Nghiên cứu tạo lớp đắp chịu mài mòn trên nền thép các bon bằng công nghệ hàn plasma bột

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI NGÔ HỮU MẠNH NGHIÊN CỨU TẠO LỚP ĐẮP CHỊU MÀI MÒN TRÊN NỀN THÉP CÁC BON BẰNG CÔNG NGHỆ HÀN PLASMA BỘT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ Hà Nội – 2015 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI NGÔ HỮU MẠNH NGHIÊN CỨU TẠO LỚP ĐẮP CHỊU MÀI MỊN TRÊN NỀN THÉP CÁC BON BẰNG CƠNG NGHỆ HÀN PLASMA BỘT Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ khí Mã ngành: 62520103 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS Bùi Văn Hạnh PGS.TS Nguyễn Thúc Hà Hà Nội – 2015 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ 2015 LỜI CAM ĐOAN Đề tài “Nghiên cứu tạo lớp đắp chịu mài mòn thép Các bon công nghệ hàn Plasma bột” ƣ t gi nghi n ứu thự nghi m với hƣớng ẫn trự tiếp PGS.TS Bùi Văn Hạnh PGS.TS Nguyễn Thú Hà Bộ môn Hàn Cơng ngh kim loại, Vi n Cơ khí, Trƣờng Đại họ B h khoa Hà Nội Tôi xin am oan y ông tr nh nghi n ứu C qu nghi n ứu luận n hồn tồn trung thự hƣa ƣ ơng tr nh kh nội ung, s li u, kết ông t k Hà Nội, ngày 22 th ng 11 năm 2015 Ngƣời am oan Ngô Hữu Mạnh TẬP THỂ HƢỚNG DẪN KHOA HỌC PGS TS Bùi Văn Hạnh PGS TS Nguyễn Thú Hà Ngô Hữu Mạnh i LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ 2015 LỜI CẢM N Trong qu tr nh nghi n ứu thự hi n luận n, t gi tập trung tồn thời gian, t m lự , trí lự ể hoàn thành luận n m o nội ung thời gian quy ịnh T gi xin tr n trọng m ơn PGS.TS Bùi Văn Hạnh PGS.TS Nguyễn Thú Hà tận t nh hƣớng ẫn, giúp tạo iều ki n thuận l i ể t gi hoàn thành luận n T gi xin tr n trọng m ơn Ban gi m hi u, Ban l nh ạo Khoa Cơ khí, th y gi o Khoa Cơ khí, trƣờng Đại họ Sao Đ giúp , tạo iều ki n thuận l i ể t gi tập trung toàn thời gian nghi n ứu hoàn thành luận n T gi xin tr n trọng m ơn tập thể th y, ô gi o Bộ môn Hàn Cơng ngh kim loại, Vi n Cơ khí; Ph ng thí nghi m Kim loại họ , Bộ mơn Vật li u họ - X l nhi t Bề m t, Vi n Khoa họ Kỹ thuật Vật li u, trƣờng Đại họ B h khoa Hà Nội giúp t gi sở vật h t, trang thiết ị thí nghi m, kiểm tra ộ ứng, hụp nh tế vi (OM), hụp nh si u tế vi ằng hiển vi i n t quét (SEM), ph n tí h thành ph n hàm lƣ ng nguy n t ằng phổ t n sắ lƣ ng (EDS) T gi xin tr n trọng m ơn Khoa Vật l , trƣờng Đại họ Khoa họ Tự nhi n, Đại họ Qu gia Hà Nội giúp t gi hụp nh si u tế vi ằng hiển vi i n t quét (SEM), ph n tí h thành ph n hàm lƣ ng nguy n t ằng phổ t n sắ lƣ ng (EDS), ph n tí h pha ằng nhiễu xạ tia X (XRD) T gi xin tr n trọng m ơn Ph ng thí nghi m A Ri har -VR Lab.30, Trung t m Đo lƣờng, Kiểm ịnh Tƣ v n kỹ thuật, thiết ị - ĐKT, Vi n Nghi n ứu Cơ khí (NARIME) giúp t gi kiểm tra m i hàn ằng phƣơng ph p si u m (UT); Vi n Cơ khí Năng lƣ ng M giúp t gi kiểm tra kh hịu mài m n mẫu hàn T gi xin tr n trọng m ơn ạn ng nghi p, th y ô gi o trƣờng Đại họ Sao Đ , Đại họ Sƣ phạm Kỹ thuật Nam Định, Vi n Nghi n ứu Cơ khí; anh m Doanh nghi p tạo iều ki n giúp t gi qu tr nh nghi n ứu, thự nghi m ể hoàn thi n luận n nh Đ i t, t gi xin ày t l ng iết ơn , m toàn thể thành vi n gia n ộng vi n tinh th n, giúp vật h t ể t gi hoàn thành luận n Hà Nội, ngày 22 th ng 11 năm 2015 T gi Ngô Hữu Mạnh Ngô Hữu Mạnh ii LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ 2015 MỤC LỤC Trang LỜI CAM ĐOAN i LỜI C M ƠN ii DANH M C CÁC K HI U V CH VIẾT TẮT vii DANH M C CÁC B NG xi DANH M C CÁC H NH NH V Đ TH xii M 1 N Q N 1.1 Lị h s ph t triển ông ngh hàn PTA 1.2 Đ iểm qu tr nh hàn PTA 1.3 T nh h nh nghi n ứu nƣớ 1.4 T nh h nh nghi n ứu nƣớ Kết luận Chƣơng N HIÊN CỨ CÁC YẾ Ố ẢNH HƯ N ẾN Q Á RÌNH HÀN 2.1 Sự h nh thành m i hàn 10 2.1.1 Sự h nh thành h quang plasma 10 2.1.2 Hi u su t h quang plasma 12 2.1.3 Sự ph n 12 2.1.4 Sự huyển ộng 2.1.5 Sự nóng h y kết tinh kim loại 16 2.5.1.1 Sự nóng h y ay 16 2.5.1.2 Sự kết tinh h nh thành m i hàn 16 2.2 C 18 yếu t nhi t ột h quang plasma nh hƣởng ến qu tr nh hàn nh hƣởng 2.2.1 ng kim loại l ng vũng hàn thông s hế ộ hàn 13 18 2.2.1.1 Đi n ự hàn 19 2.2.1.2 Cƣờng ộ 20 2.2.1.3 T Ngô Hữu Mạnh ộ hàn ng hàn 22 iii LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ 2015 2.2.1.4 Lƣu lƣ ng ột 23 2.2.1.5 Dao ộng m hàn 24 2.2.1.6 Chiều ài ột h quang 25 2.2.1.7 Gó nghi ng m hàn hƣớng ị h huyển m hàn 26 2.2.1.8 Khí 27 2.2.2 Năng lƣ ng ƣờng 31 2.2.3 Sự tham gia kim loại vào m