L ỜI CẢ M ƠN
2.2.2. Phương pháp ñ ánh giá chất lượng vật liệu bimetal thép CT 3 thép
CD 100 sau hàn nổ
Phôi mẫu thắ nghiệm sau khi hàn nổ ựược ựưa ựi cắt thành từng mẫu nhỏ lấy từ nhiều vị trắ khác nhau bằng phương pháp cắt dây ựể thắ nghiệm ựánh giá chất lượng vật liệu sau hàn nổ .
- Kiểm nghiệm ựộ bền bám dắnh hai lớp vật liệu
Hình 2.5 Sơựồ cắt lấy mẫu thử phá huỷ (2) và mẫu nghiên cứu cấu trúc tế vi (1) trên băng bimetal thép CT3 - thép CD 100 sau hàn nổ theo [13].
độ bền bám dắnh hai lớp bimetal hàn nổ ựược xác ựịnh bằng cách thử phá huỷ các mẫu bằng phương pháp kéo dứt ựể xác ựịnh lực phá hủy trên máy
kéo, nén, trước khi thử nghiệm mẫu phải có kắch thước tắnh toán phù hợp với ựồ gá và công suất máy.
để kiểm tra theo phương pháp này chúng ta phải cắt lấy mẫu ựể thử nghiệm và sơựồ cắt lấy phôi gia công các mẫu thử nghiệm khảo sát tổ chức tế vi biên giới 2 lớp bimetal cho trên hình 2.5. Sau khi cắt lấy mẫu thử bằng phương pháp cắt dây, mẫu ựược làm nhẵn bề mặt trên máy mài phẳng ựể xác ựịnh sơ bộ miền biên giới hai lớp vật liệu, khi ựó sẽ gia công tiện theo kắch thước tắnh toán thử phá hủy (hình 2.6) ựể xác ựịnh ựộ bền bám dắnh 2 lớp bimetal trên tấm phôi nhận ựược sau hàn nổ..
Nguyên lý thử phá hủy mẫu cho trên hình 2.7 thực hiện ựược nhờ sử dụng một số ựồ gá (cối, chày ựã qua nhiệt luyện ựạt ựộ cứng 65 HRC) phù hợp với kắch thước mẫu chế tạo tại Trường Cao ựẳng kỹ thuật công nghiệp Việt nam Ờ Hàn quốc . δ1 +δ 2 δ1 +0 ,2 δ2+0 ,2 d D Hình 2.6 Mẫu thử phá hủy xác ựịnh ựộ bền bám dắnh 2 lớp bimetal thép CT3 - thép CD 100
Mẫu sau ựó ựược ựo kiểm ựúng kắch thước phù hợp với ựồ gá và công suất máy, tắnh toán diện tắch tiếp xúc hai lớp vật liệu và ựưa vào thử phá hủy trên máy thử kéo nén (hình 2.8)
Hình 2.7 Sơựồ nguyên lý ựặt tải khi thử kéo dứt mẫu bimetal ựể xác ựịnh ựộ bền bám dắnh 2 lớp vật liệu bimetal thép CT3 - thép CD 100
1 Ờ Chày ép; 2 Ờ Mẫu thử; 3 Cối ép
để chắnh xác hơn cả là ựánh giá chất lượng liên kết các lớp kim loại với nhau bằng phương pháp phân tắch hiện trạng bề mặt phá hủy mẫu trên cơ sở thử phá huỷ mẫu chuyên dụng ựể xác ựịnh ựộ bền bám dắnh hai lớp kim loại trong vật liệu bimetal, có kết hợp thực hiện ựầy ựủ các nghiên cứu khảo sát cấu trúc tế vi vật liệu tại những vị trắ lấy mẫu khác nhau.
