Ảnh hưởng của xử lý nhiệt đến sự hình thành tổ chức tế vi và cơ tính mối hàn Ti - TiAl6V4 bằng phương pháp hàn TIG

Ảnh hưởng của xử lý nhiệt đến sự hình thành tổ chức tế vi và cơ tính mối hàn Ti - TiAl6V4 bằng phương pháp hàn TIGẢnh hưởng của xử lý nhiệt đến sự hình thành tổ chức tế vi và cơ tính mối hàn Ti - TiAl6V4 bằng phương pháp hàn TIGẢnh hưởng của xử lý nhiệt đến sự hình thành tổ chức tế vi và cơ tính mối hàn Ti - TiAl6V4 bằng phương pháp hàn TIGẢnh hưởng của xử lý nhiệt đến sự hình thành tổ chức tế vi và cơ tính mối hàn Ti - TiAl6V4 bằng phương pháp hàn TIGẢnh hưởng của xử lý nhiệt đến sự hình thành tổ chức tế vi và cơ tính mối hàn Ti - TiAl6V4 bằng phương pháp hàn TIGẢnh hưởng của xử lý nhiệt đến sự hình thành tổ chức tế vi và cơ tính mối hàn Ti - TiAl6V4 bằng phương pháp hàn TIGẢnh hưởng của xử lý nhiệt đến sự hình thành tổ chức tế vi và cơ tính mối hàn Ti - TiAl6V4 bằng phương pháp hàn TIGẢnh hưởng của xử lý nhiệt đến sự hình thành tổ chức tế vi và cơ tính mối hàn Ti - TiAl6V4 bằng phương pháp hàn TIGẢnh hưởng của xử lý nhiệt đến sự hình thành tổ chức tế vi và cơ tính mối hàn Ti - TiAl6V4 bằng phương pháp hàn TIGẢnh hưởng của xử lý nhiệt đến sự hình thành tổ chức tế vi và cơ tính mối hàn Ti - TiAl6V4 bằng phương pháp hàn TIGẢnh hưởng của xử lý nhiệt đến sự hình thành tổ chức tế vi và cơ tính mối hàn Ti - TiAl6V4 bằng phương pháp hàn TIGẢnh hưởng của xử lý nhiệt đến sự hình thành tổ chức tế vi và cơ tính mối hàn Ti - TiAl6V4 bằng phương pháp hàn TIGẢnh hưởng của xử lý nhiệt đến sự hình thành tổ chức tế vi và cơ tính mối hàn Ti - TiAl6V4 bằng phương pháp hàn TIGẢnh hưởng của xử lý nhiệt đến sự hình thành tổ chức tế vi và cơ tính mối hàn Ti - TiAl6V4 bằng phương pháp hàn TIGẢnh hưởng của xử lý nhiệt đến sự hình thành tổ chức tế vi và cơ tính mối hàn Ti - TiAl6V4 bằng phương pháp hàn TIGẢnh hưởng của xử lý nhiệt đến sự hình thành tổ chức tế vi và cơ tính mối hàn Ti - TiAl6V4 bằng phương pháp hàn TIGẢnh hưởng của xử lý nhiệt đến sự hình thành tổ chức tế vi và cơ tính mối hàn Ti - TiAl6V4 bằng phương pháp hàn TIGẢnh hưởng của xử lý nhiệt đến sự hình thành tổ chức tế vi