Đang tải... (xem toàn văn)
Tài liệu Chương VIII: Luyện kim hàn giúp các bạn nắm được những kiến thức về: khái niệm luyện kim hàn, cấu trúc kim loại cơ bản, cách luyện kim đối với hàn, luyện kim hàn đối với các vật liệu được sử dụng phổ biến. Với các bạn chuyên ngành Hàn thì đây là một tài liệu hữu ích.
Chương VIII – LUYỆN KIM HÀN VIII.1. Khái niệm chung Luyện kim là khoa học nghiên cứu, xử lí cấu trúc bên trong của kim loại/ hợp kim và mối liên hệ giữa các cấu trúc này với các thuộc tính của kim loại và hợp kim. Nói đến luyện kim hàn, người ta thường quan tâm đến những thay đổi khác nhau xảy ra trong kim loại khi hàn các phần tử với nhau, đặc biệt là chúng ảnh hưởng đến tính chất cơ học. Người Thanh tra Hàn phải có kiến thức cơ bản về luyện kim hàn. Giả sử người thanh tra đã có kiến thức về luyện kim hàn, thì họ cũng không hoàn toàn chịu trách nhiệm về thông số kim loại cơ bản và kim loại hàn hoặc phương pháp xử lí của chúng. Song, sự hiểu biết về bản chất luyện kim hàn không chỉ giúp cho người thanh tra trong công việc về hàn, mà còn trong nhiều lĩnh vực khác. Một trong những nguyên nhân là cơ tính của kim loại như độ bền, độ cứng, độ dẻo, độ dai, độ bền mỏi, độ chống mài mòn, tất cả đều chịu ảnh hưởng do sự chuyển biến luyện kim trong quá trình hàn. Các thuộc tính bị ảnh hưởng bởi các yếu tố luyện kim khác nhau gồm việc bổ sung nguyên tố hợp kim, xử lí cơ nhiệt. Người Thanh tra Hàn phải hiểu các thuộc tính này để cảm nhận tốt hơn nhằm phục vụ tốt các nguyên công sản xuất. Các yêu cầu sản xuất nhất định, như gia nhiệt, xử lí nhiệt sau hàn, kiểm tra nhiệt độ giữa các lượt hàn, kiểm tra năng lượng đường, đầm mối hàn, giảm ứng suất nhiệt… có thể gây ra một số loại chuyển biến luyện kim từ đó ảnh hưởng đến tính chất cơ học của kim loại. Vì vậy, chương này sẽ mô tả chủ yếu các khía cạnh luyện kim hàn thép và nhấn mạnh đến các phương pháp điều khiển những thay đổi có thể xảy ra. Do chủ đề luyện kim hàn gồm nhiều khía cạnh, nên có thể vượt ra chủ đề thảo luận. Do đó ở đây chỉ giới hạn những thay đổi quan trọng mà có thể xảy ra trong nguyên công hàn. Những thay đổi này được tóm tắt và chia làm hai loại. Loại đầu tiên gồm những thay đổi xảy ra bên trong kim loại khi nó nhận được nhiệt năng và chuyển từ nhiệt độ bình thường đến nhiệt độ cao và các giai đoạn khi hạ từ nhiệt độ cao về nhiệt độ thấp. Loại thứ hai là ảnh hưởng của tốc độ thay đổi nhiệt độ đến các thuộc tính của kim loại. Quan trọng hơn nữa là tìm hiểu quá trình nguội của kim loại từ nhiệt độ cao đến nhiệt độ bình thường diễn ra như thế nào. 1 Đầu tiên, khảo sát những thay đổi xảy ra trong kim loại khi nó được làm nóng và hạ nhiệt một cách đều đều. Tuy nhiên, cần chú ý rằng quá trình hàn thể hiện một số vấn đề rất khác vì nguyên công hàn có xu hướng gia nhiệt tập trung vào vùng rất nhỏ của kim loại. Do đó nung nóng và làm nguội không đều sẽ gây ra một số vấn đề khác nữa. VIII.2. Cấu