Các mẫu sau hàn nổ cũng như sau nhiệt luyện cần gia công thành mẫu thử xác ựịnh ựộ cứng, ựộ bền bám dắnh và mẫu khảo sát cấu trúc tế vi biên giới 2 lớp bimetal. Kắch thước mẫu thử ựược cắt theo mặt bằng hai lớp như sau: 25 x 25 mm (dùng ựể gia công mẫu thử ựộ bền bám dắnh 2 lớp) và 13 x 15 mm (dùng ựể khảo sát cấu trúc biên giới 2 lớp). Các thắ nghiệm thử phá huỷ mẫu bám dắnh ựược thực hiện trên máy thử kéo nén và mẫu ựược ựo kiểm
các kắch thước hình học trước khi thử phá huỷựể xác ựịnh diện tắch tiếp xúc 2 lớp kim loại thực tếựối với từng mẫu thử. Khi thử phá huỷ mẫu kẹp trong ựồ gá nén hoặc kéo, khoảng ựặt tải trọng là 125 ọ 250 kg, còn tốc ựộ nén (kéo) bằng 1,2 ọ 1,7 mm/phút. Lực phá huỷựược xác ựịnh và thống kê ựể tắnh toán ựộ bền bám dắnh giữa hai lớp vật liệu.
Hình 2.8 Thắ nghiệm ép phá huỷ mẫu bimetal ựể xác ựịnh lực phá huỷ
độ bền bám dắnh hai lớp bimetal ựược tắnh theo công thức (2.4) [12].
σBD = K. P /S (2.4)
Ởựây: σBD - độ bền bám dắnh 2 lớp bimetal; P Ờ Lực phá huỷ mẫu thử bám dắnh;
S Ờ Diện tắch bề mặt tiếp xúc thực tế trên mẫu thử bám dắnh;
K = 1,58 ọ 1,0 ựối với chiều dày lớp kim loại hàn từ 0,45 ọ 1,175 mm. Khi nghiên cứu tắnh toán ựộ bền bám dắnh hai lớp bimetal tại mỗi một ựiểm nút quy hoạch thực nghiệm xác ựịnh giá trị trung bình qua các thắ
nghiệm song song σBD. Các số liệu thắ nghiệm ựược xử lý và ựưa vào bảng kết quảựo ựạc .
Hình 2.9 Kắnh hiển vi quang học khảo sát cấu trúc tế vi biên giới 2 lớp bimetal thép CT3 - thép CD 100
để nghiên cứu cấu trúc kim loại tại vùng biên giới liên kết 2 lớp bimetal thép CT3 - thép CD 100 sau hàn nổ, sử dụng kắnh hiển vi quang học (hình 2.12) hiện có tại Viện Nghiên cứu Cơ khắ và trường đại học Bách khoa Hà Nội. Ngoài ra, trên các mẫu khảo sát cấu trúc tế vi cần ựo ựộ cứng tế vi tại biên giới hai lớp từ cả hai phắa theo toàn bộ chiều dài mẫu trên kắnh hiển vi quang học. Việc chuẩn bị mẫu soi chụp ảnh tổ chức tế vi biên giới hai lớp bimetal ựược thực hiện như sau:
- Gia công bề mặt mẫu trên giấy ráp có các cỡ từ hạt thô ựến hạt mịn khác nhau, sau ựó rửa sạch bằng nước;
- đánh bóng mẫu trên máy ựánh bóng có sử dụng bột mài có cấp hạt từ thô ựến mịn cho ựến khi không còn các vết xước lớn;
- Gia công bề mặt mẫu lần cuối trên ựĩa ựánh bóng thấm ướt bằng nước và ôxit crôm ở giai ựoạn ựầu và cuối cùng là chỉ thấm ướt bằng nước;
- Tổ chức tế vi của các lớp kim loại hàn và kim loại nền ựươc tẩm thực bằng các dung dịch hoá học tương ứng. Sau khi tẩm thực xong mẫu ựược rửa sạch bằng cồn etylen [14].
