Nghiên cứu ảnh hưởng của dung dịch tôi polyme đến tổ chức, tính chất, biến dạng của thép ổ lăn OL 100cr1,5

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI TRẦN THỊ XUÂN NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA DUNG DỊCH TƠI POLYME ĐẾN TỔ CHỨC, TÍNH CHẤT, BIẾN DẠNG CỦA THÉP Ổ LĂN OL 100Cr1,5 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC VẬT LIỆU HÀ NỘI - 2019 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI TRẦN THỊ XUÂN NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA DUNG DỊCH TƠI POLYME ĐẾN TỔ CHỨC, TÍNH CHẤT, BIẾN DẠNG CỦA THÉP Ổ LĂN OL 100Cr1,5 Ngành: Khoa học vật liệu Mã số: 9440122 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC VẬT LIỆU NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS Nguyễn Văn Tư GS.TS Lê Thị Chiều HÀ NỘI - 2019 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi Các số liệu, kết trình bày Luận án trung thực chưa tác giả công bố! Hà Nội, ngày 30 tháng 07 năm 2019 TM TẬP THỂ HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS TS Nguyễn Văn Tư Người cam đoan Trần Thị Xuân i LỜI CẢM ƠN Tác giả chân thành cám ơn PGS.TS Nguyễn Văn Tư GS.TS Lê Thị Chiều, tận tình hướng dẫn, tạo điều kiện tài liệu động viên tác giả suốt trình nghiên cứu hoàn thành luận án Tác giả trân trọng cám ơn Quỹ học bổng Sakura Science (Nhật Bản) tài trợ học bổng kinh phí để tác giả có điều kiện sang nghiên cứu thực nghiệm phân tích kết nghiên cứu Trường Đại học Shimane – Nhật Bản Tác giả trân trọng cám ơn Bộ môn Khoa học vật liệu - Trường Đại học Shimane – Nhật Bản, đặc biệt GS Takuya Ohba TS Phạm Hoàng Anh tạo điều kiện thuận lợi trang thiết bị thí nghiệm, nhiệt tình giúp đỡ tác giả trình nghiên cứu thực nghiệm kiểm tra cấu trúc kim loại, kiểm tra thành phần pha kỹ thuật Nhiễu xạ tia X (X-ray Diffraction) Nhiễu xạ điện tử tán xạ ngược (Electron Backscatter Diffraction - EBSD) tác giả đến nghiên cứu Tác giả trân trọng cám ơn Bộ môn Hàn & Công nghệ kim loại - Viện Cơ khí - Đại học Bách khoa Hà Nội, đặc biệt TS Vũ Đình Toại tạo điều kiện hướng dẫn tác giả sử dụng phần mềm Sysweld 2017.0 để xây dựng chương trình tính tốn mơ số q trình tơi thép OL 100Cr1,5 Tác giả trân trọng cám ơn Bộ mơn Hóa Lý - Viện Kỹ thuật hóa học - Đại học Bách khoa Hà Nội, đặc biệt TS Nghiêm Thị Thương nhiệt tình giúp đỡ tác giả trình kiểm tra đánh giá tuổi thọ dung dịch polyme kỹ thuật Phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (Fourier Transform Infra Red – FTIR) Phổ cộng hưởng từ hạt nhân (Nuclear Magnetic Resonance - NMR) Tác giả trân trọng cám ơn bạn thân hữu, đồng nghiệp Bộ môn Vật liệu học, Xử lý nhiệt & Bề mặt - Viện Khoa học & Kỹ thuật vật liệu - Đại học Bách khoa Hà Nội tạo điều kiện thuận lợi động viên tác giả trình nghiên cứu thực luận án Cuối cùng, tác giả bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến bố, mẹ tác giả toàn thể thành viên gia đình động viên, tạo điều kiện tài chia sẻ khó khăn suốt q trình tác giả nghiên cứu hồn thành luận án Tác giả luận án Trần Thị Xuân ii MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH, ĐỒ THỊ MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ MƠI TRƯỜNG TƠI 1.1 Tổng quan mơi trường tơi nghiên cứu sử dụng 1.2 Tình hình nghiên cứu môi trường polyme giới 1.3 Tình hình nghiên cứu mơi trường tơi polyme nước 1.4 Kết luận chương CHƯƠNG CƠ SỞ KHOA HỌC Q TRÌNH TƠI THÉP TRONG DUNG DỊCH POLYME 2.1 Mục đích tơi thép u cầu môi trường 2.2 Thép OL 100Cr1,5 lựa chọn mơi trường tơi 2.2.1 Thành phần tính chất thép OL 100Cr1,5 2.2.1.1 Công dụng, điều kiện làm việc yêu cầu thép ổ lăn 2.2.1.2 Thành phần hóa học thép OL 100Cr1,5 2.2.1.3 Tính chất thép OL 100Cr1,5 2.2.2 Giản đồ TTT CCT thép OL 100Cr1,5 2.2.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ tới hạn thép OL 100Cr1,5 2.2.4 Lựa chọn môi trường thép OL 100Cr1,5 2.2.4.1 Dung dịch polyme poly vinylpyrrolidone (PVP ) nước 2.2.4.2 Dung dịch polyme poly alkylene lycols (PAG) nước 2.3 Cơ chế làm nguội dung dịch polyme 2.3.1 Các giai đoạn làm nguội dung dịch polyme 2.3.2 Cơ chế làm nguội loại dung dịch polyme 2.3.3 Đường nguội dung dịch polyme 2.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ nguội dung dịch polyme 2.4.1 Ảnh hưởng nồng độ polyme dung dịch 2.4.2 Ảnh hưởng nhiệt độ bể tốc độ khuấy 2.5 Tuổi thọ dung dịch polyme 2.6 Chuyển biến mactenxit thép 2.6.1 Cấu trúc tinh thể tính chất mactenxit 2.6.2 Đặc điểm chuyển biến mactenxit 2.6.3 Nhiệt động học chuyển biến mactenxit 2.6.4 Lý thuyết tinh thể chuyển biến mactenxit 2.7 Sự hình thành ứng suất dư biến dạng chi tiết 2.7.1 Trạng thái ứng suất - biến dạng vật liệu 2.7.2 Các loại ứng suất dư sau tơi 2.7.3 Sự hình thành ứng suất chi tiết 2.7.3.1 Ứng suất nhiệt 2.7.3.2 Ứng suất chuyển biến pha 2.7.3.3 Sự hình thành ứng suất dư sau 2.8 Kết luận chương CHƯƠNG NGHIÊN CỨU Q TRÌNH TƠI THÉP TRONG DUNG DỊCH POLYME BẰNG MƠ PHỎNG SỐ 3.1 Mục đích nghiên cứu mô số Trang vii xi xiii 5 10 13 13 14 14 15 15 15 15 16 16 17 18 18 19 20 20 22 23 24 24 24 27 28 28 29 30 31 32 32 33 34 35 36 38 40 41 41 iii 3.2 Cơ sở tính tốn mơ q trình tơi thép 3.2.1 Động học q trình chuyển biến pha thép 3.2.1.1 Động học chuyển biến pha khuếch tán 3.2.1.2 Động học chuyển biến mactenxit 3.2.2 Ảnh hưởng ứng suất đến chuyển biến pha biến dạng dẻo chuyển biến 3.2.3 Các tính chất lý – nhiệt vật liệu 3.2.3.1 Hệ số giãn nở nhiệt, biến dạng nhiệt chuyển pha 3.2.3.2 Tỷ trọng vật liệu 3.2.3.3 Độ dẫn nhiệt, nhiệt dung riêng Entanpi 3.2.4 Các tính chất học vật