trúc (tổ chức) kim loại cơ bản. VIII.2.1. Sự sắp xếp các nguyên tử Để hiểu được các thuộc tính luyện kim của kim loại, cần phải bắt đầu bằng việc mô tả một số thuộc tính của hạt có trong các dạng vật chất. Các hạt cơ bản này kết hợp lại tạo thành các dạng vật chất thể rắn (đặc), lỏng, khí (hơi); chúng được biết đến với tên gọi là nguyên tử. Các nguyên tử này nhỏ đến mức mắt thường không thể nhìn thấy, thậm chí dùng cả kính hiển vi công suất mạnh nhất. Tuy nhiên khi bắt đầu ở mức độ này và được giải thích về tính chất của nguyên tử cũng như cấu trúc của chúng, người đọc có thể hiểu đầy đủ hơn một số hiện tượng mà được quan sát qua kính hiển vi hoặc với mắt thường. Một trong những tính chất quan trọng của các nguyên tử là ở dải nhiệt độ nhất định, chúng có khuynh hướng tạo nên cấu trúc có hình dạng riêng. Sở dĩ như vậy vì có những lực xác định tác động tương hỗ giữa các từng nguyên tử khi giữa chúng có một khoảng trống nhất định. Những lực này có khuynh hướng đẩy hoặc hút các nguyên tử với nhau, trong khi các nguyên tử cũng đang đẩy nhau. Do đó từng nguyên tử được giữ ở vị trí riêng của chúng đối với các nguyên tử khác quanh đó bằng các lực tương tác (h.VIII.1). Những nguyên tử ở vị trí riêng của chúng được sắp xếp theo hàng, cột và lớp trong mạng tinh thể là không gian ba chiều đối xứng. Hình VIII.1 2 Tuy nhiên, các vị trí này không cố định. Trong thực tế, chúng có xu hướng dao động quanh vị trí cân bằng để duy trì khoảng cách cân bằng. Với nhiệt độ đã cho, chúng sẽ giữ vị trí cân bằng. Khi có sự cân bằng giữa các lực hút và lực đẩy, thì người ta nói rằng năng lượng bên trong (nội năng) của kim loại ở mức cân bằng. Mọi cố gắng nhằm tác động cho các nguyên tử lại gần nhau sẽ bị lực đẩy chống lại và lực đẩy đó sẽ tăng khi các nguyên tử bị đẩy lại gần nhau. Phản ứng này là bằng chứng thực tế cho thấy kim loại thể hiện độ bền nén rất cao. Tương tự như vậy, mọi cố gắng nhằm kéo các nguyên tử xa nhau sẽ bị lực hút chống lại. Song lực hút sẽ bị giảm mạnh khi các nguyên tử trở nên xa cách nhau. Dẫn chứng của phản ứng này có thể được quan sát thấy khi thử kéo. Khi đồ thị ở dưới điểm chảy, tải trọng làm mẫu bị giãn dài ra và khoảng trống giữa các nguyên tử tăng lên. Khi giảm lực kéo (tải trọng) mẫu sẽ thể hiện tính đàn hồi, tức là mẫu sẽ trở về kích thước ban đầu. Nếu tải trọng tác dụng lên mẫu tăng lên vượt quá điểm chảy của kim loại, nó sẽ thể hiện tính dẻo. Giờ đây nó sẽ không trở về kích thước dài hoặc khoảng cách giữa các nguyên tử ban đầu, vì các nguyên tử chịu tác dụng lực khá lớn để tách xa nhau mà lực hút không đủ mạnh để giữ chúng ở vị trí ban đầu. Khi khoảng cách (khoảng trống) giữa các nguyên tử tiếp tục tăng vượt xa điểm chảy thì lực hút này càng yếu và không đủ sức để giữ các nguyên tử liên kết với nhau nữa làm cho kim loại bị phá hủy. Trước hết chú ý rằng các nguyên tử kim loại thể hiện khoảng trống riêng đặc trưng ở nhiệt độ hoặc