cụ cắt là một chi tiết quan trọng đợc

sử dụng nhiều trong các thiết bị chế tạo các chi tiết, sản phẩm bằng gia công cắt gọt Yêu cầu kỹ thuật của dụng cụ cắt là kết cấu gọn nhẹ, tiết kiệm đợc vật liệu quý hiếm, khả năng chống mài mòn cao, hệ số ma sát thấp, khả năng

tự mài sắc cao, chịu nhiệt, chịu tải trọng va đập lớn và độ dẻo dai cao Các tính năng này quyết định sự tiêu hao năng lợng và tuổi thọ của dụng cụ cắt Chính vì vậy dụng cụ cắt Bimetal đã đợc thay thế dụng cụ cắt đơn kim loại

Để chế tạo vật liệu Bimetal phôi dụng cụ cắt có thể sử dụng các phơng pháp truyền thống nh đúc, hoặc các phơng pháp mới nh hàn nổ, phun phủ,

ép bột, cán dính, Việc lựa chọn phơng pháp chế tạo vật liệu Bimetal phụ …thuộc vào nhiều yếu tố trong đó có điều kiện thực tế Công nghệ chế tạo băng Bimetal dụng cụ cắt bằng phơng pháp cán nóng thép dụng cụ trên nền thép kết cấu không yêu cầu đầu t thiết bị phức tạp, đắt tiền Thiết bị có thể tự tạo trong nớc, có khả năng tự động hoá cao dây chuyền công nghệ, tạo ra băng Bimetal đa dạng về chủng loại, kích thớc hình học với chất lợng tốt, thích hợp cho việc chế tạo dụng cụ cắt cao cấp, làm việc ở chế độ tải trọng và vận tốc cắt lớn, có độ bền cao, độ chống mài mòn cao, ma sát nhỏ, độ dẻo dai cao

và khả năng chịu nhiệt lớn

Nhằm mục đích nâng cao hiệu quả sản xuất và chất lợng sản phẩm, tôi

đợc giao đề tài “Nghiên cứu công nghệ cán phôi Bimetal thép CD70 trên

nền thép C45 làm dụng cụ cắt”. Luận văn trình bày một số kết quả nghiên cứu ảnh hởng của các thông số công nghệ cán đến chất lợng băng Bimetal

phôi dụng cụ cắt gọt, tối u hoá các thông số công nghệ ấy để băng Bimetal

đạt chất lợng cao phụ vụ trong công nghiệp chế biến gỗ, giấy và da đồng thời làm cơ sở nghiên cứu, chế tạo các dụng cụ cắt chất lợng cao cho máy công cụ phụ vụ trong gia công cơ khí vật liệu kim loại Luận văn đợc trình bày thành 5 chơng:

Chơng 1: Tổng quan về vật liệu Bimetal và các phơng pháp chế tạo;Chơng 2: Các phơng pháp nghiên cứu;

Chơng 3: Xây dựng mô hình mô phỏng chất lợng phôi Bimetal làm dụng cụ cắt;

Chơng 4: Thí nghiệm tối u hoá các thông số công nghệ;

Chơng 1 Tổng quan quá trình nghiên cứu và chế tạo bimetal

làm dụng cụ cắt

Sự phát triển nhanh chóng của các ngành công nghiệp không chỉ những ngành mũi nhọn nh Hàng không, Vũ trụ mà còn cả những ngành công nghiệp truyền thống nh điện tử, nhiệt lạnh, chế tạo máy, xây dựng, hoá học, công nghiệp giấy, gỗ, da,… đòi hỏi phải có những vật liệu mới có tính chất u việt hơn những vật liệu thông thờng

Kim loại và hợp kim thuần tuý chỉ có những tính chất cơ lý xác định Khó có kim loại và hợp kim nào cùng một lúc có đợc tất cả tính chất cơ lý tốt, bởi vậy mặc dù ngày nay tồn tại một số lợng rất lớn kim loại và hợp kim, song không phải lúc nào vật liệu cũng đáp ứng đợc những yêu cầu đặt ra Nh một quy luật tất yếu, vật liệu tổ hợp nhiều lớp, trong đó có vật liệu kim loại kép (Bimetal) đã ra đời Kết hợp tính chất của các vật liệu khác nhau vào cùng một vật liệu hoặc tạo ra những tính chất hoàn toàn mới có khả năng thoả mãn mọi nhu cầu, rất đa dạng và phong phú của nền công nghiệp phát triển hiện nay cũng nh trong tơng lai Với các tính năng đặc biệt nh khả năng chịu mài mòn, khả năng chống ăn mòn, khả năng chịu nhiệt, chịu ma sát và một số tính năng khác mà vật liệu truyền thống không có

Sự xuất hiện và phát triển mạnh mẽ của vật liệu mới chính là nhằm giảm thiểu kích thớc, trọng lợng các linh kiện và thiết bị hay thay thế những kim loại quí hiếm đắt tiền Vì vậy, vật liệu Bimetal ngày càng thu hút đợc sự quan tâm của các nhà nghiên cứu, nhà sản xuất và đợc ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành kinh tế

1.1 Vật liệu Bimetal

1.1.1 Đặc điểm chung của vật liệu Bimetal

Bimetal là vật liệu không đồng nhất, nó đợc tạo nên bởi hai hay nhiều thành phần kim loại liên kết bền chắc với nhau, trong đó ít nhất một thành phần trội hơn về thể tích là một kim loại hoặc một hợp kim

Bimetal là vật liệu nhiều pha, các pha tạo nên Bimetal thờng rất khác nhau về bản chất, không hoà tan lẫn nhau và phân cách nhau bằng ranh giới pha Pha liên tục trong toàn khối vật liệu và trội hơn so với các pha khác về thể tích đợc gọi là pha nền, pha phân bố gián đoạn trong toàn khối vật liệu hoặc

ít hơn so với các pha khác về thể tích đợc gọi là pha dán, phủ hoặc pha cốt Trong Bimetal tỷ lệ, hình dáng, kích thớc cũng nh sự phân bố của nền và cốt tuân theo thiết kế có định hớng trớc

Tính chất của các pha thành phần đợc kết hợp lại để tạo nên tính chất chung của vật liệu mới tạo ra Tuy vậy, tính chất của vật liệu tạo ra không bao hàm tất cả các tính chất của pha thành phần khi chúng đứng riêng rẽ mà chỉ lựa chọn trong đó những tính chất cần thiết và phát huy những tính chất đó

1.1.2 Phân loại vật liệu Bimetal

Theo lĩnh vực ứng dụng Bimetal kim loại có thể chia thành năm nhóm sau:

a Bimetal chống gỉ:

Là loại Bimetal có nền là thép Cácbon hoặc thép hợp kim thấp, lớp phủ là kim loại chống gỉ: Đồng, Niken, Nhôm, Titan, các hợp kim nhôm, hợp kim Titan và một số hợp kim khác Độ dày của lớp phủ chiếm khoảng 5 ữ 25% chiều dày tổng cộng

b Bimetal chống ma sát:

Là loại Bimetal có lớp nền là thép và lớp dán là hợp kim chống ma sát cơ

sở nhôm hoặc cơ sở đồng Loại này thờng đợc dùng để chế tạo các dạng bạc lót trục, độ dày của lớp dán chiếm khoảng 25 45% chiều dày tổng.ữ

c Bimetal tự mài sắc:

Là loại Bimetal có cấu tạo bởi những kim loại và hợp kim có độ bền cao

đợc dùng để chế tạo bàn gạt đất, gầu xúc đất đá, lỡi cày, máy ủi, máy nông nghiệp,…

d Bimetal tiếp điểm:

dán

Là loại Bimetal lớp vật liệu phải có tính dẫn điện, nhiệt tốt, độ bền cao, có nhiệt độ hoá mềm và nhiệt độ làm việc lâu dài cao, khả năng chống ăn mòn tốt Vật liệu làm tếp điểm đợc làm bằng những vật liệu có tính tiếp xúc thích hợp, nh: Ag, Au, Pt, hợp kim Ag, vật liệu tổ hợp trên cơ sở Ag, Ag-Pladium, hợp kim Au, Pt, hợp kim có mạ Ag, Au, Pt,

e Bimetal dụng cụ và chống mài mòn:

Là loại Bimetal có lớp nền là thép Cácbon có độ dai cao, lớp phủ là thép dụng cụ hợp kim cao hoặc các hợp kim cứng Loại này đợc ứng dụng để chế tạo dao cắt kim loại, da, giấy,… Độ dày của lớp dán chiếm khoảng 30% chiều dày tổng cộng

f Bimetal nhiệt:

Là loại Bimetal đợc chế tạo bởi ít nhất 2 thành phần có độ dãn nở nhiệt khác nhau Thành phần có độ dãn nở nhiệt nhỏ gọi thà thành phần bị động, thành phần kia là phần chủ động Bimetal nhiệt đợc ứng dụng rộng rãi trong

kỹ thuật điện, nhiệt, đo lờng và điều khiển Thành phần bị động nh: FeCr17, FeNi36, FeNi38, FeNi42, FeNi46, FeNi50 Thành phần chủ động nh: FeCr18Ni8, FeCr18Ni10, FeNi19Cr2, FeNi22Cr3, FeNi25Cr8

1.1.3 Các dạng tơng tác giữa các lớp trong vật liệu Bimetal

Theo đặc điểm liên kết giữa các lớp của Bimetal có thể phân thành ba dạng cơ bản sau:

1- Không hoà tan lẫn nhau và không tạo thành hợp chất hoá học;

2- Có tơng tác tạo dung dịch rắn với độ hoà tan nhỏ nhng không tạo hợp chất hoá học Đa số Bimetal kim loại đều thuộc loại này;

3- Có phản ứng tạo hợp chất hoá học.

Tuỳ thuộc vào sự tơng tác giữa các lớp vật liệu sẽ hình thành nên mối liên kết nhất định Độ bền của vật liệu chịu ảnh hởng rất lớn vào độ bền liên kết giữa các lớp vật liệu đó

1.1.4 Các kiểu liên kết giữa các lớp vật liệu Bimetal

a Liên kết cơ học

Đây là loại liên kết thuần tuý về cơ học giữa các lớp vật liệu thông qua độ nhám bề mặt hoặc do lực ma sát Vật liệu tổ hợp (VLTH) sợi có liên kết dạng này thờng kém bền khi chịu lực né dọc hoặc kéo ngang sợi.n

b Liên kết nhờ thấm ớt

Loại liên kết này thực hiện nhờ năng lợng sức căng bề mặt Đối với các VLTH tạo ra theo kiểu liên kết cơ học, khi tiến hành quy trình chế tạo, nếu pha nền đợc nung chảy và dính ớt với cốt thì bao giờ cũng xảy ra quá trình khuyếch tán hoà tan lẫn nhau giữa chúng dù là nhỏ Sức căng bề mặt trên ranh giới giữa các lớp vật liệu sau khi pha nền đông đặc chính là yếu tố quyết định

độ bền của kiểu liên kết này

c Liên kết phản ứng

Liên kết phản ứng xuất hiện khi trên ranh giới giữa các lớp vật liệu xảy ra phản ứng tạo hợp chất hoá học dạng MfR x R Đặc tính của hợp chất mới tạo thành này ảnh hởng quyết định đến độ bền liên kết giữa các lớp vật liệu

d Liên kết phản ứng phân đoạn

Đặc điểm của liên kết này là phản ứng hoá học tổng thể xảy ra theo nhiều giai đoạn, trong đó có một giai đoạn khống chế tốc độ tạo ra liên kết giữa các lớp vật liệu

e Liên kết ôxit

Liên kết dạng này là một dạng đặc biệt của liên kết phản ứng, đặc trng cho VLTH kim loại - ôxit Đây là dạng liên kết tạo ra các dạng sản phẩm phản

a Liên kết cơ học; b Liên kết thấm ớt; c Liên kết phản ứng;

d Liên kết phản ứng phân đoạn; e Liên kết ôxit

Tóm lại, độ bền liên kiết giữa các lớp của vật liệu Bimetal phải đủ lớn để

đảm bảo cho vật liệu không bị bong, tróc khi làm việc với tải trọng cơ nhiệt

Để vật liệu Bimetal làm việc ổn định và chắc chắn thì độ bền liên kết giữa các thành phần phải đạt tới một giới hạn nhất định Độ bền liên kết phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố nh chọn vật liệu, chất lợng xử lý bề mặt, phơng pháp chế tạo, điều kiện tạo dính kết cũng nh việc xử lý sau khi tạo dính kết

Việc kết hợp các kim loại và hợp kim thích hợp với nhau cùng với việc lựa chọn chiều dày và vị trí tơng đối của các thành phần trong tổ hợp đã cho phép tạo ra vô số Bimetal dạng lớp có các tính chất vật lý, hoá học và công nghệ nh mong muốn

Trong số các Bimetal đã đợc sản xuất trớc hết phải kể đến loại Bimetal

có nền là thép Cácbon hoặc thép hợp kim thấp đợc dán hoặc phủ bằng lớp thép không gỉ, kim loại màu, thép dụng cụ hoặc kim loại quý hiếm Trong

những trờng hợp này kim loại nền là thép Cácbon hoặc hợp kim thấp sẽ gánh chịu tải trọng cơ học còn lớp phủ sẽ gánh chịu ăn mòn hoá học, ma sát, mài mòn, chịu nhiệt do cơ học hoặc do tác dụng nhiệt Ngày nay nhu cầu về vật liệu Bimetal trên toàn thế giới lên tới hàng triệu tấn/năm trong đó phần lớn là các loại thép cán và mạ

1.2 Vật liệu Bimetal dụng cụ cắt gọt

1.2.1 Yêu cầu kỹ thuật về vật liệu Bimetal dụng cụ cắt gọt

- Kích thớc băng thép: 5 x 22 x 150 mm

c Yêu cầu kỹ thuật:

Để đảm bảo cho dao cắt có độ cứng và khả năng chống mài mòn cao, thép cácbon dụng cụ phải có hàm lợng cácbon lớn hơn 0.7% (thông thờng trên dới

1%)

Độ cứng sau nhiệt luyện của thép cácbon dụng cụ đạt HRC56ữ62 Càng tăng hàm lợng cácbon thì độ cứng, độ bền mòn càng tăng nhng đồng thời

