(Luận văn thạc sĩ) nghiên cứu tổ chức tế vi và độ cứng lớp phủ tic co trên khuôn dập nóng tráng phủ bằng phương pháp laser cladding

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ TRẦN NGỌC THIỆN NGHIÊN CỨU TỔ CHỨC TẾ VI VÀ ÐỘ CỨNG LỚP PHỦ TiC/Co TRÊN KHUÔN DẬP NÓNG TRÁNG PHỦ BẰNG PHƯƠNG PHÁP LASER CLADDING NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ - 1520414 S K C0 Tp Hồ Chí Minh, tháng 4/2016 BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT Độc lập – Tự – Hạnh Phúc TP.HCM XÁC NHẬN CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN Họ tên học viên: TRẦN NGỌC THIỆN MSHV: 142520103022 Chuyên ngành: Kỹ Thuật Cơ Khí Khóa: 2014 – 2016A Tên đề tài: NGHIÊN CỨU TỔ CHỨC TẾ VI VÀ ĐỘ CỨNG LỚP PHỦ TiC/Co TRÊN KHN DẬP NĨNG TRÁNG PHỦ BẰNG PHƯƠNG PHÁP LASER CLADDING Học viên hoàn thành LVTN theo yêu cầu nội dung hình thức (theo quy định) luận văn thạc sĩ TP Hồ Chí Minh, Ngày 29 tháng 04 năm 2016 Giảng viên hướng dẫn (Ký ghi rõ họ tên) TS PHẠM THỊ HỒNG NGA -i- LÝ LỊCH CÁ NHÂN I LÝ LỊCH SƠ LƯỢC: Họ tên: TRẦN NGỌC THIỆN Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 01/08/1991 Nơi sinh: Bình Thuận Quê quán: Xã Phong An, Huyện Phong Điền, Tỉnh Thừa Thiên Huế Địa liên lạc: Xóm 6, Thơn I, Xã Thuận Minh, Huyện Hàm Thuận Bắc, Tỉnh Tình Thuận Điện thoại: 0932.743.029 E-mail: ngocthienbt@gmail.com II QÚA TRÌNH ĐÀO TẠO: Đại học: Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian đào tạo từ 09/2009 đến 07/2013 Nơi học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP Hồ Chí Minh Ngành học: Cơ Khí Chế Tạo Máy Tên đồ án tốt nhiệp: Nghiên cứu, thiết kế chế tạo hoàn thiện máy làm bánh rau câu bán tự động Ngày nơi thi tốt nghiệp: 26/07/2013 Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP Hồ Chí Minh Người hướng dẫn: Ths Trần Thái Sơn III Q TRÌNH CƠNG TÁC CHUN MƠN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Thời gian Nơi cơng tác 7/2013 – 7/2014 Cơ sở khí Thế Hải 8/2013 – Trường CĐ Kỹ Thuật Cao Thắng -ii- Công việc đảm nhiệm Kĩ sư Giảng viên LỜI CAM ĐOAN Tơi cam đoan cơng trình nghiên cứu Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa cơng bố cơng trình khác Tp Hồ Chí Minh, ngày 29 tháng 04 năm 2016 (Ký tên ghi rõ họ tên) Trần Ngọc Thiện -iii- LỜI CẢM ƠN Trong suốt trình học tập làm hồn thành luận văn, tơi nhận hướng dẫn, giúp đỡ quý báu nhiều từ nhà trường, thầy cơ, gia đình bạn bè Để hồn thành luận văn này, trước tiên xin gửi lời cảm ơn chân thành sâu sắc đến Cô hướng dẫn khoa học TS Phạm Thị Hồng Nga Cô dành nhiều thời gian, tâm huyết, nhiệt tình hướng dẫn, góp ý động viên tơi suốt thời gian thực luận văn Tôi xin gửi lời cảm ơn đến quý Thầy cô Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP HCM tận tình giảng dạy, truyền đạt kiến thức tảng chuyên môn cho thời gian qua Đặc biệt xin gửi lời cảm ơn đến q thầy khoa Cơ Khí Chế Tạo Máy tạo điều kiện thuận lợi cho tơi q trình thực đến hồn thành luận văn Tôi xin cảm ơn Ban Giám Hiệu q thầy Khoa Cơ Khí - Trường Cao Đẳng Kỹ Thuật Cao Thắng TP.HCM tạo điều kiện để tơi thực hồn thành luận văn tốt nghiệp Tôi xin gửi lời cảm ơn đến ban giám đốc nhân viên Công ty TNHH Tư Vấn D.V.G hỗ trợ máy móc, thiết bị, phịng thí nghiệm để tơi hồn thành cơng việc nghiên cứu, thu thập số liệu cho trình thực luận văn Tơi xin gửi lời cảm ơn gia đình, bạn bè ln động