năng lượng bên trong với mức nhất định. Vì nhiệt là một dạng của năng lượng, nên nội năng của kim loại tăng khi nhiệt độ của nó tăng. Năng lượng bổ sung này có xu hướng làm cho các nguyên tử dao động mạnh hơn dẫn đến khoảng trống giữa các nguyên tử tăng lên. Có thể quan sát một cách rõ ràng năng lượng bổ sung này vì kích thước tổng thể của mẫu kim loại tăng khi các nguyên tử chuyển động ra xa nhau. Do đó, bất kì sự giảm nhiệt độ nào trong kim loại sẽ làm cho nguyên tử gần nhau hơn, nói cách khác, kim loại bị co lại. Khi nhiệt bổ sung làm kim loại nóng lên, dao động của các nguyên tử tiếp tục tăng lên làm cho khoảng trống tăng dẫn đến giãn nở kim loại. Quá trình này tiếp tục đến điểm mà ở đó khoảng trống giữa các nguyên tử lớn đến mức các nguyên tử không đủ sức giữ nhau tạo thành cấu trúc riêng được nữa. Khi đó kim loại rắn chuyển sang thể lỏng (h.VIII.2). Nhiệt độ mà tại đó xảy ra sự chuyển trạng thái này 3 được gọi là điểm nóng chảy. Tiếp tục gia nhiệt, thì kim loại lỏng sẽ chuyển sang thể khí; sự chuyển trạng thái từ lỏng sang khí này xảy ra ở nhiệt độ được gọi là điểm bốc hơi. Hình VIII.2 Kim loại rắn có năng lượng bên trong thấp nhất và khoảng trống giữa các nguyên tử nhỏ nhất. Kim loại lỏng có năng lượng bên trong cao hơn với khoảng trống lớn hơn và được coi như không còn cấu trúc cố định. Kim loại khí có năng lượng bên trong cao nhất với khoảng trông lớn nhất và cũng không còn cấu trúc cố định. Trong khi những hiện tượng trên khá thích thú và dễ hiểu, điều có ý nghĩa hơn là nhận thức được tại sao chúng lại quan trọng đối với thanh tra hàn. Rõ ràng rằng hàn và cắt truyền nhiệt lượng vào kim loại, nhiệt lượng này làm kim loại giãn nở ra. Nếu điều khiển sao cho quá trình truyền nhiệt vào kim loại đều và không đổi, thì người ta có thể đo được sự thay đổi chiều dài hoặc kích thước của mẫu kim loại khi được gia nhiệt. Mỗi kim loại/ hợp kim đều có hệ số giãn nở nhiệt riêng. Do đó có thể tính được giá trị giãn nở chính xác của mẫu kim loại khi tăng nhiệt độ lên một giá trị nào đó. VIII.2.2. Cấu trúc mạng tinh thể Trong kim loại rắn (đặc), các nguyên tử có xu hướng sắp xếp theo hàng, cột, lớp một cách trật tự để tạo ra cấu trúc mạng tinh thể ba chiều. Theo định nghĩa, các kim loại có cấu trúc tinh thể và bất kì sai lệch nào xảy ra do kết tinh, tất nhiên là không đúng. Khi kim loại đông đặc, nó luôn luôn tạo ra mô hình tinh thể. Sự xuất hiện hỏng hóc bề mặt tinh thể vì sai sót thường là do phá hủy bề mặt bị giòn và mỏi. Số các nguyên tử nhỏ nhất được sắp xếp theo một trật tự nhất định được gọi là “ô cơ bản”. Điều quan trọng cần biết là ô cơ bản không tồn tại như một đơn vị độc lập mà nó chung các nguyên tử với các ô lân cận theo sự sắp xếp không gian ba chiều. 