i hàn 33 2.2.3.1 Sự tham gia kim loại vào m i hàn 33 2.2.3.2 Sự tham gia kim loại ột vào m i hàn 35 2.2.4 Sự khuế h t n h a tan 36 o v , khí tạo plasma khí mang ột thành ph n h p kim Kết luận Chƣơng 37 PHÂN ÍCH HÀNH PH N VÀ PH RỘN BỘ HỢP KIM 3.1 nh hƣởng kí h hạt thành ph n ột 39 3.1.1 nh hƣởng kí h hạt 39 3.1.2 nh hƣởng thành ph n ột h p kim 40 3.1.2.1 nh hƣởng C 40 3.1.2.2 nh hƣởng Crôm 41 3.1.2.3 nh hƣởng Vônfram 42 3.1.2.4 nh hƣởng Moly 3.1.2.5 nh hƣởng Vana i on n 43 43 3.2 X ịnh thành ph n pha trộn hỗn h p ột h p kim M 3.2.1 Cơ sở khoa họ thự tiễn 44 3.2.2 X 46 ịnh thành ph n pha trộn hỗn h p ột h p kim Kết luận Chƣơng XÂY DỰN 51 MƠ HÌNH VÀ HÀN HỰC N HIỆM 4.1 X 4.1.1 Chọn iến s Ngô Hữu Mạnh 44 ịnh thông s u vào hế ộ hàn n 52 52 iv LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ 2015 4.1.2 X y ựng mô h nh thự nghi m 52 4.1.3 Đ nh gi nh hƣởng Ih, Vh, Vb, Bm, Le ến D 57 4.2 Thự nghi m hàn PTA 60 4.2.1 Thiết ị hàn PTA 61 4.2.2 Vật li u 61 4.2.2.1 Vật li u 61 4.2.2.2 H p kim ột Eutroloy 16606 62 4.2.2.3 H p kim ột M 62 4.2.2.4 Khí 63 4.2.3 Đi n ự hàn 63 4.2.4 Đ g hàn 64 4.2.5 C 4.3 X l nhi t hàn 65 4.3.1 Nung nóng trƣớ hàn 65 4.3.2 X l nhi t sau hàn 67 Kết luận Chƣơng 68 o v , khí mang ột, khí tạo plasma thơng s hế ộ hàn 64 KẾ Q Ả N HIÊN CỨ VÀ BÀN L ẬN 5.1 C u trú kim loại m i hàn vùng nh hƣởng nhi t 69 5.1.1 C u trú thô ại 69 5.1.2 C u trú tế vi kim loại m i hàn vùng nh hƣởng nhi t 70 5.1.2.1 C u trú tế vi kim loại m i hàn 71 5.1.2.2 C u trú tế vi kim loại vùng nh hƣởng nhi t 79 5.1.2.3 C u trú kim loại vùng ranh giới 80 5.2 Sự h a tan 82 5.3 Độ ứng kim loại m i hàn vùng nh hƣởng nhi t 86 5.3.1 Độ ứng kim loại m i hàn 87 5.3.2 Độ ứng kim loại vùng anh giới m i hàn với C45 89 Ngô Hữu Mạnh thành ph n h p kim v LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ 2015 5.3.3 Độ ứng kim loại vùng nh hƣởng nhi t 90 5.4 Kh hịu mài m n kim loại m i hàn 92 5.4.1 M i quan h ộ m n ộ ứng 92 5.4.2 Kiểm tra mài m n iều ki n khô 93 Kết luận Chƣơng 97 KẾ L ẬN CH N C L ẬN ÁN KIẾN N HỊ VÀ Ề X Ấ HƯỚN ÀI LIỆ 99 N HIÊN CỨ IẾP HEO H M KHẢO D NH M C CÁC CÔN 100 101 RÌNH CƠN BỐ C L ẬN ÁN 107 PH L C Ngô Hữu Mạnh vi LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ 2015 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT C từ ụm từ viết tắt TT Chữ viết tắt T n y ủ tiếng Anh PTA Plasma Transferred Arc SMAW Shielded Metal Arc Welding GTAW Gas Tungsten Arc Welding GMAW Gas Metal Arc Welding 10 11 FCAW PTAW PAW OAW SAW MMA MAG Flux Cored Arc Welding Plasma Transferred Arc Welding Plasma Arc Welding Oxy-Acetylen Welding Submerged Arc Welding Manual Metal Arc Metal Active Gas 12 MIG Metal Inert Gas 13 TIG Tungsten Inert Gas 14 15 16 OFW UTP ASME 17 ASTM 18 19 USA ISO 20 ANSI 21 22 23 24 25 26 27 28 29 AISI HRC HV HAZ/AHN PH RT Rw Pw Ww Ngô Hữu Mạnh Oxygen Fuel Welding American Society of Mechanical Engineers American Society for Testing and Materials United States of America International Standards Organization American National Standards Institute American Iron and Steel Institute Hardness Rockwell Hardness Vicker Heat Affected Zone Preheat Room Temperature Reinforcement Penetration Width Nghĩa tiếng Vi t Hàn h quang plasma ột Hàn h quang qu hàn ó thu ọ Hàn h quang i n ự Vơnfram mơi trƣờng khí o v Hàn h quang i n ự nóng h y mơi trƣờng khí o v Hàn h quang y lõi thu Hàn h quang plasma ột Hàn h quang plasma Hàn khí O2 – C2H2 Hàn h quang ƣới lớp thu Hàn h quang tay Hàn h quang i n ự nóng h y mơi trƣờng khí hoạt tính Hàn h quang i n ự nóng h y mơi trƣờng khí trơ Hàn i n ự khơng nóng h y mơi trƣờng khí trơ Hàn khí oxy H ng UTP CHLB Đứ Hi p hội Kỹ sƣ Cơ khí Mỹ Hi p hội kiểm ịnh vật li u Mỹ H p hủng qu Hoa K Ti u huẩn qu tế Vi n nghi n ứu ti u huẩn qu gia Mỹ Vi n nghi n ứu sắt thép Mỹ Độ ứng Rockwell Độ ứng Vicker Vùng nh hƣởng nhi t Gia nhi t/Nung nóng sơ ộ Nhi t ộ ph ng Chiều ao m i hàn Chiều s u ng u m i hàn Chiều rộng m i hàn vii LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ 2015 30 D 31 Dmin 32 33 34 35 36 SEM XRD EDS OM NWPD Scanning Electron Microscope X-Ray Diffraction Energy Dispersive Spectroscope Optical Microscopy Nozzel Workpice Distance 37 38 SOD DCEN 39 DCEP Stand-off Distance Drirect Current Electrode Negative Drirect Current Electrode Positive 40 41 42 43 44 DC RSM HI