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

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 OL100Cr1,5 Ngành: Khoa học vật liệu Mã số: 9440122 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC VẬT LIỆU Hà Nội - 2019 Công trình hồn thành tại: Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Nguyễn Văn Tư GS.TS Lê Thị Chiều Phản biện 1: PGS.TS Nguyễn Hồnh Sơn Phản biện 2: PGS.TS Đồn Đình Phương Phản biện 3: PGS.TS Tô Duy Phương Luận án bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án tiến sĩ cấp Trường họp Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Vào hồi …… giờ, ngày … tháng … năm ……… Có thể tìm hiểu luận án thư viện: Thư viện Tạ Quang Bửu - Trường ĐHBK Hà Nội Thư viện Quốc gia Việt Nam MỞ ĐẦU Trong thực tế, công nghệ xử lý nhiệt nói chung, cơng nghệ tơi nói riêng ln chiếm vị trí quan trọng q trình sản xuất, chế tạo chi tiết máy có vai trò định đến tuổi thọ độ tin cậy trình làm việc số loại chi tiết máy đặc thù bánh răng, ổ lăn, chi tiết trục, Phần lớn chi tiết máy sau tạo hình trình đúc, gia công áp lực hay cắt gọt thường phải chuyển tiếp đến trình nhiệt luyện để nâng cao độ cứng, độ bền khả chịu tải Các chi tiết máy quan trọng làm việc điều kiện nặng nề chịu ma sát lớn, bị mài mòn, chịu tải nặng đa số dụng cụ (cắt, biến dạng nguội) phải qua nhiệt luyện tơi ram [1] Cơng dụng tơi (kết hợp với ram thấp) nâng cao độ cứng tính chống mài mòn cho thép, kéo dài thời hạn làm việc chi tiết máy chịu mài mòn, đồng thời tơi nâng cao độ bền khả chịu tải chi tiết máy, ngun cơng tơi thép chiếm vị trí đặc biệt quan trọng nhiệt luyện thép [2] Tôi với ram định đến tính thép phù hợp với điều kiện làm việc, định đến tuổi thọ chi tiết máy Do nguyên công nguyên công cuối chi tiết máy dạng thành phẩm, hư hỏng khâu gây lãng phí cơng sức chi phí q trình gia cơng trước đó, cần phải ý tuân thủ chế độ quy trình cơng nghệ tơi Trong q trình tơi, môi trường và/ chế độ kỹ thuật tơi khơng phù hợp chi tiết máy bị nứt, cong vênh độ cứng không đạt yêu cầu Chất lượng sản phẩm phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: nhiệt độ nung, thời gian giữ nhiệt, tốc độ làm nguội, cách kẹp hướng nhúng chi tiết vào môi trường tôi, … tốc độ làm nguội giữ vai trò quan trọng Đối với vật liệu kết cấu cụ thể chi tiết máy, việc lựa chọn môi trường phù hợp có ý nghĩa quan trọng, yếu tố định đến chất lượng sản phẩm tơi Mơi trường tơi phải có tốc độ nguội đủ lớn (lớn giá trị tốc độ nguội tới hạn) để làm nguội thép không chuyển sang tổ chức có độ cứng thấp, mặt khác mơi trường tơi phải có tốc độ nguội đủ nhỏ để ứng suất sinh chi tiết không lớn nhằm ngăn ngừa khả gây nứt biến dạng cong vênh chi tiết tôi, vùng chuyển biến mactenxit Do loại thép có nhiệt độ chuyển biến mactenxit tốc độ nguội tới hạn khác nhau, nên môi trường phù hợp với chúng khác Hiện nay, môi trường chủ yếu nước dầu, mơi trường nước thường dùng để thép cácbon chi tiết có hình dạng đơn giản mơi trường tơi có tốc độ nguội lớn nên dễ gây nứt làm biến dạng chi tiết tơi [3] Mơi trường tơi dầu có độ nhớt cao, nhiệt dung thấp có tốc độ nguội nhỏ nên phù hợp cho số loại thép hợp kim Mặt khác, dầu dễ bắt cháy, khơng an tồn gây ô nhiễm môi trường Dầu khơng phù hợp để tơi cho chi tiết có kích thước lớn, tơi tần số tơi lò liên tục Hơn thực tế, có nhiều chi tiết ngành thực phẩm, dược phẩm dụng cụ y tế làm thép hợp kim, … khuyến cáo không dùng dầu để không bảo đảm an tồn sức khỏe Do đó, nhu cầu nghiên cứu tìm mơi trường tơi an tồn, thân thiện với mơi trường, khơng gây nhiễm, có tốc độ nguội không lớn để tránh nứt, không gây biến dạng -1- cho chi tiết thay cho dầu để tơi cho thép hợp kim cần thiết cấp bách thời điểm Xuất phát từ lý mà ý tưởng nghiên cứu tìm mơi trường phù hợp dạng chi tiết vật liệu cụ thể hình thành triển khai đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng dung dịch tơi polyme đến tổ chức, tính chất, biến dạng thép ổ lăn OL100Cr1,5” Đề tài nghiên cứu thành công đem lại nhiều lợi ích mặt khoa học thực tiễn  Mục đích luận án: - Xây dựng phương pháp nghiên cứu bản, toàn diện hiệu cho tốn cần tìm môi trường phù hợp dạng chi tiết vật liệu cụ thể - Chứng minh tính khả thi lợi ích việc sử dụng dung dịch polyme hòa tan nước để làm mơi trường tơi cho thép hợp kim - Tìm quy luật ảnh hưởng nồng độ polyme hòa tan nước đến số tính chất chúng độ nhớt, nhiệt dung riêng tốc độ nguội  Đối tượng phạm vi nghiên cứu: a) Đối tượng nghiên cứu: Nhằm đáp ứng yêu cầu sử dụng môi trường tơi an tồn, thân thiện với mơi trường, tốc độ nguội điều chỉnh linh hoạt để phù hợp với nhiều loại thép,…, luận án tập trung nghiên cứu sử dụng hệ dung dịch polyme hòa tan nước poly alkylene glycol (PAG) poly vinyl pyrrolidone (PVP) để làm môi trường Mặt khác, nhu cầu sử dụng rộng rãi chi tiết ổ lăn công nghiệp đời sống nên tác giả lựa chọn nghiên cứu q trình tơi cho vật liệu thép ổ lăn (cụ thể mác OL100Cr1,5) với mẫu có dạng chữ C khoét lệch tâm Dạng mẫu coi “mẫu chuẩn” dùng để nghiên cứu q trình tơi vật liệu [4, 5, 6, 7] mẫu chữ C có vùng dày, mỏng khác nhau, có vị trí góc nhọn, góc tù, có khe mở nên với mẫu nghiên cứu nhiều yếu tố trình tơi như: truyền nhiệt, chuyển biến pha, độ cứng, ứng suất biến dạng b) Phạm vi nghiên cứu: Luận án tập trung nghiên cứu ảnh hưởng nồng độ polyme hòa tan nước đến tốc độ nguội dung dịch Không xem xét ảnh hưởng yếu tố khác (như tốc độ khuấy nhiệt độ bể tôi) đến tốc độ nguội dung dịch Quy mô nghiên cứu luận án thực phạm vi phòng thí nghiệm  Nhiệm vụ nghiên cứu: - Phân tích