độ dẻo dai càng giảm, tính giòn tăng

Độ cứng sau ủ của thép đạt 107 217HB nên rất dễ gia công cơ hoặc gia ữcông bằng áp lực

+ Ưu nhợc điểm:

Ưu điểm của thép cácbon dụng cụ là giá thành hạ, dễ kiếm, tính gia công tốt Nhng bên cạnh đó, loại vật liệu này còn một số nhợc điểm cơ bản sau:

- Độ thấm tôi của thép cácbon dụng cụ rất thấp Do nhợc điểm này,

thép cácbon dụng cụ chỉ thích hợp chế tạo các loại dao cắt nhỏ Trong một số trờng hợp, các dụng cụ cần độ cứng bề mặt cao, lõi dẻo dai thì đây lại là một

u điểm của loại vật liệu này;

- Khi nhiệt luyện, dụng cụ chế tạo từ thép cácbon dụng cụ dễ bị nứt nẻ, cong vênh và tồn tại ứng suất d Do nhợc điểm này, thép cácbon dụng cụ không thích hợp chế tạo các loại dụng cụ có hình dáng phức tạp;

- Độ bền nhiệt thấp (chỉ khoảng 200ữ250P

0

P

C) Đây là nguyên nhân chủ yếu hạn chế tốc độ cắt của dụng cụ chế tạo từ thép Cácbon dụng cụ + Phạm vi sử dụng:

Do những nhợc điểm nh vậy nên thép cácbon dụng cụ chủ yếu dùng làm các dụng cụ cắt ở tốc độ thấp (thờng chỉ cắt với tốc độ

4ữ10m/p) hoặc dụng cụ cắt bằng tay nh dũa, đục, tarô, …

Hiện đang sử dụng một số mác thép cacbon dụng cụ sau: CD70, CD 0A, CD7 80, CD80A CD100, CD100, A, CD110, CD110A, CD120,

CD120A, CD130, CD130A)

Bảng 1.3 Tính chất cơ lý và phạm vi sử dụng của một số mác thép

Cácbon dụng cụ

1.2.2 Các tính chất của vật liệu Bimetal dụng cụ cắt gọt

Tính chất của vật liệu Bimetal phụ thuộc vào tính chất của các thành phần và phơng pháp chế tạo

- Nhiệt độ của vật liệu Bimetal chính là nhiệt độ nóng chảy của thành phần có nhiệt độ chảy thấp nhất

- Tỉ nhiệt điện trở suất của vật liệu Bimetal chúng ta có thể tính theo cách trên Độ dãn nở nhiệt khác nhau của các thành phần đợc tận dụng trong Bimetal dãn nở nhiệt nhng cũng có thể dẫn đến sự vặn vẹo hoặc biến dạng

Mác

thép

Cơ lí tính

Độ bền nhiệt (P

0

P

C)

Lĩnh vực sử dụng

Sau ủ Sau tôi và

ram

Độ bền (MPa)

Độ cứng (HB)

Độ bền (Mpa)

Độ cứng (HRC) CD70,

CD100A 7.81 321 197 650 2380 63 65ữ 200 250ữ Dụng cụ cầm tay

không mong muốn ở những vật liệu Bimetal có nhiều lớp khác nhau nếu chiều dày của các lớp gần nh nhau Bằng cách chọn vật liệu phù hợp và bố trí các thành phần trong tổ hợp một cách hợp lý có thể tránh hoặc hạn chế đợc sự biến dạng không đông đều giữa các lớp trong vật liệu ở những vật liệu Bimetal có lớp phủ mỏng thì nói chung lớp nền quyết định hình dáng

- Tính dẫn điện của Bimetal là dị hớng:

Theo phơng song song với các lớp:

n

z b

a

ρ ρ

100

ρR // R - Điện trở suất của Bimetal theo phơng song song với các lớp;

ρR ⊥ R - Điện trở suất của Bimetal theo phơng vuông góc với các lớp;

ρR 1 R, ρR 2 R, …,ρR n R - Điện trở suất của các thành phần 1, 2, …, n;

–

a, b, …, z Chiều dày các lớp tính theo % so với chiều dày tổng.Trên thực tế ngời ta thơng tổ hợp những vật liệu có tính dẫn điện và dẫn nhiệt tốt nh Cu, Al, Ag với vật liệu có độ bền cao, hoặc vật liệu có tính tiếp xúc tốt nh các kim loại quí hiếm và hợp kim của chúng với vật liệu nền

có tính dẫn điện, dẫn nhiệt tốt và độ bền cao

- Mô đun đàn hồi của vật liệu Bimetal một cách đơn giản có thể tính theo qui tắc hỗn hợp từ mô đun đàn hồi của các thành phần

Khi tính toán độ bền của Bimetal nói chung, ta xuất phát từ độ bền của vật liệu nền chừng nào các thành phần đều dẻo Trong trờng hợp mô đun đàn hồi của các thành phần gần nh không chênh nhau nhiều thì giới hạn bền kéo

và giới hạn chảy của Bimetal tính theo công thức sau:

Trong đó:

- σ giới hạn bền kéo hoặc giới hạn chảy của Bimetal;

σR 1 R,σR 2 R, σR n R - giới hạn bền kéo hoặc chảy của các thành phần 1,2, ,n; a,b, ., z - chiều dày của các lớp tính theo % so với chiều dày tổng.(trùng với giá trị đợc xác định bằng thực nghiệm)

Trong trờng hợp Bimetal có các thành phần dòn thì độ bền phải đợc xác định bằng thực nghiệm Tính dẻo của Bimetal có thể xác định bằng thử kéo qua việc đo độ dãn dài và độ thắt tỷ đối cũng nh qua việc xác định độ dai

va đập, giới hạn bền

Nhằm đảm bảo cho Bimetal làm việc ổn định và chắc chắn thì độ bền liên kết giữa các thành phần phải đạt tới một giới hạn nhất định Độ bền liên kết phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố nh chọn vật liệu, chất lợng xử lý bề mặt, phơng pháp chế tạo, điều kiện tạo dính kết cũng nh việc xử lý sau khi tạo dính kết

Để xác định độ bề liên kết của vật liệu Bimetal có rất nhiều phơng pháp

mà việc sử dụng chúng lại tuỳ thuộc vào phơng pháp tạo dính kết, vào chiều dày các lớp và vào độ bám dính giữa các lớp Các phơng pháp xác định có thể là định tính hoặc định lợng Phần lớn các phơng pháp định tính đều đơn giản, không tốn kém, dễ thực hiện nh uốn, bẻ gập, xoắn, dập vuốt Còn các phơng pháp định lợng thờng rất tốn kém, phải chế tạo những mẫu và dụng

cụ đo đặc biệt nhằm đo đợc lực cần thiết để tách rời các lớp với nhau Điều này thờng rất khó thực hiện nhất là đối với những lớp mỏng có độ bám dính chắc Một số phơng pháp định lợng thờng dùng nh đẩy, trợt, bóc, Một số vật liệu tổ hợp dạng lớp khác đợc ứng dụng rộng dãi trong kỹ thuật nh: Bimetal nhiệt, Bimetal tiếp điểm, Vật liệu dẫn điện, vật liệu đàn hồi dẫn điện, các loại dây phủ

100

.