MMC MHI Drirect Current Response Surface Modeling Heat Input Metal Matrix Composites Mitshubishi Heavy Industries 45 FEM 46 UT C k hi u TT K hi u (Fe, Cr)7C3 lm p pl s µ Ar Ar-He B 10 B2O7 11 Bm 12 Bmf 13 C 14 C45 15 CE 16 Co 17 CO2 18 Cp Ngô Hữu Mạnh Dilution Min-Dilution Finite Element Method Ultrasonic Test Sự tham gia kim loại vào m i hàn Mứ ộ tham gia kim loại n vào m i hàn nh nh t Hiển vi i n t quét Nhiễu xạ tia X Phổ t n sắ lƣ ng Hiển vi quang họ Kho ng từ h m hàn ến vật hàn Kho ng làm vi D ng i n hiều ự thuận D ng i n hiều ự nghị h D ng i n hiều Mô h nh ứng s ề m t Năng lƣ ng ƣờng Hỗn h p kim loại Tập ồn ơng nghi p n ng Mitshubishi Phƣơng ph p ph n t hữu hạn Kiểm tra si u m nghĩa Hỗn h p F -Cr-C Tỉ trọng kim loại l ng Tỉ trọng ột h p kim Tỉ trọng ột h p kim trạng th i l ng Sứ ăng ề m t kim loại l ng Độ từ thẩm ng plasma Khí Argon Hỗn h p khí Argon-Heli Nguy n t Bo Borit Bi n ộ ao ộng m hàn Vector từ thông Nguy n t C on Thép C on C45 Hàm lƣ ng on tƣơng ƣơng Nguy n t Cơ an Khí C oní Nhi t ung ri ng h p kim ột Đơn vị g/cm3 g/cm3 g/cm3 H/m ar, lít ar, lít mm ar, lít J/g0C viii LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ 2015 KẾT LUẬN CHUNG CỦA LUẬN ÁN Khi hàn ắp tạo ề m t ứng, hịu mài m n ằng qu tr nh hàn PTA với ột h p kim F , vật hàn thép C45 không n nung nóng sơ ộ trƣớ hàn; m i hàn khơng ó khuyết tật, mứ ộ tham gia kim loại vào m i hàn nh 10% C thơng s hế ộ hàn ó nh hƣởng trự tiếp ến h nh ạng, kí h thƣớ mứ ộ tham gia kim loại vào m i hàn Mứ ộ nh hƣởng thông s ến D kh Cụ thể, Ih, Bm Le tỉ l thuận với D, n Vh Vb tỉ l nghị h với D Trong ó, mứ ộ nh hƣởng Ih ến D lớn nh t Ph n tí h, x ịnh thành ph n, hàm lƣ ng pha trộn hỗn h p ột h p kim M phƣơng ph p họ Độ ứng (H) ột h p kim M tỉ l thuận với thay ổi hàm lƣ ng WC Cr3C2, nhƣng tỉ l nghị h với thay ổi hàm lƣ ng F C Crôm ị h huyển từ h p kim ột M vào vũng hàn, nóng h y h a tan hoàn toàn vào kim loại m i hàn C Vônfram ị h huyển từ h p kim ột M vào vũng hàn Một ph n Vơnfram khơng ị nóng h y mà t n m i hàn ạng hạt ứng V WC ó nhi t ộ nóng h y ao, kh i lƣ ng ri ng lớn n n WC ó xu hƣớng ị h huyển xu ng phía h n m i hàn Khi hàn h p kim ột Eutroloy 16606 h p kim ột M, kim loại m i hàn ó u trú ạng hạt Tổ kim loại m i hàn g m ó pha ứng nằm x n kẽ Trong kim loại m i hàn ó hỗn h p F -Cr-C Aust nit γFe-C; không t n khuyết tật nứt, rỗ khí, x p, t h lớp Tr n pha ứng, hàm lƣ ng W, Cr ó gia tăng, n hàm lƣ ng F ị suy gi m kh mạnh Ngƣ lại, pha ứng, hàm lƣ ng W, Cr ị suy gi m mạnh, n hàm lƣ ng F tăng l n làm tăng kh li n kết pha ứng C nguy n t W Cr xu t hi n pha l ng vùng nóng h y khơng hồn tồn thuộ vùng nh hƣởng nhi t m i hàn Tuy nhi n, mật ộ ph n húng không lớn Kiểm tra mài m n th o ti u huẩn ASTM G99-04 với mẫu hàn ằng h p kim ột M, thời gian mài 900 gi y, lự t i 30N, qu ng ƣờng mài 28,2m, hiều ài oạn m n 67µm, kh i lƣ ng m n 2339.10-4g h s ma s t trung nh 0,58 10 Khi hàn h p kim ột M, ộ ứng kim loại m i hàn ạt 56-58,6HRC, kh hịu mài m n t t, ó gi thành th p ột h p kim Eutroloy 16606 n n ó thể ứng ụng phù h p với iều ki n s n xu t Vi t Nam Ngô Hữu Mạnh 99 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ 2015 KIẾN NGHỊ VÀ ĐỀ XUẤT HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO Qu tr nh nghi n ứu hoàn thi n Luận n Tiến sĩ, t gi tập trung nghi n ứu, ph n tí h thự nghi m hàn h p kim ột Eutroloy 16606 tr n thép C45 ằng qu tr nh hàn PTA ể tạo lớp ắp ứng, hịu mài m n, hịu nhi t Đ ng thời pha trộn hỗn h p h p kim ột M s ụng ho qu tr nh hàn PTA với thành ph n n g m ột WC, Cr3C2 F Trong ó, F ƣ họn làm H p kim ột M ƣ pha trộn ằng phƣơng ph p họ , hàn th nghi m ph n tí h, so s nh với h p kim ột Eutroloy 16606 Để tiếp tụ ph t triển mở rộng phạm vi nghi n ứu ề tài, t gi ề xu t hƣớng nghi n ứu tiếp th o nhƣ sau: Nghi n ứu kết h p thự nghi m nhằm tạo hỗn h p ột h p kim ứng ụng ho qu tr nh hàn PTA ể tạo ề m t ắp ứng, hịu va ập, hịu nhi t, h ng ăn m n Nghi n ứu, thự nghi m hàn tr n nhiều vật li u kh nhƣ thép on th p, thép h p kim th p thép không gỉ T i ƣu hóa hế ộ hàn ể p ứng y u u hàm mụ ti u X y ựng sở ữ li u h p kim ột ể thuận ti n ho qu tr nh mô ph ng ằng phƣơng ph p FEM nhằm ph n tí h, ự o n trƣờng nhi t, ứng su t, iến ạng tr n ph n mềm SYSWELD Ngô Hữu Mạnh 100 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ 2015 