Trên các mẫu nghiên cứu cấu trúc, thực hiện việc ựo ựộ cứng các lớp kim loại sau hàn nổ, sử dụng máy ựo ựộ cứng tế vi kiều ПMT-3 theo phương pháp ựo ựược ựề xuất trong công trình [7]. Trên các máy ựo ựộ cứng tế vi có ựầu ựo kim cương hình lục lăng dưới tải trọng 0,02 kg người ta tạo lưới các vết ấn lõm với bước châm bằng 15 ọ 20 ộm, thời gian giữ tải trọng là 5 giây. Kết quả ựo ựộ cứng tế vi ựược xử lý nhờ trợ giúp của máy tắnh. Ảnh chụp cấu trúc tế vi phản ánh các vết ấn lõm khi ựo ựộ cứng tế vi ở những vùng cần quan tâm với ựộ phóng ựại nhất ựịnh ựược chụp và in thành một vài ảnh tổ chức vùng lân cận biên giới hai lớp bimetal ựược khảo sát. Giá trị trung bình của ựường chéo vết ấn lõm theo diện tắch của nó ựược xác ựịnh theo công thức:
d2 = 2. S / K2T (2.5) trong ựó: d Ờ Chiều dài ựường chéo vết ấn lõm, mm;
S Ờ Diện tắch vết ấn lõm quy ước (1 ựơn vị diện tắch quy ước bằng 0,3 mm);
K Ờ Hệ số tăng hình dạng ảnh chụp vết ấn lõm so với kắch thước thực, phụ thuộc vào hệ thống lăng kắnh của máy ựô ựộ cứng tế vi ựược sử dụng.
độ cứng tế vi ựược tắnh theo công thức:
Hộ = 1,8544. PH / d2 (2.6) trong ựó: PH Ờ Tải trọng ấn ựầu châm khi ựo ựộ cứng tế vi.
Kết luận Chương 2
Trong phần này tác giảựã trình bày những nội dung sau:
1- Chọn vật liệu, trang bị, thiết bị sử dụng cho thắ nghiệm hàn nổ tạo phôi bimetal thép CT3 - thép CD 100 , kắch thước , thành phần hoá học và cơ tắnh vật liệu mẫu ựể thắ nghiệm hàn nổ
2- Phương pháp tiến hành hàn nổ: điều kiện tương quan giữa các thông số hàn nổ với chếựộ nổựể tạo ra liên kết 2 lớp khi hàn nổ
3- Phương pháp kiểm tra xác ựịnh ựộ bền bám dắnh 2 lớp bimetal theo phương pháp kéo dứt, khảo sát cấu trúc biên giới liên kết 2 lớp kim loại thành phần và ựo ựộ cứng tế vi các lớp bimetal ựể có chất lượng sản phẩm vật liệu bimetal nhận ựược.
Chương 3
ẢNH HƯỞNG CỦA CHẾđỘ HÀN NỔ đẾN TÍNH CHẤT VẬT LIỆU BIMETAL THÉP CT3 - THÉP CD 100
3.1. Phân tắch ảnh hưởng của chếựộ hàn nổựến tắnh chất bề mặt vật liệu bimetal thép CT3 - thép CD 100
Qua thực nghiệm hàn nổ thăm dò công nghệ tạo mẫu nghiên cứu vật liệu với các thông số cần khảo sát là r; h; RZq.u .
- Tỷ lệ khối lượng thuốc nổ sử dụng so với khối lượng của tấm kim loại hàn: r = X1j = mTN / m1 (mTN khối lượng thuốc nổ ; m1 Ờ khối lượng tấm kim loại hàn ; i = 1 ; j = 0, 1, 2). Trong công trình nghiên cứu này ựã tiến hành hàn nổ với ựiều kiện sau:
+ Cận dưới QHTN: X10 = r10 = 1,2 + Giá trị trung bình: X11 = r11 = 1,4 + Cận trên QHTN: X12 = r12 = 1,6 + Bước ựiều chỉnh thông số X1: λ1 = 0,2
- Tỷ lệ khe hở hàn giữa hai tấm kim loại (h0) với chiều dày tấm kim loại hàn (δ1): h = hO/δ1 X2j = h2j (i = 2; j = 0, 1, 2): + Cận dưới QHTN: X20 = h2O = 0,1; + Giá trị trung bình: X21 = h21 = 0,3; + Cận trên QHTN: X22 = h22 = 0,5; + Bước ựiều chỉnh thông số X2: λ2 = 0,2.