lựa chọn hệ polyme thích hợp để pha chế thành dung dịch cho thép OL100Cr1,5 nồng độ khác - Phân tích đặc điểm xác định tính chất dung dịch tơi polyme tự chế để thu thập liệu đầu vào phục vụ cho tốn mơ số q trình tơi thép OL100Cr1,5 - Xây dựng chương trình tính tốn mơ số q trình tơi mẫu chữ C thép OL100Cr1,5 mơi trường tơi khác nhau, qua dự đốn mơi trường tơi thích hợp dạng chi tiết vật liệu cho trước - Nghiên cứu ảnh hưởng môi trường đến tổ chức, độ cứng, ứng suất biến dạng mẫu chữ C thép OL100Cr1,5 môi trường khác -2- - Nghiên cứu ảnh hưởng số lần đến tuổi thọ hay khả tái sử dụng dung dịch tơi polyme hòa tan nước  Phương pháp nghiên cứu: Do vấn đề nên nghiên cứu lý thuyết thực nghiệm đơn nhiều thời gian đặc biệt tốn mặt chi phí thực nghiệm Trong đó, lại có sẵn cơng cụ tính tốn đại (máy tính điện tử phần mềm Sysweld 2017.0 (bản quyền) chuyên dụng cho mơ số q trình nhiệt luyện), để đạt hiệu cao nhanh đến đích tránh việc thực nghiệm vùng thông số công nghệ không phù hợp tiết kiệm chi phí thực nghiệm, tác giả lựa chọn phương pháp nghiên cứu phối hợp giữa: nghiên cứu lý thuyết + tính tốn mơ số + thực nghiệm kiểm chứng Cụ thể sau: - Nghiên cứu tổng quan để tìm hiểu cơng trình cơng bố liên quan đến đề tài ngồi nước, qua biết cơng bố tìm nội dung mà luận án cần phải giải - Nghiên cứu kỹ lý thuyết trình tơi thép; đặc điểm, tính chất u cầu mơi trường tơi để qua đề giải pháp kỹ thuật cơng nghệ thích hợp nhằm thực thành công mẫu định - Sử dụng phương pháp tính tốn mơ số để xác định môi trường phù hợp đối tượng vật liệu nghiên cứu, nhằm mục đích tiết kiệm thời gian chi phí thực nghiệm - Sử dụng trang thiết bị có sẵn phù hợp với điều kiện thực nghiệm để tiến hành thí nghiệm kiểm chứng kết mơ xác minh chất lượng sản phẩm môi trường - Sử dụng thiết bị đo, phân tích phần mềm đo đạc đánh giá kết nghiên cứu bảo đảm độ tin cậy  Ý nghĩa khoa học thực tiễn: a) Ý nghĩa khoa học luận án: - Hệ thống hóa bổ sung chứng khoa học, số liệu công nghệ vật liệu kim loại dung dịch polyme hòa tan nước - Làm rõ chế làm nguội dung dịch polyme xác định ảnh hưởng nồng độ số lần đến tuổi thọ hay khả tái sử dụng dung dịch polyme - Hoàn thiện phương pháp nghiên cứu bản, đại có hiệu cao dạng tốn u cầu tìm mơi trường phù hợp dạng chi tiết vật liệu cụ thể - Khẳng định tính khả thi phương pháp dự đoán chất lượng sản phẩm kỹ thuật “thực tế ảo” thông qua máy tính phần mềm mơ sở thuật toán phần tử hữu hạn b) Ý nghĩa thực tiễn luận án: - Lần Việt Nam ứng dụng thành cơng kỹ thuật tính tốn mơ số vào nghiên cứu q trình tơi thép cách đầy đủ tồn diện, qua khẳng định tính tự chủ khoa học & cơng nghệ nội sinh mà khơng phụ thuộc vào bí nước -3- - Kết nghiên cứu luận án ứng dụng để chế tạo chi tiết vòng bi cấu, máy móc thiết bị nhiều lĩnh vực công nghiệp dân dụng - Luận án mở hướng đào tạo nghiên cứu phát triển công nghệ thép Việt Nam Phương pháp quy trình nghiên cứu luận án làm mẫu để nghiên cứu q trình tơi cho chi tiết chủng loại vật liệu khác  Các đóng góp luận án: 1) Xây dựng mối quan hệ nồng độ loại polyme PAG PVP hòa tan nước đến độ nhớt, nhiệt dung riêng tốc độ nguội dung dịch 2) Xác định ảnh hưởng số lần đến tốc độ nguội khả tái sử dụng dung dịch polyme loại PAG PVP 3) Xác định ảnh hưởng môi trường polyme đến tổ chức, độ cứng, ứng suất dư biến dạng mẫu nghiên cứu thép OL100Cr1,5 qua xác định mơi trường hiệu cho chi tiết từ thép ổ lăn OL100Cr1,5 dung dịch nồng độ 4% PVP nước 4) Xây dựng chương trình mơ số q trình tơi thép chạy phần mềm Sysweld 2017.0 cách đầy đủ toàn diện  Kết cấu luận án: Ngoài phần mở đầu mục theo quy định, nội dung nghiên cứu luận án trình bày 05 chương, cụ thể sau: Chương Tổng quan môi trường Chương Cơ sở khoa học q trình tơi thép dung dịch polyme Chương Nghiên cứu q trình tơi thép dung dịch polyme mô số Chương Nghiên cứu thực nghiệm Chương Kết nghiên cứu bàn luận Kết luận chung luận án kiến nghị Danh mục cơng trình cơng bố luận án Tài liệu tham khảo Phụ lục CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ MÔI TRƯỜNG TÔI 1.1 Tổng quan môi trường nghiên cứu sử dụng Trong mục này, tác giả tiến hành nghiên cứu, tìm hiểu mơi trường tơi sử dụng như: nước, nước chứa muối, dầu, dung dịch polyme, Đã phân tích ưu, nhược điểm loại môi trường thấy mơi trường tơi polyme có ưu điểm thân thiện mơi trường, an tồn đặc biệt điều chỉnh tốc độ nguội dải rộng cách thay đổi nồng độ pha chế - nghĩa môi trường phù hợp với nhiều loại vật liệu 1.2 Tình hình nghiên cứu môi trường polyme giới Trong mục này, tác giả tìm hiểu nhiều tài liệu giới nghiên cứu loại dung dịch polyme sử dụng để PVA, PEOX, PSA, PAG PVP Đã tóm tắt ưu, nhược điểm loại tìm lợi nhóm polyme PAG PVP 1.3 Tình hình nghiên cứu môi trường polyme nước Trong mục này, tác giả tìm hiểu việc nghiên cứu, sử dụng dung dịch polyme Việt Nam thấy việc nghiên cứu ứng dụng dung dịch polyme hòa tan nước -4- làm mơi trường tơi Do mà đề tài nghiên cứu luận án có ý nghĩa lớn bối cảnh thực tế Việt Nam 1.4 Kết luận chương Với ưu điểm vượt trội so với mơi trường dầu khơng bắt cháy, tạo khói nên dung dịch polyme nước phù hợp để tần số, tơi cho chi tiết có kích thước lớn, hình dạng phức tạp van thăm dầu, vòng bi, trục khuỷu, ống tua bin ngành điện, động phát điện sử dụng lượng gió,… [28, 47] Mặt khác tốc độ nguội dung dịch polyme nước thay đổi phạm vi rộng nên dung dịch polyme (đặc biệt số dung dịch PEOX, PSA, PVP, PAG) dần thay dầu để cho nhiều loại thép thép dụng cụ, thép làm khuôn (D2, D6, H11, H13,…), thép hợp kim (SAE 1045, SAE 4130, SAE 