và cơ tính mối hàn Ti - TiAl6V4 bằng phương pháp hàn TIGẢnh hưởng của xử lý nhiệt đến sự hình thành tổ chức tế vi và cơ tính mối hàn Ti - TiAl6V4 bằng phương pháp hàn TIGẢnh hưởng của xử lý nhiệt đến sự hình thành tổ chức tế vi và cơ tính mối hàn Ti - TiAl6V4 bằng phương pháp hàn TIGẢnh hưởng của xử lý nhiệt đến sự hình thành tổ chức tế vi và cơ tính mối hàn Ti - TiAl6V4 bằng phương pháp hàn TIGẢnh hưởng của xử lý nhiệt đến sự hình thành tổ chức tế vi và cơ tính mối hàn Ti - TiAl6V4 bằng phương pháp hàn TIGẢnh hưởng của xử lý nhiệt đến sự hình thành tổ chức tế vi và cơ tính mối hàn Ti - TiAl6V4 bằng phương pháp hàn TIGẢnh hưởng của xử lý nhiệt đến sự hình thành tổ chức tế vi và cơ tính mối hàn Ti - TiAl6V4 bằng phương pháp hàn TIGẢnh hưởng của xử lý nhiệt đến sự hình thành tổ chức tế vi và cơ tính mối hàn Ti - TiAl6V4 bằng phương pháp hàn TIGẢnh hưởng của xử lý nhiệt đến sự hình thành tổ chức tế vi và cơ tính mối hàn Ti - TiAl6V4 bằng phương pháp hàn TIGẢnh hưởng của xử lý nhiệt đến sự hình thành tổ chức tế vi và cơ tính mối hàn Ti - TiAl6V4 bằng phương pháp hàn TIGẢnh hưởng của xử lý nhiệt đến sự hình thành tổ chức tế vi và cơ tính mối hàn Ti - TiAl6V4 bằng phương pháp hàn TIGẢnh hưởng của xử lý nhiệt đến sự hình thành tổ chức tế vi và cơ tính mối hàn Ti - TiAl6V4 bằng phương pháp hàn TIGẢnh hưởng của xử lý nhiệt đến sự hình thành tổ chức tế vi và cơ tính mối hàn Ti - TiAl6V4 bằng phương pháp hàn TIGẢnh hưởng của xử lý nhiệt đến sự hình thành tổ chức tế vi và cơ tính mối hàn Ti - TiAl6V4 bằng phương pháp hàn TIGẢnh hưởng của xử lý nhiệt đến sự hình thành tổ chức tế vi và cơ tính mối hàn Ti - TiAl6V4 bằng phương pháp hàn TIGẢnh hưởng của xử lý nhiệt đến sự hình thành tổ chức tế vi và cơ tính mối hàn Ti - TiAl6V4 bằng phương pháp hàn TIGẢnh hưởng của xử lý nhiệt đến sự hình thành tổ chức tế vi và cơ tính mối hàn Ti - TiAl6V4 bằng phương pháp hàn TIGẢnh hưởng của xử lý nhiệt đến sự hình thành tổ chức tế vi và cơ tính mối hàn Ti - TiAl6V4 bằng phương pháp hàn TIGẢnh hưởng của xử lý nhiệt đến sự hình thành tổ chức tế vi và cơ tính mối hàn Ti - TiAl6V4 bằng phương pháp hàn TIG