.

Từ phân tích trên ta thấy thành phần, tính chất của các vật liệu thành phần ảnh hởng rất lớn đến tính chất cũng nh các yêu cầu kỹ thuật của băng, tấm Bimetal Vì vậy việc đa ra các yêu cầu kỹ thuật đối với vật liệu đầu vào

là một điều tất yếu

1.2.3 Đặc điểm và các yêu cầu kỹ thuật của một số loại vật liệu Bimetal

dụng cụ cắt gọt

Tấm và băng Bimetal hai hoặc ba lớp có ứng dụng rộng rãi để chế tạo dụng cụ cắt gọt trong chế tạo máy, trong công nghiệp da, giấy và một số lĩnh vực chế biến gỗ

Các dụng cụ cắt gọt nh vậy đợc tích hợp các tính chất cắt cao của thép hợp kim và tính dẻo cao của phần thân do cách chế tạo bằng thép Cácbon thấp, nh vậy nó có độ bền lớn trong quá trình cắt chịu va đập Đồng thời nó tiết kiệm đợc kim loại quí hiếm nh: Cr, W, Va,… (hợp kim và nguyên tố hợp kim) do vậy Bimetal đợc ứng dụng rất rộng rãi khi chế tạo dụng cụ cắt Trong các dụng cụ cắt thì phần lớn thân đợc chế tạo bằng thép Cácbon thấp, phần cắt đợc chế tạo bằng thép hợp kim

Một số dụng cụ cắt thân đợc chế tạo bằng thép Cácbon nh: C10, C15, C35, C50 ( OCT 1050 60), phần cắt đợc chế tạo bởi thép hợp kim cao nh: Γ - X5Φ, 9XBΦ Γ ( OCT 6567 61) hoặc X6B- Φ, 85X , X6Φ1, 85XB1ΦT, 6XC, Φ85X4B4 Φ ( OCT 5950 Γ - 61)

n, Các loại dao cắt đợc sử dụng trong công nghiệp có hình dáng đơn giảkhác nhau về kích thớc Trong công nghiệp giấy và gỗ thì dụng cụ cắt thờng

ở dạng băng và tấm, có diện tích mặt cắt ngang không lớn so với chiều dài của

nó Đôi khi chiều dài của dụng cụ ≥ 3000 mm

Các loại dao cắt đợc chế tạo bằng một loại vật liệu nh: 6XC, UX15, P9, rất phức tạp và đắt đỏ vì phải tiêu tốn nhiều kim loại hợp kim cho toàn

bộ dao

Với cách nhìn kỹ thuật thì các loại dao nh vậy không đảm bảo độ bền va

đập, ngoài ra khi nhiệt luyện thờng bị cong vênh và nứt vỡ, đồng thời rất khónắn thẳng sau khi nhiệt luyện, đây chính là nguyên nhân chủ yếu gây hỏng dao

Trong trờng hợp ứng dụng Bimetal phần cắt đợc chế tạo bằng thép hợp kim và chiếm khoảng 8 ữ 12% trọng lợng dao Phần chính là thép Cácbon thấp nhằm cải thiện hiện tợng cong vênh, thoát Cácbon và dễ nắn thẳng sau nhiệt luyện, làm giảm tối đa sự hỏng hóc

Tấm và băng Bimetal đợc ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp sản xuất

gỗ và làm dụng cụ cắt gọt bằng tay nh: Bào, đục, tràng, Các dụng cụ này

đợc sản xuất rất phổ biến ở phơng Tây nh: Anh, Nga,

Kích thớc của băng Bimetal rất phong phú, đa dạng và đợc chế tạo theo đơn đặt hàng của ngời tiêu dùng phụ thuộc vào dụng cụ cắt gọt cụ thể Bimetal dạng tấm trong công nghiệp có độ dày từ 10 – 20mm, lớp hợp kim chiếm khoảng 30% độ dày chung của tấm Bình thờng nó có thể không phủ toàn bộ bề mặt của tấm mà chỉ phủ một phần Trong khi chế tạo các dụng

cụ cắt phần không đợc phủ hợp kim đợc sử dụng làm phần chuôi dụng cụ cắt Trừ một vài loại Bimetal đặc biệt thì đợc phủ hai chỗ nh hình 1.2

Hình 1.2 Một số vật liệu Bimetal có vị trí lớp dán khác nhau.(Thêm hình)

Kết hợp các kim loại và hợp kim thích hợp với nhau cùng với việc lựa chọn chiều dày lớp và vị trí tơng đối của các thành phần trong tổ hợp cho phép tạo ra vô số vật liệu Bimetal có các tính chất vật lý, hoá học và công nghệ mong muốn

600 Tấm, băng Bimetal dùng để chế tạo dụng cụ cắt có chiều rộng 200 ữ

mm, độ dài ≤ 600 mm

Ví dụ một số loại băng, tấm Bimetal đợc chế tạo có các kích thớc về

độ dày đối với từng thành phần kim loại nh bảng 1.3

Bảng 1.4 Chiều dày các lớp vật liệu Bimetal

Chiều dày phần thép Cácbon thấp, mm

Chiều dày phần dán thép hợp kim, mm

0,

5 +

− 3 , 0 5 , 0

Loại Bimetal này có lớp nền thờng dùng là thép Cácbon thấp C30, C35 lớp phủ thờng sử dụng: 9X5BΦ, 9X5 , 85XΦ Φ, 85x4B4Φ,

Phổ biến có một số loại dao cắt khác bằng Bimetal để dùng trong công nghiệp của Anh – Hãng PotergramΦopr đã sản xuất các dụng cụ cắt bằng Bimetal hình 1.3

Hình 1.3 Một số dụng cụ cắt gỗ, giấy và da

1- Bào; 2 Lỡi cắt da; 3,4 Đục gỗ; 5- - - Đục da; 6 Thanh răng - gắn vào thớc; 7- Dao cắt giấy; 8- Cắt vải; 9- Dao cắt cỏ; 10- Nẫy

Dạng Bimetal hình phần nhiều đợc chế tạo bằng phơng pháp ép bột nóng, chủ yếu để ứng dụng cho dụng cụ cắt kim loại Khi đó phần bao ngoài của dao cắt đợc chế tạo bằng thép hợp kim có độ bền cao, tốc độ cắt lớn nh: P9, P18, còn phần lõi của nó thờng sử dụng thép Cácbon bình thờng

- Vật liệu Bimetal để sản xuất dụng cụ cắt trong công nghiệp chế biến gỗ: Bimetal ứng dụng trong công nghiệp chế biến gỗ nh bào, đục, tràng hoặc trong công nghiệp giấy và công nghiệp thuộc da chủ yếu làm các dụng

cụ cắt, xén,

Lớp thép phủ trong Bimetal để làm dao cắt thờng ở dạng băng, tấm có

độ dày từ 10 ữ 20 mm, rộng ≥ 400 mm, dài ≤ 3000 mm, thờng phủ một phía

và phủ tại một điểm chứ không phủ toàn bộ bề mặt Ngời ta dùng thép nền là C10, C30, lớp phủ làm phần cắt là thép 6XC, 9X5BΦ, B1, 85X , sản xuất Φcác loại này có thể bằng phơng pháp đúc hoặc xếp bó rồi cán ép