viên, giúp đỡ khích lệ tinh thần tơi q trình học tập thực luận văn Xin chân thành cảm ơn! -iv- TĨM TẮT Trong q trình sử dụng khn dập nóng môi trường làm việc khắc nghiệt làm khuôn xuất sai hỏng bị nứt vỡ, mài mịn khơng bị mịn q nhanh độ cứng thấp,…nhưng sử dụng phương pháp tăng bền truyền thống (nhiệt luyện tôi, ram,…) thường làm cho độ cứng không đạt yêu cầu Những năm gần đây, Laser Cladding xem phương pháp tiên tiến nâng cao chất lượng bề mặt vật liệu phát triển với tốc độ chóng mặt Trong đó, lớp phủ hợp kim Co tự nóng chảy nâng cao khả chống oxy hóa tính chống mịn bề mặt vật liệu, tác dụng lực ma sát lớn, độ cứng tính chống mài mịn lớp hợp kim đơn phải nâng cao Trong nghiên cứu gần cho thấy sụ bổ sung loại carbide có tính bền nhiệt cao vào hợp kim Co nêu Và TiC loại carbide có độ cứng cao, điểm nóng chảy cao, dễ phân bố đồng có tính ổn định nhiệt tốt Dựa sở tác giả áp dụng phương pháp Laser Cladding cho khn dập nóng với đề tài “Nghiên cứu tổ chức tế vi độ cứng lớp phủ TiC/Co khn dập nóng tráng phủ phương pháp Laser Cladding” nghiên cứu nội dung: - Phân tích cấu trúc tế vi phân bố độ cứng tế vi lớp phủ TiC/Co - Xây dựng mơ hình tốn dự đoán mật độ phân bố hạt TiC thành phần lớp phủ TiC/Co - Kết phân tích cho thấy, lớp phủ với hàm lượng TiC 20% có đặc tính liên kết với kim loại tốt Độ cứng cải thiện đáng kể khơng Qua đề xuất phương pháp làm đồng tổ chức lớp phủ nêu luận văn - Từ đưa nhận xét kết nghiên cứu Trong tồn mặt hạn chế mà phương pháp cần phải khắc phục đề phương án để giải -v- ABSTRACT In the process of using hot die in harsh working environments will appear molding defects such as a broken, irregular or abrasives can also be worn too quickly due to low hardness, but when used increased reliability of traditional methods (heat treatment, ram, ) often make unsatisfactory hardness In recent years, laser cladding is considered one of the advanced methods improve the quality of surface material and is being developed with dizzying speed In particular, Co alloy coating flux can improve the antioxidant and anti-corrosion properties of materials on the surface, but under the effect of greater friction, hardness and abrasion resistance of the layer of pure metal must still be improved In a recent study showed that the addition of carbide type with high heat resistant alloys Co to above And that kind of carbide TiC with high hardness, high melting point, easy to uniformly distributed and good thermal stability On the basis which the author applies the method for hot die Laser cladding with topics: "Research Organizations Microstructure And Hardness Composite Coating TiC/Co On Hot Die By Method Laser Cladding " research for contents: - Analysis of the microstructure and hardness distribution of the coating microstructure composite TiC / Co - Develop mathematical models predict the density of particles in the composition TiC composite coating TiC / Co - Analysis results showed that the coating with TiC content less than 20% are characteristics associated with good metallic background Hardness significantly improved but still uneven There by the method proposed organization uneven coating will set out in writing - From there make a comment on the findings In which exist drawbacks that need to be tackled methods and devise plans to solve -vi- MỤC LỤC TRANG TỰA TRANG QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI XÁC NHẬN CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN i LÝ LỊCH CÁ NHÂN ii LỜI CAM ĐOAN iii LỜI CẢM ƠN iv TÓM TẮT v MỤC LỤC vii TRANG TỰA vii DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÍ HIỆU x DANH MỤC CÁC HÌNH xi DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU .xiii Chương 1: TỔNG QUAN 1.1 TỔNG QUAN CHUNG VỀ LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU, CÁC KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGỒI NƯỚC ĐÃ CƠNG BỐ 1.1.1 Các kết nghiên cứu nước 1.1.2 Các kết nghiên cứu nước 1.2 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI 1.3 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI 1.3.1 Ý nghĩa khoa học đề tài 1.3.2 Ý nghĩa thực tiễn đề tài 1.4 MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI 1.5 NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU, GIỚI HẠN ĐỀ TÀI 1.5.1 Nhiệm vụ nghiên cứu đề tài 1.5.2 Giới hạn đề tài 1.6 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU -vii- 1.6.1 Phương pháp lí thuyết 1.6.2 Phương pháp thực nghiệm 1.7 TIẾN ĐỘ THỰC HIỆN Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 KHN DẬP NĨNG 2.1.1 Khái niệm khuôn dập nóng 2.1.2 Điều kiện làm việc khn dập nóng 2.1.3 Yêu cầu tính khn dập nóng 10 2.1.4 Vật liệu làm khuôn 10 2.1.5 Thép SKD61 12 2.1.6 Các dạng sai hỏng khuôn dập nóng 16 2.1.7 Một số phương pháp nâng cao sửa chữa khuôn dập 18 2.2 LASER CLADDING (LC) 21 2.2.1 Khái niệm 21 2.2.2 Sơ đồ cấu tạo nguyên lí hoạt động phương pháp Laser Cladding 21 2.3.3 Hệ vật liệu phun phủ phương pháp 22 2.3.4 Phương pháp cấp bột 27 2.3.5 Lý luận Laser Cladding 30 2.3.6 Sự hình thành cấu trúc lớp phủ 31 Chương 3: VẬT LIỆU, PHƯƠNG PHÁP VÀ THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM 34 3.1 VẬT LIỆU THÍ NGHIỆM 34 3.2 PHƯƠNG PHÁP VÀ THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM 36 3.2.1 Phương pháp Laser Cladding 36 3.2.2 Phương pháp nghiên cứu tổ chức tế vi 37 3.2.3 Phương pháp nghiên cứu độ cứng tế vi 40 Chương 4: NGHIÊN CỨU TỔ CHỨC TẾ VI VÀ ĐỘ CỨNG CỦA LỚP PHỦ TiC/Co TRÊN NỀN THÉP SKD61 TRÀNG PHỦ BẰNG PHƯƠNG PHÁP LASER CLADDING 42 -viii- 4.1 QUAN SÁT TỔNG QUAN VỀ HÌNH DẠNG VĨ MÔ VÀ MẶT CẮT NGANG CỦA CÁC LỚP PHỦ TiC/Co 42 4.2 NGHIÊN CỨU TỔ CHỨC TẾ VI LỚP TiC/Co 46 4.3 NGHIÊN CỨU ĐỘ CỨNG CỦA LỚP PHỦ TiC/Co TRÊN KHN DẬP NĨNG TRÁNG PHỦ BẰNG PHƯƠNG PHÁP LASER CLADDING 51 Chương 5: MÔ HÌNH HỒI QUI SỰ PHÂN BỐ HẠT TiC TRONG LỚP PHỦ 55 5.1 KẾT QUẢ PHÂN TÍCH CỦA MẪU S1 55 5.2 KẾT QUẢ PHÂN TÍCH CỦA MẪU S2 61 5.3 KẾT QUẢ PHÂN TÍCH CỦA MẪU S3 65 Chương 6: ĐỀ XUẤT PHƯƠNG PHÁP LÀM ĐỒNG ĐỀU tổ chức LỚP PHỦ TiC/CO 71 6.1 XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ ỨNG VỚI HÀM LƯỢNG TiC TRONG THÀNH PHẦN LỚP PHỦ TiC/Co 71 6.2 DÙNG CÁC NGUYÊN TỐ ĐẤT HIỀM 72 6.3 GIA NHIỆT VẬT LIỆU NỀN 73 6.4 XỬ LÍ NHIỆT LỚP PHỦ SAU KHI TRÁNG PHỦ 74 6.5 CHẤN ĐỘNG SIÊU ÂM LỚP PHỦ 74 Chương 7: KẾT LUẬN – KẾT NGHỊ 76 7.1 KẾT LUẬN 76 7.2 KIẾN NGHỊ 76 TÀI LIỆU THAM KHẢO 78 PHỤ LỤC 81 -ix- Tìm biểu thức mối liên hệ tỉ lệ phân bố hạt TiC với chiều cao lớp phủ phương pháp quan sát thực nghiệm Bảng 5.6: Tổng hợp số liệu thực nghiệm mẫu S3 TT x y xy x2y x2 0.125 38.356 4.7945 0.599313 0.015625 0.25 37.125 9.03125 2.257813 0.0625 0.375 41.432 15.537 5.826375 0.140625 