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

NGUYỄN ANH XUÂN

ẢNH HƯỞNG CỦA XỬ LÝ NHIỆT ĐẾN SỰ HÌNH THÀNH TỔ CHỨC TẾ VI VÀ CƠ TÍNH MỐI HÀN Ti - TiAl6V4

BẰNG PHƯƠNG PHÁP HÀN TIG

Ngành: Kỹ thuật vật liệu Mã số: 9520309

TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT VẬT LIỆU

Hà Nội - 2024

Công trình được hoàn thành tại: Đại học Bách khoa Hà Nội

Người hướng dẫn khoa học:

1 PGS.TS Phạm Mai Khánh 2 TS Sái Mạnh Thắng

Phản biện 1: Phản biện 2: Phản biện 3:

Luận án được bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án tiến sĩ cấp Đại học Bách khoa Hà Nội họp tại Đại học Bách khoa Hà Nội

Vào hồi giờ, ngày tháng năm 2024

Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện: 1 Thư viện Tạ Quang Bửu - Đại học Bách khoa Hà Nội 2 Thư viện Quốc gia Việt Nam

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN 1 Nguyen Anh Xuan, Le Thi Nhung, Sai Manh Thang, and Pham Mai Khanh (2022), “Study on the Microstructure and Hardness of Ti and TiAl6V4 Welds”, Lecture Notes in Mechanical Engineering ISSN: 2195-4356 ISSN: 2195-4364 (electronic), Proceedings of the International Conference on Advanced Mechanical Engineering, Automation, and Sustainable Development 2021, pp 556-563, Scopus

2 Nguyen Anh Xuan, Hoang Anh Tuan, Le Thi Nhung, Sai Manh Thang, and Pham Mai Khanh (2024), “Influence of Phase Transformation on the Microstructure of Welding Between Ti and TiAl6V4 Alloy”, Lecture Notes in Mechanical Engineering ISSN: 2195-4356 ISSN: 2195-4364 (electronic), Proceedings of the 3rd Annual International Conference on Materials, Machines and Methods for Sustainable Development, pp 99-106, Scopus

3 Sái Mạnh Thắng, Nguyễn Anh Xuân, Phạm Mai Khánh (2024), “Ảnh hưởng của chế độ hóa già đến tổ chức tế vi và cơ tính mối hàn Ti6Al4V với Ti-CP”, Tạp chí Khoa học Công nghệ Hàng hải ISSN: 1859-316X, Số 78-04/2024, Trang 62-67

1

MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết của luận án

Titan và hợp kim titan là một vật liệu kim loại trong nhóm vật liệu kết cấu bắt đầu được sử dụng phổ biến từ khoảng những năm 50 thế kỷ 20 trở lại đây Cùng với thép, các hợp kim nhôm, đồng, magiê và niken, hợp kim titan trở thành một trong những vật liệu kim loại thiết yếu cho chế tạo máy hiện đại Ưu điểm của titan là có khối lượng riêng thấp 4,5 g/cm3, độ bền riêng cao ngay cả ở nhiệt độ lên đến 600

oC Hợp kim titan chống ăn mòn tốt trong nhiều môi trường khác nhau và có khả năng tương thích sinh học tuyệt vời với cơ thể người Hợp kim titan được sử dụng cho nhiều ứng dụng kết cấu, nơi cần sự kết hợp của trọng lượng nhẹ, độ bền cao, chống ăn mòn, chống rão nhiệt, giữ được các tính chất ở nhiệt độ cao mà các hợp kim nhôm, thép độ bền cao hoặc siêu hợp kim niken không có được Ban đầu titan và hợp kim titan chủ yếu được ứng dụng trong lĩnh vực quân sự, ngành hàng không, vũ trụ như trong chế tạo máy bay, tên lửa và thiết bị quân sự Ngày nay nó được mở rộng sang các lĩnh vực khác như ngành công nghiệp ô tô, đóng tàu, hóa dầu, hóa chất, điện và y sinh học, dụng cụ thể thao

Trên thế giới, đặc biệt là ở các nước có nền khoa học - công nghệ phát triển, titan và hợp kim titan đã được tập trung đầu tư nghiên cứu chế tạo và ứng dụng như một vật liệu chiến lược trong chế tạo động cơ máy bay, tên lửa, lĩnh vực hàng không, đóng tàu và các ứng dụng quân sự khác Ở Việt Nam ngày càng có nhu cầu về sử dụng, gia công chế tạo và xử lý vật liệu là hợp kim titan Trong đó việc nắm vững các vấn đề cơ bản về công nghệ hàn kết nối, xử lý - cơ nhiệt tạo tổ chức có các tính chất ứng dụng cao từ các phôi vật liệu đầu vào, tạo ra các kết cấu có tính ứng dụng cao là rất quan trọng cho mục đích chế tạo sản phẩm hoàn chỉnh đạt được các yêu cầu cao về thiết kế