liệu 3.2.4.1 Mơ hình vật liệu cho tương tác học 3.2.4.2 Các thành phần biến dạng 3.3 Các bước tính tốn mơ số q trình tơi thép 3.3.1 Xây dựng mơ hình phần tử hữu hạn (PTHH) 3.3.2 Khai báo thông số vật liệu 3.3.3 Thiết lập điều kiện tính tốn mơ q trình tơi 3.3.3.1 Điều kiện trao đổi nhiệt mơ hình với dung dịch tơi 3.3.3.2 Điều kiện kẹp mẫu 3.3.3.3 Các thông số chế độ 3.4 Kết tính tốn mơ trường nhiệt độ mẫu 3.4.1 Trường nhiệt độ phân bố mẫu tơi 3.4.2 Đường nguội số vị trí khảo sát 3.5 Kết mơ q trình chuyển biến pha mẫu tơi 3.6 Kết tính tốn độ cứng mẫu dung dịch polyme 3.7 Kết tính tốn mơ trường ứng suất mẫu tơi 3.8 Kết tính tốn biến dạng mẫu dung dịch polyme 3.9 Kết luận chương CHƯƠNG NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 4.1 Pha chế dung dịch polyme 4.1.1 Nguyên liệu pha chế dung dịch polyme 4.1.2 Công thức pha chế dung dịch polyme PVP 4.1.3 Công thức pha chế dung dịch tơi polyme PAG 4.1.4 Tính tốn thể tích dung dịch tơi 4.2 Xác định tính chất dung dịch tơi 4.2.1 Phương pháp phân tích chế làm nguội dung dịch polyme 4.2.2 Đo độ nhớt dung dịch 4.2.3 Đo đường nguội xác định hệ số truyền nhiệt dung dịch 4.2.4 Kiểm tra ơxi hóa polyme phân tích nhiệt trọng lượng/ quét vi sai (TG/DSC) 4.2.5 Kiểm tra nhóm chức liên kết phân tử dung dịch polyme phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FTIR) 4.2.6 Xác định khối lượng phân tử polyme dung dịch phổ cộng hưởng từ hạt nhân - Nuclear Magnetic Resonance (NMR) 4.3 Thực nghiệm mẫu 4.3.1 Mẫu thí nghiệm 4.3.2 Thiết bị nhiệt luyện 4.3.3 Quy trình mẫu 41 41 41 42 43 43 43 44 45 45 45 46 46 46 48 51 51 52 53 53 53 55 58 61 62 68 71 72 72 72 72 73 73 75 75 76 77 80 82 82 83 83 83 84 iv 4.4 Các kiểm tra đánh giá sau 4.4.1 Kiểm tra biến dạng mẫu sau 4.4.2 Kiểm tra ứng suất dư mẫu sau nhiễu xạ Rơngen (XRD) 4.4.3 Nghiên cứu tổ chức tế vi kính hiển vi quang học 4.4.4 Xác định tổ chức kim loại nhiễu xạ Rơngen (XRD) 4.4.5 Nghiên cứu cấu trúc thành phần pha nhiễu xạ điện tử tán xạ ngược (EBSD) 4.4.6 Kiểm tra độ cứng mẫu sau 4.5 Kết luận chương CHƯƠNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ BÀN LUẬN 5.1 Cơ chế làm nguội dung dịch polyme PVP PAG 5.2 Ảnh hưởng nồng độ polyme đến nhiệt dung riêng độ nhớt dung dịch 5.2.1 Ảnh hưởng nồng độ polyme đến nhiệt dung riêng dung dịch 5.2.2 Ảnh hưởng nồng độ polyme đến độ nhớt dung dịch 5.3 Ảnh hưởng nồng độ polyme đến tốc độ nguội dung dịch 5.3.1 Ảnh hưởng nồng độ polyme đến tốc độ nguội dung dịch PVP 5.3.2 Ảnh hưởng nồng độ polyme đến tốc độ nguội dung dịch PAG 5.3.3 So sánh khả làm nguội dung dịch PVP PAG với dầu 5.4 Ảnh hưởng dung dịch polyme đến biến dạng mẫu 5.5 Ảnh hưởng dung dịch polyme đến ứng suất dư mẫu 5.6 Ảnh hưởng dung dịch làm nguội polyme đến tổ chức tế vi thép OL 100Cr1,5 5.6.1 Cấu trúc tế vi thép OL 100Cr1,5 số mơi trường 5.6.2 Phân tích thành phần pha mẫu thép OL 100Cr1,5 sau kỹ thuật EBSD 5.7 Ảnh hưởng dung dịch polyme đến độ cứng thép OL 100Cr1,5 5.8 Khả tái sử dụng dung dịch polyme PVP PAG 5.8.1 Độ nhớt dung dịch polyme qua lần 5.8.2 Tốc độ nguội dung dịch polyme qua lần tơi 5.8.3 Kiểm tra ơxi hóa polyme kỹ thuật phân tích nhiệt TG/DSC 5.8.4 Xác định nhóm chức liên kết phân tử polyme phổ hồng ngoại (FT-IR) 5.8.5 Xác định khối lượng phân tử polyme sau lần phổ cộng hưởng từ hạt nhân (1H-NMR) 5.9 Kết luận chương KẾT LUẬN CHUNG CỦA LUẬN ÁN & KIẾN NGHỊ DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ CỦA LUẬN ÁN TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC Phụ lục 1: Tính tốn thể tích khối lượng mẫu tơi phần mềm Solidworks 2016.0 Phụ lục 2: Các thông số để tính tốn thể tích dung dịch tơi tối thiểu Phụ lục 3: Các loại mẫu chuẩn để xác định đường nguội dung dịch 84 84 85 86 88 88 89 89 90 90 93 93 94 96 96 98 100 101 103 108 109 113 123 125 125 126 129 131 132 134 135 136 137 143 143 144 145 v Phụ lục 4: Phương pháp Phân tích phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FTIR) Phụ lục 5: Phương pháp phân tích phổ cộng hưởng từ hạt nhân (NMR) Phụ lục 6: Mẫu đo biến dạng Phụ lục 7: Phương pháp xác định ứng suất dư nhiễu xạ Rơngen 145 146 148 149 vi DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu / Viết tắt %A %T         1, 2, 3 1, 2, 3 el H2O Le max pl RS, RS,I, RS,II, RS,III T th tp tp tr xy xy, zx, yz z, y, x 𝑜 𝑡𝑚 𝛼̅ 𝑡ℎ 𝜀𝑖 (𝑇) 𝜀𝑗𝑡ℎ (𝑇) 𝜎𝑦𝑎 H NMR A A1 a1, a2, a3 ACR Ag As BCT Đơn vị [mPa.s] [µm] [o] [o] [o] [MPa] Ý nghĩa Phần trăm hấp thụ Phần trăm truyền qua Độ nhớt động lực học Ứng suất cắt Độ nhớt động học Bước sóng Góc chùm tia tới với trục 3 Góc hình chiếu chùm tia tới mặt phẳng mẫu với trục 1 Góc nhiễu xạ Ứng suất bề mặt Ứng suất theo phương 1, 2, Độ biến dạng dọc theo trục Biến dạng đàn hồi [oC] o [ C] Nhiệt độ môi trường nước nước Nhiệt độ Leidenfrost Ứng suất cắt (ứng suất tiếp) cực đại Biến dạng dẻo Ứng suất dư, ứng suất dư loại 1, ứng suất dư loại 2, ứng suất dư loại Gradient nhiệt độ Biến dạng nhiệt Biến dạng dẻo chuyển biến Biến dạng dẻo chuyển pha [oC] Biến dạng chuyển pha Độ xê dịch Ứng suất tiếp mặt phẳng xy, zx, yz Ứng suất pháp theo phương z, y, x Nhiệt dộ ứng với austenit nguội ổn định Hệ số giãn nở nhiệt thực Biến dạng nhiệt pha i nhiệt độ T Biến dạng nhiệt pha j nhiệt độ T Giới hạn chảy pha austenit Phổ cộng hưởng từ hạt nhân proton o [ C] [oC] Độ hấp thụ Nhiệt độ tới hạn thép Trị số định hướng theo phương Alkali polyacrylate Diện tích hạt trung bình Nhiệt độ bắt đầu tạo thành austenit Chính phương tâm khối vii Bo c/a CCT Cct Cdd Cnước Cp CPAG CPVP