0.5 41.415 20.7075 10.35375 0.25 0.625 43.357 27.09813 16.93633 0.390625 0.75 47.501 36.37575 27.28181 0.5625 0.875 47.552 41.608 36.407 0.765625 49.871 49.871 49.871 1.125 49.827 56.05538 63.0623 Σ 5.625 396.436 260.5785 212.0957 4.453125 1.265625 Sau ta nối điểm để đường thực nghiệm (đường màu xanh đồ thị) ta tìm đường tuyến tính (đường màu đen) có dạng: y = a1x + a0 Áp dụng phương pháp nội suy Parabolic [12], ta được: ⎧ ⎪ ⎨ ⎪a ⎩ na + a x + a x = x = y x y -68- (5.3)  9a + 5.625a = 396.436 5.625a + 4.453125a = 260.5785 Giải hệ phương trình ta được: a1 = 13.6597; a0 = 35.5111 Thay a1, a0 vào (5.3) phương trình: y = 13.6597x + 35.5111 ĐỒ THỊ MẪU S3 60 Mức ý nghĩa p = 0.05 Tỉ lệ phân hạt TiC (%) 50 40 30 20 10 0 0.125 0.25 Đường thực nghiệm 0.375 0.5 0.625 0.75 0.875 Khoảng cách từ mặt liên kết (mm) Y = 35.5111+13.6597X 1.125 1.25 Linear (Đường thực nghiệm) y = 13.66x + 35.511 Hình 5.6: Đồ thị,biểu thức thể phân bố hạt TiC theo chiều cao lớp phủ S3 Cũng hai kết mẫu ta có biểu thức nhóm mẫu S3 : y = 13.6597x + 35.5111 Với mức ý nghĩa chọn p = 5% số liệu thực nghiệm nằm sai số cho phép biểu thức, phương trình tuyến tính thể mơ hình phân bố hạt TiC theo chiều cao lớp phủ vừa tìm phù hợp Từ ta có biểu thức mơ tả nhóm mẫu sau: Mẫu S1: y1 = 23.8438x – 7.3494 Mẫu S2: y2 = 9.7389x + 44.6927 Mẫu S3: y3 = 13.6597x + 35.511 -69- Ta thấy biểu thức nhóm mẫu S1 có xu hướng xuống, điều có nghĩa xa mặt liên kết bề mặt thép lớp phủ tỉ lệ phân bố hạt TiC giảm Với hướng giải nêu đề tài cải thiện bề mặt khn dập nóng mẫu S1 gần bề mặt lớp phủ tỉ lệ phân bố hạt TiC giảm đáng kể, qua khơng cải thiện nhiều chất lượng bề mặt khn dập nóng Do hàm lượng hạt TiC thành phần lớp phủ nhỏ (chiếm 10% khối lượng lớp phủ) nên có nguồn nhiệt laser làm nóng chảy lớp phủ tạo thành pha lỗng hạt TiC có xu hướng khuếch tán xuống mặt liên kết theo phương song song với phương nguồn nhiệt dẫn tới tỉ lệ hạt TiC phía lớp phủ giảm Với biểu thức nhóm mẫu S2 S3 đồ thị lại dốc lên, điều có nghĩa xa mặt liên kết bề mặt thép va lớp phủ tỉ lệ phân bố hạt TiC tăng, góp phần cải thiện đáng kể chất lượng bề mặt khn dập nóng mà nhu cầu thực tế đặt Do hàm lượng hạt TiC thành phần lớp phủ chiếm đáng kể (20% khối lượng lớp phủ mẫu S2 30% lớp phủ S3) nên có nguồn nhiệt laser làm nóng chảy tạo thành pha loãng với chế nguội nhanh từ ngồi vào theo phương vng góc với phương nguồn nhiệt làm cho hạt TiC phía bề mặt lớp phủ giữ nguyên vị trí, cịn hạt TiC tâm lớp phủ có tốc độ nguội chậm nên có xu hướng khuếch tán xuống mặt liên kết Nhưng với đồ thị mẫu S3 đồ thị mẫu S2 có độ dốc nhỏ hơn, khơng có chênh lệch q lớn tỉ lệ phân bố hạt TiC theo chiều cao lớp phủ Và mẫu S3 xuất vết nứt lớp phủ hàm lượng hạt TiC cao làm khả liên kết bề mặt thép lớp phủ Từ quan sát nhận xét ta thấy đồ thị mẫu S2 có mơ hình hồi qui phù hợp tất mẫu chọn khảo sát -70- Chương ĐỀ XUẤT PHƯƠNG PHÁP LÀM ĐỒNG ĐỀU TỔ CHỨC LỚP PHỦ TIC/CO Từ kết nêu Chương ta thấy mẫu S0 chưa có xuất hạt TiC độ cứng lớp tráng phủ đồng mẫu S1, S2 S3 độ cứng lớp tráng phủ có tăng lại phân bố ngẫu nhiên Điều thấy rõ kết nghiên cứu tổ chức tế vi lớp tráng phủ Chương 4, phân bố hồn tồn ngẫu nhiên hạt TiC Từ ta thấy, để làm đồng tính lớp phủ ta phải làm đồng tổ chức lớp phủ TiC/Co Trong trình nghiên cứu, tác giả đề xuất số phương pháp làm đồng độ cứng lớp