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu tham khảo nƣớc: [1] Bùi Văn Hạnh (2005) Tạo bề mặt làm việc chịu mài mòn va đập dụng cụ cơng nghệ hàn plasma bột, Tạp hí khoa họ ông ngh trƣờng ại họ kỹ thuật, s 54, trang 13-16 [2] Hoàng Tùng (1999) Sổ tay định mức tiêu hao vật liệu lượng điện hàn, NXB Khoa họ Kỹ thuật [3] Hoàng Tùng, Nguyễn Thú Hà, Ngô L Thông, Chu Văn Khang (2007) Sổ tay hàn, NXB Khoa họ Kỹ thuật [4] Hoàng Văn Ch u (2011) Nghiên cứu ứng dụng công nghệ hàn plasma bột để chế tạo phục hồi chi tiết máy, Đề tài nghi n ứu khoa họ p Nhà nƣớ m s ĐTPTNTĐ.2011-G/08 [5] Ngô L Thông (2007) Cơng nghệ hàn điện nóng chảy, Tập 1, NXB Khoa họ Kỹ thuật [6] Ngô L Thông (2007) Công nghệ hàn điện nóng chảy, Tập 2, NXB Khoa họ Kỹ thuật [7] Nguyễn Minh Tuyển (2004) Quy hoạch thực nghiệm, NXB Khoa họ Kỹ thuật [8] Nguyễn Thế Ninh (2008) Phân tích truyền nhiệt hàn ứng dụng, NXB B h khoa Hà Nội [9] Nguyễn Văn Thông (2012) Sổ tay công nghệ hàn, Tập 1, NXB Khoa họ Kỹ thuật [10] TCVN 2511:2007: Đ tính h nh họ s n phẩm, nh m ề m t [11] Vũ Đ nh Toại (2014) Nghiên cứu cơng nghệ hàn liên kết Nhơm-Thép q trình hàn TIG, Luận n Tiến sĩ kỹ thuật Cơ khí, trƣờng Đại họ B h khoa Hà Nội Tài liệu tham khảo nƣớc ngoài: [12] A Klimpel, L.A Dobrzaski, A Lisiecki and D Janicki (2006) The Study of the Technology of Laser and Plasma Surfacing of Engine Valves Face Made of X40CrSiMo10-2 Steel using Cobalt-based Powders, Journal of Materials Processing Technology, 175 (1-3), pp 251-256 [13] A Moarrefzadeh (2012) Study of heat affected zone for choosing suitable shielding and nozzle gas in plasma arc welding, Indian Journal of Science and Technology, Vol.5, No.4, pp 2619-2626 [14] C Limmaneevichitr and S Kou (2000) Experiments to Simulate Effect of Marangoni Convection on Weld Pool Shape, Welding research supplement, 8/2000, pp 231-237 [15] A Zikin, S Ilo, P Kulu, I Hussainova, C Katsich, E Badisch (2012) Plasma Transferred ARC (PTA) Hardfacing of Recycled Hardmetal Reinforced Nickel-matrix Surface Composites, ISSN 1392–1320 MATERIALS SCIENCE, Austria , Vol 18, No 1, pp.12-17 [16] A.Gatto, E Bassoli and M Fornari (2004) Plasma Transferred Arc Deposition of Powdered High Performances Alloys: Process Parameters Optimisation as a Function of Alloy and Geometrical Configuration, Surface & Coatings Technology, Vol 187 (2-3), pp 265-271 Ngô Hữu Mạnh 101 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ 2015 [17] ASTM E340-00: Standard test method for macroetching metals and alloys [18] ASTM E3-95: Standard practice for preparation of metallographic specimens [19] ASTM G99-04: Standard test method for wear testing with a Pin-on-Disk apparatus [20] AWS.DI.1-2004: Structural Welding Code Steel [21] AWS/SFA A5.12 EWTh-2: Tungsten alloys AFM 2% Thoriated [22] B Sivaramakrishnan and M Nadarajan (2014) A Study on Microhardness, Microstructure and Wear Properties of Plasma Transferred Arc Hardfaced Structural Steel with Titanium Carbide, Journal of Minerals and Materials Characterization and Engineering, Vol 2, pp 160-168 [23] Böhl r w l ing group (2009) Böhler welding cunsumable, Bohler welding group, Germany [24] Böhler Welding Group (2009) Metal powder and casting rods, Böhl r W l ing Group, Germany [25] C.S Hunt (1988) Plasma Transferred Arc (PTA) Surfacing of Small and Medium Scale Components, Welding Institute Members Report 364/1988, pp 3-46 [26] C.S Ramachandran, V Balasubramanian, R Varahamoorthy (2009) Evalution of Dry Sliding Wear Behaviour of Plasma Transferred Arc Hardfaced Stainless Steel, Journal of Iron and Steel research, International, 16 (4), pp.49-54 [27] C.Y Su, C.P Chou, B.C Wu and W.C Lih (1997) Plasma Transferred Arc repair welding of the Nickel base superalloy IN-738LC, Journal of Material Engineering and Performance, Vol.6, pp 619-627 [28] Castolineutectic (2006) Castolin Handbook, Castolin Eurtectic, Switzerland [29] Castolineutectic (2006) Technical data references, European product catalogue of Castolin, Switzerland [30] Chattopadhyay (1998) The Effect of Dilution on Corrosion and Wear of Superalloy Weld Overlays, Corrosion and its Control: Proceedings of International Conference on Corrosion, II, CORCON-97, Mumbai, India, 3-6 December 1997, pp 1246-1250 [31] D Bon , A S C M D’Oliv ira (2012) Effect of Current and Atomized Grain Size Distribution on the Solidification of Plasma Transferred Arc Coatings, Materials Research, Vol 15(5), pp 770-774 [32] D Radaj (1992) Heat Effects of Welding, Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg, Germany [33] D Raghu and R Webber (1996) PTA Proves Its Worth in High-Volume Hardfacing Jobs, Welding Journal, 75 (2), pp 34-40 [34] D Sharples (1985) The plasma transferred arc weld surfacing process, TWI Bulletin [35] Durum Verschleiss-Schutz GMBH (2007) Durmat material catalog, Rev.9, Germany [36] E Lugscheider, A Ait-Mekideche and A Melzer (1994) Improving the Properties of Hard Alloys by Weld Surfacing with Carbide Composite Powders, Schweissen & Schneiden, 46 (3), pp 109-114 [37] EN 1011-1: Welding - Recommendations for welding of metallic materials - Part 1: General guidance for arc welding Ngô Hữu Mạnh 102 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ 2015 [38] H Bhadeshia (2008) Application of Phase Transformation Theory to Welding, Pohang University of Science and Technology, Graduate Institute of Ferrous Technology, POSTECH, Korea [39] H Jones (1981) Experimental Methods in Rapid Quenching from the Melt, Treatise on Materials Science and Technology, Volume 20, Ultrarapid Quenching of Liquid Alloys, Academic Press, New York, USA, pp [40] H Wang, W Jiang, M Valant and R Kovacevic (2003) Microplasma powder deposition as a new solid freeform fabrication process, Journal Engineering Manufacture, Vol 217, Part B, pp 1641-1650 [41] J E Bringas (2004) Handbook of Comparative World Steel Standards, ASTM DS67B, Ed 3rd, USA [42] J Goldak, A Chakravarti and M Bibby (1984) A New Finite Element Model for Welding Heat Sources, Metallurgical Transactions B, 15B (2), pp 299-305 [43] J Hu, D.Y Li and R Llewellyn (2005) Computational Investigation of Microstructural Effects on Abrasive Wear of Composite Materials, Wear, 259 (1), pp 617 [44] J Wilden, J.P Bergmann and H Frank (2006) Plasma Transferred Arc Welding – Modeling and Experimental Optimization, Journal of Thermal Spray Technology, 15 (4), pp 779-784 [45] J.C Shin, J.M Doh, J.K Yoon, D.Y Lee and J.S Kim (2003) Effect of Molybdenum on the Microstructure and Wear Resistance of Cobalt-base Stellite Hardfacing Alloys, Surface and Coatings Technology, 166 (2-3), pp 117-126 [46] J.N DuPont (1998) On Optimization of the Powder Plasma Arc Surfacing Process, Metallurgical and Materials Transactions, 29B (4), pp 932-934 [47] J.N DuPont and A.R Marder (1996) Dilution in Single Pass Arc Welds, Metallurgical and Materials Transactions B, 27B (3), pp 481-489 [48] J.R Davis, Davis & Associates (1993) Hardfacing, weld cladding, and dissimilar metal joining, ASM Handbook, Vol 6, pp 789-829 [49] K M Kenchireddy, C T Jayadeva and Sreenivasan (2014) The effect of microstructure on abrasive wear of hardfacing alloys, International Journal of Engineering Science and Innovative Technology (IJESIT) Volume 3, Issue 3, May 2014, pp 464-475 [50] K Marko (2010) Effect of parameters of plasma transferred arc welding method on abrasive wear resistance of 12V tool steel deposit, Doctoral dissertation, Aalto University, Finland [51] K Siva, N Murgan and Raghupathy (2009) Modelling, analysis and optimisation of well bead parameters of nickel based overlay deposited by plasma transferred arc surfacing, International Scientific Journal published quarterly by the Association of Computational Materials Science and Surface Engineering, Vol.1, pp.174-182 [52] K Siva, N Murugan and R Logesh (2009) Optimization of weld bead geometry in plasma transferred arc hardfaced austenitic stainless steel plates using genetic algorithm, International Journal Advante Manufacturing Technology, pp.24-30 [53] K.M KenchiReddy and C.T Jayadeva (2012) The Effects of Welding Processes on Microstructure and Abrasive Wear Resistance for Hardfacing Deposits, Bonfring International Journal of Industrial Engineering and Management Science, Vol 2, No 2, pp 28-34 Ngô Hữu Mạnh 103 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ 2015 [54] Katsich C, Zikin A, Badisch E (2012) Wear protection of highly loaded components: Advances of plasma transferred arc welding as hardfacing technology, 8th International DAAAM Baltic Conference