4 Các cấu trúc mạng tinh thể (hoặc là các phase) phổ biến nhất trong kim loại là lập phương tâm khối (BCC), lập phương tâm mặt (FCC) và lục phương xếp chặt (HCP), chúng được minh họa trên hình VIII.3. Một số kim loại như sắt tồn tại cả ở phase rắn khi nhiệt độ bình thường, cũng như phase rắn khác khi nhiệt độ tăng cao. Khi nhiệt độ thay đổi, sự chuyển biến từ phase này sang phase khác trong kim loại rắn được gọi là chuyển biến thù hình hoặc chuyển biến phase trong trạng thái rắn. Tinh thể kim loại có cấu trúc khác, nhưng có cùng thành phần hóa học được gọi là tinh thể thù hình. Điều này sẽ được đề cập kĩ hơn ở phần sau. Hình VIII.3 Ô cơ bản BCC được mô tả như một hình lập phương mà mỗi đỉnh có một nguyên tử và một nguyên tử hoàn toàn nằm tại tâm của ô. Những kim loại có ô cơ bản BCC điển hình là sắt, thép carbon, chromium, molybdenum, wolfram… Ô cơ bản FCC được nhìn thấy như hình lập phương mà mỗi đỉnh có một nguyên tử và tại tâm của mỗi mặt có một nguyên tử. Thuộc về các kim loại có ô cơ bản FCC phổ biến là sắt, nhôm, đồng, nickel, thép không gỉ austenite… Ô cơ bản HCP là hình lăng trụ lục giác. Nó có thể được hình dung như hai hình lục giác tạo nên đỉnh và đáy lăng trụ. Mỗi nguyên tử được nằm tại tâm và đỉnh các hình lục giác. Ngoài ra còn có ba nguyên tử nằm tại tâm của ba hình lăng trụ tam giác cách đều có cùng mặt đỉnh và đáy. Thuộc về các kim loại có ô cơ bản HCP phổ biến là titanium, kẽm, cadmium, beryllium, magnesium… VIII.2.3. Sự đông đặc của kim loại Kim loại đông đặc thành cấu trúc tinh thể theo quá trình được gọi là tạo mầm và phát triển mầm. Khi nguội, các nhóm nguyên tử tạo thành mầm (kết tinh) tại các vị trí nằm ở tinh giới lỏng – đặc, như tại giao diện giữa kim loại hàn nóng chảy và vùng ảnh hưởng nhiệt nguội hơn không nóng chảy. Những nhóm này được gọi là nhánh cây và chúng tạo thành với số lượng lớn. Trong kim loại hàn, các hạt tạo nên 5 quanh nhánh cây và phát triển cho đến khi gặp các hạt khác. Các nhánh cây ban đầu có dạng hình kim, chúng lớn dần lên và phát triển theo nguồn nhiệt cuối cùng. Khi khuấy luyện tiếp tục để làm nguội chỉ còn các vùng nhỏ cho các hạt lớn lên và số hạt hình kim ít đi cũng như kích thước nhỏ đi. Hình VIII.4 chỉ ra các hạt kim loại hàn được hình thành khi kim loại mối hàn đông đặc diễn ra thế nào. Hình VIII.4A, các tinh thể nhánh cây ban đầu được tạo thành tại giao diện hàn. Hình VIII.4B cho thấy các hạt được hình thành khi các mầm ban đầu của nó lớn lên. Do các mầm được định hướng khác nhau, biên giới hạt được hình thành khi các hạt lân cận cùng phát triển và gặp nhau. Hình VIII.4C cho thấy quá trình đông đặc kim loại hàn đã hoàn tất. Biên giới hạt được xem như là những bất liên tục, vì chúng thể hiện những gián đoạn trong sự sắp xếp các nguyên tử đồng bộ. Hình VIII.4 Cơ tính phụ thuộc vào kích thước hạt của kim loại. Kim loại có kích thước hạt nhỏ sẽ thể hiện độ bền kéo tốt hơn ở nhiệt độ thường, vì biên giới hạt có xu hướng ngăn cản biến dạng của các hạt riêng biệt khi vật liệu chịu ứng suất. Tuy nhiên, ở nhiệt độ cao, các nguyên tử tại biên giới hạt có thể dịch