CR CR300 CRmax d Dnorm Dnorm,max DSC DTA Dx Dy Dz E EBSD EO Eout Est Eth FCC FE-SEM FTIR G GMP GTN Hi HTC HV Io, I JMA K [ppm] Độ phương Chuyển biến làm nguội liên tục (Continuous Cooling Transformation) [J/(kg.K)] Nhiệt dung riêng chi tiết [J/(kg.K)] Nhiệt dung riêng dung dịch [J/kg.K] Nhiệt dung riêng nước [J/(kg.K)] Nhiệt dung riêng thép [J/kg.K] Nhiệt dung riêng PAG [J/kg.K] Nhiệt dung riêng PVP [oC/s] Tốc độ nguội (Cooling rate) o [ C/s] Tốc độ nguội nhiệt độ 300oC [oC/s] Tốc độ nguội lớn Khoảng cách mặt tinh thể [mm] [mm] Biến dạng tổng Biến dạng tổng lớn Khoảng cách mặt tinh thể ứng suất dư Phân tích nhiệt quét vi sai (Differential scanning calorimetry) Phân tích nhiệt vi sai (Differential Thermal Analysis) [mm] [mm] [mm] [N/mm2] Biến dạng theo phương x Biến dạng theo phương y Biến dạng theo phương z Mô đun Young Nhiễu xạ điện tử tán xạ ngược (Electron Backscatter Diffraction) [J/kg] Etylen oxide Nhiệt truyền từ chi tiết vào môi trường tức thời Sự thay đổi nhiệt tức thời chi tiết tơi Enthalpy Lập phương tâm mặt Kính hiển vi điện tử quét xạ trường (Field Emission Scanning Electron Microscopy) Phổ biến đổi hồng ngoại Fourier Modun trượt [mm] Độ mở khe nhẫn chữ C theo tính tốn mơ [mm] Độ mở khe nhẫn chữ C theo đo đạc thực nghiệm Entanpy tiêu chuẩn pha i [W/m K] Heat transfer coefficient - Hệ số trao đổi nhiệt Vickers Hardness Cường độ xạ trước sau hấp thụ Định luật Johnson-Mehl-Avrami [W/mmK] Hệ số dẫn nhiệt thép Hằng số hóa bền Hệ số biến dạng dẻo chuyển biến K K m1 m2 Từ trường tác động [%] [%] Tỉ phần khối lượng polyme nước Tỉ phần khối lượng nước viii TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Tạ Văn Thất (1976), “Chuyển biến pha nhiệt luyện”, Trường Đại Học Bách Khoa [2] Phạm Thị Minh Phương, Tạ Văn Thất (2000), “Công nghệ nhiệt luyện”, NXB Giáo dục [3] Charles E Bates, George E Totten, Robert L Brennan (1991), “Quenching of steel”, ASM Handbook Committee, Vol 4, pp 160-194 [4] French, H J (1930), “A study of the quenching of the steels” Transactions of the American Society for Steel Treating, 17(6), pp 798-888 [5] Webster, H., and Laird, W J (1991), “Martempering of steel”, ASM Handbook Committee, Vol 4, pp 137-151 [6] Nan, C., Northwood, D O., Bowers, R J., and Sun, X (2010), “Study on the dimensional changes and residual stresses in cacbonitrided and ferritic nitrocarburized SAE 1010 plain cacbon steel”, Materials Science Forum, pp 829-834 [7] Nan, C., Northwood, D O., Bowers, R J., and Sun, X (2009), “Distortion in ferritic nitrocarburized SAE 1010 plain cacbon steel”, Proc SEM Annual Conference and Exposition on Experimental and Applied Mechanics, pp 1630-1638 [8] Chevrier, J C., Moreaux, F., and Beck, G (1972), “Thermal Resistance of the Superficial Zones of the Solid Determine the Vaporization Process of the Liquid in Quenching Conditions” Heat Mass Transf., Vol 15, pp 1631–1645 [9] B Liscic, H M Tensi and W Luty (1992), “Theory and Technology of Quenching”, Springer-Verlag [10] (1969), ASM, Metals Handbook, Metals Park, Vol [11] Wackaw Luty (2010), “Quenching Theory and Technology”, Taylor and Francis Group, LLC [12] Rosa L Simencio Otero, Lauralice C.F Canale, Diego Said Schicchi, Eliana Agaliotis, George E Totten, and Gustavo Sa´nchez Sarmiento (2013), “Epoxidized Soybean Oil: Evaluation of Oxidative Stabilization and Metal Quenching/Heat Transfer Performance”, JMEPEG 22, pp 1937–1944 [13] Ester Carvalhode Souza, Lauralice C.F Canale, G.Sa´nchez Sarmiento, Eliana Agaliotis, Juan C Carrara, Diego S Schicchi, and George E Totten (2013), “Heat Transfer Properties of a Series of Oxidized and Unoxidized Vegetable Oils in Comparison with Petroleum Oil-Based Quenchants”, JMEPEG 22, pp 1871–1878 [14] Gopalan Ramesh and Narayan Kotekar Prabhu (2011), “Review of thermo-physical properties, wetting and heat transfer characteristics of nanofluids and their applicability in industrial quench heat treatment”, Nanoscale Research Letters, 6:334 [15] Josip Zupan, Darko Landek, Tomislav Filetin (2013), “Investigation of the cooling process with nanofluids according to ISO 9950 and ASTM D6482 standards”, Materiali in tehnologije / Materials and technology 47 (1), pp 125–127 [16] Xiongfei Chen, Liuyan Zhang, Xiaohua Jie, Ying Li, Xiaoye Huang (2017), “Quenching characteristics of glycerol solution as a potential new quenchant”, International Journal of Heat and Mass Transfer, pp 209-214 [17] G Ramesh and K.N Prabhu (2012), “Cooling Characteristics of Liquid Quenchants for Heat Treatment of Castings”, Indian Foundry J., 58(12), p 23–29 [18] M Eshraghi-Kakhki, M.A Golozar, and A Kermanpur (2011), “Application of Polymeic Quenchant in Heat Treatment of Crack-Sensitive Steel Mechanical Parts: Modeling and Experiments”, Mater Des., p 2870–2877 [19] George E Totten (2000), “Polymer quenchants for induction heat treating applications: The basic” Union Cacbit Corporation 771 Old Saw Mill River Road Tarrytown, NY 10591 137 [20] Mr P.K Deval (2015), “New Generation Polyme Quenchant for Heavy Forgings”, On the web: http://www.hawcoindia.com/image/pdf/article2.pdf [21] D Scott MacKenzie (2003), “Advances in Quenching—A Discussion of Present and Future Technologies”, Proceeding of the 22nd Heat Treating Society Conference and the 2nd International Surface Engineering Congress, Indianapolis, pp 228–239 [22] Suresh C Maidargi and Veena Rani (2013), “Heat treatment of steel parts in different media”, Journal of