4340,…), hay loại thép không gỉ (AISI 420, AISI 430F,…) Tại Việt Nam, dung dịch polyme chưa nghiên cứu sâu chưa quan tâm ứng dụng sản xuất cơng nghiệp Do việc nghiên cứu đầy đủ chế làm nguội, khả ứng dụng tuổi thọ dung dịch polyme công nghệ xử lý nhiệt vô quan trọng cấp thiết Cho đến thời điểm chưa có tác giả nghiên cứu sử dụng dung dịch PVP PAG để tơi thép OL100Cr1,5 chưa có tác giả áp dụng phương pháp mô số để nghiên cứu q trình tơi thép ổ lăn dung dịch PVP PAG nên đề tài nghiên cứu luận án có tính thời CHƯƠNG CƠ SỞ KHOA HỌC Q TRÌNH TƠI THÉP TRONG DUNG DỊCH POLYME 2.1 Mục đích tơi thép u cầu môi trường Trong mục tác giả nêu rõ mục đích q trình tơi thép, viện dẫn sở khoa học trình tơi thép để tóm tắt luận điểm cốt yếu yêu cầu môi trường 2.2 Thép OL100Cr1,5 lựa chọn môi trường 2.2.1 Thành phần tính chất thép OL100Cr1,5 2.2.1.1 Cơng dụng, điều kiện làm việc yêu cầu thép ổ lăn Trong mục này, tác giả nêu đầy đủ công dụng thép OL100Cr1.5, điều kiện làm việc cụ thể chi tiết ổ lăn từ đưa yêu cầu bắt buộc phải đạt chi tiết ổ lăn 2.2.1.2 Thành phần hóa học thép OL100Cr1,5 Trong mục tác giả viện dẫn số tiêu chuẩn thịnh hành để nêu thành phần hóa học thép OL100Cr1.5, đồng thời nêu số yêu cầu quan trọng luyện thép nhóm 2.2.1.3 Tính chất thép OL100Cr1,5 Trong mục này, dựa vào tiêu chuẩn vật liệu số hãng sản xuất, tác giả thống kê số tính chất vật lý – kim loại mác thép OL100Cr1,5 2.2.2 Giản đồ TTT CCT thép OL100Cr1,5 Dựa vào tiêu chuẩn công bố số hãng sản xuất thép ổ lăn, tác giả trích dẫn giản đồ chuyển biến pha TTT CCT mác thép 100Cr6 theo tiêu chuẩn DIN 17230 Đức (tương đương với mác thép OL100Cr1,5 theo TCVN) Qua rút -5- thơng số quan trọng như: nhiệt độ austenite hóa thép 850oC, điểm chuyển biến Ms = 210oC, tốc độ tới hạn 40oC/s 2.2.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ tới hạn thép OL100Cr1,5 Trong mục này, tác giả viện dẫn lý thuyết nhiệt luyện kim loại để nêu yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ tơi tới hạn thép Qua định hướng cho phần nội dung thực nghiệm mẫu chương 2.2.4 Lựa chọn môi trường thép OL100Cr1,5 2.2.4.1 Dung dịch polyme polyvinylpyrrolidone (PVP) nước Trong mục tác giả trình bày cấu tạo phân tử PVP, nêu tính chất vật lý, ứng dụng PVP (làm dung dịch ứng dụng công nghiệp khác) biện pháp xử lý PVP nước thải 2.2.4.2 Dung dịch polyme poly alkylene glycols (PAG) nước Trong mục tác giả trình bày cấu tạo phân tử PAG, nêu tính chất vật lý, ứng dụng PAG (làm dung dịch ứng dụng công nghiệp khác) biện pháp xử lý PVP nước thải 2.3 Cơ chế làm nguội dung dịch polyme 2.3.1 Các giai đoạn làm nguội dung dịch polyme Mục mô tả chi tiết chế làm nguội giai đoạn dung dịch polyme, gồm: giai đoạn chăn hơi, giai đoạn sôi giai đoạn đối lưu 2.3.2 Cơ chế làm nguội loại dung dịch polyme Mục trình bày chi tiết chế làm nguội loại dung dịch tơi polyme: có tượng hòa tan ngược (PAG) khơng có tượng hòa tan ngược (PVP) 2.3.3 Đường nguội tơi dung dịch polyme Phần sâu phân tích đường nguội tơi, qua nghiên cứu đường cong tốc độ nguội với việc thông số công nghệ quan trọng đường cong tốc độ nguội 2.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ nguội dung dịch polyme 2.4.1 Ảnh hưởng nồng độ polyme dung dịch Nội dung tìm hiểu ảnh hưởng nồng độ polyme hòa tan nước đến tốc độ nguội dung dịch 2.4.2 Ảnh hưởng nhiệt độ bể tốc độ khuấy Nội dung tìm hiểu ảnh hưởng nhiệt độ bể tốc độ khuấy dung dịch đến tốc độ nguội chúng 2.5 Tuổi thọ dung dịch polyme Nội dung nêu vấn đề thối hóa polyme sau tơi giới thiệu cách thức phân tích, đánh giá tuổi thọ dung dịch polyme làm tiền đề cho nghiên cứu chương 2.6 Chuyển biến martensite thép 2.6.1 Cấu trúc tinh thể tính chất martensite Nội dung nêu vắn tắt cấu trúc tinh thể tính chất martensite tổ chức thép 2.6.2 Đặc điểm chuyển biến martensite Mục nêu đặc điểm trình chuyển biến martensite thép lưu ý quan trọng 2.6.3 Nhiệt động học chuyển biến martensite -6- Viện dẫn lý thuyết nhiệt luyện kim loại, mục tác giả trình bày vắn tắt nhiệt động học q trình chuyển biến martensite tơi thép Làm sở để thực nghiệm mẫu chương 2.6.4 Lý thuyết tinh thể chuyển biến martensite Mục trình bày vắn tắt trình biến đổi mạng tinh thể chuyển biến austenite  martensite, qua thể chế gây biến dạng dẻo ứng suất chuyển biến pha 2.7 Sự hình thành ứng suất dư biến dạng chi tiết 2.7.1 Trạng thái ứng suất - biến dạng vật liệu Mục nêu rõ trạng thái ứng suất – biến dạng vật liệu nói chung, quan hệ ứng suất biến dạng theo định luật Hooke cách xác định độ biến dạng kim loại 2.7.2 Các loại ứng suất dư sau Viện dẫn nghiên cứu chuyên sâu hình thành ứng suất vật liệu, nội dung nêu đầy đủ loại ứng suất dư có vật liệu 2.7.3 Sự hình thành ứng suất chi tiết 2.7.3.1 Ứng suất nhiệt Nội dung trình bày chế hình thành ứng suất vật liệu trương nở nhiệt, làm tiền đề cho việc nghiên cứu ứng suất chương 3, 2.7.3.2 Ứng suất chuyển pha Nội dung trình bày chế hình thành ứng suất vật liệu biến dạng mạng tinh thể chuyển biên pha, làm tiền đề cho việc nghiên cứu ứng suất mẫu chương 3, 2.7.3.3 Sự hình thành ứng suất dư sau Nội dung mô tả diễn biến hình thành ứng suất dư sau nhiệt luyện kim loại, làm sở để nghiên cứu ứng suất mẫu chương 3, 2.8 Kết luận chương Các polyme PAG PVP có tính hòa tan tốt nước, phân hủy sinh học thời gian ngắn, không độc hại sức khỏe người, an tồn với mơi trường, có tính ổn định nhiệt cao so với loại polyme PSA PEOX, giá thành tương đối rẻ dễ kiếm nên việc chọn polyme PAG PVP để pha chế làm dung dịch đáp ứng yêu cầu đặt phần mở đầu Cơ chế