Tuy nhiên titan có hoạt tính hóa học rất mạnh ở nhiệt độ cao, nó phản ứng với hầu hết các khí có trong khí quyển như O2,H2, N2, CO2, NO2 … tạo ra các hợp chất gây tính chất xấu cho hợp kim dù với một lượng nhỏ nhất định và làm giảm nhanh chóng chất lượng mối hàn, do vậy titan và hợp kim titan cần được hàn trong điều kiện bảo vệ đặc biệt bằng các khí trơ có độ sạch cao

Ngày nay, hàn titan với hợp kim titan được sử dụng rất rộng rãi trong công nghiệp Ví dụ như trong công nghiệp quốc phòng, các bình đựng hóa chất sử dụng trong môi trường ăn mòn cao … Với các cánh khuấy hay tuabin tàu thủy, trục tuabin yêu cầu độ dẻo dai cao,

còn cánh tuabin lại phải đảm bảo độ bền cao, chịu ăn mòn khi làm việc trong môi trường nước biển Titan sạch kỹ thuật có tính dẻo cao, tính hàn tốt, chịu ăn mòn tốt, giá thành rẻ nhưng độ bền thấp và không xử lý nhiệt tăng bền được, trong khi đó hợp kim titan TiAl6V4 là vật liệu có độ bền, độ cứng cao khi được xử lý nhiệt, chịu ăn mòn và có tính hàn thấp hơn titan Vì vậy, để kết hợp những đặc điểm tốt của titan và hợp kim titan TiAl6V4, cùng với tối ưu hóa về giá thành thì hàn là một biện pháp rất phù hợp trong chế tạo các kết cấu từ hai loại vật liệu này Nhưng câu hỏi đặt ra là: sử dụng phương pháp hàn nào, chế độ hàn ra sao, các quá trình xử lý mối hàn như thế nào để đạt được chất lượng mối hàn tốt, đặc điểm và sự biến đổi thành phần và tổ chức của mối tiếp giáp mối hàn ra sao khi xử lý nhiệt, sự biển đổi đó tác động tới cơ tính như thế nào ở mỗi hợp kim là những vấn đề cần được làm sáng tỏ Hiện nay, trên thế giới và cả ở Việt Nam đã và đang nghiên cứu về việc làm sao để mối hàn của titan và hợp kim titan mang lại hiệu quả tốt nhất

Với mục đích làm sáng tỏ vấn đề trên, việc nghiên cứu “Ảnh

hưởng của xử lý nhiệt đến sự hình thành tổ chức tế vi và cơ tính mối hàn Ti - TiAl6V4 bằng phương pháp hàn TIG” là rất cần thiết

và đã được thực hiện một phần trong luận án này

2 Mục tiêu, đối tượng và phạm vi nghiên cứu của luận án

Mục tiêu của luận án là nghiên cứu ảnh hưởng của xử lý nhiệt đến sự thay đổi thành phần, tổ chức, tính chất của mối hàn Ti và TiAl6V4 bao gồm vùng biên giới mối hàn, vùng nóng chảy khi hàn và vùng ảnh hưởng nhiệt hàn

Đối tượng nghiên cứu của luận án là mối hàn giữa Ti và TiAl6V4 sử dụng dây bù TiAl6V4 thực hiện bằng phương pháp hàn TIG Tổ chức, cơ tính mối hàn sau xử lý nhiệt sẽ được nghiên cứu, đánh giá

Phạm vi nghiên cứu của luận án: - Đặc điểm tổ chức, tính chất của mối hàn Ti và TiAl6V4 khi sử dụng dây bù TiAl6V4 bằng phương pháp hàn TIG

- Nghiên cứu về ảnh hưởng của quá trình xử lý nhiệt đến sự biến đổi thành phần vùng biên giới mối hàn giữa hai vật liệu Ti và TiAl6V4

- Nghiên cứu về ảnh hưởng của quá trình xử lý nhiệt đến sự chuyển biến pha, tổ chức của mối hàn giữa hai vật liệu Ti và TiAl6V4