Industrial Engineering, 19-21 April 2012, Tallinn, Estonia [55] L Bourithis and G Papadimitriou (2003) Boriding a plain carbon steel with the plasma transferred arc process using boron and Chromium diboride powder: microtructure and wear properties, Science Direct Journal, pp.1835-1839 [56] L Bourithis and G Papadimitriou (2009) The effect of microstructure and wear conditions on the wear resistance of steel metal matrix composites fabricated with PTA alloying technique, Wear, Vol 266, pp 1155–1164 [57] L Zhang, D Sun, H Yu (2008) Effect of Niobium on the microstructure and wear resistance of iron-based alloy coating produced by plasma cladding, Journal of Materials Science and Engineering A 490, pp 57–61 [58] M Menzel (2003) The Influence of Individual Components of an Industrial Gas Mixture on the Welding Process and the Properties of Welded Joints, Welding International, Vol 4th, pp 262-264 [59] M Ushio (1991) Mathematical Modelling of Flow in the Weld Pool-Part II, Welding International, (8), pp 593-597 [60] M.A Wahab, M.J Painter, M.H Davies (1998) The prediction of the temperature distribution and weld pool geometry in the gas metal arc welding process, Journal of Materials Processing Technology, Vol 77, pp 233–239 [61] Marimuthu and N Murugan (2003) Prediction and Optimization of Weld Bead Geometry of Plasma Transferred Arc Hardfaced Valve Seat Rings, Surface Engineering, 19 (2), pp 143-149 [62] N Srimath and N Murugan (2011) Prediction and Optimisation of Weld Bead Geometry of Plasma Transferred Arc Hardfaced Valve Seat Rings, European Journal of Scientific research, ISSN 1450-216X, Vol.51, No.2, pp.285-298 [63] Nguyen Dac Trung (2003) Plasma-Pulver-Auftraglöten zum Verschleiβschutz von Aluminiumlegierungen, Diss rtation, T hnis h n Univ rsität Dr s n, G rmany [64] P.W Fuerschbach and G.A Knorovsky (1991) A Study of Melting Efficiency in Plasma Arc and Gas Tungsten Arc Welding, Welding Journal, 70 (11), pp 287-297 [65] Q Wang and X Li (2010) Effects of Nb, V, and W on microstructure and Abrasion Resistance of Fe-Cr-C Hardfacing Alloys, WELDING JOURNAL, JULY 2010, Vol 89, pp 33-39 [66] R Choteborsky (2013) Effect of heat treatment on the microstructure, hardness and abrasive wear resistance of high chromium hardfacing, Res Agr Eng Vol 59, No 1, pp 23–28 [67] R Choteborsky, P Hrabe, M, Müller, J Savkova, M Jirka, M Navratilova (2009) Affect of abrasive particle size on abrasive wear of hardfacing alloy, RES AGR ENG, Vol 55, pp 101-113 [68] R Choteborsky, P Hra , M Müll r, R V l k, J Savkova, M Jirka (2009) Effect of carbide size in hardfacing on abrasive wear, RES AGR ENG., Vol 55 (4), pp 149– 158 [69] R.D Stout (1987) Weldability of Steels, Edit 4th, Welding Research Council, New York, USA Ngô Hữu Mạnh 104 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ 2015 [70] R.L Deuis, J.M Yellup and C Subramanian (1997) Aluminium Composite Coatings Produced by Plasma Transferred Arc Surfacing Technique, Materials Science and Technology, 13 (6), pp 511-522 [71] R.L Deuis, J.M Yellup and C Subramanian (1998) Metal-matrix Composite Coatings by PTA Surfacing, Composites Science and Technology (UK), 58 (2), pp 299309 [72] R.S Funderburk (1999) A look at Heat Input, Welding Innovation, Vol XVI, No.1 [73] S Kou (1987) Welding Metallurgy, Edition 2nd, John Wiley & Sons, New York, USA [74] S Kou and Y.H Wang (1986) Weld Pool Convection and Its Effect, Welding Journal, 65 (3), pp 63-70 [75] S Noda, S Zenitani, Y Yamada, Tomoyoshi Sasaki (2004) Improved Technologies of Steam Turbine for Long Term Continuous Operation, Mitsubishi Heavy Industries., Ltd, Technical review, Vol.41, No.3, pp.1-5 [76] S.V Dresvin, A.V Donskoi, V.M Goldfarb and V.S Klubnikin (1972) Physics and Technology of Low-temperature Plasmas, Ames, IA, The Iowa State University Press, 1977 [77] T Debroy, H Zhao, W Zhang and G G Roy (2007) Weld pool heat and fluid flow in probing weldment characteristics, Mathematical Modelling of weld phenomena 6, Edited by H Cerjak, pp 21-42 [78] T Glynn (2007) Plasma transferred Arc and HVOF hardfacing process, Stellit, AWS [79] T Yil iz an A.K Gür (2011) The Optimization of Abrasive Wear Behavior of FeCrC Coating Composite with Taguchi Method, Australian Journal of Basic and