- Mức ựộ làm sạch hai tấm vật liệu hàn: Rz = -1 (làm sạch kém) ; Rz = 0 (làm sạch bình thường) ; Rz = +1 (làm sạch rất tốt).
Bảng 3.1 Quy hoạch thực nghiệm hàn nổ tạo vật liệu bimetal thép CT3 - thép CD 100 TT Thông số công nghệ nổ chủ yếu Ký hiệu Bước biến thiên Mức (0) Mức (1) Mức (2) 1 Tỷ lệ khối lượng thuốc nổ so với khối lượng tấm kim loại hàn, r =mTN/m1 = ρO .H /ρ1δ1 X1(i, j) λ1 = 0,2 1,2 1,4 1,6 2 Tỷ lệ khe hở hàn giữa hai lớp kim loại với chiều dày tấm kim loại hàn . h = hO/δ1 X2 (i, j) λ2 = 0,2 0,1 0,3 0,5 3 Mức ựộ làm sạch bề mặt tấm vật liệu hàn xác ựịnh thông qua ựộ nhám bề mặt quy ước RZq.u RZq.u λ3 = 1 −1 0 +1
Trong lô thắ nghiệm này chọn các chế ựộ Ộhàn mềmỢ: các thông số r, h, RZq.u chọn ở giá trị (mức Ộ0Ợ), hoặc thông số RZq.u chọn ở giá trị mức Ộ+1Ợ hoặc một trong 2 thông số còn lại lấy giá trị mức Ộ+1Ợ theo bảng quy hoạch; Ộhàn trung bìnhỢ (mức Ộ+1Ợ); Ộhàn trên mức trung bìnhỢ: 2 thông số ở cận trên (mức Ộ+2Ợ).
Với mức quy hoạch trên mẫu nhận ựược trong loạt thắ nghiệm này ựược nghiên cứu ựánh giá hiện trạng ban ựầu sau hàn nổựể xác ựịnh ựộ bám dắnh 2 lớp kim loại hàn nhờ quan sát bằng kắnh hiển vi và thử phá huỷ một số mẫu
vi tại vùng biên giới liên kết hai lớp kim loại trên kắnh hiển vi quang học. Kết quả cho thấy: Bề mặt tiếp xúc hai tấm kim loại hàn nổ có ựộ sạch của chúng càng cao (tức thông sốựặc trưng cho chất lượng làm sạch các bề mặt tiếp xúc trước khi hàn nổ RZq.u = +1) thì càng ắt hình thành những tạp chất có hại trong vùng biên giới liên kết hai tấm kim loại hàn nổ ựảm bảo ựược tắnh chất mối hàn và ựộ bền bám dắnh 2 lớp cao;
Ngoài các thông số trên còn có thông số ựặc trưng cho thuốc nổ C cũng cần ựược khảo sát và lựa chọn vì tốc ựộ nổ D cũng ảnh hưởng rất lớn ựến tắnh chất vật liệu sau hàn nổ. Bảng 3.2. Kết quả thắ nghiệm hàn nổ theo [4]. Số mẫu TN Mã số K/ lượng tấm trên (kg) K/lượng thuốc nổ (kg) Thông số (r = mTN/m1) Thông số (h = hO/δ1) Thông số (C) Hiện trạng bề mặt mẫu bimetal ngay sau khi hàn
nổ 1 000 0,2947 0,3389 1,2 0,1 -1 Không có bám dắnh 2 lớp 2 010 0,2952 0,3395 1,4 0,3 -1 Bám dắnh 2 lớp yếu 3 101 0,3024 0,4233 1,4 0,1 0 Bám dắnh 2 lớp không ựạt 4 011 0,2918 0,3355 1,4 0,3 0 Bám dắnh 2 lớp ựạt 5 111 0,2971 0,4159 1,4 0,3 0 Bám dắnh 2 lớp khá tốt 6 122 0,2903 0,4064 1,4 0,5 +1 Bám dắnh 2 lớp tốt 7 022 0,2903 0,3338 1,2 0,5 +1 Bám dắnh 2 lớp khá tốt Theo kết quả thắ nghiệm hàn nổ [4] tác giả luận văn lấy một số mẫu thắ nghiệm ựể quan sát hiện trạng bề mặt các mẫu ựiển hình thu nhận ựược ựể rút ra các nhận xét liên quan ựến tắnh chất vật liệu như sau:
Từ hình 3.1 ọ 3.4 là ảnh chụp một số mẫu nhận ựược sau hàn nổở các chếựộ nổ khác nhau[4].