chuyển dễ dàng và trượt tương đối với nhau, do đó làm giảm độ bền ở nhiệt độ cao. Do kết quả này, vật liệu hạt nhỏ mịn được sử dụng và làm việc tại nhiệt độ trong phòng và nhiệt độ thấp sẽ tốt hơn, trong khi vật liệu hạt thô mong muốn được làm việc tại nhiệt độ cao hơn. Kim loại hạt nhỏ mịn có độ dẻo, độ dai va đập và độ bền mỏi cao hơn. Tóm lại, các kim loại có cấu trúc tinh thể được hình thành bằng sự sắp xếp các nguyên tử theo kiểu hình với một trật tự nhất định. Sự sắp xếp hình mẫu trật tự như thế này được gọi là phase và được thể hiện qua ô cơ bản. Kim loại đông đặc từ nhiều mầm ở khắp nơi và các mầm lớn lên theo các hướng thích hợp để tạo thành hạt hoặc tinh thể. Vùng chuyển tiếp, kết nối giữa các hạt được gọi là biên giới hạt. Kích thước hạt sẽ quyết định diện tích vùng biên giới hạt trong kim loại, nói cách khác, nó sẽ xác định cơ tính của kim loại. 6 VIII.2.4. Hợp kim hóa. Các thuộc tính của các phần tử kim loại nếu bổ sung vào kim loại đó các nguyên tố kim loại hoặc phi kim. Kĩ thuật như vậy được gọi là hợp kim hóa. Hợp chất kim loại được tạo thành từ tổ hợp kim loại và các nguyên tố bổ sung được gọi là hợp kim. Ví dụ người ta thêm kẽm và đồng nguyên chất để tạo thành hợp kim đồng thau. Carbon là nguyên tố á kim được thêm vào sắt để tạo thành thép (hợp kim sắt – carbon). Các nguyên tố hợp kim có trong mạng kim loại cơ bản (sắp xếp các nguyên tử riêng biệt) theo các cách khác nhau phụ thuộc vào kích thức tương đối của nguyên tử. Các nguyên tử nhỏ hơn như carbon, nitrogen, hydrogen có xu hướng chiếm các vị trí giữa các nguyên tử tạo thành cấu trúc mạng của kim loại cơ bản. Cấu trúc này được gọi là hợp kim hóa xen kẽ và nó được minh họa bằng sơ đồ 2D trong hình VIII.5. Ví dụ, một lượng nhỏ carbon chiếm các vị trí xen kẽ giữa các nguyên tử sắt trong hợp kim thép. Hình VIII.5 Các nguyên tố hợp kim với các nguyên tử có kích thước gần với kích thước của nguyên tử kim loại cơ bản có xu hướng chiếm các vị trí thay thế. Nghĩa là chúng thay thế một trong những nguyên tử của kim loại cơ bản trong cấu trúc mạng. Hiện tượng này được gọi là hợp kim hóa thay thế và được minh họa trên hình VIII.6. Ví dụ cả hai hợp kim đồng trong nickel và nickel trong đồng. 7 Hình VIII.6 Cũng như sự hiện diện của biên giới hạt, việc bổ sung các nguyên tố hợp kim làm cho cấu trúc mạng bị thay đổi. Như thấy trên hình VIII.5 và VIII.6, sự hiện diện của các nguyên tố hợp kim làm thay đổi sức hút và đẩy các nguyên tử làm cho sự sắp xếp mạng bị xô lệch, hay bị trượt. Điều này làm tăng năng lượng bên trong của kim loại và cải thiện cơ tính. Hầu như tất cả các kim loại sử dụng trong kĩ thuật đều ở dạng hợp kim gồm một nguyên tố chính và thêm một lượng nhỏ các nguyên tố hợp kim. Hợp kim thường bao gồm nhiều hạt định hướng ngẫu nhiên, với từng hạt được sắp xếp theo cách riêng biệt và có một hoặc nhiều phase đặc trưng. Nếu có nhiều hơn một phase thì hợp kim đó có cấu trúc