Cấu trúc tế vi của kim loại mối hàn và vùng ảnh hưởng nhiệt

Một phần của tài liệu Nghiên cứu tạo lớp đắp chịu mài mòn trên nền thép các bon bằng công nghệ hàn Plasma bột (Trang 88 - 104)

5. Kết quả nghiên cứu và bàn luận

5.1.2. Cấu trúc tế vi của kim loại mối hàn và vùng ảnh hưởng nhiệt

S ụng kính hiển vi quang họ Axiov rt 25 ủa h ng Z iss tại ph ng thí nghi m Kim loại họ , trƣờng Đại họ B h khoa Hà Nội ể hụp nh tổ hứ tế vi kim loại m i hàn và vùng AHN (Phụ lụ 2). Mẫu kiểm tra kim tƣơng ƣ huẩn ị th o ti u huẩn ASTM E3-95 [18]. Đ y là ơ sở ể ph n tí h tổ hứ , u trú kim loại ƣ hính x hơn. Độ phóng ại ủa nh hụp ể ph n tí h ƣ họn ở mứ 100, 200, 500 và 1000 l n. Với ộ phóng ại này, ó thể quan s t ƣ u trú , tổ hứ kim loại ủa m i hàn và vùng AHN, ộ s u ng u ủa m i hàn, khuyết tật trong m i hàn nhƣ nứt tế vi, rỗ khí, t h lớp, tró ,....Phƣơng ph p này n ƣ gọi là phƣơng ph p ph n tí h kim tƣơng họ .

Tuy nhi n, kính hiển vi quang họ (OM- Opti al Mi ros op ) với ộ phóng ại 1000 l n ũng ó thể hƣa ph t hi n ra vết nứt si u tế vi, tổ hứ pha ủa kim loại m i hàn. V vậy, t gi s ụng phƣơng ph p hiển vi i n t quét (SEM- Scanning Electron Mi ros op ), phổ i n t (EDS-Energy Disp rsiv Sp tros op ), nhiễu xạ tia X (XRD- X-Ray Diffra tion) ể ph n tí h thành ph n, u trú pha, tổ hứ kim loại m i hàn ƣ hính x hơn. T gi tiến hành ph n tí h SEM, EDS và XRD mẫu hàn ƣ hàn ằng ột h p kim Eutrloy 16606 và ột h p kim M ể ó sự so s nh, i hứng. C mẫu ph n tí h SEM, EDS và XRD ƣ ắt, t h ở vị trí kh nhau tr n mẫu hàn ằng

Ngô Hữu Mạnh 71 phƣơng ph p ắt y ể hạn hế sự nh hƣởng ến tổ hứ kim loại. Kí h thƣớ mẫu ƣ ắt là 15mm x 12mm x 8mm ( ài x rộng x ày). B o o kết qu ph n tí h thành ph n, u trú pha, tổ hứ kim loại m i hàn nhƣ Phụ lụ 4 ủa luận n.

B n ạnh ó, t gi tiến hành kiểm tra si u m (UT- Ultrasoni T st) i với mẫu hàn ƣ hàn ằng ột h p kim Eutroloy 16606 và h p kim ột M nhằm mụ í h ph t hi n khuyết tật nhƣ nứt trong m i hàn và vùng AHN ủa m i hàn. Qu tr nh kiểm tra UT ƣ thự hi n th o úng ti u huẩn/quy phạm ASME V Arti l 4. Kiểm tra UT ho mẫu hàn ƣ thự hi n tại Ph ng thí nghi m A. RICHARD-VR LAB. 30, Trung t m o lƣờng, kiểm ịnh và tƣ v n kỹ thuật, thiết ị - ĐKT, Vi n nghi n ứu Cơ khí (NARIME). Trong qu tr nh kiểm tra UT, không th y t n tại hay xu t hi n vết nứt ở khu vự m i hàn và vùng AHN. B o o kết qu kiểm tra UT nhƣ Phụ lụ 4 ủa luận n.