- Nghiên cứu về ảnh hưởng của quá trình xử lý nhiệt đến sự chuyển biến cơ tính vùng biên giới mối hàn và của mối hàn giữa hai vật liệu Ti và TiAl6V4

3 Những đóng góp mới của luận án

a Ý nghĩa khoa học

3 Đã xác định được vùng chuyển tiếp đường biên giới mối hàn Ti - TiAl6V4 có độ rộng (7 ÷ 8) µm, đây là vùng khuếch tán do sự chênh lệch về nồng độ nguyên tố hợp kim giữa Ti và TiAl6V4, vùng này hầu như không thay đổi độ rộng khi xử lý nhiệt

Đã quan sát được sự hình thành của các tổ chức pha trong mối hàn Ti - TiAl6V4 trong các điều kiện: sau hàn, sau ủ, sau tôi và sau hóa già Sự phân bố của các nguyên tố hợp kim chính ổn định các pha trong vùng hàn cho thấy nguyên tố V nằm hầu hết trong pha β Quá trình hóa già theo nhiệt độ và thời gian làm thay đổi hình dạng và phân bố của hai pha α và β, đây là yếu tố tác động tới cơ tính mối hàn Sự phân bố hàm lượng các nguyên tố hợp kim V, Al trong các pha α và β khi xử lý nhiệt là nhân tố chính làm tăng bền hợp kim và mối hàn

b Ý nghĩa thực tiễn

Những kết quả nghiên cứu của luận án có thể ứng dụng để xử lý nhiệt tạo tổ chức và tính chất mong muốn cho các chi tiết hàn giữa Ti và hợp kim TiAl6V4

Những kết quả nghiên cứu của luận án có thể ứng dụng cho các chi tiết hàn giữa Ti và hợp kim TiAl6V4 trên tàu, đặc biệt là hệ thống ống trên tàu quân sự

Bằng hồi quy thực nghiệm đã xác định được chế độ xử lý nhiệt tối ưu cho mối hàn là tôi ở 930 oC trong thời gian 2 giờ và nguội trong nước, hóa già ở 520 oC trong thời gian 2 giờ và nguội trong không khí Đây là cơ sở quan trọng cho việc xác định chế độ xử lý nhiệt của mối hàn trong thực tế

4 Bố cục của luận án

Luận án bao gồm phần mở đầu, 5 chương và kết luận: Chương 1 Tổng quan về vật liệu và công nghệ hàn Chương 2 Tổng quan về chuyển pha và sự thay đổi tổ chức khi xử lý nhiệt mối hàn Ti và hợp kim Ti

Chương 3 Thực nghiệm và phương pháp nghiên cứu Chương 4 Ảnh hưởng của xử lý nhiệt đến tổ chức tế vi và phân bố nguyên tố hợp kim trong mối hàn Ti - TiAl6V4

Chương 5 Ảnh hưởng của xử lý nhiệt đến cơ tính mối hàn Ti - TiAl6V4

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU VÀ CÔNG NGHỆ HÀN 1.1 Tổng quan về Titan và hợp kim TiAl6V4

1.1.1 Titan và phân loại hợp kim Titan

Titan có hai dạng thù hình, Tiα tồn tại ở nhiệt độ dưới 882 0C với kiểu mạng sáu phương xếp chặt, có thông số mạng là: a = 0,295 nm; c = 0,468 nm; c/a = 1,586 Ở trên 882 0C tồn tại thù hình Ti với kiểu mạng lập phương tâm khối, a = 0,332 nm