tinh thể đặc trưng của riêng mình. VIII.2.5. Các Thành phần Cấu trúc tế vi của Thép Carbon Sự sắp xếp toàn bộ các hạt, biên giới hạt và phase có trong hợp kim được gọi là cấu trúc tế vi. Cấu trúc tế vi là nguyên nhân chủ yếu tạo nên các thuộc tính của hợp kim. Cấu trúc tế vi này chịu ảnh hưởng của thành phần các nguên tố hợp kim cùng các yếu tố khác như các nguyên công tạo hình bằng áp lực hoặc xử lí nhiệt. Cấu trúc tế vi chịu ảnh hưởng lớn do nguyên công hàn, nói cách khác, nó ảnh hưởng đến thuộc tính của hợp kim. Trong khi tất cả kim loại đều thể hiện các cấu trúc tế vi khác nhau, trong phạm vi phần này chỉ nghiên cứu sự thay đổi cấu trúc tế vi xảy ra trong thép carbon chỉ có nguyên tố chính là sắt và nguyên tố hợp kim là carbon. Các nguyên tố hợp kim khác cũng có thể được thêm vào, nhưng ảnh hưởng của chúng đến cấu trúc tế vi sẽ không đáng kể so với carbon. Để giới thiệu chủ đề này, điều quan trong cần hiểu rằng sắt và thép chịu các thay đổi theo sự sắp xếp tinh thể của chúng khi nhiệt độ thay đổi. Nghĩa là khi hợp kim sắt-carbon được nung nóng hoặc làm nguội thì sẽ có chuyển biến phase. Hiện 8 tượng xảy ra này cho phép thay đổi cơ tính của hợp kim bằng cách áp dụng các phương pháp nhiệt luyện khác nhau. Để hiểu được sự thay đổi này xảy ra như thế nào, các nhà luyện kim đã sử dụng những giản đồ trạng thái, hay giản đồ phase, trong đó thể hiện bằng đồ thị các dải thành phần cấu trúc tế vi khác nhau đối với hợp kim sắt-carbon. Giản đồ trạng thái Sắt – Carbon được trình bày trên hình VIII.7. Giản đồ này mô tả bản chất của các phase có trong hợp kim sắt-carbon dưới điều kiện “gần cân bằng”, tức là tốc độ nung nóng và làm nguội diễn ra rất chậm. Hình VIII.7 Nhìn vào biểu đồ thấy rằng, trục tung biểu diễn sự thay đổi nhiệt độ, còn trục hoành chỉ hàm lượng carbon theo phần trăm. Do đó với hàm lượng carbon đã cho, gióng đường vuông góc qua điểm trên trục hoành ứng với hàm lượng đó. Mặt khác từ những nhiệt độ khác nhau gióng đường ngang, đường đó cắt đường thẳng đứng tại điểm nào đó, từ điểm này có thể xác định được cấu trúc nào tồn tại. Hình VIII.8 chỉ ra cấu trúc điển hình của sắt nguyên chất về mặt thương mại (ferrite) với hàm lượng carbon gần bằng không. Hình VIII.9 là hình ảnh của pearlite sau khi đánh bóng, tẩm thực acid và soi dưới kính hiển vi mạnh (1500 ). 9 Vùng sáng là ferrite và vùng tối là cementite. Một chuyển biến quan trọng xảy ra trong thép là chuyển biến các thành phần khác nhau (ferrite, pearlite, cementite và hỗn hợp của chúng) từ nhiệt độ thường (trong phòng) sang austenite. Hãy xét ví dụ dùng thép với 0,30% C. Khi cấp nhiệt, chuyển biến này bắt đầu xảy ra ở nhiệt độ 1333 o F (723 o C); đường nằm ngang thể hiện nhiệt độ chuyển biến này được gọi là đường A1. Tại 723 o C, pearlite và ferrite bắt đầu chuyển sang austenite và ferrite. Sự thay đổi này không xảy ra ngay lập tức, mà diễn ra từ từ. Khi nhiệt độ vượt quá 723 o C