Metals, Materials and Minerals, Vol.23, No.2, pp 1-7 [23] M Eshraghi-Kakhki, M.A Soltani, K Amini, H.R Mirjalili, R Rezaei, T Haghir and M.R Zamani (2009), “Application of polymeic quenchants in heat treatment of steels”, International Joural of ISSI, Vol.6, No 1, pp 34-38 [24] E.R Cornell, U.S Patent 2,600,000, June 10, 1952 [25] British Patent, 1,163,345, June 1, 1967 [26] M Gordon, U.S Patent, 2,770,564, November 13, 1956 [27] G.E Totten, C.E.B., N.A Clinton (1993), “Handbook of Quenchants and Quenching Technology”, ASM international [28] Rafika Ikkene, Zahia Koudil, and Mohammed Mouzali (2014), “Cooling Characteristic of Polymeic Quenchant: Calculation of HTC and Prediction of Microstructure and Hardness”, Journal of Materials Engineering and Performance, Vol.23, pp 3819–3830 [29] Kapietz KH (1979), “Controlled quenching of ferrous metals in sodiumpolyacrylate aqueous solutions” Ind Heat [30] Kahtan K Al-Khazraji, Waleed A Hanna, Osama S Muhammed (2011), “Study the Effect of Polymeic Quenching on Wear Resistance of Eutectic Modified Aluminium – Silicon Alloy”, Journal of Minerals & Materials Characterization & Engineering, Vol 10, No.10, pp.941-958 [31] Burgdorf E (1979), “Eigenschaften und Einsatzgebiete synthetischer Abschrecklösungen”, Zeitschrift für wirthschaftliche Fertigung, pp 431–436 [32] Croucher, T (2008),“Using Polyalkylene Glycol Quenchants to Effectively Control Distortion and Residual Stresses in Heat Treated Aluminum Alloys”, Journal of ASTM International, Vol 5, pp 1-16 [33] R Luxenhofer, A Schulz, C Roques, S Li, T.K Bronich, E.V Batrakova, R Jordan, and A.V Kabanov (2010), “Doubly Amphiphilic Poly (2-oxazoline) as High-Capacity Delivery Systems for Hydrophobic Drugs” Biomaterials, 31(18), p 4972–4979 [34] J.C Rueda, S Zschoche, H Komber, F Krahl, K.-F Arndt, and B Voit (2010) “New Thermo Sensitive Graft Copolymes Based on a Poly (N-isopropylacrylamide) Backbone and Functional Polyoxazoline Grafts with Random and Diblock Structure” Macromol Chem Phys., pp 706-716 [35] J.F Warchol (1985), “Aqueous Quenchants Containing Polyoxazolines and NVinyl Heterocyclic Polymes and Their Use in Quenching Steel”, U.S Patent 4, 528, 044 [36] R.I.G Thompson, S.J Randles, M Brown, and J.L Wood (2001), “Aspects of the Use of Polyoxyalkylene Glycols in Polyme Quenchants”, J Synth Lubr., 17(4), pp 277– 293 [37] N.A Hilder (1986), “Polyme Quenchants—A Review”, Heat Treat Met., 13(1), pp 15– 26 [38] Masahide Iwahashi,Tohoru Katsuragi, Yoshiki Tani, Ken Tsutsumi and Kiyomi Kakiuchi (2003), “Mechanism for degradation of poly(sodium acrylate) by bacterial consortium no”, L7-98 Journal of Bioscience and Bioengineering, Volume 95, Issue 5, pp 483-487 [39] T Narumi, Kogyo Kanetsu, Vol 26 (No 12), pp 19-26 [40] L Holiday, Ionic polymes, John Wiley & Sons, 1975, chapter 138 [41] Segerberg, S (1986), “Polyme Quenchants: Evaluation of Technical and Environmental Properties”, Heat Treat Met., Vol 13, pp 1–3 [42] G.E Totten, G.M Webster, L.M Jarvis and C.E Bates (1997), “Effect of section size quenchant concertration and agitation on the Physical properties of type I polyme quenched aluminum alloys”, In Proc Of the 1st Int Non-ferrous Processing and technology conference, ASM International, Materials Park, OH, pp 7-15 [43] Tom Croucher (2008), “Using Polyalkylene Glycol Quenchants to Effectively Control Distortion and Residual Stresses in Heat Treated Aluminum Alloys”, ASTM International, Vol 5, No 10, pp 1-16 [44] S.W Han, Kum Won and G.E Totten (1998), “Applications of Polyme Quenchants for High Hardenability, Crack-Sensitive Steels”, ASM International [45] Nailu Chen, Lizhan Han, Weimin Zhang and Xiaowei Hao (2006), “Enhancing mechanical properties and avoiding cracks by simulation of quenching connecting rods”, Elsevier [46] Z Koudil, R Ikkene, and M Mouzali (2013), “Cooling Capacity Optimization: Calculation of Hardening Power of Aqueous Solution Based on Poly (N-Vinyl-2Pyrrolidone”, Journal of Materials Engineering and Performance 23(2), pp 1-9 [47] Ali RafaAltawee, Majid Tolouei-Rad (2014), “Effect of quenching medium, specimen size and shape on the hardenability of AISI 4140 steel,” Emirates Journal for Engineering Research [48] H K D H Bhadeshia and R.W K (2006), “Honeycombe Steels microstructure and properties”, Elsevier Ltd [49] Nghiêm Hùng (1999), “Giáo trình Vật liệu học”, Đại học Bách Khoa Hà Nội, Hà Nội (1999) [50] http://www.astmsteel.com/product/52100-bearing-steel-aisi., ngày truy cập lần cuối 26/7/2019 [51] ESI Groups (2017) Sysweld 2017.0 Materials Database - CD Toolbox 99 Rue Des, Solets Silic 112 94513 Rungis Cedex France [52]https://www.chemicalbook.com/ChemicalProductProperty_EN_CB4209342.htm Ngày truy cập 26/7/2019 [53]http://ragitesting.com/resourcePortfolio/wp-content/uploads/2014/09/ASHPC8091_PVP _Brochure_VF.pdf Ngày truy cập 26/7/2019 [54] Julinová M1, Kupec J, Houser J, Slavík R, Marusincová H, Cervenáková L, Klívar S (2012), “Removal of polyvinylpyrrolidone from wastewater using different methods”, 84(12), pp 2123-2132 [55] Paul L Matlock, William L Brown, and Nye A Clinton (1999), “Polyalkylene Glycols” Union Carbide Corporation Tarrytown, New York [56] G.E Totten (1990), “Polyme Quenchants: The Basics”, Adv Mater Process., 137(3), p 5153–5155 [57] N Chen, W Zhang, Ch Gao, Bo Liao, and J Pan (2006), “The Effects of Probe Geometric Shape on the Cooling Rate Curves Obtained from Different Quenchants”, Solid