Phơng pháp cán bó: Chuẩn bị phôi: Thép nền và thép hợp kim hình 1.4

Hình 1.4 Kết cấu phôi Bimetal để cán bó 1- Rãnh hình thang cân để đặt thép làm lỡi cắt;

Khi cán Bimetal hai lớp dạng này phải thuân theo đúng quy trình công nghệ nh đối với thép hợp kim

Theo kết quả nghiên cứu thì việc giảm bớt các lới cácbít trong lớp liên kết thì tốt nhất nên giữ nhiệt độ kết thúc cán ở khoảng (850ữ900P

0

P

C) Thực tế nhiệt độ kết thúc cán của băng tấm dày là từ 1000ữ1130P

0

P

C, nên việc giảm nhiệt độ kết thúc cán làm cho năng suất của máy cán cũng giảm nhiều, trong trờng hợp này để giảm đợc nhiều lới cácbít sinh ra bằng cách ủ phôi sau khi cán từ (850ữ880P

0

P

C) trong 10 12 giờ Độ bền liên kết giữa các lớp cũng ữ

đợc thử nh cách thử đối với các loại Bimetal khác, nó thờng đạt từ

phải đợc tiến hành ủ theo chế độ sau: Nâng nhiệt độ ủ lên tới 900P

0

PC trong khoảng 17 giờ và giữa ở nhiệt độ ấy 5 giờ rồi làm nguội cùng lò đến 560P

0

P

C trong khoảng 34 giờ, sau đó để nguội cùng hộp ủ

Độ cứng của lớp cắt trớc khi ủ khoảng 30 31 HRC, lớp nền 16 17HRC ữ ữThậm chí nếu uốn nhẹ lớp băng có thể bị nứt và bong tróc

Tính chất của băng Bimetal liên kết: C30 và 85X ; C30 và 95X5 :Φ Φ

Độ bền liên kết: 471 510Mpa;ữ Độ dãn dài: δ = 24ữ22 ;

Độ cứng: Lớp cắt: 78 71HRC; Lớp nềnữ :62ữ61HR

1.3 Các phơng pháp chế tạo Bimetal làm dụng cụ cắt

Bimetal làm dụng cụ cắt có thể sản xuất bằng nhiều phơng pháp khác nhau theo khối lợng kích thớc, tính chất, yêu cầu kỹ thuật mà lựa chon phơng pháp nào cho phù hợp và kinh tế nhất Các phơng pháp sản xuất Bimetal dạng lớp có thể phân chia thành hai nhóm sau:

- Tạo liên kết ở thể lỏng (lỏng lỏng hoặc rắn - – lỏng);

đơn chiếc (nếu sản xuất bằng phơng pháp cán dính hoặc ép chảy thì không kinh tế), thờng dùng phơng pháp hàn đắp

Hình 1.7 Sơ đồ nguyên lý phơng pháp mạ nhúng

Hình 1.8 Sơ đồ nguyên lý phơng pháp hàn đắp plasma

Hình 1.9 Sơ đồ nguyên lý phơng pháp hàn chảy

c Phơng pháp phun phủ

Phơng pháp này chủ yếu để tạo nên lớp chống mài mòn, chống ăn mòn,chịu nhiệt hoặc nhằm mục đích đặc biệt khác nh trang sức, dẫn điện, dẫn nhiệt, cách nhiệt, Hầu hết các kim loại, các bít, borit đều có thể phun lên bề mặt của các vật liệu kim loại khác, song trong thực tế thờng phun nhôm, kẽm, đồng, thiếc, đồng thanh, đồng thau, các bít, borit lên bề mặt thép

Thiết bị phun là các súng phun: súng phun ngọn lửa, súng phun hồ quang, súng phun plasma

Hình 1.10 Sơ đồ nguyên lý phơng pháp phun phủ và súng phun ngọn lửa

d Phơng pháp tạo lớp phủ mỏng:

Bao gồm các phơng pháp mạ và bốc hơi Mạ có thể là toàn bộ hoặc cục

bộ, chiều dày lớp mạ thờng trong khoảng 0,5ữ à20 m Phủ bằng mạ đợc ứng dụng rất rộng rãi trong kỹ thuật nh mạ Ni, Cr, Cu, Zn, Sn, Pb, Au, Ag, Cd v.v Phơng pháp bốc hơi có thể tạo ra lớp phủ từ mấy A0 đến hàng milimét

Hình 1.12 Sơ đồ nguyên lý phơng pháp bốc hơi hoá học

Hình 1.11 Sơ đồ nguyên lý phơng

pháp bốc hơi vật lí

thông qua sự ngng tụ của kim loại đem phủ dới dạng hơi lên bề mặt của kim loại nền trong chân không Phơng pháp vật lý (PVD - Physical Vapour Deposition) và phơng pháp hoá học (CVD - Chemical Vapour Deposition)

1.3.2 Tạo liên kết ở thể rắn

Sử dụng các phơng pháp tạo liên kết bằng hàn ép, cán dính, nổ dính

Điểm chung của các phơng pháp này là liên kết giữa các lớp đợc tạo ra trong điều kiện nhiệt độ thờng hoặc nhiệt độ cao dới tác dụng của áp lực

Điều kiện để có thể sản xuất băng Bimetal bằng các phơng pháp này là các kim loại thành phần phải có đầy đủ tính dẻo nguội và nóng ở mức độ cần thiết

a Chế tạo Bimetal bằng phơng pháp cán dính từ các băng kim loại:

Cán dính có thể thực hiện ở nhiệt độ cao (cán nóng) hoặc nhiệt độ thờng (cán nguội) Khi cán nóng các thành phần đợc nung nóng tới nhiệt độ cần thiết rồi đem cán, nhờ áp lực cán và các quá trình khuyếch tán xảy ra mà dẫn

đến dính kết trên bề mặt ranh giới giữa các thành phần Trong cán nguội thì

tấm hoặc băng kim loại đợc cán dính với nhau ngay ở nhiệt độ thờng hoặc cao hơn nhiệt độ thờng một chút Số lần cán có thể 1, với lợng ép lớn (50≥ -80%) sau đó đem ủ khuyếch tán nhằm tạo liên kết giữa các lớp bền chặt hơn

Hình 1.13 Sơ đồ cán dính

1 – Băng vận chuyển phôi; 2 – phôi; 3 – Lò nung có khí bảo vệ;

4 – Trục cán; 5 – Băng Bimetal

+ So với cán nóng thì cán nguội có những u điểm sau đây:

- Tránh đợc hiện tợng ôxy hoá bề mặt giữa các lớp băng kim loại;

- Tránh đợc việc tạo thành những hợp chất hoá học, pha liên kim loại, quá trình khuyếch tán không mong muốn, tiết ra các pha dòn mà ở nhiệt độ cao thờng xảy ra, tất cả những điều đó đều làm giảm mạnh độ bền liên kết giữa các thành phần;

- Có thể khống chế tỷ lệ chiều dày giữa các lớp một cách chính xác, chất lợng sản phẩm cao;