Applied Sciences, No.5 (12), pp 2394-2402 [80] V Balasubramanian & R Varahamoorthy & C S Ramachandran & C Muralidharan (2009) Selection of welding process for hardfacing on carbon steels based on quantitative and qualitative factors, Journal Advance Manufacturing Technology, Vol 40, pp 887–897 [81] V Balasubrarnanian, A.K Lakshminarayanan, R Varahamoorthy, S Babu (2009) Application of Response Surface Methodolody to Prediction of Dilution in Plasma Transferred Arc Hardfacing of Stainless Steel on Carbon Steel, Journal of Iron and Steel research, International 16(1), pp.44-53 [82] V.V Diaz, J.C Dutra & A.S.C.M D'Oliveira (2012) Hardfacing by plasma transferred arc process, Welding International, Vol 26, No 2, pp 87-95 [83] W Xibao (2003) Comparisons of Particles Thermal Behaviour between Fe-base Alloy and Boron Carbide during Plasma Transferred-arc Powder Surfacing, China Welding Institutite, Vol 12 (1), pp 67-71 [84] W Xibao and L Hua (1998) Metal Powder Thermal Behaviour during the Plasma Transferred-arc Surfacing Process, Surface and Coatings Technology, 106 (2-3), pp 156-161 [85] W Xibao, Jia, Wang (2002) Evaluation of Powder’s Thermal Behaviour in Plasma Transferred-arc Space (Part I), Transactions of the China Welding Institution, 23 (4), pp 13-16 Ngô Hữu Mạnh 105 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ 2015 [86] Y.F Liu, J.M Han, R.H Li, W.J Li, X.Y Xu, J.H Wang, S.Z Yang (2006) Microstructure and dry-sliding wear resistance of PTA clad (Cr, Fe)7C3/γ-Fe ceramal composite coating, Applied Surface Science, Vol 252, pp 7539–7544 [87] Y.F Liu, Z.Y Xia, J.M Han, G.L Zhang, S.Z Yang (2006) Microstructure and wear behavior of (Cr,Fe)7C3 reinforced composite coating produced by plasma transferred arc weld-surfacing process, Surface & Coatings Technology, Vol 201, pp 863–867 [88] Y.L Yuan and Z.G Li (2013) Microstructure and Dry Sliding Wear Behavior of Fe-Based (Cr, Fe)7C3 Composite Coating Fabricated by PTA welding Process, Journal of Materials Engineering and Performance [89] Yamamoto M and Hashimoto (1997) New Surface Treatment Technology with a Plasma Transferred Arc Welding Process Kobelco Technology, Review 20th, pp 42-46 [90] Z Feng, R.A White, E Willis and H.D Solomon (1999) Development of Compressive Residual Stresses in Underwater PTA Welds, Technical Information Series, GE Research & Development Center, August 1999 [91] Z Gahr (1987) Microstructure and Wear of Materials, Tribology Series, 10, Elsevier, Amsterdam, The Netherlands [92] Z Gahr (1995) Development of Materials to Resist Unlubricated Sliding Wear, In: Surface Modification Technologies VIII: Proceedings of the 8th International Conference on Surface Modification Technologies Held in Nice, France, September 2628, 1994, The Institute of Materials (Great Britain), pp 3-16 [93] Z Huang, Q Hou, P Wang (2008) Microstructure and properties of Cr3C2modified nickel-based alloy coating deposited by plasma transferred arc process, Surface & Coatings Technology, Vol 202, pp 2993–2999 Tài liệu tham khảo từ nguồn Internet: [94] www.castolin_eutectic.com [95] www.hitachi-metals-sa.co.jp [96] www.hoganas.com [97] www.Stellite.com [98] www.millerwelds.com [99] www.plasmateam.com/equipments/PTA _process [100] www.sulzermetco.com [101] www.ald-vt.de Ngô Hữu Mạnh 106 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ 2015 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ CỦA LUẬN ÁN [1] Ngô Hữu Mạnh, Bùi Văn Hạnh, Nguyễn Thú Hà (2013), Nghiên cứu ảnh hưởng cường độ dòng hàn chiều dài hồ quang đến tham gia kim loại vào mối hàn hàn cơng nghệ hàn plasma bột, Tạp hí Cơ khí Vi t Nam, s 11 năm 2013, trang 22-26, ISSN: 0866-7056 [2] Ngô Hữu Mạnh, Nguyễn Văn Anh, Bùi Văn Hạnh, Nguyễn Thú Hà (2014), Nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng đến tham gia kim loại vào mối hàn công nghệ plasma bột, Tạp hí Khoa họ Cơng ngh trƣờng Đại họ kỹ thuật, s 982014, trang 34-38, ISSN: 0868-3980 [3] Ngô Hữu Mạnh, Bùi Văn Hạnh, Nguyễn Thú Hà (2014), Nghiên cứu chuyển động đối lưu dòng kim loại l ng v ng hàn plasma bột, Tạp hí Cơ khí Vi t Nam, s 03 năm 2014, trang 48-53, ISSN: 0866-7056 [4] Ngo Huu Manh, Bui Van Hanh, Nguyen Thuc Ha, Nguyen Van Anh (2014), Shape and microstructure of the weld metal during hardsufacing