truyền nhiệt dung dịch polyme xác nhận giống nước dầu, bao gồm giai đoạn: màng hơi, sơi bơng bóng đối lưu Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ nguội dung dịch polyme nồng độ polyme dung dịch, tốc độ khuấy dung dịch nhiệt độ bể tôi, nồng độ polyme yếu tố có ảnh hưởng nhiều Do vậy, việc lựa chọn nghiên cứu ảnh hưởng nồng độ polyme đến tính chất tuổi thọ dung dịch polyme cần thiết có ý nghĩa Thép ổ lăn OL100Cr1,5 (tương đương mác 100Cr6 theo DIN 17230 CHLB Đức) có tốc độ nguội tới hạn tương đối nhỏ (40oC/s), nhiệt độ austenit hóa hồn tồn 850oC, thời gian austenit nguội ổn định khoảng 10 giây nhiệt độ bắt đầu chuyển biến mactenxit Ms = 210oC Khi tơi vật liệu khơng có chuyển biến pha ứng suất dư chi tiết tơi có thành phần ứng suất dư nhiệt, vật liệu có chuyển biến pha tơi -7- ứng suất dư chi tiết sau tổng loại ứng suất nhiệt ứng suất chuyển biến pha Trong trình tôi, ứng suất nguyên nhân gây biến dạng làm cong vênh chi tiết Nếu ứng suất chi tiết mà vượt giới hạn bền vật liệu làm nứt chi tiết tơi, việc nghiên cứu, lựa chọn môi trường có ứng suất nhỏ để tránh nứt hạn chế biến dạng chi tiết quan trọng CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU Q TRÌNH TƠI THÉP TRONG DUNG DỊCH POLYME BẰNG MƠ PHỎNG SỐ 3.1 Mục đích nghiên cứu mô số Nội dung nêu rõ mục đích, lý ý nghĩa việc ứng dụng kỹ thuật mô số vào nghiên cứu trình tơi thép 3.2 Cơ sở tính tốn mơ q trình tơi thép Nội dung trình bày chi tiết lý thuyết phương trình tốn học sử dụng mơ số q trình tơi thép, bao gồm lý thuyết truyền nhiệt, chuyển biến pha ứng xử – nhiệt – kim loại học vật liệu q trình tơi 3.3 Các bước tính tốn mơ q trình tơi thép 3.3.1 Xây dựng mơ hình PTHH Từ vẽ phác, tác giả sử dụng phần mềm SolidWorks 2016 để xây dựng mô hình 3D, sau sử dụng phần mềm VisualMesh 13.0.2 để chia lưới mơ hình thu có tổng số 54019 phần tử (elements) với 18026 nút (nodes) 3.3.2 Khai báo thông số vật liệu Sử dụng mô đun Visual-Heat Treatment 13.0.2 phần mềm Sysweld 2017.0 tiến hành gán thông số đầy đủ tính chất – nhiệt – kim loại học thép OL100Cr1,5 vào mơ hình PTHH chia lưới 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 Bước tiến hành gán hệ số trao đổi nhiệt (HTC) xác định chương vào vỏ mơ hình PTHH để chuẩn bị sang giai đoạn tính tốn 3.3.3.2 Điều kiện kẹp mẫu Bước định nghĩa cách thức vị trí kẹp mẫu để nhúng vào dung dịch Trong luận án tác giả xem xét cách kẹp dọc kẹp ngang để tìm cách kẹp hợp lý 3.3.3.3 Các thông số chế độ Bước cuối khai báo thông số chế độ tôi, gồm: nhiệt độ môi trường tôi, nhiệt độ mẫu tôi, thời gian tôi, bước tính tốn lựa chọn tính tốn nâng cao Sau thực lệnh giải tốn nhận kết 3.4 Kết tính tốn mơ trường nhiệt độ mẫu tơi 3.4.1 Trường nhiệt độ phân bố mẫu tơi Hình 3.15 biểu diễn kết tính tốn mơ trường nhiệt độ phân bố mơ hình mẫu tơi dạng nhẫn chữ C thời điểm 0s; 3,025409s; 7,024849s 500s Trong luận án tác giả phân tích, đánh giá chi tiết kết nhận 3.4.2 Đường nguội số vị trí khảo sát Kết tính tốn xác định đường nguội T=f(t) số nút thuộc tiết diện ngang mơ hình thể hình 3.17 Trong luận án tác giả phân tích chi tiết -8- Nước Dung dịch PAG 5% Dung dịch PAG 10% Dung dịch PAG 15% Dung dịch PVP 2% Dầu Dung dịch PVP 4% (tại nút 584) 779.297 779.297 779.297 779.264 778.268 778.263 777.143 (tại nút 19775) 779.296 779.296 779.292 779.178 775.142 775.039 772.938 3.7 Kết tính tốn mơ trường ứng suất mẫu tơi Tính tốn trường ứng suất dư mẫu môi trường với trường hợp kẹp mẫu khác cho biết cách kẹp ngang cho ứng suất dư mẫu nhỏ so với cách kẹp dọc Hình 3.23 biểu diễn kết tính tốn ứng suất dư Von Mises thành phần ứng suất pháp mẫu dung dịch PVP 4% Trong luận án trình bày đầy đủ thành phần ứng suất tiếp tiến hành phân tích chi tiết kết nhận Hình 3.23 Trường ứng suất dư Von Mises ứng pháp theo phương X, Y Z sau mẫu 500 s dung dịch PVP4%, kẹp ngang Diễn biến thay đổi ứng suất nút khảo sát Kết tính tốn diễn biến hình thành phát triển thành phần ứng suất nút 706 thể hiển hình 3.25 Trong luận án phân tích chi tiết diễn biến hình thành ứng suất tác động ứng suất dư giai đoạn làm nguội -11- Hình 3.25 Diễn biến thay đổi thành phần ứng suất nút 706 mẫu dung dịch PVP4%, trường hợp kẹp ngang Tiến hành tính tốn mô ứng suất mẫu số môi trường nhận quy luật phân bố ứng suất mẫu giống với quy luật phân bố ứng suất mẫu dung dịch PVP4%, nhiên giá trị thành phần ứng suất nhận khác diễn tả bảng 3.7 Bảng 3.7 Giá trị lớn thành phần ứng suất mẫu nhẫn chữ C số môi trường (kẹp ngang) Môi trường Seqv Sxx Syy Szz Sxy Syz Szx Nước 456.555 198.603 214.073 241.534 195.28 86.949 61.0713 PAG 5% 176.884 174.088 161.887 202.658 72.4431 51.0823 34.5376 PAG 10% 124.223 129.61 106.073 111.042 55.1566 28.6093 20.0717 PAG 15% 85.9313 97.0951 85.9178 89.7476 41.1791 26.4219 19.5815 PVP 2% 49.8711 49.8825 40.6536 38.4786 22.7406 10.7935 8.33841 Dầu 49.6601 49.8083 40.4014 38.0561 22.6954 10.7892 8.16454 PVP 4% 44.5146 45.4787 34.9313 33.988 19.0243 9.84368 7.13926 Kết mô bảng 3.7 cho biết mẫu chữ C thép OL100Cr1.5 nước có ứng suất dư lớn (456,555 MPa) - nghĩa môi trường nước không thích hợp cho tơi thép OL100Cr1.5 Đối với dung dịch polymer loại PAG PVP, tăng hàm lượng hợp chất polymer ứng suất dư mẫu giảm So sánh kết tính tốn bảng 3.7 ta thấy tơi mẫu dung dịch PVP 2% ứng suất dư nhận tương đương với tơi dầu, tơi mẫu dung dịch polymer PVP 4% mẫu nhận có ứng suất dư nhỏ 3.8 Kết tính tốn biến dạng mẫu tơi dung dịch polyme Kết tính tốn mơ biến dạng chi tiết trường hợp kẹp dọc kẹp ngang môi trường cho biết kẹp