tráng phủ thông qua việc làm đồng tổ chức tế vi phân bố hạt TiC lớp phủ 6.1 XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ ỨNG VỚI HÀM LƯỢNG TiC TRONG THÀNH PHẦN LỚP PHỦ TiC/Co Trong số nghiên cứu gần cho thấy phân bố hạt TiC phụ thuộc nhiều vào tốc độ nguội lớp tráng phủ Sự phân bố hạt TiC dấu vết lớp phủ thay đổi theo tỉ lệ nhiệt độ làm nguội cục Khi tăng nhiệt độ bề mặt làm giảm tốc độ làm nguội, hạt TiC trở nên phân phối khơng đồng Do mặt liên kết có nhiệt độ tích tụ cao nhất, tỉ lệ làm nguội nhỏ nên cụm hạt TiC có xu hướng khuếch tán phí thép Từ cho thấy tốc độ làm nguội lớn giúp cho phân phối hạt TiC đồng [22] Thật vậy, kết thí nghiệm mẫu S1 đồ thị biểu diễn phân bố hạt TiC theo chiều cao lớp tráng phủ có chiều xuống, từ yếu tố công nghệ (công suất laser cao) làm cho độ pha loãng cao tốc độ làm nguội giảm Nhưng nhóm mẫu S3 lại chưa tạo liên kết bề mặt thép với lớp tráng phủ Từ phải xác định mối liên hệ thông số công nghệ (ví dụ mối liên hệ cơng suất laser tốc độ quét) hợp lí cho hàm lượng TiC để tạo lớp phủ đạt yêu cầu định -71- 6.2 DÙNG CÁC NGUYÊN TỐ ĐẤT HIỀM Theo cơng trình nghiên cứu [14] giới cho thấy: nguyên tố đất cải thiện đáng kể tính cho vật liệu, đặc biệt khả chống mài mịn Mặt khác chúng chất khơng độc hại xem chất hỗ trợ thay Co việc cải thiện tính lớp phủ Ngày nhiều cơng trình nghiên cứu ngun tố đất để ứng dụng việc bảo vệ vật liệu, chống ăn mịn mơi trường Điểm chủ ý cần thêm lượng nhỏ đất (thường dạng oxit kim loại muối) có tác dụng bảo vệ tốt Ta đưa vào lớp phủ theo cách sau: - Đưa vào bên vật liệu (trộn chung với lớp phủ ban đầu) - Kết tủa lại lớp film mỏng có tính ăn mịn - Thêm vào mơi trường chất lỏng có tính ăn mịn Cũng từ cơng trình nghiên cứu ta thấy có nhiều phương pháp để đưa đất lên bề mặt vật liệu: - Phương pháp khuếch tán - Phương pháp sol-gel - Phương pháp photphat hóa Với bán kính ngun tử tương đối lớn, ngun tố đất có khả hoạt động bề mặt cao Nó phản ứng dễ dàng với nguyên tử Co, Ti tạo thành hợp chất bền Đồng thời thêm nguyên tố đất làm giảm sức căng lượng tương tác bề mặt Những nhân tố có tác dụng làm tăng số nhân tinh thể làm cản trở lớn lên nhân suốt trình hình thành tinh thể Mặt khác tồn nguyên tố đất lớp phủ nguyên nhân dẫn đến sai lệch mạng tinh thể, lằm tăng lượng hệ Với mục đích giữ lượng tự nhỏ nhất, lượng lớn nguyên tố đất vượt qua giới hạn tinh thể, nguyên tử không xếp theo trật tự định Chính vậy, chúng cản trở di chuyển nhân trình hình thành tinh thể dẫn đến nhân tinh thể lớn lên Tất yếu tố có tác dụng làm cho vi cấu trúc lớp phủ đồng hơn, chọn lọc -72- Điều đáng nói thêm lượng nhỏ nguyên tố đất làm tăng khả ẩn nhiệt nóng chảy hợp kim, làm giảm nhiệt độ hóa lỏng tăng nhiệt độ hóa rắn Khoảng hóa rắn thời gian tạo lớp phủ giảm Do đó, khuếch tán lớp phủ với vật liệu giảm nhiều – khuếch tán TiC từ lớp vật liệu giảm Cấu trúc tế vi lớp phủ đồng hơn, chọn lọc làm cho lớp phủ rắn hơn, bám dính cao Quá trình khuếch tán lớp phủ vật liệu giảm làm cho hàm lượng TiC lớp phủ cao Tất yếu tố có tác dụng làm tăng độ cứng, khả chống mài mịn lớp phủ Cũng thêm nguyên tố đất vào thành phần lớp phủ có hàm lượng TiC nhỏ (mẫu S1) ngăn chặn khuếch tán hạt TiC xuống vật liệu làm tăng khả kết tinh lớp phủ hợp kim Còn mẫu S2 làm đồng phân bố hạt TiC trình hình thành lớp phủ 6.3 GIA NHIỆT VẬT LIỆU NỀN [26] Đối