State Phenom., 118, p 227–231 [58] F.S Allen, A.J Fletcher and S King (1987), “On the quenching characteristics of Polyankylene Glycol slutions in water”, Department of metals and materials Engineering Sheffield City Polytechnic, Pond street, Sheffiedl (U.K.) [59] D.S Mackenzie and G.E Totten (2000), “Aluminum Quenching Technology: A Review”, Materials Science Forum, pp 589-594 [60] Blessing, R L., unpublished data, Union Cacbit Corp., 1996 [61] Kawai, F., Crit Rev Biotechnol., 6, 273 (1987) 139 [62] Rondeau D (2004), “The effects of part orientation and fluid flow on heat transfer around a cylinder”, Materials Science and Engineering, Worcester Polytechnic Institute: Worcester [63] Yamanouchi A (1968), “Effect of core spray cooling in transient state after loss of cooling accident”, J Nucl Sci Technol, pp 547–558 [64] Henry, R.E (1973), “A generalized correlation for the minimum point in film boiling”, In 14th National Heat Transfer Conference, AICHE-ASME, Atlanta, GA [65] Stich, A.; Tensi, H.M (1995), “Wärmeübetragung und Temperaturverteilung mit Benetzungsablauf beim Tauchkühlen”, HTM Härterei –Techn Mitt., pp 31 –35 [66] Bodin and S Segerberg (1993), “Measurement and Evaluation of the Power of Quenching Media for Hardening”, Heat Treat Met., 20(1), p 15–23 [67] Jeschar R, Köhler Chr, Specht E, Heidt V (1989) Methoden zur def nierten Abkühlung metallischer Werkstoffe Die Industriefeuerung pp 34–39 [68] Jescher R, Ma R (1986) Wärnbertragung beim Abschrecken kugelfưrmiger Kưrper in Wasser Gaswärme Int pp 370–375 [69] G.E Totten, G.M Webster, L.M Jarvis, S.W Han and S.H Kang (1997), “Thermal/Oxidative Stability and Polyme Drag-Out Behavior of Polyme Quenchants”, Induction Heat Treating Symposium, Eds., D Milam, D Poteet, G Pfaffmann, W Albert, A Muhlbauer and V Rudnev, ASM International, Materials Park, OH, p 443448 [70] Zenji Nishiyama (1978), “Martensitic Transformation”, Academic Press New York San Francisco London [71] Jiajun Wang, Pieter J van der wolk and Sybrand van der zwaag (1999) “Effects of Cacbon Concentration and Oooling Rate on Continuous Transformations Predicted by Artificial Neural Network”, ISIJ International, Vol 39, No 10, pp 1038-1046 [72] Nguyễn Khắc Xương (2016), “Vật liệu kỹ thuật”, NXB Bách Khoa Hà Nội [73] Hong-Seok Yang and H.K.D.H Bhadeshia (2008), “Austenit grain size and the mactenxit-start temperature”, Elsevier Ltd [74] R W K Honeycombe and H K D H Bhadehsia (1995), “Steels: microstructure and properties”, Butterworth-Heinemann, Second edition [75] Lê Ngọc Hồng (2006), “Sức bền vật liệu”, NXB Khoa học Kỹ thuật [76] Lê Công Dưỡng (1984), “Kỹ thuật phân tích cấu trúc tia Rơngen”, Nhà xuất Khoa học & Kỹ Thuật [77] Sjöström, S (1982), “Calculation of Quench Stresses in Steel”, University of Linköping, Linköping, Sweden [78] Gergely, M., Tardy, P., Buza, G., and Reti, T (1984), “Prediction of transformation characteristics and microstructure of case-hardened components”, Heat Treatment of Metals 11(3), pp 67–67 [79] Umemoto, M., Hiramatsu, A., Moriya, A., Watanabe, T., Nanba, S., Nakajima, N., Anan, G., and Higo, Y (1992), “Computer modelling of phase transformation from work-hardened austenit”, ISIJ International 32(3), 306–315 [80] Zienkiewicz, O C (1977), “The Finite Element Method”, McGraw-Hill, London [81] Johnson, W.A and R.F Mehl (1939), “Reaction kinetics in processes of nucleation and growth” Trans AIME, 135: p 416-458 [82] Avrami, M (1940), “Kinetics of phase change II Transformation-time relations for random distribution of nuclei”, J Chem Phys., 8: p 212-224 [83] Scheil, E (1935), “Anlaufzeit der austenitumwandlung”, Arch Eisenhuttenwes, 8: p 565-567 [84] Cahn, J.W (1956), “Transformation kinetics during continuous cooling”, Acta Metallurgica, 4(6): p 572-575 140 [85] Christian, J.W (1975), “The Theory of Transformations in Metals and Alloy”, Oxford: Pergamon Press [86] Reti, T and I Felde (1999), “A non-linear extension of the additivity rule”, Computational Materials Science, 15(4): p 466-482 [87] Koistinen, D.P and R.E Marburger (1959), “A general equation prescribing the extent of the austenit-mactenxit transformation in pure non-cacbon alloys and plain cacbon steels”, Materialia, 7: p 55-69 [88] Greenwood, G.W and R.H Johnson (1965), “The deformation of metals under small stresses during phase transformations”, Proc Roy Soc., 283: p 403- 422 [89] Magee, C.L., (1966), “Transformation kinetics, micro-plasticity and ageing of martensite in Fe-31Ni”, Carnegie Inst of Tech.: Pittsburgh , USA p 309 [90] Leblond, J.B., J Devaux, and J.C Devaux (1989), “Mathematical modelling of transformation plasticity in steels I: Case of ideal-plastic phases”, International Journal of Plasticity, 5(6): p 551 -572 [91] Fischer, F.D., Q.P Sun, and K Tanaka (1996), “Transformation-induced plasticity (TRIP)”, Applied Mechanics Reviews, 49(6): p 317-364 [92] Abrassart, F., (1972), “Influence des transformations martensitiques sur les propriétés mécaniques des alliages du système Fe-Ni-Cr-C” [93] Dalgic, M., et al (2008), “Transformation plasticity at different phase transformation of a through hardening bearing steel”, International Journal of Materials and Properties, 3: p 49-64 [94] Cverna, F (2002), “Thermal Expansion, in ASM ready reference: thermal properties of metals”,ASM International [95] Jablonka, A., K Harste, and K Schwerdtfeger (1991), “Thermomechanical properties of iron