ngang cho biến dạng Hình 3.27 kết tính tốn mơ biến dạng mẫu dung dịch PVP 4% trường hợp kẹp ngang Trong luận án tiến hành phân tích chi tiết thành phần biến dạng theo phương X, Y, Z biến dạng tổng nhận -12- Tiến hành tính tốn mơ biến dạng mẫu số môi trường nhận quy luật phân bố thành phần biến dạng mẫu giống với quy luật biến dạng tơi mẫu dung dịch PVP4% hình 3.27, nhiên giá trị thành phần biến dạng nhận khác diễn tả bảng 3.8 Bảng 3.8 Biến dạng theo phương (tại nút 584) mẫu nhẫn chữ C số môi trường trường hợp kẹp ngang Môi trường Dnorm Dx Dy Dz Nước 0.219692 0.179026 0.110022 0.053269 Dung dịch PAG 5% 0.203117 0.181824 0.112288 0.066401 Dung dịch PAG 10% 0.197383 0.172478 0.101423 0.059040 Dung dịch PAG 15% 0.170211 0.140663 0.100174 0.068674 Dung dịch PVP 2% 0.099876 0.060581 0.089508 0.047991 Dầu 0.098949 0.059971 0.088555 0.047885 Dung dịch PVP 4% 0.094968 0.050037 0.086581 0.048330 Hình 3.27 Biến dạng mẫu theo phương X, Y, Z biến dạng tổng sau mẫu dung dịch PVP4%, trường hợp kẹp ngang 3.9 Kết luận chương Bằng phương pháp tính tốn mơ số ta dễ dàng xác định trường nhiệt độ, trình chuyển biến pha, độ cứng, ứng suất biến dạng mẫu tơi Kết tính tốn mơ số cho biết mẫu chữ C thép OL100Cr1,5 -13- môi trường nước, PAG5%, PAG10%, PAG15%, PVP2%, PVP4% dầu khác hàm lượng lớn mactenxit độ cứng tế vi mẫu 0,3% Khi mẫu khảo sát nước ứng suất dư Von Mises lớn mẫu lớn (456 MPa), trong dung dịch polyme PAG5% ứng suất dư Von Mises mẫu giảm nhiều (61%) Còn tơi mẫu môi trường PAG10%, PAG15%, PVP2%, dầu PVP4% ứng suất dư Von Mises lớn mẫu giảm mạnh, 73%, 81%, 89%, 89% 90% Khi mẫu chữ C thép OL100Cr1,5 nước độ mở khe nhẫn chữ C lớn (0,364 mm), trong môi trường PAG5%, PAG10%, PAG15%, PVP2%, dầu PVP4% độ mở khe nhẫn chữ C giảm nhiều, 1,65%, 5,2%, 22,8%, 67%, 67% 72,5% Mặt khác, kết tính tốn mơ số cho biết chi tiết máy dạng vòng bi, dạng nhẫn tơi nên kẹp mẫu mặt tiết diện nhúng vào dung dịch tơi theo phương hướng kính giảm ứng suất dư biến dạng cho chi tiết CHƯƠNG NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 4.1 Pha chế dung dịch polyme 4.1.1 Nguyên liệu pha chế dung dịch polyme Nội dung đề cập đến nguyên liệu thực tế gồm nước lọc RO, hợp chất polyme PAG PVP dùng để pha chế dung dịch 4.1.2 Công thức pha chế dung dịch polyme PVP Nội dung tiến hành xây dựng công thức pha chế dung dịch polyme PVP nồng độ khác 4.1.3 Công thức pha chế dung dịch polyme PAG Nội dung tiến hành xây dựng công thức pha chế dung dịch polyme PAG nồng độ khác 4.1.4 Tính tốn thể tích dung dịch tơi Nội dung tiến hành xây dựng cơng thức tính tốn xác định thể tích dung dịch tơi tối thiểu cần thiết để mơi trường tơi khơng nóng q nhiệt độ u cầu 4.2 Xác định tính chất dung dịch tơi 4.2.1 Phương pháp phân tích chế làm nguội dung dịch polyme Phần tác giả trình bày phương tiện, cách thức quy trình ghi hình để tìm hiểu chế làm nguội dung dịch polyme nghiên cứu 4.2.2 Đo độ nhớt dung dịch tơi Phần trình bày chi tiết thiết bị cách thức xác định độ nhớt dung dịch nồng độ số lần khác 4.2.3 Đo đường nguội xác định hệ số truyền nhiệt dung dịch tơi Phần trình bày chi tiết mẫu đo, thiết bị đo ghi đường nguội, sơ đồ thí nghiệm, quy trình đo đường nguội cách thức xác định hệ số trao đổi nhiệt (HTC) môi trường để cung cấp liệu đầu vào cho tốn mơ số 4.2.4 Kiểm tra ơxi hóa polyme Phân tích nhiệt trọng lượng/qt vi sai (TG/DSC) Phần trình bày chi tiết phương pháp thiết bị phân tích nhiệt TG/DSC để xác định hàm lượng polyme ban đầu thối hóa polyme sau lần tơi, từ làm sở đánh giá khả tái sử dụng dung dịch polyme -14- 4.2.5 Kiểm tra nhóm chức liên kết phân tử dung dịch polyme Phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FTIR) Phần trình bày chi tiết phương pháp thiết bị kiểm tra nhóm chức liên kết phân tử polyme, làm sở đánh giá tuổi thọ dung dịch 4.2.6 Xác định khối lượng phân tử polyme dung dịch Phổ cộng hưởng từ hạt nhân (NMR) Phần trình bày chi tiết phương pháp thiết bị kiểm tra khối lượng phân tử polyme, làm sở đánh giá tuổi thọ dung dịch 4.3 Thực nghiệm tơi mẫu 4.3.1 Mẫu thí nghiệm Phần trình bày chi tiết mẫu thí nghiệm, cách chuẩn bị mẫu để dung dịch nồng độ khác 4.3.2 Thiết bị nhiệt luyện Nội dung giới thiệu thiết bị kèm thông số kỹ thuật phục vụ cho trình nung mẫu thí nghiệm 4.3.3 Quy trình tơi mẫu Nội dung mơ tả chi tiết quy trình tiến hành mẫu thép OL100Cr1,5 môi trường khác 4.4 Các kiểm tra đánh giá sau 4.4.1 Kiểm tra biến dạng mẫu sau Phần trình bày chi tiết thiết bị quy trình kiểm tra biến dạng mẫu sau môi trường 4.4.2 Kiểm tra ứng suất dư mẫu sau Nhiễu xạ Rơngen (XRD) Phần trình bày chi tiết nguyên lý xác định ứng suất dư phương pháp Rơngen, thiết bị đo ứng suất dư nhiễu xạ Rơngen, quy định chuẩn bị mẫu trước đo ứng suất dư cách thức tiến hành đo ứng suất dư thiết bị D/MAX RAPID II Rigaku 4.4.3 Nghiên cứu tổ chức tế vi kính hiển vi quang học Phần trình bày chi tiết cách chuẩn bị mẫu kiểm tra kim tương thiết bị chụp ảnh hiển vi quang học Axiovert 25CA hãng Carl Zeiss 4.4.4 Xác định tổ chức kim loại Nhiễu xạ Rơngen (XRD) Phần trình bày chi tiết cách chuẩn bị mẫu thiết bị phân tích tổ chức kim loại nhiễu xạ tia X, model Smartlab Rigaku 4.4.5 Nghiên cứu cấu trúc thành phần pha Nhiễu xạ điện tử tán xạ ngược (EBSD) Phần trình bày chi tiết cách chuẩn bị mẫu nhiễu xạ EBSD thiết bị FE-SEM JEOL-7001FA dùng để phân tích cấu trúc, hàm lượng phân bố pha mẫu kỹ thuật EBSD 4.4.6 Kiểm tra độ cứng tế vi mẫu sau tơi Phần trình bày chi tiết cách chuẩn bị mẫu thiết bị kiểm tra độ cứng tế vi mẫu tôi, model