welding by Eutroloy 16606 powder alloy on the C45 carbon steel by PTA welding technology, Proceedings: The 7th AUN/SEED-Net Regional Conference on Mechanical and Manufacturing Engineering 2014 (RCMME 2014), Hanoi, October 9-10, 2014, pp 8-14, ISBN: 978-604-911-942-2 [5] Ngô Hữu Mạnh, Bùi Văn Hạnh, Nguyễn Thú Hà, L Thu Qu , Trịnh Văn H i (2015), Hàn hợp kim bột Durmat 625 (Inconel 625) thép C45 trình hàn PTA, Kỷ yếu Hội nghị Khoa họ Công ngh hạt nh n toàn qu l n thứ XI, Đà Nẵng, Vi t Nam, trang 182 [6] Ngo Huu Manh, Bui Van Hanh, Nguyen Thuc Ha (2015), Effect of Chromium carbide to microstructure and microhardness of the weld metal during PTA welding by Eutroloy 16606 powder alloys on Carbon mild steel, Journal of Science and Technology, No 109, ISSN: 0868-3980 Ngô Hữu Mạnh 107 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ 2015 PHỤ LỤC M y y Troop GS40B trƣờng Đại họ B h khoa Hà Nội Thiết ị hàn PTA Eutroni GAP 3000AC/DC trƣờng Đại họ B h khoa Hà Nội Thiết ị hàn DURWELD 300/2 PTA Công ty HTH Trƣờng Ph t Thiết ị hàn PTA HPT-500A Công ty Vi t Long M y plasma Pow rmax 65 Công ty Nam An Ngô Hữu Mạnh LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ PHỤ LỤC Kính hiển vi quang họ Axiov rt 25 trƣờng Đại họ B h khoa Hà Nội Thiết ị X-Ray D5005 trƣờng Đại họ Khoa họ Tự nhi n Thiết ị kiểm tra ộ ứng Stru rs Duramin trƣờng Đại họ B h khoa Hà Nội Thiết ị SEM EDS JMS-7600F trƣờng Đại họ B h khoa Hà Nội M y mài i n ự W-ThO2 trƣờng Đại họ B h khoa Hà Nội Ngô Hữu Mạnh 2015 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ PHỤ LỤC M y mài mẫu hàn Grin r Polish r trƣờng Đại họ B h khoa Hà Nội M y nh óng mẫu hàn Rotopol-21 trƣờng Đại họ B h khoa Hà Nội Thiết ị gia nhi t ằng i n trở trƣờng Đại họ B h khoa Hà Nội M y ti n CNC trƣờng Đại họ Sao Đ Ngô Hữu Mạnh 2015 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ PHỤ LỤC XÁC NHẬN CỦA CÁC ĐƠN V ĐÃ THAM GIA H N THỰC NGHI M, PHÂN TÍCH V KIỂM TRA CÁC MẪU H N Ngô Hữu Mạnh 2015 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ 2015 PHỤ LỤC B ng thông s hế ộ hàn PTA ứng với ột h p kim M Gi trị iến thự Kí h thƣớ m i hàn TT Ih (A) Vh (mm/phút) Vb (g/phút) Bm (mm) Le (mm) Chiều s u ng u (mm) 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 100 120 100 120 100 120 100 120 100 120 100 120 100 120 100 120 90 130 110 110 110 110 110 110 110 110 110 110 110 280 280 320 320 280 280 320 320 280 280 320 320 280 280 320 320 300 300 260 340 300 300 300 300 300 300 300 300 300 25 25 25 25 35 35 35 35 25 25 25 25 35 35 35 35 30 30 30 30 20 40 30 30 30 30 30 30 30 10 10 10 10 10 10 10 10 14 14 14 14 14 14 14 14 12 12 12 12 12 12 16 12 12 12 12 12 14 10 10 14 10 14 14 10 10 14 14 10 14 10 10 14 12 12 12 12 12 12 12 12 16 12 12 12 0.2 0.3 0.15 0.2 0.2 0.25 0.15 0.2 0.2 0.3 0.2 0.3 0.2 0.3 0.15 0.25 0.15 0.35 0.2 0.15 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 Ngô Hữu Mạnh Chiều cao (mm) Chiều rộng (mm) D (%) 3 2.5 3.5 3.5 3 3 3 3.5 3.5 3.5 3.5 3 3 3.5 3 3 3 10 10 10 14 10 12 10 10 12 14 14 12 14 12 10 14 10 10 10 10 12 15 10 14 18 18 18 5.6 8.4 5.1 8.1 5.3 7.8 4.3 5.9 6.8 8.5 6.2 8.3 6.1 8.9 4.2 6.3 4.1 10.4 6.2 5.4 6.1 5.6 6.0 6.1 5.9 6.2 6.1 6.0 6.0 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ B ng thông s 2015 hế ộ hàn PTA ứng với ột h p kim Eutroloy 16606 Gi trị iến thự Kí h thƣớ m i hàn Le (mm) Chiều s u ng u (mm) Chiều cao (mm) Chiều rộng (mm) D (%) 10 10 0.2 10 6.3 25 10 14 0.25 2.5 12 9.1 320 35 10 14 0.15 12 4.8 120 320 35 10 10 0.2 3.5 10 5.4 100 280 25 14 10 0.2 2.5 14 7.4 110 340 30 12 12 0.15 13 4.8 120 280 35 14 10 0.25 14 7.7 TT Ih (A) Vh (mm/phút) Vb (g/phút) Bm (mm) 100 320 25 120 320 100 Ngô Hữu Mạnh ...BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI NGÔ HỮU MẠNH NGHIÊN CỨU TẠO LỚP ĐẮP CHỊU MÀI MÒN TRÊN NỀN THÉP CÁC BON BẰNG CÔNG NGHỆ HÀN PLASMA BỘT Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ... ứu ể ứng ụng ông ngh hàn PTA vào thự tế s n xu t hƣa rõ ràng V vậy, t gi lựa họn ề tài ? ?Nghiên cứu tạo lớp đắp chịu mài mòn thép bon công nghệ hàn plasma bột? ?? nhằm tạo hế tạo phụ h i ạng hi tiết... Đề tài ? ?Nghiên cứu tạo lớp đắp chịu mài mịn thép Các bon cơng nghệ hàn Plasma bột? ?? ƣ t gi nghi n ứu thự nghi m với hƣớng ẫn trự tiếp PGS.TS Bùi Văn Hạnh PGS.TS Nguyễn Thú Hà Bộ môn Hàn Công ngh