and iron-cacbon alloys: density and thermal contraction”, Steel Research, 62(1): p 24-33 [96] (2010), “C518-10: Test Method for Steady-State Thermal Transmission Properties by Means of the Heat Flow Meter Apparatus”, ASTM International: West Conshohocken, PA [97] Hollomon, J.H., Transactions of the American Institute of Mining, Metallurgical and Petroleum Engineers Vol 162 1945 [98] Besserdich, G., et al (1993) “Development of residual stresses and distortion during hardening of SAE 4140 cylinders taking into account transformation plasticity” Residual Stresses, p 975-984 [99] Bathe, K J (1982), “Finite Element Procedures in Engineering Analysis”, PrenticeHall, Englewood Cliffs [100] http://www.academia.edu/7426721/SO_TAY_PHA_CHE_HOA_CHAT Ngày truy cập 26/7/2019 [101]http://hoctp.com/cong-nghe-co-so/nhiet-ky-thuat/nkt13-tinh-chat-nhiet/tc9-nhietdung-rieng.htm Ngày truy cập 26/7/2019 [102] Benedicks, C., 1908, “Experimental Researches on the Cooling Power of Liquids, on Quenching Velocities, and on the Constituents Troostite and Austenit”, J Iron & Steel Inst., Vol 77, pp 153–257 [103] Pilling, N B and Lynch, T D., 1920, “Cooling Properties of Technical Quenching Liquids,” Trans AIME, Vol 62, pp.665–688 [104] K Funatani, M Narazaki and M Tanaka (1999), “Heat treating Society conference proceeding including steel heat treating in the new millennium”, ASM International, Material OH, pp 255- 263 [105] A G Ksenofontov and S Y Shevchenko (1998), “Metal Science and Heat treatment”, Vol 40, pp 9-10 141 [106] N Chen, W Zhang, C Gao, B Liao, and J Pan (2006), “Solid state phenomena”, Vol 118, pp 227-232 [107] I Tamura, N Shimizu, and T Okada; J (1984), “Heat Treating”, VOL 3, NO 4, pp 335-343 [108] X Chen, L Meekisho and G E Totten (1999), “Heat treating Society conference proceeding including steel heat treating in the new millennium”, ASM International, Material OH, pp 453-460 [109] G E Totten and Y H Sun (1999), “Heat treating Society conference proceeding including steel heat treating in the new millennium”, ASM International, Material OH, pp 292- 297 [110] C Heming, H Xieqing and X Jianbin (2003), “Comparison of surface heat-transfer coefficients between various diameter cylinders during rapid cooling”, Journal of Materials Processing Technology, 138, pp 399- 402 [111] H K Kim and S I Oh: Journal of Materials Processing Technology, 112 (2001), pp 157- 165 [112] G E Totten, H M Tensi and B Liscic (1997) Heat Treatment of Metals 4, pp 9294 [113] Japanese Industrial Standard K 2242 (1980) Heat Treating Oils [114] Tagaya and I Tamura, Journal of Hart-Tech Mitt., Vol 18(1963) pp 63- 67 [115] https://www.omega.com/manuals/manualpdf/M4568.pdf [116] Brimacombe, J.K., S.M Gupta, and E.B Hawbolt (1992), “Determination of Quench Heat-Transfer Coefficients Using Inverse Methods”, in Proceedings from the First 74 International Conference on Quenching and Control of Distortion, Chicago, Illinois [117] Mills, A.F., Heat Transfer 2nd Ed ed (1999), “Upper Saddle River”, NJ: Prentice Hall [118] J P Holman (2004), “Heat Transfer”, McGraw-Hill, Inc [119] G E Myers (1971), “Analytical methods in conduction heat transfer”, McGraw-Hill, Inc [120] F Kreith (1999), “Mechanical Engineering Handbook”, CRC Press LLC (1999) [121] Fitzpatrick ME, Fry AT et al (2005), “Determination of residual stresses by x-ray diffraction”, Issue 2, ISSN 1744-3911 [122] Prevéy, Paul S (1986), “X-ray Diffraction Residual Stress Techniques”, Metals Handbook 10 Metals Park: American Society for Metals, pp 380-392 [123] Nasrin Khalilzadeh, Elias Bin Saion, Hamed Mirabolghasemi, Abdul Halim Bin Shaari, Mansor Bin Hashim, Mansor Bin HJ Ahmad, Noriah Mod Ali, Arash Dehzangi (2015), “Single step thermal treatment synthesis and characterization of lithium tetraboratenanophosphor”, JMRTEC-171; No of Pages [124] Yuri Borodko, Hyun Sook Lee, Sang Hoon Joo, Yawen Zhang, and Gabor Somorjai (2010), “Spectroscopic Study of the Thermal Degradation of PVP -Capped Rh and Pt Nanoparticlesin H2 and O2 Environments”, J Phys Chem C, 114, 1117–1126 [125] J U Izunobi, C L Higginbotham (2011),“Journal of Chemical Education”, Vol 88, No 8,p 1098-1104 142 PHỤ LỤC Phụ lục 1: Tính tốn thể tích khối lượng mẫu phần mềm Solidworks 2016.0 Bảng PL1.1 Thể tích khối lượng mẫu chuẩn vật liệu Inconel 600 (theo ISO 9950) Kết quả: Khối lượng: 70.6441444 gram Thể tích: 8340.4605029 mm3 Diện tích bề mặt mẫu: 2948.1049410 mm2 143 Bảng PL1.2 Thể tích khối lượng mẫu chữ C thép OL 100Cr1,5 Kết quả: Khối lượng: 182,2507077 gram Thể tích: 23348.2933959 mm3 Diện tích bề mặt mẫu: 7219.4732866 mm2 Phụ lục 2: Các thông số để tính tốn thể tích dung dịch tơi tối thiểu Bảng PL2.1 Các thơng số để tính tốn thể tích dung dịch tối thiểu STT Thông số Ký hiệu Giá trị Nhiệt độ ban đầu dung dịch T1 25[oC] Nhiệt độ Tt 850[oC] Nhiệt độ chi tiết nhấc khỏi dung dịch Tn 35[oC] Nhiệt độ dung dịch ứng với thể tích tối thiểu T2 35[oC] cần tính Nhiệt dung riêng vật liệu Inconel 600 Cinconel 475[J/kg.K] Nhiệt dung riêng thép OL 100Cr1,5 COL 100Cr1,5 464 [J/kg.K] Khối lượng mẫu tiêu chuẩn Inconel minconel 0,0706 [kg] Khối lượng mẫu chữ C mchữ C 0,1822 [kg] Nhiệt dung riêng nước Cnước 4180[J/kg.K] 10 Nhiệt dung riêng polyme PVP CPVP 3088[J/kg.K] 11 Nhiệt dung riêng polyme PAG CPAG 2017[J/kg.K] 12 Khối lượng riêng PAG 0,9975[kg/dm3] PAG 144 Phụ lục 3: Các loại mẫu chuẩn để xác định đường nguội dung dịch Bảng PL3.1 So sánh loại mẫu đo tốc