Duramin-2 4.5 Kết luận chương Để nghiên cứu trình thép dung dịch polyme, luận án xây dựng công thức pha chế dung dịch cho loại polyme dạng bột (PVP) dạng dịch -15- thể ngậm nước (PAG), đồng thời xây dựng phương pháp tính tốn xác định thể tích dung dịch tơi cần thiết để bảo đảm tơi nhiệt độ bể không vượt giá trị định trước Để xác định tính chất đánh giá tuổi thọ dung dịch tôi, luận án phân tích lựa chọn trang thiết bị dụng cụ: ghi hình chế làm nguội tơi, đo độ nhớt dung dịch tơi, kiểm tra ơxi hóa polyme tơi phương pháp phân tích nhiệt trọng lượng quét vi sai (TG/DSC), kiểm tra nhóm chức polyme liên kết phân tử dung dịch polyme phương pháp phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FTIR), xác định khối lượng phân tử polyme dung dịch tơi phương pháp phân tích phổ công hưởng từ hạt nhân (NMR) Để xác định hệ số truyền nhiệt (HTC) dung dịch nhằm cung cấp liệu đầu vào cho tốn mơ số, luận án tiến hành xây dựng thí nghiệm đo đường nguội theo tiêu chuẩn ISO 9950:1995 mẫu chuẩn inconel 600 Từ đường cong nguội đo xác định đường cong tốc độ nguội dung dịch tơi qua tính hệ số truyền nhiệt môi trường Để kiểm tra đánh giá chất lượng mẫu sau tôi, luận án lựa chọn loại thiết bị phương pháp phân tích đại với độ xác cao: đo biến dạng máy đo kích thước với độ xác 0,001 mm, nghiên cứu tổ chức tế vi kính hiển vi quang học với độ phóng đại x1000, xác định tổ chức kim loại thiết bị nhiễu xạ Rơnghen, kiểm tra độ cứng mẫu máy đo độ cứng tế vi, đặc biệt lần Việt Nam luận án sử dụng phương pháp đo ứng suất dư mẫu nhiễu xạ tia X sử dụng nguyên lý sin2 phương pháp nhiễu xạ điện tử tán xạ ngược (EBSD) để nghiên cứu cấu trúc thành phần pha mẫu Nhiệt độ (◦C) CHƯƠNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ BÀN LUẬN 5.1 Cơ chế làm nguội dung dịch polyme PVP PAG Tiến hành ghi hình q trình nhúng mẫu vào mơi trường ta thu liệu chế làm nguội chúng Hình 5.3 kết phối hợp hình ảnh ghi với đường cong nguội nhúng mẫu vào nước dung dịch PVP 4% Đối với môi trường khác nhau, phân tích đánh giá chi tiết thể đầy đủ luận án 900 800 700 600 500 400 300 200 100 Nước 4% PVP 50 100 150 Thời gian (s) 200 250 300 Hình 5.3 Đường cong nguội nước dung dịch PVP 4% ứng với giai đoạn trình nguội -16- 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 Áp dụng công thức, tác giả xác định nhiệt dung riêng dung dịch polyme PVP PAG nồng độ khác Kết trình bày chi tiết luận án 5.2.2 Ảnh hưởng nồng độ polyme đến độ nhớt dung dịch Sử dụng thiết bị trình bày mục 4.2.2 tác giả xác định độ nhớt dung dịch polyme PVP PAG nồng độ khác Kết trình bày chi tiết luận án 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 Từ đường cong nguội đo thí nghiệm mơ tả mục 4.2.3 ta xác định tốc độ dung dịch Hình 5.9 biểu diễn đường tốc độ nguội dung dịch PVP nồng độ khác so sánh với hai dung dịch truyền thống nước dầu Các phân tích chi tiết trình bày luận án NHIỆT ĐỘ (OC) 1000 900 800 700 PVP 6% 600 500 400 300 200 100 Dầu PVP 2% PVP 4% PVP 9% Nước 50 100 150 200 TỐC ĐỘ NGUỘI (OC/S) Hình 5.9 Tốc độ nguội nước, dầu dung dịch PVP nồng độ 5.3.2 Ảnh hưởng nồng độ polyme đến tốc độ nguội dung dịch PAG Bằng cách tương tự, tác giả xác định tốc độ nguội dung dịch polyme PAG Hình 5.14 biểu diễn đường tốc độ nguội dung dịch PAG nồng độ khác so sánh với hai dung dịch truyền thống nước dầu Các phân tích chi tiết trình bày luận án -17- PAG 10% PAG 15% PAG 20% Dầu Nước Nhiệt độ (oC) 1000 900 800 700 600 500 400 300 200 100 PAG 5% 30 60 90 120 Tốc độ nguội (oC/s) 150 180 Hình 5.14 Tốc độ nguội nước, dầu dung dịch PAG nồng độ 5.3.3 So sánh khả làm nguội dung dịch PVP PAG với dầu Kết so sánh khả làm nguội dung dịch PVP, PAG với dầu trình bày chi tiết luận án 5.4 Ảnh hưởng dung dịch polyme đến biến dạng mẫu tơi Tiến hành đo kích thước rãnh chữ C trước (n) sau tơi (n’) máy đo kích thước YИM21 có độ xác 0,001mm mơ tả mục 4.4.1 ta thu kết liệt kê bảng 5.5 Ta thấy nước dung dịch PAG 15% mẫu bị biến dạng lớn nhiều so với dung dịch lại Bảng 5.5 cho biết kết tính tốn mơ phản ánh quy luật kết đo đạc thực nghiệm - nghĩa chương trình mơ xây dựng chương xác Bảng 5.5 Biến dạng theo phương X mẫu chữ C dày 20 mm Độ mở chữ C (mm) Sai số Môi trường n (mm) n' (mm) Thực nghiệm Mô (%) Nước 6,606 6,927 0,321 0,358 11,5 Dung dịch PAG 15% 6,616 6,901 0,285 0,281 8,1 Dung dịch PVP 2% 6,587 6,698 0,111 0,121 8,2 Dầu 6,486 6,595 0,109 0,12 10,1 Dung dịch PVP 4% 6,622 6,709 0,091 0,1 5.5 Ảnh hưởng dung dịch polyme đến ứng suất dư mẫu Như mô tả chi tiết mục 4.4.2 chương 4, thiết bị nhiễu xạ Rơngen model D/MAX RAPID II hãng Rigaku sử dụng phương pháp sin2 để xác định ứng suất dư mẫu kim loại Để kết đo có độ xác cao, tác giả tiến hành chụp ảnh nhiễu xạ với giá trị góc định hướng  khác chùm tia tới Kết chụp ảnh vân nhiễu xạ cho góc định hướng  khác chiếu tia tới vào vị trí N310 bề mặt mẫu chữ C thép OL100Cr1,5 sau nước thể hình 5.19 -18- Hình 5.19 Ảnh vân nhiễu xạ tia X đo ứng suất dư vị trí N310 bề mặt mẫu chữ C thép OL100Cr1,5 sau nước Kết đo ứng suất dư  bề mặt mẫu chữ C thép 100Cr1,5 vị trí tương ứng với vị trí nút N310 N480 mơ hình mơ trình bày cột bảng 5.7 Các thành phần ứng suất Sxx, Syy, Sxy trích xuất từ kết mơ ghi vào cột 3, 4, bảng 5.7 Từ thành phần ứng suất này, tiến hành tính tốn thành phần ứng suất 1 2 (cột 7) qua tính ứng suất bề mặt  (theo mô số, diễn giải chi tiết luận án) ghi vào cột bảng 5.7 Ta thấy kết tính tốn mơ (cột 8) sát với kết đo thực tế (cột 9) nên khẳng định chương trình máy tính mơ tính tốn q trình tơi xây dựng phù hợp Bảng 5.7 Ứng suất dư vị trí N310 N480 bề mặt mẫu chữ C thép OL100Cr1,5 sau số môi trường Môi  Syy Sxy Nút Sxx   trường Mô Đo thực tế 310 121.9 120.7 25.87 147.15 95.4 175.37 175.4 ± 11.572 Nước 480 -33.4 -135 5.35 -33.12 -135.14 -139.14 -139.395 ± 65.7 310 40.64 39.65 9.54 49.70 30.59 58.36 58.932 ± 9.546 PAG 15% 480 54.41 66.19 0.61 66.22 54.38 85.69 86.405 ± 23.061 310 11.3 8.89 3.5 13.8 6.39 15.20 19.580 ± 8.093 PVP 2% 480 32.98 37.85 0.08 37.85 32.98 50.20 55.114 ± 38.718 310 11.2 8.85 3.3 13.53 6.52 15.02 18.089 ± 14.869 Dầu 480 32.71 37.1 0.05 37.1 32.71 49.46 48.756 ± 11.439 310 10.0 7.2 2.8 11.73 5.47 12.94 14.364 ± 9.635 PVP 4% 480 27.82 32.33 0.14 32.33 27.82 42.65 47.922 ± 33.161 -19- 5.6 Ảnh hưởng dung dịch làm nguội polyme đến tổ chức thép OL100Cr1,5 5.6.1 Cấu trúc tế vi thép OL100Cr1,5 số mơi trường Tiến hành phân tích cấu trúc tế vi vùng nguội nhanh (vùng A) vùng nguội chậm (vùng B) tất mẫu môi trường ta thấy, tổ chức vùng có pha: pha màu sáng austenite dư pha màu tối martensite dạng Trên hình 5.25 ảnh tổ chức tế vi tơi mẫu dung dịch polyme PAG 15% So sánh hai vùng A B mẫu ta thấy tổ chức tế vi vùng khơng có nhiều khác biệt, nghĩa tơi PAG 15% tốc độ nguội vùng A B chênh lệch không đáng kể Trong luận án trình bày kết phân tích chi tiết môi trường a) Vùng A b) Vùng B Hình 5.25 Tổ chức thép OL100Cr1,5 (x1000) tơi PAG 15% Hình 5.29 giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu thép OL100Cr1,5 môi trường: nước, PAG 15%, PVP 2%, dầu PVP 4% vùng A nhẫn chữ C Kết hợp phân tích ảnh hiển vi quang học với kết nhiễu xạ tia X hình 5.29 cho biết rằng, mẫu môi trường khảo sát phát pha martensite austenite dư Kết phù hợp với kết nhận tính tốn mơ số chương a) b) Hình 5.29 Kết nhiễu xạ tia X mẫu thép OL100Cr1,5 môi trường: (a) nước, (b) PAG 15%, (c) PVP 2%, (d) Dầu (e) PVP 4% 5.6.2 Phân tích thành phần pha mẫu thép OL100Cr1,5 sau kỹ thuật EBSD Trong luận án tiến hành phân tích cấu trúc pha phân bố pha vùng A B tất mẫu mơi trường Hình 5.39 kết phân tích EBSD vùng B mẫu tơi dung dịch PVP 4%, hình 5.39a ảnh IQ map mô -20- tả cấu trúc pha sau tơi, hình 5.39b ảnh kết hợp phân bố pha với ảnh IQ map, hình 5.39c ảnh phổ phân bố pha hình 5.39d thang đo hàm lượng pha Các hình ảnh hình 5.39 cho biết tổ chức vùng B mẫu dung dịch PVP 4% gồm có pha với hàm lượng là: martensite (màu đỏ) = 86% austenite dư (màu xanh cây) = 14% Austenite dư phân bố phân tán toàn mẫu Kích cỡ hạt austenite dư khơng q lệch so với kích thước martensite hạt austenite dư bé a) b) d) c) Hình 5.39 Ảnh phổ EBSD vùng B mẫu dung dịch PVP 4%: (a) cấu trúc pha, (b) cấu trúc pha + phân bố pha, (c) phân bố pha (d) thang đo hàm lượng pha Hàm lượng pha austenite dư martensite vùng A B mẫu chữ C môi trường (nước, PAG 15%, PVP 2%, dầu PVP 4%) tổng hợp chi tiết bảng 5.8 Bảng 5.8 Hàm lượng pha martensite austenite dư vùng A B mẫu môi trường khác -21- Nước PAG 15% PVP 2% Dầu PVP 4% Hàm Vùng Vùng Vùng Vùng Vùng Vùng Vùng Vùng Vùng Vùng lượng (%) A B A B A B A B A B Austenite 11,2 11,5 11,3 11,8 12 12,4 12,5 12,8 13,3 14 Martensite 88,8 88,5 88,7 88,2 88 87,6 87,5 87,2 86,7 86 5.7 Ảnh hưởng dung dịch polyme đến độ cứng thép Kết đo độ cứng tế vi mẫu chữ C thép OL100Cr1,5 môi trường khác liệt kê bảng 5.10 Bảng 5.10 Độ cứng vùng đo mẫu môi trường Dung dịch Dung dịch Dung dịch Dầu Nước PAG 15% PVP 2% PVP 4% Vết đo Vùng Vùng Vùng Vùng Vùng Vùng Vùng Vùng Vùng Vùng A B A B A B A B A B 822 815 793 782 806 795 791 774 785 762 821 823 811 819 797 789 787 779 781 773 828 822 810 802 809 790 784 775 783 779 819 821 809 809 804 793 781 780 790 778 829 816 826 816 798 784 794 776 781 770 Trung 823,8 819,4 809,8 805,6 802,8 790,2 787,4 776,8 784 772,4 bình Kết đo độ cứng Vicker bảng 5.10 cho thấy, mẫu tơi mơi trường có tốc độ nguội nhỏ độ cứng nhận thấp Khi tơi mơi trường có tốc độ nguội lớn chênh lệch độ cứng vùng A B nhỏ so với tơi mơi trường có tốc độ nguội nhỏ 5.8 Khả tái sử dụng dung dịch polyme PVP PAG 5.8.1 Độ nhớt dung dịch polyme qua lần Trong luận án tiến hành đo kiểm tra độ nhớt dung dịch polyme PVP PAG sau lần rút kết luận khả tái sử dụng chúng 5.8.2 Tốc độ nguội dung dịch polyme qua lần Trong luận án tiến hành xác định tốc độ nguội dung dịch polyme PVP PAG sau lần rút kết luận khả tái sử dụng chúng 5.8.3 Kiểm tra ơxi hóa polyme kỹ thuật phân tích nhiệt TG/DSC Trong luận án tiến hành kiểm tra ơxi hóa dung dịch polyme PVP PAG sau lần rút kết luận khả tái sử dụng chúng 5.8.4 Xác định nhóm chức liên kết phân tử polyme phổ hồng ngoại (FT-IR) Trong luận án tiến hành kiểm tra nhóm chức liên kết phân tử polyme PVP PAG dung dịch sau lần rút kết luận tuổi thọ chúng 5.8.5 Xác định khối lượng phân tử polyme sau lần phổ cộng hưởng từ hạt nhân (NMR) Trong luận án tiến hành kiểm tra khối lượng phân tử polyme PVP PAG dung dịch sau lần rút kết luận tuổi thọ chúng 5.9 Kết luận chương -22- Các kết nghiên cứu thực nghiệm cho thấy dung dịch tơi polyme PVP PAG hòa tan nước có chung đặc điểm nồng độ polyme dung dịch tăng độ nhớt dung dịch tăng lên, nhiệt dung riêng tốc độ nguội dung dịch lại giảm Các dung dịch PVP 2% PVP4% có đường nguội giống với đường nguội lý tưởng so với dầu Chúng có tốc độ nguội lớn (CRmax) lớn dầu cao tốc độ nguội tới hạn thép OL100Cr1,5, đồng thời tốc độ nguội vùng nhiệt độ chuyển biến mactenxit lại nhỏ so với dầu hai nồng độ PVP nước hoàn toàn thay cho dầu để thép OL100Cr1,5 Dung dịch polyme PVP nồng độ  6% khơng thích hợp để tơi thép OL100Cr1,5 có tốc độ nguội CRmax nhỏ tốc độ nguội tới