1.1.2 Ti-CP 1.1.3 Hợp kim TiAl6V4

1.2 Tổng quan về công nghệ hàn

1.2.1 Khái niệm chung về hàn 1.2.2 Các công nghệ hàn Ti 1.2.3 Hàn TIG Titan và hợp kim Titan

1.3 Các nghiên cứu trên thế giới về hàn Titan và hợp kim Titan

Khi xét về tính hàn, Ti và hợp kim TiAl6V4 đều hàn được trong môi trường khí trơ bảo vệ Tuy nhiên, dưới ảnh hưởng của nguồn nhiệt, nhiệt độ tối đa tại các điểm và tốc độ nguội sẽ hình thành vùng có tổ chức, tính chất khác nhau trong mối hàn Đặc biệt khi hàn hai vật liệu khác loại, các yêu cầu khi hàn sẽ khó khăn hơn và sự biến đổi tổ chức cũng phức tạp hơn so với khi hàn hai vật liệu cùng loại Cùng với sự phát triển của khoa học - công nghệ, kỹ thuật hàn Ti và hợp kim Ti ngày càng phát triển Phạm vi nghiên cứu liên quan đến nhóm đối tượng này đã được mở rộng với nhiều mục đích khác

nhau, trong đó có thể quy về các hướng chính:

1.3.1 Ảnh hưởng của các phương pháp hàn tới sự thay đổi tổ chức và tính chất mối hàn

1.3.2 Sự thay đổi tổ chức của mối hàn hai vật liệu khác loại Ti - TiAl6V4

1.3.3 Sự thay đổi thành phần và khuếch tán của các nguyên tố hợp kim trong mối hàn hợp kim Ti

1.3.4 Ảnh hưởng của xử lý nhiệt sau hàn tới tổ chức và tính chất của mối hàn hợp kim Ti

1.4 Các nghiên cứu ở Việt Nam về Titan và hàn Titan

Trong nước nghiên cứu về công nghệ hàn được triển khai khá nhiều Tuy nhiên, nghiên cứu về công nghệ hàn Ti với hợp kim Ti cũng như nghiên cứu về bản chất và cấu trúc của hợp kim khi hàn là còn ít

1.5 Vấn đề luận án hướng tới giải quyết

Mục tiêu của luận án là nghiên cứu ảnh hưởng của xử lý nhiệt đến sự thay đổi thành phần, tổ chức, tính chất của mối hàn Ti và TiAl6V4 bao gồm vùng biên giới mối hàn, vùng nóng chảy khi hàn và vùng ảnh hưởng nhiệt hàn

5

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ CHUYỂN PHA VÀ SỰ THAY ĐỔI TỔ CHỨC KHI XỬ LÝ NHIỆT MỐI HÀN Ti VÀ HỢP KIMTi2.1 Tổ chức tế vi mối hàn TIG Ti - TiAl6V4

2.2 Chuyển pha trong Ti và hợp kim Ti khi nung và làm nguội

2.2.1 Chuyển pha trong Ti khi nung và làm nguội 2.2.2 Chuyển pha trong hợp kim Ti khi nung và làm nguội

Chuyển pha trong hợp kim Ti (α + β và β) được đặc trưng bởi sự đa dạng và phức tạp Các hợp kim dung dịch rắn với các nguyên tố chuyển tiếp được sử dụng thường xuyên nhất cho hợp kim hóa trong hợp kim Ti Sự biến đổi cấu trúc xảy ra trong quá trình làm nguội các hợp kim Ti với các thành phần khác nhau của các nguyên tố hợp kim Trạng thái cấu trúc giả ổn định xảy ra trong quá trình kết hợp nung, làm nguội, biến dạng nóng, biến dạng nguội, xử lý nhiệt, hàn của kim loại Cấu trúc giả ổn được tạo thành có ảnh hưởng đáng kể đến tính chất vật lý, cơ học và cần phải được tính đến khi sử dụng hợp kim Ti

Hình 2.5 Ảnh hưởng của nguyên tố ổn định β đến biên giới của các

vùng pha trong các hợp kim hai nguyên [2]

Khi chuyển pha mactensit xảy ra trong một phạm vi nhiệt độ (Hình 2.5) các đường nét đứt cho thấy điểm bắt đầu (Mb) và kết thúc (Mk) của chuyển pha mactensit