độ nguội tiêu chuẩn (nguồn: [27]) a) b) Hình PL3.1 Hình dạng kích thước mẫu chuẩn theo tiêu chuẩn JIS K2242 (a) ISO 9950: 1995 (b) (nguồn: [27]) Phụ lục 4: Phương pháp Phân tích phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FTIR) Trong phương pháp phổ nghiệm, để đo cường độ hấp thụ, người ta thường so sánh cường độ tia xạ trước (Io) sau qua chất hấp thụ (I) Để đặc trưng cho cường độ hấp thụ người ta dùng đại lượng sau: độ truyền qua (transmittance - T), % truyền qua (%T) độ hấp thụ (absorbance - A), % hấp thụ (%A), với: T= I/Io Sự liên hệ hai đơn vị T A thể qua biểu thức A= log 10(1/T) Cường độ mũi hấp phụ thường miêu tả mạnh (m), trung bình (t) yếu (y) % T= (I.100)/Io Vị trí mũi hấp phụ phổ hồng ngoại thường biểu diễn dạng số sóng (ῡ) với đơn vị sử dụng cm-1 Bước sóng (λ) trước thường sử dụng đơn vị micromet Số sóng nghịch đảo bước sóng có đơn vị cm-1 145 Hình PL4.1 Phổ hồng ngoại (IR) hợp chất hữu (Nguồn: spectrometric indentification of organic compounds, 2005) Phổ hồng ngoại thường ghi dạng đường cong phụ thuộc % truyền qua (%T) vào số sóng bước sóng xạ Hình PL4.1 hình dạng phổ hồng ngoại hợp chất hữu ❖ Thiết bị phân tích phổ hồng ngoại: Thiết bị đo phổ hồng ngoại (phổ kế hồng ngoại) gồm loại: phổ kế hồng ngoại chùm tia dùng kính lọc, phổ kế hồng ngoại chùm tia tán sắc phổ kế hồng ngoại biến đổi Fourier (FT-IR) Trong phổ FT-IR loại phổ kế đại dùng phổ biến Phổ kế hoạt động theo nguyên lý hình PL4.2 Hình PL4.2 Mơ hình hoạt động phổ kế hồng ngoại biến đổi Fourier Nguồn sáng qua giao thoa kế Michelson gồm gương phẳng di động M1, gương cố định M2 kính phân tích ánh sáng S Ánh sáng từ nguồn chiếu vào gương M1 phần khác chiếu vào gương M2, sau phản xạ trở lại qua kính S, nửa trở nguồn, nửa chiếu qua mẫu đo đến detectơ Do gương M1 di động làm cho đoạn đường tia sáng đến gương M1 quay trở lại có độ dài lớn đoạn đường tia sáng đến gương M2 quay trở lại gọi trễ Do trễ làm ánh sáng sau qua giao thoa kế biến đổi từ tần số cao xuống tần số thấp Sau ánh sáng qua mẫu bị hấp thụ phần đến detectơ, nhờ kỹ thuật biến đổi Fourier nhận phổ hồng ngoại Phụ lục 5: Phương pháp phân tích phổ cộng hưởng từ hạt nhân (NMR) Cộng hưởng từ hạt nhân miêu tả lần đầu vào năm 1938 Isidor Rabi, sau phát triển lên nhờ thí nghiệm Stern-Gerlach Nhờ phát kiến này, Rabi vinh dự nhận giải Nobel vật lý vào năm 1944 Sau đó, Felix Bloch Edward Mills Purcell đồng nhận giải Nobel vật lý vào năm 1952 nhờ vào việc tìm phương pháp ứng dụng NMR cho mẫu chất lỏng chất rắn Trước đó, Yevgeny Zavoisky quan sát tượng cộng 146 hưởng từ hạt nhân vào năm 1941 trước Felix Bloch Edward Mills Purcell thí nghiệm ơng khơng thể thực nghiệm lại nên không công nhận Rabi, Bloch Purcell nhận thấy phân tử ( 1H 31P) mơi trường từ tính, hấp thụ lượng từ tần số radio (radiofrequence) gây tượng cộng hưởng từ Sự phát triển kỹ thuật NMR dấu mốc quan trọng lĩnh vực phân tích hóa học, sinh hóa đồng thời cho phép đời kỹ thuật chụp cộng hưởng từ (NMR) ngày Phổ NMR phương pháp vật lý quan trọng để nghiên cứu cấu trúc phân từ, xác định thành phần hóa học mẫu chất, nghiên cứu động học chế phản ứng ❖ Nguyên lý: Hạt nhân nguyên tử gồm proton nơtron Số lượng tử spin proton nơtron ½ Tùy thuộc vào việc spin hạt nucleon có cặp đơi hay khơng mà hạt nhân ngun tử đặc trưng số lượng tử spin hạt nhân (I) không khác không Nếu spin tất nucleon cặp đơi số lượng tử spin hạt nhân không (I = 0) Nếu hạt nhân có spin khơng cặp đơi I = ½, có nhiều spin khơng cặp đơi I ≥ Phổ NMR dựa ghi lại trình cộng hưởng từ sinh hạt nhân spin khác kích thích lượng tần số sóng radio (RF) tác động từ trường Bo bên ngồi Q trình tạo khác biệt trạng thái spin hạt nhân mức lượng tương ứng chúng Tần số cộng hưởng (tần số Larmor) υo tỉ lệ thuận với từ trường Bo Hình PL5.1 Sơ đồ phổ kế cộng hưởng từ hạt nhân Trong phổ H NMR, cường độ vân phổ đánh giá qua diện tích vân phổ tỉ lệ với số lượng proton gây vân phổ Trên phổ đồ, vị trí mà hạt nhân hấp thu lượng để có tượng cộng hưởng gọi độ dịch chuyển hóa học δ biểu diễn giá trị dịch chuyển cộng hưởng proton so sánh với chất TMS (tetrametylsilan) theo phần triệu (ppm): Hình PL5.2 Độ dịch chuyển hóa học phổ cộng hưởng từ hạt nhân proton (1H NMR) 147 Hình PL5.3 hình ảnh phổ NMR hợp chất, trục hồnh biểu diễn độ dịch chuyển hóa học δ (ppm), peak nhiễu xạ tương ứng với vị trí proton phân tử hợp chất trục tung cường độ vạch nhiễu xạ Hình PL5.3 Phổ 1H NMR hợp chất Phụ lục 6: Mẫu đo biến dạng Mẫu chữ C sử dụng phổ biến để quan sát thay đổi kích thước q trình xử lý nhiệt với đa dạng kích thước Vào cuối năm 1920, French sử dụng dạng mẫu chữ C để nghiên cứu biến dạng nứt gãy sau thép [4] Kết cho thấy, mẫu chữ C mỏng mặt cắt lớn có xu hướng ngăn cản trình nguội đồng đều, thúc đẩy biến dạng Một loại mẫu chữ C khác sử dụng để kiểm tra thay đổi kích thước hình dạng chi tiết sau nhiệt luyện gọi mẫu chữ C có rãnh (hình PL6.1a) Mẫu chữ C tạo thêm rãnh có đường kính ngồi (OD) giảm nửa so với mẫu chữ C nghiên cứu Webster Laird hình PL6.1b [5] Hình PL6.1 Các kích thước mẫu chữ C dùng (a) Bates cộng (b) Webster Laird (nguồn: [5]) Tác giả Nan cộng [6, 7] sử dụng mẫu chữ C với loại chiều dày 2.8 mm, 10 mm 19 mm khác (hình PL6.2) để nghiên cứu biến dạng thép cacbon SAE 1010 sau trình thấm cacbon + nitơ Như mẫu nghiên cứu biến dạng trình nhiệt luyện đến thời điểm chưa quy định tiêu chuẩn nào, hình dạng mẫu phổ biến tất nghiên cứu có dạng chữ C Vì luận án này, tác giả sử dụng mẫu chữ C với kích thước hình 