với số vật liệu kim loại định độ dày lớp phủ mà ta bắt buộc phải gia nhiệt trước tráng phủ với mục đích giảm ứng suất nhiệt, đồng cấu trúc tế vi loại bỏ khuyết tật - Loại bỏ nước khỏi vùng tráng phủ Nhiệt độ gia nhiệt thường lớn nhiệt độ sôi nước, loại bỏ nước khỏi lớp phủ giúp loại bỏ tượng rỗ khí, tượng giịn, nứt lớp phủ hydro sinh trình phân hủy nước nhiệt độ nguồn laser cao - Giảm chênh lệch nguồn nhiệt với bề mặt thép Phương pháp Laser Cladding sử dụng nguồn nhiệt cao nhiều so với vật liệu nền, ưu điểm nhược điểm phương pháp cần phải khắc phục Chính chênh lệch gây tượng nứt gãy lớp phủ kim lại có độ cứng cao khơng đảm bảo tính lớp phủ Chúng ta gia gia nhiệt lớp phủ cách sử dụng đốt khí gas, làm nóng điện, điện từ sử dụng lị nung Q trình gia nhiệt phải đảm bảo nung nóng tồn khu tráng phủ, nung nóng toàn chiều dày vật liệu Ngày -73- máy gia nhiệt lớp phủ trang bị hệ thống cảm ứng, hiển thị, điều chỉnh nhiệt độ giúp cho việc gia nhiệt lớp phủ kiểm soát đảm bảo chất lượng lớp phủ 6.4 XỬ LÍ NHIỆT LỚP PHỦ SAU KHI TRÁNG PHỦ Với chế nguội nhanh làm cho gradient ứng suất dư tồn lớp phủ, điều nguy hiểm trình sử dụng khn dập nóng Bởi việc gia nhiệt cho lớp phủ sau việc cần nghiên cứu: - Loại bỏ ứng suất dư Ứng suất dư sau phủ gây tượng gãy, cong, biến dạng nguồn nhiệt laser gây - Đối với thép gia nhiệt nhiệt sau phủ giúp cân tính với vùng khác liên kết Gia nhiệt sau tráng phủ giúp đảm bảo liên kết với kim loại tốt tinh thể hình trụ kéo dài hơn, làm đường liên kết rộng hơn, từ đảm bảo giá trị độ dai va đập - Đối với cấu trúc hạt thô lớp phủ, gia nhiệt lớp phủ làm cho cấu trúc hạt mịn hơn, loại bỏ ứng suất vùng biến cứng ảnh hưởng nhiệt Chú ý: Khi thực việc gia nhiệt trước hay sau tráng phủ điều quan trọng người thực phải biết xác định xác yêu cầu kỹ thuật, tính chất kim loại bước thực khơng gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến chất lượng khuôn 6.5 CHẤN ĐỘNG SIÊU ÂM LỚP PHỦ - Một phương pháp rung động hỗ trợ Laser Cladding thiết kế để cải thiện độ xốp độ co rút lớp phủ, qua tránh khuyết tật rỗ khí khơng q trình tráng phủ [23] Các nghiên cứu cho thấy rằng, sử dụng phương pháp rung siêu âm hỗ trợ trình tráng phủ cải thiện đáng kể mức độ co rút, thay đổi vi cấu trúc tính lớp phủ - Độ cứng tế vi tăng cường gấp so với độ cứng lớp phủ không sử dụng phương pháp rung động siêu âm -74- - Theo nghiên cứu khác [24], phương pháp rung siêu âm thực thép hợp kim trung bình với lớp WC/Ni cho thấy độ rung siêu âm lớp làm giảm mức độ tập hợp hạt WC, tinh thể dendrite thô thay số cấu trúc mịn mặt liên kết Ngoài ra, độ cứng tế vi trung bình lớp phủ đạt 1235 HV0.1 dẫn tới hiệu ứng làm đồng độ cứng độ mài mòn cho lớp phủ - Ảnh hưởng rung động siêu âm tiến triển cấu trúc tế vi đặc điểm phân bố hạt tăng cường cho lớp nghiên cứu [25] Cho thấy rằng, ứng dụng rung siêu âm trình Laser Cladding làm thay đổi hình thái mặt cắt ngang lớp phủ, cấu trúc tế vi tinh chế Với rung động siêu âm, thay đổi hạt tăng cường thành phần lớp phủ có chuyển đổi tuyến tính điều khiển Với phát cho thấy sử dụng phương pháp rung động siêu âm hỗ trợ cho lớp phủ Laser Cladding đồng thời kiểm sốt vi cấu trúc đặc tính pha lỗng lớp phủ để cải thiện đáng kể sức mạnh liên kết với vật liệu nền, loại bỏ khuyết tật rỗ khí, tăng cường độ cứng, độ mài mòn cho lớp tráng phủ TiC/Co -75- Chương KẾT LUẬN – KẾT NGHỊ 7.1 KẾT LUẬN - Việc phối hợp sử dụng 20% hạt TiC tăng cường cho lớp phủ hợp kim tự nóng chảy Co thép SKD61 cho kết tốt nhất, vừa có liên kết với bề mặt thép tốt vừa có phân bố hạt TiC đồng đều, độ cứng tế vi cải thiện đáng kể - Tác giả xây dựng mơ hình hồi qui phân bố hạt TiC cho nhóm mẫu ứng với hàm lượng 10%, 20% 30% TiC lớp phủ Qua dự đốn xác độ cứng lớp phủ tạo sở lí thuyết để áp dụng cho dạng hạt khác - Với việc tối ưu hóa hàm lượng TiC lớp tráng phủ, tác giả nêu số phương pháp hồn tồn áp dụng việc làm đồng tổ chức tế vi, phân bố hạt TiC, qua đồng độ cứng lớp phủ Chính điều thúc đẩy việc áp dụng phương pháp Laser Cladding vào việc sửa chữa khn đóng vai trị ngày quan trọng hơn, đáp ứng tối đa nhu cầu thực tiễn sản xuất đề 7.2 KIẾN NGHỊ Việc sử dụng công nghệ Laser Cladding tráng phủ TiC/Co thép SKD61 nghiên cứu phân tích tổ chức tễ vi độ cứng tế vi lớp phủ bước đầu có kết khả quan muốn hệ thống kết cần phải thực nghiên cứu chuyên sâu lĩnh vực sau: - Các hạt TiC nóng chảy khơng hồn tồn TiC hịa tan chỗ có khác biệt lớn, kích thước TiC khơng nghiên cứu cụ thể, hình thái phân bố thành phần lớp phủ, đó, để nghiên cứu chế tăng trưởng có ý nghĩa thực tiễn quan trọng việc ứng dụng lớp phủ, làm để có hình thái lớp phủ cần nghiên cứu thêm -76- - Lớp phủ TiC/Co tráng phủ nguồn laser dễ xuất khuyết tật lỗ khí, cách khắc phục nào, điều kiện chế hình thành cần phải làm rõ Hãy xem xét việc thêm lượng nhỏ bột nhôm (Al) công tác chuẩn bị lớp phủ ban đầu, ảnh hưởng hàm lượng bột Al việc khắc phục khuyết tật lớp phủ hợp kim - Trong nghiên cứu thông số chọn sơ để nghiên cứu khả ứng dụng phương pháp Laser Cladding việc cải thiện khả làm việc bề mặt khn dập nóng khơng đề cập đến việc phù hợp thơng số cơng nghệ việc hình thành lớp phủ hợp, nên có nghiên cứu sâu ảnh hưởng số yếu tố công nghệ đến độ bền kéo, đồ bền trượt, độ chịu mài mịn, khả bám dính lớp phủ -77- TÀI LIỆU THAM KHẢO TIẾNG VIỆT [1] Phạm Thị Hồng Nga, Nghiên cứu tổ chức tế vi tính lớp phủ composite TiC/Co bề mặt thép AISI H13 tráng phủ phương pháp Laser Cladding, Khoa Cơ Khí Chế Tạo Máy, Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM [2] Phạm Thị Hồng Nga, Ảnh hưởng hàm lượng TiC đến tổ chức tế vi tính lớp composite Ti/Co bề mặt thép AISI H13 tráng phủ phương pháp Laser Cladding, Khoa Cơ Khí Chế Tạo Máy, Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM [3] Phạm Thị Hồng Nga, Khả chịu nhiệt độ cao lớp phủ TiC/Co bề mặt thép H13 tráng phủ phương pháp Laser Cladding, Khoa Cơ Khí Chế Tạo Máy, Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM [4] Phạm Thị Hồng Nga, Tính chóng mòn nhiệt độ cao lớp phủ composite TiCCo matrix bề mặt thép H13 tráng phủ phương pháp Laser Cladding, Khoa Cơ Khí Chế Tạo Máy, Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM [5] Trần Lâm, Sửa chữa gân tuabin nước công nghệ Laser Cladding, Khoa Cơ Khí, Trường ĐH Cơng Nghệ Hà Nội [6] Nguyễn Văn Đồn, Giáo trình đồ gá khn dập, Nhà xuất Lao động Xã hội, 2006, 153 trang [7] Nghiêm Hùng, Vật liệu sở, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, Hà Nội [8] Lê Tùng Hiếu, Chuyên nghành khí, NXB trẻ, 2015, 220 trang [9] Lê Nhương, Kỹ thuật Rèn Dập nóng, Nhà xuất Công nhân Kỹ thuật, Hà Nội, 1978, 234 trang -78- [10] Nguyễn Văn Thông, Công nghệ phun phủ bảo phục hồi, NXB