Pha giả ổn ω được tạo thành ở nồng độ của nguyên tố hợp kim hóa trong phạm vi từ Cth đến C2 khi làm nguội mạnh mẽ từ vùng β Khi quá trình chuyển pha này không hoàn thành, các hợp kim có thành phần pha (β + ω) Ở nồng độ vượt quá giá trị của C2, chỉ có pha β nhiệt độ cao được xác định là kết quả của việc tôi trong nước Một sự thay đổi của nhiệt độ trong vùng (α + β) được đi kèm với một sự thay đổi trong thành phần pha của hợp kim ở một nồng độ nhất định

Hình 2.6 Định hướng mạng tinh thể quá trình chuyển pha từ β sang các dạng α (hình a); pha mactensit α’, α’’ (hình b) (hình b) [79]

TiAl6V4 là hợp kim Ti với 6% Al và 4% V Nguyên tố ổn định Al và V được thêm vào cho phép TiAl6V4 cho phép giữ lại ( + β) ở nhiệt độ phòng Cũng giống như Ti, sự chuyển biến pha của TiAl6V4 phụ thuộc vào nhiệt độ và tốc độ làm nguội trong quá trình sản xuất [60] Trong các quá trình chế tạo liên quan đến giai đoạn nóng chảy và đông đặc hoàn toàn, quá trình chuyển pha từ pha lỏng  β  ( + β) hoặc từ pha lỏng  β  ' Chuyển biến pha trong TiAl6V4 cũng dựa trên ba cơ chế khuếch tán, chuyển biến mactensit và chuyển khối lớn [80] Chuyển khối là cơ chế biến đổi pha, trong đó một thành phần nào đó của hợp kim thay đổi cấu trúc tinh thể thành một cấu trúc khác mà không làm thay đổi thành phần hóa học [81], [82] Điều này được thực hiện bằng cách dịch chuyển các đường biên với tốc độ nhanh, dẫn đến thành phần hóa học giống nhau mà không có sự định hướng tinh thể giữa pha ban đầu và pha sản phẩm Pha kép ( + β) chỉ tồn tại khi tốc độ làm nguội rất chậm, trong đó sự chuyển pha sẽ xảy ra theo cơ chế khuếch tán [37] Ngược lại, pha mactensit ’ được hình thành khi tốc độ nguội nhanh hơn tốc độ tới hạn thông qua cơ chế chuyển biến không khuếch tán [27], [76] Các pha chuyển khối lớn m xuất hiện với tốc độ nguội trung gian, nơi tốc độ khuếch tán cục bộ tại bề mặt phân pha cao hơn tốc độ khuếch tán thể tích kiểm soát quá trình tạo mầm và phát triển mầm của các hạt  [83]

2.2.3 Động học chuyển pha Với hợp kim TiAl6V4, Hình 2.12 mô tả các tổ chức hình thành được giữ lại khi nguội nhanh trong nước và nguội trong không khí ở các nhiệt độ 800 oC, 950 oC (nung trong vùng hai pha (α + β)), và 1050 oC (trên nhiệt độ chuyển Tβ của TiAl6V4) Với nhiệt độ nung ở 1050 oC hợp kim hoàn toàn ở trạng thái β khi làm nguội nhanh trong

7 nước, tổ chức hình thành là tổ chức có cấu trúc α’ và β dư; nếu nguội trong không khí với tốc độ nguội chậm hơn thì tổ chức là các tấm α và β và α hình thành ở biên giới hạt

Hình 2.12 Sự phát triển của các cấu trúc sau khi xử lý nhiệt hợp kim

TiAl6V4 [88]