5.1.2.1. Cấu trúc tế vi kim loại mối hàn

Vật li u hàn ƣ s ụng ể hàn ắp l n nền thép C45 ằng qu tr nh hàn PTA là ột h p kim Eutroloy 16606 và hỗn h p h p kim ột M (với M=WC+Cr3C2+F ). Hai h p kim ột này ều ó hung một iểm là nền F .

Khi hàn hợp kim bột Eutroloy 16606: H p kim ột Eutroloy 16606 với thành ph n ơ n g m nguy n t h p kim là F , C, Cr, W, V, Mo. Khi hàn, nguy n t Crôm (Cr), Vônfram (W), Vana i (V) ó thể kết h p với C on (C) ể tạo ra C ít ủa húng nhƣ ít Crôm (CrxCy), ít Vonfram (WxC) và ít Vana i (VC) nhằm tăng ƣờng ộ ứng và kh năng hịu mài m n ho kim loại m i hàn. B n ạnh ó, sự ó m t ủa nguy n t Moly n (Mo) sẽ giúp kim loại m i hàn ó kh năng làm vi trong môi trƣờng nhi t ộ ao hơn. Kim loại m i hàn không ị thay ổi ơ tính ởi nhi t sinh ra o ma s t khi làm vi . Hàm lƣ ng Sắt (F ) là thành ph n lớn nh t trong h p kim ột Eutroloy 16606. Nó sẽ hạn hế ộ gi n và tăng ộ ẻo và kh năng li n kết giữa pha. Ngoài ra, F n ó thể kết h p với Cr và C ể tạo ra hỗn h p (Cr, F )xCy mà iển h nh nh t là (Cr, F )7C3 ó ộ ứng ao và kh năng hịu mài m n t t.

H nh 5.6. C u trú kim loại m i hàn khi hàn ột h p kim Eutroloy 16606 (OM, x500) Ph n tí h nh hụp u trú ằng kính hiển vi quang họ (OM) tr n H nh 5.6 cho th y, kim loại m i hàn ó u trú hạt mịn và ạng s i. Trong kim loại m i hàn ó sự xu t hi n c ít Crôm ạng s i. Không th y sự t n tại ủa khuyết tật nhƣ nứt, rỗ khí, x p, t h lớp trong kim loại m i hàn.

Kim loại m i hàn ƣ ph n tí h ằng kỹ thuật XRD (X-Ray Diffra tion) tr n thiết ị D5005 ủa h ng Si m ns tại Khoa Vật l , trƣờng Đại họ Khoa họ Tự nhi n, Đại họ Qu gia Hà Nội (Phụ lụ 2). Kết qu ph n tí h ho th y ó sự xu t hi n ủa li n kim F - Cr hiếm tỉ l kho ng 50% và pha Aust nit γFe-C với tỉ l 10.91% trong vùng kim loại m i hàn. Li n kim F -Cr r t rễ kết h p với C ể tạo thành hỗn h p F -Cr-C làm tăng ng kể ộ ứng và kh năng hịu mài m n ủa kim loại m i hàn.

Ngô Hữu Mạnh 72 H nh 5.7. Ph n tí h thành ph n và tổ hứ pha trong vùng kim loại m i hàn ằng XRD

Để ph n tí h hàm lƣ ng ít Crôm trong vùng kim loại m i hàn, t gi tiến hành làm sạ h ề m t, mài, nh óng và tẩm thự màu ho mẫu hàn. Dung ị h tẩm thự màu ƣ pha với tỉ l 100mlH2O + 2mlHCl + 2gKOH. Qu tr nh tẩm thự và kiểm tra tại Ph ng thí nghi m Kim loại họ , trƣờng Đại họ B h khoa Hà Nội. Mụ í h ủa tẩm thự màu nhằm hiển thị thành ph n th o y u u. Cụ thể trong trƣờng h p này, t gi n ph n tí h hàm lƣ ng ít Crôm. Tiến hành ph n tí h h nh nh kết h p s ụng ph n mềm Image-Pro-Plus ể x ịnh hàm lƣ ng Crôm ít tại vị trí kh nhau trong kim loại m i hàn. Kết qu sau khi ph n tí h tại từng vị trí sẽ ƣ so s nh với nhau ể nh gi , x ịnh hàm lƣ ng ít Crôm trung nh ó trong kim loại m i hàn.