thay đổi diễn ra nhanh hơn và sẽ chuyển biến hoàn toàn sang austenite. Hình VIII.8 Hình VIII.9 Khi nhiệt độ ở trên 1550 o F (843 o C), tức trên đường A3, austenite và ferrite chuyển biến hoàn toàn thành austenite. Sự thay đổi này cũng không xảy ra tức thời. Nhiệt độ càng cao thì chuyển thành austenite càng nhanh và các hiện tượng khác cũng xảy ra. Các hạt austenite ghép lại với nhau và kích thước hạt tăng lên. Điểm nóng chảy thấp (bắt đầu nóng chảy) đạt được ở 2770 o F (1521 o C). Giữa nhiệt độ nóng chảy thấp và cao sẽ có các hạt austenite nổi lẫn trong vũng kim loại nóng chảy. Khi đạt đến điểm nóng chảy cao, toàn bộ austenite nóng chảy trong vũng và các nguyên tử không còn sắp xếp cố định nữa. Khi làm nguội rất chậm, các thay đổi như vậy sẽ xảy ra ngược lại. Đây là tình trạng của chuyển biến mà cho phép làm thép cứng lên hoặc mềm đi bằng cách sử dụng các phương pháp nhiệt luyện khác nhau. Khi nung nóng thép đến vùng austenite rồi làm nguội rất chậm qua vùng chuyển biến này, kết quả thu được là cấu trúc tế vi chứa pearlite. Cấu trúc này chỉ có thể xảy ra khi đủ thời gian cho 10 [...]... thuật và kinh nghiệm đúng VIII.5 Tóm tắt Luyện kim hàn là mối quan tâm quan trọng đối với bất cứ phần tử hàn nào vì sự thay đổi luyện kim xảy ra có ảnh hưởng đáng kể đến cơ tính của kim loại mối hàn và kim loại cơ bản Các quy trình đều yêu cầu về luyện kim hàn vì các nhà luyện kim hoặc kĩ sư hàn mong muốn kiểm tra cơ tính của vật hàn Do đó, người Thanh tra Hàn có thể hướng dẫn thực hiện một số yêu cầu để... hàn và cần bảo vệ đúng trong tất cả các nguyên công hàn VIII.4 Luyện kim Hàn đối với các Vật liệu được Sử dụng phổ biến khác Ngoài hợp kim chủ yếu được sử dụng trong hàn, phần này sẽ tìm hiểu về luyện kim hàn đối với ba nhóm vật liệu cơ bản khác VIII.4.1 Thép không gỉ Từ “thép không gỉ” là tên gọi không được chính xác khi áp dụng cho các loại vật liệu được xem như là thép không gỉ, vì nghĩa phổ biến... khi hàn VIII.3.3 Ứng suất Khi hàn, nhiệt truyền vào vùng hàn không đều Do đó, một phần kim loại nhận nhiều nhiệt nên nhiệt độ rất cao, trong khi kim loại gần vùng hàn chỉ có nhiệt độ thấp Kết quả làm cho kim loại tại những điểm cách vùng hàn khoảng cách khác nhau bị giãn nở nhiệt khác nhau Phần kim loại nhận được nhiều nhiệt trực tiếp sẽ có xu hướng giãn nở, khi giãn nở, chúng sẽ bị cản trở bởi vùng kim. .. khác nhau đối với hợp kim thép cụ thể được minh họa trên hình VIII.12 Hình VIII.12 VIII.3 Luyện kim đối với Hàn VIII.3.1 Cơ sở lí thuyết Do hàn có thể dẫn đến những thay đổi đáng kể cả về nhiệt độ kim loại cũng như tốc độ nguội từ nhiệt độ cao, cho nên điều quan trọng là phải hiểu được những thay đổi luyện kim từ nguyên công hàn sẽ cho kết quả thế nào Hình VIII.13 mô tả tiến trình hàn dọc tấm Trên tấm... duplex Do thành phần và thuộc tính khác nhau, tính hàn của những nhóm này khác nhau nhiều Nhóm austenite có tính hàn tốt với thành phần kim loại bổ sung được sử dụng hiện nay Nhóm này có thể có vấn đề về nứt nóng ngắn xảy ra khi kim loại còn rất nóng Vấn đề này có thể giải quyết được bằng cách kiểm soát thành phần của kim loại cơ bản và kim loại bổ sung để tạo điều kiện tốt cho việc hình thành phase... hoặc kế cận vũng hàn, có thể hình thành các cấu trúc luyện kim khác nhau Trong vũng hàn, vùng có nhiệt độ cao nhất, kim loại có thể nguội từ trạng thái lỏng qua các vùng phase khác nhau được chú ý từ trước Ngay cạnh vũng hàn, trong vùng ảnh hưởng nhiệt (HAZ) (h.VIII.15), kim loại không bị chảy ra, nhưng nhiệt độ rất cao Vùng ảnh hưởng nhiệt HAZ là vùng thuộc kim loại cơ bản nằm cạnh vũng hàn, có nhiệt... khi hàn làm mềm vật liệu đã được biến cứng nguội, vấn đề này cần được cân nhắc trước khi hàn hợp kim đồng đã qua gia công biến cứng nguội Có nhiều hợp kim đồng được làm tăng độ bền bằng “hóa già”, quá trình này tương tự biến cứng lắng được sử dụng trong thép không gỉ PH Khi hàn những hợp kim này, thường chỉ rõ xử lí nhiệt sau khi hàn để phục hồi cơ tính ban đầu Một trong những vấn đề chính khi hàn. .. hợp kim đồng là do nhiệt độ nóng chảy tương đối thấp và độ dẫn nhiệt cao Nhiệt đưa vào vùng hàn phải được tính toán để vượt quá lượng nhiệt thoát đi do độ dẫn nhiệt cao Nhiệt độ nóng chảy của đồng và hợp kim khá thấp làm cho kim loại nóng chảy sớm hơn mong đợi và bị chảy tràn ra khắp liên kết hàn Phần lớn hợp kim đồng có tính hàn thỏa mãn khi sử dụng kĩ thuật và kinh nghiệm đúng VIII.5 Tóm tắt Luyện kim. .. tiến hành ram (nhiều khi là bắt buộc) Gia nhiệt (nung nóng trước hàn) được sử dụng để làm giảm tốc độ nguội của kim loại cơ bản gần với vũng hàn, cho phép tạo nên các thành phần cấu trúc tế vi khác với martensite Xử lí nhiệt sau hàn được sử dụng sau khi đã hàn hoàn thiện nhằm giảm ứng suất dư và ram những phase giòn cứng đã hình thành khi làm nguội hoặc tôi Thông thường nhiệt độ xử lí nhiệt sau khi hàn. .. nguội trong HAZ là nhanh nhất Những thay đổi điều kiện hàn có ảnh hưởng đáng kể đến việc tạo thành các phase khác nhau, vì điều kiện hàn có ảnh hưởng đáng kể đến tốc độ nguội của mối hàn Các điều kiện hàn (biến số chính) có thể tạo nên sự thay đổi là năng lượng đường, gia nhiệt trước khi hàn, lượng carbon tương đương của kim loại cơ bản và chiều dày kim loại cơ bản Hình VIII.15 Khi năng lượng đường tăng, . trong kim loại, nói cách khác, nó sẽ xác định cơ tính của kim loại. 6 VIII.2.4. Hợp kim hóa. Các thuộc tính của các phần tử kim loại nếu bổ sung vào kim loại đó các nguyên tố kim loại hoặc phi kim. . – LUYỆN KIM HÀN VIII.1. Khái niệm chung Luyện kim là khoa học nghiên cứu, xử lí cấu trúc bên trong của kim loại/ hợp kim và mối liên hệ giữa các cấu trúc này với các thuộc tính của kim loại. gọi là hợp kim hóa. Hợp chất kim loại được tạo thành từ tổ hợp kim loại và các nguyên tố bổ sung được gọi là hợp kim. Ví dụ người ta thêm kẽm và đồng nguyên chất để tạo thành hợp kim đồng thau.