2.3 Các cơ chế hóa bền khi xử lý nhiệt mối hàn Ti - TiAl6V4

Từ bốn cơ chế hóa bền khác nhau trong vật liệu kim loại (hóa bền dung dịch rắn, tăng bền bởi mật độ lệch cao, hóa bền biên hạt, và tiết pha hóa bền) hóa bền dung dịch rắn và tiết pha có mặt trong tất cả các hợp kim Ti thương mại và được trình bày riêng cho pha α và cho pha β Hóa bền biên hạt đóng một vai trò đáng kể trong hợp kim (α + β) làm nguội tốc độ cao từ vùng pha β làm giảm kích thước pha α hoặc gây chuyển pha mactensit Trong cả hai trường hợp, mật độ lệch cao được tạo ra cũng góp phần hóa bền Tuy nhiên, mactensit trong Ti có độ cứng thấp hơn nhiều so với mactensit trong hợp kim Fe-C vì các nguyên tử ôxy xen kẽ chỉ gây ra sự biến dạng đàn hồi nhỏ của mạng sáu phương của Ti mactensit Điều này là tương phản với cacbon và nitơ gây ra biến dạng tứ giác rất mạnh của mạng lập phương tâm khối trong mactensit sắt

2.3.1 Hóa bền pha α 2.3.2 Hóa bền pha β

2.4 Công nghệ xử lý nhiệt mối hàn Ti - TiAl6V4

2.4.1 Mục đích xử lý nhiệt mối hàn và các công nghệ cơ bản xử lý nhiệt mối hàn

2.4.2 Ủ 2.4.3 Tôi 2.4.4 Hóa già

Nhiệt độ hóa già được thực hiện trong khoảng (450  600) oC với thời gian giữ nhiệt (2  6) giờ và làm nguội trong không khí

CHƯƠNG 3 THỰC NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 3.1 Nội dung nghiên cứu

- Nghiên cứu về tổ chức tế vi ở các vùng mối hàn TIG Ti - TiAl6V4 trước và sau xử lý nhiệt

- Xác định sự hình thành và biến đổi của các pha trong các điều kiện xử lý nhiệt khác nhau, nguyên nhân tạo ra sự thay đổi cơ tính của hợp kim và mối hàn

- Lựa chọn chế độ xử lý nhiệt tối ưu cho mối hàn giữa Ti - TiAl6V4 về cơ tính tổng hợp Sơ đồ thực nghiệm như sau:

9

3.2 Vật liệu và chuẩn bị mẫu hàn

3.2.1 Vật liệu hàn Vật liệu hàn là tấm Ti và hợp kim TiAl6V4 có chiều dày 6 mm, với chiều dày này có thể hình thành các vùng hàn rõ ràng với tốc độ nguội sau hàn TIG, sử dụng dây bù là hợp kim TiAl6V4 cùng loại Thành phần hóa học được phân tích nguyên tố bằng phương pháp quang phổ phát xạ trên thiết bị spectroLab LAVM11 (ESTM E415 - 17) kết quả cho trong Bảng 3.1 và Bảng 3.2

Bảng 3.1 Thành phần hóa học hợp kim TiAl6V4

3.3 Chế độ hàn

Chọn chế độ công nghệ thí nghiệm hàn TIG như sau: Chiều dày tấm titan: 6 mm; Số lớp hàn: 2; Dòng điện hàn 160 A; Hiệu điện thế hàn: 15 V; Điện cực hàn vonfram WT20 (0,8 - 4,2 % ThO2) đường kính: 3,2 mm Khoảng cách từ điện cực tới bề mặt kim loại hàn thay đổi từ 1,5  4,5 mm Khí bảo vệ agon độ sạch 99,99 %, lượng khí bảo vệ hướng mối hàn: (12  20) lít/phút, mặt sau: 5 lít/phút

3.4 Chế độ xử lý nhiệt mối hàn

Bảng 3.4 Quy hoạch thực nghiệm các yếu tố ảnh hưởng đến xử lý nhiệt mối hàn

Thứ tự thực hiện

Nhiệt độ tôi (oC)

Nhiệt độ hóa già (oC)

Thời gian hóa già (giờ)

3.6 Các phương pháp kiểm tra cơ tính

3.6.1 Đo độ cứng

Hình 3.13 Các vị trí đo độ cứng mối hàn

3.6.2 Xác định giới hạn bền kéo

Hình 3.14 Mẫu thử kéo