- Cho phép sản xuất băng kim loại nhiều lớp một cách liên tục;

Do phơng pháp cán nguội đòi hỏi lợng ép lớn để tạo dính kết nên nó chỉ thích hợp với việc sản xuất băng mỏng cỡ nhỏ và trung bình (b = 400-600mm) Để đạt đợc mối liên kết bền vững giữa các thành phần thì điều kiện tiên quyết là những bề mặt liên kết của vật liệu phải đợc làm sạch bằng các phơng pháp hoá học hoặc cơ học nh tảy rửa bằng axít, mài, chải, tẩy dầu mỡ v.v Những bề mặt này phải đợc giữ sạch cho đến khi ép hoặc cán dính Khi cán nóng nhất thiết phải áp dụng các biện pháp ngăn ngừa oxy hoá ở nhiệt độ cao nh bao gói bằng thép tấm, hàn phôi thành hộp hoặc gia nhiệt trong lò có khí bảo vệ

Để tạo đợc liên kết bền chắc giữa các thành phần ở nhiệt độ cao thì nhiệt độ phải chọn sao cho các quá trình khuyếch tán lẫn nhau của các thành phần đợc xảy ra một cách mạnh mẽ Đối với những thành phần mà giữa chúng không hoặc chỉ rất hạn chế tạo thành dung dịch đặc thì ngời ta thờng dùng một lớp trung gian để tạo liên kết

Tránh ảnh hờng xấu (tróc, bong) do chênh lệch quá lớn về độ lớn về tính dẻo hoặc độ giãn nở nhiệt giữa vật liệu nền và vật liệu phủ Thờng chọn những vật liệu có tính tơng đồng về cấu trúc mạng

c Chế tạo Bimetal bằng phơng pháp nổ dính:

Hình 1.16 Sơ đồ phơng pháp nổ dính 1- Vật liệu nền; 2 Vật liệu phủ; 3 Thuốc nổ;- - 4- Ngòi nổ; 5 Vật đỡ; 6 Nền đỡ.- - Phơng pháp nổ dính đợc dùng để tạo vật liệu Bimetal từ những thành phần mà nếu dùng phơng pháp cán khó thực hiện đợc Mối liên kết đợc tạo

ra ngay cả với những kim loại thành phần mà giữa chúng không hoà tan lẫn nhau hoặc giữa chúng có thể hình thành hợp chất hoá học ở nhiệt độ cao, hoặc

độ bền biến dạng của chúng quá chênh lệch Ví dụ liên kết Al-Thép; Mo, hoặc

Ti với thép Mối liên kết đợc tạo ra ở đây nhờ dòng tia và sóng kim loại xuất hiện trên bề mặt tiếp xúc giữa các thành phần khi nổ

1 3.3 Các kết quả đạt đợc về sản xuất Bimetal bằng phơng pháp cán.

Nhiệm vụ cơ bản khi sản xuất Bimetal bằng phơng pháp cán là đáp ứng

đợc độ bền liên kết trên toàn bộ bề mặt tiếp xúc Đồng thời xác định đợc quan hệ chiều dày giữa các lớp một cách chính xác cũng nh về cấu trúc, tính công nghệ và một loạt các tính chất khác của Bimetal Vấn đề trở nên phức tạp khi biến dạng đồng thời các kim loại khác nhau, lại càng khó khăn nếu không hiểu hết các hiện tợng vật lý ở bề mặt tiếp xúc khi biến dạng

Vì vậy, công nghệ sản xuất vật liệu Bimetal phần lớn chỉ dựa vào các nghiên cứu thực nghiệm, rõ ràng là trong rất nhiều trờng hợp không thể đáp ứng đợc các thông số công nghệ tối u để đạt đợc độ bền kim loại kép lớn nhất đồng thời cho ta tính công nghệ cao Nhiệm vụ cơ bản hiện nay trong lĩnh vực tạo các vật liệu Bimetal mới là sự hiểu biết sâu về quá trình tạo mối liên kết của kim loại ở pha rắn, đặc biệt là hiện tợng vật lý trong vùng liên kết khi cán Chính vì vậy, khi nghiên cứu độ bền liên kết giữa các lớp kim loại của bề mặt phụ thuộc vào các yếu tố công nghệ có ý nghĩa to lớn:

a Hiện tợng vật lý tại mặt liên kết khi cùng biến dạng kim loại kép:

Hiện tợng tạo liên kết kim loại ở pha rắn đã đợc nghiên cứu khi xem xét sự tác dụng qua lại của vật thể trong dịch chuyển có ma sát Các nghiên cứu của các nhà bác học về điều kiện tự nhiên và cơ cấu hình thành liên kết kim loại ở trạng thái rắn đã đợc phản ánh ở một loạt các giả thiết sau:

- Hiện tợng kết tinh lại: Khi biến dạng với tốc độ nhất định ở vùng , tiếp xúc nhiệt độ kết tinh lại của các kim loại thành phần giảm đi và xẩy ra hiện tợng chúng cùng kết tinh, khi ấy ở vùng tiếp xúc xuất hiện “các hạt chung” và các hạt này thiết lập độ bền liên kết

- Hiện tợng tạo màng ôxit: Khi liên kết các lớp kim loại, trên bề mặt kim loại luôn tồn tại lớp ôxit kim loại mỏng cản trở tạo liên kết Cho nên sự móc dính giữa hai kim loại thành phần trong một vài trờng hợp đòi hỏi sự phá vỡ các lớp, các màng ôxit và tạo ra bề mặt sạch lý tởng Trong quá trình cán màng ôxit bị phá huỷ tạo ra từng điểm liên kết ở trên bề mặt của chúng Vì vậy, màng ôxit mỏng có vai trò nhất định trong việc tạo liên kết kim loại kép bằng phơng pháp cán

- Liên kết kim loại Bimetal (kép) phụ thuộc chủ yếu vào cơ lý tính của kim loại thành phần và các mạng tinh thể của các kim loại khác nhau

- Hiện tợng khuyếch tán trên bề mặt tiếp xúc Lasco.N.P và Karancop - N.P: Khi biến dạng bằng áp lực lớn sẽ gây nên hiện tợng sinh nhiệt, tạo nên

sự khuyếch tán của các nguyên tử kim loại thành phần, tạo ra sự dính kết

- Sự chảy dẻo trong vùng tiếp xúc – Actpob.E.U: Do sự biến dạng không đồng đều của các phần tử nhỏ và chính nó là nguồn gốc và do sự dịch chuyển của lệch dẫn tới việc tạo liên kết của các kim loại Khi đó khả năng của kim loại với việc tạo liên kết phụ thuộc vào tính dẻo và trở kháng biến dạng của chúng

- Thuyết năng lợng A.P Cêmenôp: Giả thuyết này cho rằng khi năng - lợng của các nguyên tử đạt đợc giá trị nào đó thì tạo nên thế năng liên kết giữa các bề mặt vật lý tiếp xúc và chính nó đã tạo nên liên kết kim loại