hạn thép tốc độ nguội tất vùng nhiệt độ nhỏ dầu nhiều nên chúng thay dầu để làm môi trường Các dung dịch tơi polyme loại PAG nồng độ thấp có tốc độ nguội lớn dầu nhiều Khi tăng nồng độ PAG lên đến 15% tốc độ nguội lớn dung dịch giảm tới gần CRmax dầu, tốc độ nguội vùng chuyển biến mactenxit lại lớn dầu nên sử dụng dung dịch PAG15% để thép OL100Cr1,5 chi tiết tơi có ứng suất dư cao Dung dịch PAG nồng độ  20% khơng thích hợp để tơi thép OL100Cr1,5 đặc tính làm nguội không phù hợp giá thành cao Dung dịch PVP có độ nhớt cao nhiều so với dung dịch PAG nồng độ PVP ổn định nhiệt so với PAG Tốc độ nguội dung dịch PVP 4% sau 200 lần so với dung dịch pha chế ban đầu tăng khoảng 33%, dung dịch PAG 15% tăng 43% - nghĩa tuổi thọ dung dịch PVP cao so với dung dịch PAG Dung dịch PVP 4% sau tơi 100 lần tốc độ nguội nhiệt độ 300oC tăng lên tương đương với môi trường dầu – nghĩa dung dịch PVP 4% sau 100 lần thay cho mơi trường tơi dầu Sau 150 lần tơi dung dịch PVP 4% có tốc độ nguội lớn dầu, nên để đảm bảo tốc độ nguội ban đầu cần phải bổ sung thêm lượng polyme vào dung dịch Các kết thực nghiệm đo đạc biến dạng, ứng suất dư, tổ chức tế vi, thành phần pha độ cứng tế vi sát với kết tính tốn mơ nên khẳng định phương pháp chương trình máy tính mơ q trình tơi thép OL100Cr1,5 xây dựng luận án đạt độ tin cậy cao áp dụng vào thực tiễn KẾT LUẬN CHUNG CỦA LUẬN ÁN Luận án hoàn thành nhiệm vụ nghiên cứu đặt ra, đạt mục tiêu kết kỳ vọng, cụ thể là: Lần Việt Nam sử dụng thành công phần mềm Sysweld 2017.0 để nghiên cứu mơ q trình thép OL100Cr1,5 môi trường khác cách đầy đủ (xác định trường nhiệt độ, trình chuyển biến pha, độ cứng tế vi, ứng suất biến dạng mẫu tơi) Chương trình mơ dùng làm mẫu để nghiên cứu q trình tơi vật liệu khác kết hợp với phần mềm xây dựng sở liệu vật liệu mẫu Luận án phân tích lựa chọn loại polyme thích hợp điều kiện thực tế để pha chế thành dung dịch nồng độ phù hợp với thép OL100Cr1,5 Dung dịch polyme PVP nồng độ 2-4% thích hợp dầu để tơi thép OL100Cr1,5 -23- Luận án xây dựng mối quan hệ nồng độ loại polyme PAG PVP đến độ nhớt, nhiệt dung riêng tốc độ nguội dung dịch polyme Kết nghiên cứu cho biết nồng độ polyme tăng độ nhớt dung dịch tăng lên, nhiệt dung riêng tốc độ nguội dung dịch lại giảm Đối với chi tiết máy dạng vòng bi, dạng nhẫn tơi nên kẹp mẫu mặt tiết diện nhúng vào dung dịch theo phương hướng kính giảm ứng suất dư biến dạng cho chi tiết Mẫu chữ C thép OL100Cr1,5 môi trường nước, PAG 5%, PAG 10%, PAG 15%, PVP 2%, PVP 4% dầu khác hàm lượng lớn tổ chức mactenxit độ cứng tế vi mẫu 0,3% Nếu thép OL100Cr1,5 nước ứng suất dư mẫu lớn, tơi dung dịch polyme PAG 5% ứng suất dư mẫu giảm nhiều (61%) Còn mẫu môi trường PAG 10%, PAG 15%, PVP 2%, dầu PVP 4% ứng suất dư Von Mises lớn mẫu giảm mạnh, 73%, 81%, 89%, 89% 90% Khi tơi mẫu chữ C thép OL100Cr1,5 nước độ mở khe nhẫn chữ C lớn nhất, trong môi trường PAG5%, PAG10%, PAG15%, PVP2%, dầu PVP4% độ mở khe nhẫn chữ C giảm nhiều, 1,65%, 5,2%, 22,8%, 67%, 67% 72,5% Dung dịch PVP có độ nhớt cao nhiều so với dung dịch PAG nồng độ; PVP ổn định nhiệt so với PAG tốc độ nguội dung dịch PVP 4% sau 200 lần tăng khoảng 33% so với dung dịch pha chế ban đầu, dung dịch PAG 15% tăng 43% - Nghĩa tuổi thọ dung dịch PVP cao so với dung dịch PAG Dung dịch PVP 4% sau tơi 100 lần tốc độ nguội nhiệt độ 300oC tăng lên tương đương với môi trường dầu - nghĩa sau 100 lần tơi dung dịch PVP 4% thay mơi trường dầu Sau 150 lần tơi dung dịch PVP 4% có tốc độ nguội lớn dầu, muốn đảm bảo tốc độ nguội ban đầu cần phải bổ sung thêm lượng polyme vào dung dịch KIẾN NGHỊ VỀ NHỮNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO Luận án bỏ ngỏ số vấn đề chưa triển khai nghiên cứu, tác giả sau nghiên cứu tiếp vấn đề đây: Nghiên cứu sử dụng dung dịch polyme để số loại thép hợp kim khác Nghiên cứu tiếp dạng chi tiết bánh răng, trục bậc -24- DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ CỦA LUẬN ÁN Tran Thi Xuan, Nguyen Van Tu, Le Thi Chieu, Vu Dinh Toai (2017), Effect of Quenching Media on Distortion of C-Ring Specimen Made by 100Cr6 Steel - Simulation and Experiment, Journal of Science & Technology, Technical Universities, No.119B/2017 Trần Thị Xuân, Nguyễn Văn Tư Lê Thị Chiều (2017), Nghiên cứu ảnh hưởng môi trường đến biến dạng, tổ chức tế vi độ cứng thép 100Cr1.5, Tạp chí Khoa Học Cơng Nghệ Kim Loại, số 72 – tháng 6/2017 Xuan Thi Tran, Toai Dinh Vu, Khanh Quoc Dang (2017), Numerical simulation of the heat treatment process for 100Cr6 steel, Acta Metallurgica Slovaca, Vol 23, 2017, No 3, p 236-243 Trần Thị Xuân, Nguyễn Văn Tư, Lê Thị Chiều, Vũ Đình Toại (2018), Nghiên cứu q trình truyền nhiệt tơi mơ số, Tạp chí Khoa Học Cơng Nghệ, Số 124/2018 Trần Thị Xuân, Nguyễn Văn Tư, Vũ Đình Toại (2019), Effect of thermal degradation on the lifetime of the aqueous polyvinyl pyrrolidone quenchant, Tạp chí Khoa Học Công Nghệ Kim Loại, Số 83 – tháng 4/2019 ... liệu cụ thể hình thành triển khai đề tài Nghiên cứu ảnh hưởng dung dịch tơi polyme đến tổ chức, tính chất, biến dạng thép ổ lăn OL1 00Cr1,5” Đề tài nghiên cứu thành cơng đem lại nhiều lợi ích mặt... độ bể tôi, nồng độ polyme yếu tố có ảnh hưởng nhiều Do vậy, việc lựa chọn nghiên cứu ảnh hưởng nồng độ polyme đến tính chất tuổi thọ dung dịch polyme cần thiết có ý nghĩa Thép ổ lăn OL1 00Cr1,5... ảnh hưởng môi trường polyme đến tổ chức, độ cứng, ứng suất dư biến dạng mẫu nghiên cứu thép OL1 00Cr1,5 qua xác định mơi trường hiệu cho chi tiết từ thép ổ lăn OL1 00Cr1,5 dung dịch nồng độ 4% PVP