Hình 3.1. Mẫu thắ nghiệm bimetal thép CT3 - thép CD 100 sau hàn nổ
ở chếựộ QHTN có mã số 000 (D = 4.500 m/s)
+ Mẫu thắ nghiệm số 1 (Mã số: 000) cho trên hình 3.1. Ờ chế ựộ Ộhàn mềmỢ ở mức thấp của cả ba thông số r, h & C: hoàn toàn không có sự bám dắnh 2 lớp kim loại hàn, nguyên nhân có thể do mức quy hoạch ựã chọn quá thấp, không ựảm bảo ựược các thông số va ựập ựủ ựể tạo ra tia kim loại cục bộ là ựiều kiện tiên quyết ựể hình thành liên kết kim loại giữa chúng.
Hình 3.2. Mẫu thắ nghiệm bimetal thép CT3 - thép CD 100 sau hàn nổ
+ Mẫu thắ nghiệm số 11 (mã số: 101) cho trên hình 3.2 Ờ Có chế ựộ Ộhàn trung bìnhỢ với thông số h ở mức thấp, còn các thông số r & C ở mức trung bình: ựã có sự bám dắnh 2 lớp kim loại sau hàn nổ, không bị bong khi tách chúng ra khỏi nhau, nhưng ở mức ựánh giá không ựạt yêu cầu, Mặt bên cả hai lớp kim loại sau khi hàn nổ chưa bị phá huỷ. Tuy 2 thông số r, C ựạt giá trị ở cận trung bình (mức Ộ+1Ợ), nhưng vẫn có ựến khoảng 25% diện tắch bề mặt tiếp xúc bám dắnh không tốt, nguyên nhân có thể dó quá trình nổ chưa ổn ựịnh ở phần ựầu nơi ựặt kắp nổ nên không tạo ra ựủ ựiều kiện va ựập giữa chúng và không hình thành ựược mối hàn trên toàn bộ bề mặt tiếp xúc;
Hình 3.3. Mẫu thắ nghiệm bimetal thép CT3 - thép DC 100 sau hàn nổ ở chếựộ QHTN có mã số 111, D = 5.000 m/s
+ Mẫu số 5 (Mã số: 111) cho trên hình 3.3 Ờ chế ựộ Ộhàn trung bìnhỢ (cả 3 thông số r, h & C ựều ở mức + 1): ựộ bám dắnh hai lớp kim loại hàn sau khi nổ ựạt khá tốt, không bị bong tróc, diện tắch tiếp xúc bề mặt giữa chúng ựạt 95%. Mặt bên cả hai lớp kim loại sau khi hàn nổ và chưa bị phá huỷ .
Hình 3.4. Mẫu thắ nghiệm bimetal thép CT3 - thép CD 100 sau hàn nổ ở chếựộ QHTN có mã số 122, D = 5.500 m/s
+ Mẫu số 6 (Mã số: 122) cho trên hình 3.4 ựược thực hiện ở chế ựộ Ộhàn cứngỢ, tức trên mức mức trung bình của hai thông số h & C, còn thông số r - ở mức +1: ựộ bám dắnh hai lớp kim loại hàn sau khi nổ tốt, không bị bong tróc, diện tắch tiếp xúc bề mặt giữa chúng ựạt ựến 95 ọ 100%. Mẫu có hiện tượng bị biến dạng uốn cong chiều dài theo hướng nổ. Ở chế ựộ hàn nổ này ựiều kiện va ựập giữa hai tấm kim loại hàn ựảm bảo hình thành ựược liên kết kim loại tốt. Mặt bên cả hai lớp kim loại sau khi hàn nổ và chưa bị phá huỷ.
Phân tắch cụ thểựối với một số mẫu ựiển hình trên ựây thu nhận ựược