- Theo ông Krasylin IU.L và Xôrôrôp.M.K ở công trình [15, 25]đã đa

ra quan niệm khi xét khả năng liên kết kim loại ở pha rắn gồm 3 quá trình: Quá trình biến dạng dẻo giữa các bề mặt tiếp xúc tạo liên kết kim loại nghĩa là dịch chuyển khoảng cách giữa các bề mặt tiếp xúc gần bằng khoảng cách tác dụng các lực nguyên tử; Tạo đợc các trung tâm năng động của bề mặt tiếp xúc mà ở đó xuất hiện các lệch và tạo nên các trờng ứng suất đàn hồi; Năng lợng ấy đủ để tạo nên liên kết kim loại

- Theo ông Karakaorôp.E.C trong công trình [22] đã đa ra phân tích lý thuyết và kết quả thực nghiệm quá trình hóa lý xẩy ra ở vùng liên kết, chứng minh mô hình ba giai đoạn: Quá trình tạo bề mặt liên kết vật lý; Quá trình đẩy mạnh bề mặt tiếp xúc; Quá trình tạo liên kết

Phân tích tất cả kết quả của các giả thiết trên ta thấy rằng mỗi giả thiết chỉ giải thích đợc sự liên kết ở một khía cạnh nào đó chứ cha đa ra một giả thiết thuyết phục hoặc giải thích rõ ràng đợc hiện tợng liên kết Hơn nữa, những nghiên cứu lý thuyết ngày nay không trả lời đợc những câu hỏi về lợng, về sự phụ thuộc độ bền liên kết với thành phần hóa học của các kim loại thành phần và các yếu tố khác của công nghệ có thể biến đổi trong khoảng rộng Chính vì vậy đến nay, các nghiên cứu về quá trình công nghệ tạo liên kết kim loại kép đều đợc hình thành do kết quả nghiên cứu thực nghiệm

b ảnh hởng bởi trạng thái bề mặt tiếp xúc và thành phần hóa học của kim loại thành phần

Trạng thái bề mặt tiếp xúc đợc đặc trng bởi các thông số hình học, sự khác nhau của các màng ôxit, các lớp hữu cơ, nớc, khí, dầu, các vết bẩn khác nhau do tự nhiên cũng nh trạng thái cấu trúc của chúng Các thông số hình học liên quan đến độ sóng bề mặt, độ nhẵn bề mặt, qua thực nghiệm, nghiên cứu ảnh hởng của bề mặt tiếp xúc vĩ mô và vi mô ảnh hởng tới độ bền liên kết cho phép đa ra kết luận nâng cao độ sạch và gia công chính xác bề mặt

đa tới hiện tợng tạo liên kết tốt

Các công trình [27,28,34] chỉ ra rằng độ nhấp nhô bề mặt tiếp xúc ảnh hởng tới việc chảy dẻo của kim loại và chính nó tạo ra bề mặt tiếp xúc vật lý

và cho phép nhận đợc độ bền liên kết tốt Tuy nhiên, khi cán kim loại kép mỏng với bề mặt nhấp nhô cũng có thể đa tới nguyên nhân phá vỡ bề mặt tiếp xúc và chính nó là nguyên nhân phá vỡ sự liên kết, tồn tại thờng xuyên trên bề mặt liên kết các màng

ảnh hởng của các màng ôxit ở bề mặt tiếp xúc ở điều kiện thờng theo quy luật chung, màng ôxit này không dày, tuy nhiên các màng ôxit tự nhiên này khó bị phá vỡ khi biến dạng dẻo kim loại kép và khó khăn cho việc tạo bề mặt sạch lý tởng Trong điều kiện thực tế để tạo đợc bề mặt tiếp xúc lý tởng cần phải phủ lên bề mặt tiếp xúc của các kim loại liên kết một màng giòn, màng ấy cho khả năng tạo liên kết và loại trừ các màng hữu cơ và các vết bẩn ở vùng tiếp xúc khi cán kim loại kép

Trong công trình [ ] nhấn mạnh rằng, khả năng ảnh hởng không tốt tới 33quá trình tạo liên kết kim loại kép là vết bẩn hữu cơ nh dàu, mỡ, màng axit trên bề mặt tiếp xúc Các chất này làm bẩn bề mặt tiếp xúc, tạo nên các đốm, các màng mỏng và có liên kết khá tốt với các nguyên tử trên bề mặt khi biến dạng dẻo các cặp kim loại này, các màng bẩn hữu cơ đó chảy và có thể làm bẩn toàn bộ bề mặt tiếp xúc và ngăn trở tạo liên kết kim loại Vì vậy, làm sạch các chất hữu cơ trên bề mặt tiếp xúc kim loại là một nguyên công bắt buộc đối với bất kì cặp kim loại kép nào, cho nên để tạo điều kiện liên kiết kim loại một cách bền vững, bề mặt tiếp xúc đòi hỏi phải sạch các chất hữu cơ và vô cơ

Ngời ta cũng chỉ ra rằng trạng thái bề mặt tiếp xúc cần đợc mài hoặc phay, bào các thí nghiệm nghiên cứu những ảnh hởng của bề mặt tiếp xúc ở Maxcro và Mimcro tới độ bền liên kết khi biến dạng đồng thời cho các

quay, tẩy rửa bằng hoá học Các kết quả về mặt định luợng về ảnh hởng của

bề mặt tiếp xúc tới độ bền liên kết không xác định đợc, tuy nhiên các ông cũng chỉ ra rằng các bề mặt tiếp xúc cần phải làm sạch theo bớc cuối là tẩy rửa và đánh sạch bằng chổi sắt quay Có thể kết luận rằng khi tạo nên bề mạt tiếp xúc với độ phẳng lớn hơn khi mài thì không ảnh hởng đến khả năng liên kết lớn, các thí nghiệm do các tác giả khác nhau đa ra khi cán phôi nóng kim loại kép, thép - Ni cũng cho kết quả tơng tự

Trong điều kiện sản xuất mục đích này có thể thực hiện đợc bằng gia công cơ khí (phay, bào, làm sạch bằng chổi sắt, tảy bằng sút, axit, thậm chí bằng sóng siêu âm) Phổ biến hơn cả là nguyên công chuẩn bị bề mặt tiếp xúc

là tẩy, rửa băng sút, axit sau đó làm sạch bằng chổi sắt

Các yếu tố khác ảnh hởng đến độ bền liên kết kim loại là thành phần hóa học của các kim loại thành phần

Trong công trình [ ] đã chứng minh điều đó bằng cách thêm một s35 ố tạp chất và nguyên tố hợp kim hóa ở trong kim loại và hợp kim đã gây khó khăn cho việc tạo liên kết và đòi hỏi phải nâng cao lợng ép khi biến dạng mới tạo

đợc độ liên kết bền vững Theo kết quả của công trình [23] một vài nguyên tố hợp kim mà các nguyên tố hợp kim hóa tồn tại ở dạng từng phần, thí dụ đối vớp hợp kim chì tồn tại ở dạng hạt, dây, khi tạo liên kết loại này với thép thì các hạt, dây sẽ cản trở quá trình tạo liên kết Kết quả cũng nhận đợc tơng tự khi thêm 5% thiếc và đồng vào hợp kim chì khả năng tạo liên kết cũng khó xẩy ra, thậm chí khi biến dạng lên đến hơn 90%, [19 ]