Tại vị trí s 1 tr n vùng kim loại m i hàn, kết qu ph n tí h ho th y, ít Crôm hiển thị màu và ó u trú hạt và ạng s i. Màu xanh là màu ủa nền Sắt (F ) và thành ph n kh . Tổng i n tí h ƣ quét tr n vùng m i hàn tại vị trí này là 34825.98µm2, trong ó i n tí h hiếm hỗ ủa ít Crôm là 1178.55µm2, hiếm tỉ l 3.38%. Di n tí h và hàm lƣ ng ủa ít Crôm nh hơn r t nhiều so với ủa nền F và thành ph n kh .

H nh 5.8. Hàm lƣ ng ít Crôm trong kim loại m i hàn tại vị trí quét s 1 Tại vị s 2 tr n vùng kim loại m i hàn, kết qu ph n tí h ho th y với tổng i n tí h quét là 34825.98µm2, tổng i n tí h ủa ít Crôm là 1078.56µm2

hiếm tỉ l kho ng 3.1%.

Ngô Hữu Mạnh 73 H nh 5.9. Hàm lƣ ng ít Crôm trong kim loại m i hàn tại vị trí quét s 2 B ng 5.1. Kết qu ph n tí h hàm lƣ ng ít Crôm trong kim loại m i hàn khi hàn PTA ằng ột h p kim Eutroloy 16606

Nội ung Vị trí s 1 Vị trí s 2 Trung b nh

Tổng i n tí h quét ủa kim loại m i hàn (µm2

) 34825.98 34825.98 34825.98

Tổng i n tí h ủa ít Crôm (µm2

) 1178.55 1078.56 1128.56

Tỉ l (%) 3.38 3.1 3.24

Nhƣ vậy, hàm lƣ ng ít Crôm trong kim loại m i hàn là không lớn. Với ùng một i n tí h quét ể ph n tí h hàm lƣ ng ít Crôm trong kim loại m i hàn tại hai vị trí kh nhau, nhƣng ều ho kết qu là i n tí h và tỉ l ph n trăm ủa ít Crôm trong m i hàn là g n tƣơng ƣơng nhau. Điều này hứng minh rằng, ít Crôm ó mật ộ không lớn và ƣ ph n tƣơng i ổn ịnh trong vùng kim loại m i hàn. Hàm lƣ ng ít Crôm trung nh hiếm tỉ l 3.24%

Tiếp tụ s ụng kỹ thuật SEM và EDS ể ph n tí h u trú , thành ph n và hàm lƣ ng nguy n t h p kim ở vị trí kh nhau tr n m i hàn (Phụ lụ 2). Tiến hành kiểm tra vị trí s 1 (Sp trum 1) nằm tr n pha ứng và vị trí thứ 2 (Sp trum 2) nằm giữa pha ứng.

H nh 5.10. Vị trí kiểm tra tr n m i hàn khi hàn h p kim ột Eutroloy 16606 (SEM, x2500)

H nh 5.11. Thành ph n và hàm lƣ ng nguy n t h p kim tại iểm kiểm tra s 1 nằm tr n pha ứng khi hàn h p kim ột Eutroloy 16606 ƣ ph n tí h ằng EDS

Ngô Hữu Mạnh 74 Tại vị trí kiểm tra s 1 (Sp trum 1) nằm tr n pha ứng, ó sự xu t hi n nguy n t h p kim nhƣ Cr, W, V, Mo, F , C. Hàm lƣ ng nguy n t h p kim ó sự thay ổi rõ r t. Cụ thể W=34.2%, Mo=27.8%, V=11.6%, C=6.7%, Cr=5.1%, F =14.6%. Trong ó, hàm lƣ ng nguy n t W, V, Mo và C tăng l n r t ao so với hàm lƣ ng ủa húng trong h p kim ột Eutroloy 16606. C nguy n t h p kim ứng nhƣ Cr, W, V kết h p với C ể tạo ra ít tƣơng ứng ủa nó. Sự ó m t ủa ít này sẽ làm tăng ng kể ộ ứng và kh năng hịu mài m n ho kim loại m i hàn. B n ạnh ó, sự xu t hi n ủa nguy n t Mo với hàm lƣ ng lớn sẽ làm tăng kh năng hịu nhi t ho kim loại m i hàn khi làm vi trong iều ki n hịu ma s t. Tuy nhi n, hàm lƣ ng nguy n t F lại ị suy gi m kh mạnh so với hàm lƣ ng F trong h p kim ột Eutroloy 16606. Sự sụt gi m mạnh hàm lƣ ng F tại vị trí này sẽ làm gi m ng kể ộ ẻo ủa kim loại m i hàn.