0.1 phần mở đầu để nghiên cứu biến dạng thép OL 100Cr1,5 môi trường khác 148 Phụ lục 7: Phương pháp xác định ứng suất dư nhiễu xạ Rơngen ❖ Nguyên lý xác định ứng suất dư phương pháp Rơngen: Giả sử kim loại tồn trạng thái ứng suất thể tích với ứng suất 1, 2, 3 độ biến dạng 1, 2, 3 Nếu cách xác định thay đổi khoảng cách mặt dọc theo trục độ biến dạng 1, 2, 3 phương trình (2.5) chương ta xác định trị số ứng suất cần tìm Nếu tác dụng ứng suất, khoảng cách mặt thay đổi đại lượng Δd/d, theo phương trình nhiễu xạ Vulf-Bragg (4.22) vị trí đường nhiễu xạ thay đổi đại lượng Δθ (với θ góc nhiễu xạ) thể phương trình (4.23) đây: λ = 2.d.sinθ (4.22) ∆𝑑 ∆ = − (4.23) 𝑑 𝑐𝑡𝑔 Như cách so sánh vị trí đường nhiễu xạ mẫu có khơng có ứng suất dư, xác định thay đổi khoảng cách mặt Δd/d từ xác định trị số ứng suất dư Ở lưu ý, sai số góc nhiễu xạ phân thành loại gồm sai số hệ thống sai số ngẫu nhiên [76] Sai số hệ thống sai số đặc điểm hình học sơ đồ thực nghiệm (kích thước mẫu, kích thước hình dáng chắn, độ lệch vị trí mẫu, …) nguyên nhân vật lý (sự co giãn phim, hấp thụ tia mẫu, …) gây nên Sai số hệ thống hạn chế cách cải tiến kỹ thuật chế độ thực nghiệm Sai số ngẫu nhiên sai số xuất cách ngẫu nhiên xác định vị trí góc vạch phim, giấy tự ghi, … có liên quan đến thân người thực dụng cụ người sử dụng Sai số ngẫu nhiên hạn chế cách hồn chỉnh thiết bị dụng cụ, tăng cường kỹ tăng số lần thực nghiệm Vì kim loại hấp thụ mạnh tia Rơngen nên chùm tia vào lớp mỏng bề mặt mẫu (sâu không q 50µm) Do đặc điểm đó, phương pháp Rơngen cho phép xác định ứng suất dư lớp bề mặt chiều dày lớp mỏng nên xem thành phần ứng suất 3 = Nói cách khác, phương pháp Rơngen xác định trạng thái ứng suất chiều lớp bề mặt Khi hệ phương trình (2.5) có dạng: 𝜀1 = (𝜎1 − 𝜎2 ) 𝐸 𝜀2 = (𝜎2 − 𝜎1 ) (4.24) 𝐸 − 𝜀3 = (𝜎 + 𝜎2 ) 𝐸 Từ biểu thức (4.24) ta thấy, 3 = 3 tồn co ngót hệ số Poission gây thành phần ứng suất 1 2 Đồng thời để xác định ứng suất dư ta cần xác định độ biến dạng theo phương vng góc (hoặc gần vng góc) với bề mặt mẫu 3 Hiện phương pháp xác định ứng suất dư nhiễu xạ tia X chủ yếu sử dụng phương pháp sin2 Phương pháp thực cách tiến hành chụp nghiêng với góc định hướng  khác nằm khoảng từ đến 90o, sau ngoại suy để biết độ biến dạng  = Việc lựa chọn đường nhiễu xạ để xác định ứng suất dư ảnh hưởng trực tiếp đến độ xác phép đo Từ quan hệ (4.23) ta thấy, độ xác khoảng cách mặt nhiễu xạ d khơng phụ thuộc vào Δθ mà phụ thuộc vào thân số góc nhiễu xạ θ Mối quan hệ mạnh ctgθ thay đổi từ đến ∞ Góc nhiễu xạ θ lớn khoảng cách mạng xác nhiêu Trong thực tế xác định vị trí góc nhiễu xạ với sai số Δθ < 0,05o (tức 3’), muốn xác định khoảng cách mạng xác với sai số Δd/d < 10−4 (tức 0,01%) phải sử dụng đường nhiễu xạ với góc lớn 60 o, hay 2θ lớn 120oC [121] 149 ❖ Nội dung cụ thể phương pháp xác định ứng suất dư nhiễu xạ tia X: Giả sử chùm tia tới có góc định hướng hệ trục  ,  góc chùm tia tới với trục 3 hay 3,  góc hình chiếu chùm tia tới mặt phẳng mẫu với trục 1 hay 1 (hình PL7.1) Chúng ta nhận đường nhiễu xạ từ mặt phẳng (hkl) có góc với tia tới  ± α, α = 90o ÷ [76] Hình PL7.1 Sơ đồ chụp nghiêng phương pháp sin2 [77] Do 3 = nên độ biến dạng theo phương (,) có dạng: (4.25) Trong đó: Do đó: (4.26) Nếu  = 90 vec tơ biến dạng nằm mặt phẳng bề mặt mẫu, thành phần ứng suất bề mặt  là: o (4.27) Nên ta có biểu thức: (4.28) Mặt khác ta có: (4.29) Do ta có cân sau: 𝑑 −𝑑0 𝑑0 Hay: 𝑑 = [( = [( 1+ 𝐸 ) 1+ 𝐸 )  ℎ𝑘𝑙 𝜎 𝑠𝑖𝑛2 ] − [( )  ℎ𝑘𝑙 (𝜎1 + 𝜎2 )] (4.30) 𝑑0 (𝜎1 + 𝜎2 )] + 𝑑0 (4.31) 𝐸 ℎ𝑘𝑙 𝜎 𝑑0 𝑠𝑖𝑛2 ] − [( ) 𝐸 ℎ𝑘𝑙 Trong d0 khoảng cách mạng tinh thể ứng suất dư Từ cân ta thấy, quan hệ d sin2 tuyến tính ngoại suy quan hệ sin2 = (tức  = 0) cho ta biết độ biến dạng 3 theo chiều trực giao với bề mặt mẫu, từ xác định tổng ứng suất (1 + 2) cần tìm Như phương pháp sin2 cần tiến hành 150 chụp ảnh nhiễu xạ với góc định hướng  khác chùm tia tới để xác định dãy giá trị  (thông thường cần đến giá trị) sau vẽ đồ thị ngoại suy hàm  = f(sin2) Ví dụ hình PL7.2 cho thấy phụ thuộc d (311) vào sin2 với góc định hướng  dao động từ ÷ 45o, mẫu hợp kim nhơm 5056 phun bi, ứng suất dư bề mặt xác định – 21,5 ksi (-148MPa) Hình PL7.2 Đồ thị biểu diễn phụ thuộc d (311) vào sin2 mẫu hợp kim nhôm 5056 phun bi (nguồn: [77]) Từ đồ thị vẽ hình PL7.2, tiến hành ngoại suy giá trị d0 điểm ứng với giá trị sin2 = (hay  = 0) Tại sin2 = phương trình (4.31) rút gọn thành phương trình (4.32) sau:   𝑑0 = 𝑑0 − ( ) 𝑑0 (𝜎1 + 𝜎2 ) = 𝑑0 [1 − ( ) (𝜎1 + 𝜎2 )] (4.32) 𝐸 ℎ𝑘𝑙 𝐸 ℎ𝑘𝑙 Độ dốc đường thẳng đồ thị hình PL7.2 hay tg góc đồ thị với trục sin2 xác định công thức: (4.33) Từ công thức (4.33) ta rút ứng suất  sau: (4.34) Trong công thức (4.34), mô đun đàn hồi E vật liệu xác định thực nghiệm, d0 thường chưa xác định Tuy nhiên, E >> (1 + 2) nên giá trị d0 khác với d0 khơng ±1% [77], ứng suất  tính xấp xỉ theo cơng thức (4.35) sau: (4.35) 151 ... dung dịch PVP PAG với dầu 5.4 Ảnh hưởng dung dịch polyme đến biến dạng mẫu 5.5 Ảnh hưởng dung dịch polyme đến ứng suất dư mẫu 5.6 Ảnh hưởng dung dịch làm nguội polyme đến tổ chức tế vi thép OL 100Cr1,5. .. 5.2 Ảnh hưởng nồng độ polyme đến nhiệt dung riêng độ nhớt dung dịch 5.2.1 Ảnh hưởng nồng độ polyme đến nhiệt dung riêng dung dịch 5.2.2 Ảnh hưởng nồng độ polyme đến độ nhớt dung dịch 5.3 Ảnh hưởng. .. nguội dung dịch polyme 2.3.2 Cơ chế làm nguội loại dung dịch polyme 2.3.3 Đường nguội dung dịch polyme 2.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ nguội dung dịch polyme 2.4.1 Ảnh hưởng nồng độ polyme dung