Thành phần hoá học của các lớp kim loại biểu hiện bởi trạng thái bề mặt tiếp xúc, giá trị biến dạng, nhiệt độ khi gia công, … độ bền liên kết này đã

đợc nghiên cứu trong phòng thí nghiệm và trong điều kiện công nghiệp (sản xuất) Các nghiên cứu này ở các khía cạnh khác nhau trong điều kiện khác nhau, tuy nhiên cha đáp ứng đợc các yêu cầu đặt ra, nhng chất lợng và một loạt các yếu tố ảnh hởng tới nó cũng đợc nghiên cứu bằng thực nghiệm

Các công trình nghiên cứu ảnh hởng của thành phần hoá học đ n độ bền liên ếkết đã đợc công bố ở công trình [14, 29, 38, 28]

Vì thành phần hoá học xác định tính dẻo của kim loại và đặc tính của màng bề mặt liên kết và xác định quá trình khuếch tán,… ảnh hởng của nó tới độ bền liên kết rất phức tạp, thực nghiệm chỉ ra rằng phơng pháp nhận

đợc liên kết từ các kim loại đồng nhất ở nhiệt độ không bằng nhau

Các giá trị biến dạng có đợc sự liên kết ở các điều kiện khác nhau phụ thuộc vào các điều kiện thí nghiệm và trạng thái bề mặt của lớp liên kết và chính các thành phần hoá học của kim loại tạo ra các độ bền khác nhau Cái chung nhất nhận đợc qua các thí nghiệm này là các kim loại có độ dẻo lớn và trở kháng biến dạng nhỏ thì xuất hiện khả năng liên kết lớn hơn

Bảng 1 Kết quả độ bền liên kết của các kim loại khác nhau5

biến dạng nóng và nguội là do tạo nên dung dịch rắn và chính nó đòi hỏi biến dạng lớn để tạo liên kết và ảnh hởng của dung dịch rắn là hoàn toàn khác nhau đối với các kim loại Trong [38 [32], ] đã chỉ ra rằng khả năng liên kết ở nhiệt độ phòng khi có tạp chất nhỏ và chính sự ảnh hởng này cũng làm cho trở kháng của kim loại tăng thêm và tính dẻo của kim loại giảm Khả năng tạo liên kết của kim loại khác nhau xảy ra hầu hết ở các trờng hợp khi có hai kim loại và các khả năng biến dạng khác nhau Theo ông Семнов A.Б thì khả năng liên kết của hai kim loại đợc xác định bởi khả năng dính kết của kim loại có độ dẻo lớn hơn

VD: khi tạo dính kết của hai tấm Al thì phải có độ biến dạng là 55%, Cu- Cucần 73,7% nhng khi tạo dính kết giữa Cu Al cần 55%-

- Khả năng tạo dính kết phụ thuộc vào độ biến dạng công nghệ của các mẫu và độ biến dạng tạo dính kết nằm ở giữa các mức độ biến dạng của các kim loại kác nhau [32]

- Để tạo dính kết các kim loại khác nhau một kim loại ở tinh thể rắn một kim loại ở thể lỏng thì độ bền liên kết đợc xác định bằng khả năng của kim loại ấy ở thể hoà tan trong tinh thể lỏng hoặc tinh thể rắn và khả năng tạo chất phi kim ở chất liên kết các kim loại ở trạng thai rắn lỏng nh Cu, Pb cho

độ bền kim loại gần với độ bền của kim loại mềm hơn còn các kim loại hoà tan đợc với nhau ở trạng thái rắn hay lỏng nh Zn-Sn; Ni-Cu thì lớp liên kết xác định bởi tính chất của kim loại ở biên giới liên kết có tính đẳng hớng

Độ bền liên kết lớn nhất đợc đánh dấu bởi các liên kết tạo nên ở biên giới của kim loại ấy nh Fe-Al; Fe-Zn vì các chất này khác nhau ở chỗ là nó

có độ giòn lớn Đặc tính đợc chỉ ra do sự tác động qua lại của các kim loai khác nhau có ý nghĩa lớn khi biến dạng Khi cùng biến dạng các kim loại ở nhiệt độ cao tính dẻo của chúng tạo nên điều kiên thuận lợi cho quá trình khuyếch tán

ảnh hởng của thành phần hoá học đối với khả năng liên kết khi biến dạng đợc nghiên cứu trong công trình [ ] khi nấu luyện thép C thấp với các 14nguyên tố hợp kim khác nhau nh : Cr, Ti, P,Si, Mn, Bo thì khi dùng làm phôi chế tạo Bimetal biến dạng đòi hỏi ở nhiệt độ cao 800P

Có thể do ảnh hởng của các chất hợp kim hoá mà các tác giả chỉ ra rằng các oxit trên bề mắt do các hợp kim hoá tạo nên

Các thí nghiệm của E.U Actpoв về khả năng biến dạng của các thép khác [30] chỉ rõ rằngkhả năng tạo liên kết với thép Cacbon thấp nh CT2 với các thép hợp kim giảm đi với sự tăng lên của các chất hợp kim hoá đặc biệt là trong biến dạng ở nhiệt độ thấp với lợng biến dạng nhỏ

Các phân tích về thực nghiệm cho kết luận nh sau:

+ Khả năng tạo liên kết phụ thuộc vào thành phần hoá học có thể giả thích đợc nhờ sự biến đổi tính dẻo của kim loại và đồng thời quyết định tính chất của màng kim loại lớp bề mặt khi tiếp xúc làm cho tính chất của kim loại khác nhau và tạo nên các hợp chất ở lớp chuyển tiếp

ảnh hởng của các nguyên tố hợp kim trong liên kết giữa thép hợp kim

và thép Cacbon thấp (CT2) khi gia công ở nhiệt độ và lợng biến dạng khác nhau, đợc biểu thị trong bảng 1.5

Bảng1.6 Kết quả khi gia công ở nhiệt độ và lợng biến dạng khác nhau giữa các thép hợp kim và thép Cacbon thấp (CT2)

Lợng biến dạng (kg/mmP

Càng ngày các thí nghiệm và thực tế càng chứng minh rằng vấn đề ảnh hởng của thành phần hoá học tới độ liên kết cho ta cái nhìn chính xác hơn về cơ cấu ảnh hởng của thành phần hoá học và tính chất hoá lí của các kim loại trong các điều kiện khác nhau Một đánh giá tơng đối chính xác, ảnh hởng của tính chất hoá học tới độ bền liên kết kim loại, E.U Actpo đa ra ở công в trình [32] ông cho rằng kim loại nào có tính dẻo lớn và trở kháng biến dạng nhỏ thì có khả năng tạo liên kết lớn, à đã đa ra các thông số để đánh giá nó v

là quan hệ giữa độ cứng và độ giai va đập (HB/δδ δδδ) khi tăng tỉ số này thì khả

năng tạo liên kết giảm đi và đã đợc thực nghiện chứng minh

Phân tích bằng thực nghiệm cho phép đi đến kết luận sự phụ thuộc của thành phần hóa học tới khả năng tạo liên kết có thể giải thích đợc bằng sự tơng ứng với sự biến cứng, tính dẻo và tính chất giữa các bề mặt tiếp xúc của