H nh 5.12. Thành ph n và hàm lƣ ng nguy n t h p kim tại iểm kiểm tra s 2 nằm giữa pha ứng khi hàn h p kim ột Eutroloy 16606 ƣ ph n tí h ằng EDS

Tại vị trí kiểm tra s 2 (Sp trum 2) nằm giữa pha ứng, ó sự xu t hi n ủa nguy n t h p kim nhƣ Cr, W, V, Mo, F , C. Hàm lƣ ng nguy n t h p kim ở vị trí này l n lƣ t nhƣ sau Cr=3.4%, W=4.6%, V=1.5%, C=2.4%, F =84.9%, Mo=3.2%. Có thể th y rằng, hàm lƣ ng nguy n t h p kim ở vị trí này ó sự thay ổi kh nhiều so với vị trí kiểm tra s 1. Điều ng hú nh t ó là sự suy gi m kh mạnh về hàm lƣ ng ủa nguy n t h p kim ứng nhƣ Cr, W, V. V vậy, ít ứng o những nguy n t này tạo ra ũng ị suy gi m th o. B n ạnh ó, hàm lƣ ng nguy n t Mo ũng ị gi m i ng kể. Điều này sẽ làm gi m kh năng hịu nhi t khi làm vi ủa kim loại m i hàn trong iều ki n hịu ma s t khô. Tuy nhi n, hàm lƣ ng nguy n t F lại tăng l n kh mạnh. Sự gia tăng hàm lƣ ng F tại iểm này sẽ làm tăng ộ ẻo và sự li n kết giữa pha ứng trong kim loại m i hàn.

Nhƣ vậy, trong kim loại m i hàn ó sự x n kẽ giữa pha. B n ạnh pha ứng là pha mềm hơn. Sự li n kết giữa pha này sẽ giúp ho kim loại m i hàn vừa ó ộ ứng n thiết ể làm vi , nhƣng vẫn uy tr ƣ ộ ẻo ể hạn hế hi n tƣ ng nứt, v m nh o sự va hạm khi làm vi . Một iều ng hú nữa là không th y ó sự xu t hi n ủa nguy n t nhƣ Mangan (Mn) và Sili (Si) trong kim loại m i hàn. Hai nguy n t Mn và Si hỉ ó trong thép nền C45. Chúng không ị h a tan vào m i hàn.

Khi hàn hợp kim bột M10: H p kim ột M10 với thành ph n ơ n g m WC, Cr3C2 và F với hàm lƣ ng 8%Cr3C2+8%WC+84%Fe. Khi hàn, ít Cr3C2 và WC sẽ nóng h y và h a tan vào kim loại m i hàn. Sự ó m t ủa hai loại ít này sẽ làm tăng ƣờng ộ ứng và kh năng hịu mài m n ho kim loại m i hàn. V F ƣ họn làm nền n n hàm lƣ ng F là thành ph n lớn nh t trong h p kim ột M10. Nó sẽ tăng ƣờng ộ ẻo và kh năng li n kết giữa pha. Ngoài ra, F ó thể kết h p với Cr và C ể tạo ra hỗn h p (Cr, F )xCy mà iển h nh là (Cr, F )7C3 ó ộ ứng ao và kh năng hịu mài m n t t.