Khoa học Kỹ thuật Hà Nội, 2006, 181 trang [11] Hồng Tùng, Cơng nghệ phun phủ ứng dụng, NXB Khoa học Kỹ thuật Hà Nội, 2004, 191 trang [12] Phùng Rân, Quy hoạch thực nhiệm, Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM, 2015, 131 trang [13] Hoàng Văn Gớt, Nghiên cứu ứng dụng công nghệ phu phủ phương pháp thực nghiệm, NXB Khoa học Kỹ thuật Hà Nội, 2012, 166 trang [14] Nguyễn Thị Hạnh, Phân tích lượn nhỏ nguyên tố đất lớp phủ photphat phương pháp ICP – MS, Trường KHTN – ĐHQG Hà Nội, 2013, 71 trang TIẾNG NƯỚC NGOÀI [15] Z.K Fu, H.H Ding, W.J Wang, Investigation on microstructure and wear characteristic of laser cladding Fe-based alloy, Chengdu, China [16] Zhao Y M, Wang J L, Mou J W, Microstructures and properties of Co-based alloy coatings prepared on surface of H13 steel, China Welding, China [17] Wei Zhang, Research on Microstructure and Property of Fe-VC Composite Material Made by Laser Cladding, Hangzhou, China [18] S.W Huang, Abrasive wear performance and microstructure of laser clad WC/Ni layers, Surface Engineering Laboratory, Faculty of Engineering, University of Wollongong, Wollongong, Australia [19] Yongqiang Guo, Application of In-situ Synthesized TiC Reinforced Ni Based Composite Coatings by Laser Cladding, Tianjin Polytechnic University, Tianjin 300160, China -79- [20] Yao Shuang, Microstructure and Wear Property of TiC Particle Reinforced Composite Coatings on H13 Steel Surface by Laser in-situ Synthesis, School of Materials Science and Engineering, Kunming University of Science and Technology [21] TANG Xiao-dan, Manufacture and microstructure performance of H13-TiC gradient composite coating made by laser cladding, Zhejiang University of Technology, China [22] Ali Emamian, Correlation between temperature distribution and in situ formed microstructure of fetic deposited on carbon steel using laser cladding, Department of mechanical and Mechatronics engineering, University of Waterloo, Canada [23] Shang-Liang Chen, In-process vibration-assisted high power nd:yag pulsed laser ceramic–metal composite cladding on al-alloys, Institute of manufacturing engineering, National Cheng Kung University, Taiwan [24] Meiyan Li, Investigation on laser cladding high-hardness nano-ceramic coating assisted by ultrasonic vibration processing, College of Electromechanical Engineering, China University of Petroleum, China [25] Dongjiang Wu, Dilution characteristics of ultrasonic assisted laser clad yttriastabilized zirconia coating, Dalian University of Technology, Dalian City, China [26] Peng Yi, The Effect of Dynamic Local Self-Preheating in Laser Cladding on Grey Cast Iron, College of Mechanical and Electrical Engineering, China -80- PHỤ LỤC -81- ... cứu tổ chức tế vi 37 3.2.3 Phương pháp nghiên cứu độ cứng tế vi 40 Chương 4: NGHIÊN CỨU TỔ CHỨC TẾ VI VÀ ĐỘ CỨNG CỦA LỚP PHỦ TiC/ Co TRÊN NỀN THÉP SKD61 TRÀNG PHỦ BẰNG PHƯƠNG PHÁP LASER. .. vụ nghiên cứu đề tài - Nghiên cứu tổ chức tế vi lớp TiC/ Co bề mặt làm vi? ??c khuôn dập nóng tráng phủ phương pháp Laser Cladding - Tìm quy luật phân bố hạt TiC tổ chức tế vi lớp phủ TiC/ Co - Nghiên. .. tác giả áp dụng phương pháp Laser Cladding cho khn dập nóng với đề tài ? ?Nghiên cứu tổ chức tế vi độ cứng lớp phủ TiC/ Co khn dập nóng tráng phủ phương pháp Laser Cladding? ?? nghiên cứu nội dung: -