Ngô Hữu Mạnh 75 H nh 5.13. C u trú kim loại m i hàn khi hàn h p kim ột M10 (OM, x1000)

Ph n tí h tổ hứ kim loại m i hàn tr n h nh th y rằng, kim loại m i hàn khi hàn PTA ằng h p kim ột M10 ó tổ hứ tƣơng i ổn ịnh. Trong kim loại m i hàn không ó sự t n tại khuyết tật nhƣ nứt, rỗ khí, x p, t h lớp. C u trú kim loại m i hàn g m ó pha ứng là C ít và M t nsít. C pha ứng là ít Crôm và ít Vônfram nằm x n kẽ nhau. C ít Crôm ó ạng s i. Đ y là yếu t ơ n làm tăng ƣờng ộ ứng và kh năng hịu mài m n ho kim loại m i hàn.

Cũng tại vị trí kiểm tra này, ít Vônfram ƣ ph n hƣa ều tại vùng trong m i hàn. C ít Vonfram tập trung nhiều hơn ở g n h n m i hàn và vùng tiếp gi p với kim loại nền. Ở một s vị trí, WC vẫn n t n tại ở ạng hạt mà hƣa ị nóng h y và h a tan vào kim loại m i hàn. Kí h hạt WC ũng kh nhau. Nguy n nh n ơ n ủa v n ề này là o WC ó nhi t ộ nóng h y ao và kh i lƣ ng ri ng lớn n n trong qu tr nh hàn PTA, WC i qua ột h quang plasma nhƣng một s hạt WC không ị nóng h y. Khi i vào vũng hàn, hạt WC này vẫn t n tại ở trạng th i rắn. Ở trạng th i l ng, kim loại vũng hàn huyển ộng i lƣu li n tụ , hạt WC sẽ ị h huyển xu ng phía ƣới o ó kh i lƣ ng ri ng lớn hơn thành ph n kh . Khi hịu mài m n, sự xu t hi n pha ứng nhƣ WC là r t n thiết. V nó sẽ làm tăng ƣờng kh năng hịu mài m n ho kim loại m i hàn. Tuy nhi n, nếu mật ộ hạt WC tập trung lớn ở một vùng sẽ làm gi m sự li n kết và kh năng hịu va ập ủa kim loại m i hàn. Nhƣ vậy, sự t n tại ủa WC trong kim loại m i hàn ở ạng hạt ứng sẽ ó l i khi hi tiết làm vi trong iều ki n hịu mài m n, nhƣng không ó l i khi làm vi trong iều ki n hịu va ập.

Ở những vị trí ó hàm lƣ ng ít Vônfram lớn th ộ ứng và kh năng hịu mài m n sẽ ao hơn. C n tại vị trí ó mật ộ và hàm lƣ ng WC th p th ộ ứng và kh năng hịu mài m n ủa kim loại m i hàn sẽ ị gi m xu ng. Kh năng hịu mài m n suy gi m ẫn ến t ộ m n ủa kim loại m i hàn tại vị trí này sẽ tăng l n. Đ y là yếu t t l i và làm gi m hi u qu làm vi ủa hi tiết. V vậy, hàm lƣ ng và sự ph n ít ứng trong kim loại m i hàn, i t là ít Crôm và ít Vônfram là r t quan trọng. C ít này tập trung nhiều với mật ộ lớn ở g n ề m t ủa m i hàn là t t nh t. Khi ó, ộ ứng và kh năng hịu mài m n ủa lớp kim loại tr n ề m i hàn tăng l n ao hơn. Điều này sẽ làm tăng hi u qu s n xu t làm vi ho hi tiết.

Ngô Hữu Mạnh 76 Thành ph n và tổ hứ pha trong kim loại m i hàn khi hàn PTA với h p kim ột M10 ƣ ph n tí h ằng kỹ thuật XRD tr n thiết ị D5005 ủa h ng Si m ns tại Khoa Vật l , trƣờng Đại họ Khoa họ Tự nhi n, Đại họ Qu gia Hà Nội (Phụ lụ 2). Kết qu ph n tí h ho th y ó sự xu t hi n ủa hỗn h p F -Cr-C với tỉ l 23.67% và pha Aust nit

Một phần của tài liệu Nghiên cứu tạo lớp đắp chịu mài mòn trên nền thép các bon bằng công nghệ hàn Plasma bột (Trang 88 - 104)

Tải bản đầy đủ (PDF)

(133 trang)