thiết bị thí nghiệm và ph−ơng pháp nghiên cứu
2.1- Đối t−ợng nghiên cứu:
Với mục tiêu nghiên cứu cụ thể của đề tài là:
- Vận dụng đ−ợc các kiến thức đQ học về lý thuyết công nghệ nhiệt luyện và sử lý bề mặt, cập nhật các kiến thức về công nghệ hàn ghép để nghiên cứu ảnh h−ởng của chế độ nhiệt luyện tới tổ chức, cấu trúc tế vi và cơ tính mà ở đây đ−ợc đánh giá thông qua chỉ tiêu độ cứng xung quanh vùng hàn ghép sau khi nổ.
- Nghiên cứu ảnh h−ởng của quá trình nung nóng và làm nguội tới độ bền liên kết vùng biên giới hai lớp thép 5CrNiMo và thép C35 thể hiện trên ảnh kim t−ơng bằng cách so sánh mối liên kết tr−ớc và sau nhiệt luyện.
- Đề tài đQ sử dụng các mẫu có kích th−ớc đ−ờng kính ngoài 50mm dày từ 8-20mm đ−ợc trình bầy trên các ảnh ở hình 3-1. Những mẫu này đ−ợc cắt ra từ những mẫu dài có chiều dài 200mm đQ đ−ợc hàn nổ từ hai loại thép: thép làm khuôn dập nóng 5CrNiMo và thép cácbon chất l−ợng cao C35. Thép 5CrNiMo là lớp thép bên ngoài; thép C35 làm lõi. Các loại thép này có thành phần đ−ợc cho trong bảng 2-1.
Tr−ớc khi nhiệt luyện các mẫu đ−ợc đem đi khảo sát cấu trúc tế vi và đo độ cứng tế vi tại vùng xung quanh chỗ liên kết làm cơ sở để so sánh đối chiếu tổ chức tế vi tr−ớc và sau khi nhiệt luyện. Các ảnh tổ chức tế vi vùng biên giới liên kết, tổ chức tế vi của vùng trong( thép 5CrNi Mo và vùng ngoài đ−ợc thể hiện trên các ảnh từ hình 3-1 đến hình 3- 4 ở ch−ơng 3.
Bảng 2.1: Thành phần hoá học của thép 5CrNiMo và thép C35 Thành phần hoá học % Mác thép C Si Mn S P Cr Ni Mo C35 0,32-0,38 0,17-0,37 0,5-0,8 ≤0,040 ≤0,040 ≤0,25 ≤0,25 - 5CrNiMo 0,5-0,6 0,15-0,35 0,5-0,8 ≤0,027 ≤0,027 0,5-0,8 1,4-1,8 0,15-0,30
Một số mẫu sau khi hàn nổ đ−ợc thể hiện trên ảnh 3-2
2.2 - Thiết bị thí nghiệm :
- Lò thí nghiệm Koller của Cộng hoà liên bang Đức, nhiệt độ nung đến 1150OC, tự động khống chế nhiệt độ. Cấp chính xác chỉ thị nhiệt độ lò ± 10OC.
- Kính hiển vi kim t−ơng kỹ thuật số AXIOVET 25 do Nhật bản sản xuất (hình2-2) .
- Máy mài mẫu và đánh bóng mẫu. Mẫu đ−ợc đánh bóng bằng bột ôxít nhôm có độ hạt < 10àm
- Máy cắt mẫu, có l−ỡi cắt bằng kim c−ơng, t−ới n−ớc làm nguội đảm bảo quá trình cắt mẫu không làm biến đổi tổ chức kim loại .
- Máy đo độ cứng tế vi DURAMI của Đan mạch có phần mềm sử lý số liệu. - Trong quá trình làm thí nghiệm , nhóm đề tài còn sử dụng một số thiết bị gia công cơ khí khác nh− máy tiện, phay bào, mài phẳng đảm bảo quá trình chế tạo mẫu chính xác không có sự biến đổi tổ chức tế vi trong quá trình chuẩn bị mẫu.
Hình 2-2: ảnh tác giả sử dụng kính hiển vi kim t−ơng AXIOVET 25 để tiến hành đo độ cứng tế vi và chụp ảnh tố chức tế vi các mẫu đQ nhiệt luyện
2.3 - Ph−ơng pháp nghiên cứu :
2.3.1- Quy tắc chung:
- Kết hợp nghiên cứu lý thuyết về hàn nổ , vật liệu kim loại , công nghệ nhiệt luyện và thực nghiệm. Quá trình thực nghiệm đ−ợc tiến hành theo lý thuyết Quy hoạch thực nghiệm với N= 23.
- Cấu trúc tế vi kim loại vùng lân cận biên giới hai lớp thép 5CrNiMo và C35 đ−ợc thực hiện trên kính hiển vi kim t−ơng kỹ thuật số có phần mềm tự động phân tích thàn phần pha.
- Đo độ cứng tế vi lân cận vùng biên giới liên kết
2.3.2- Quá trình thực nghiệm
Các mẫu sau khi đQ đem đi khảo sát cấu trúc tế vi tr−ớc khi đem đi nhiệt luyện, đ−ợc cắt ra thành từng mẫu nh− đQ giới thiệu ở trên, đ−ợc đánh số ký hiệu và đem đi nhiệt luyện theo các chế độ cho trong bảng 2. 2 bao gồm 12 mẫu. Các chế độ nhiệt luyện đ−ợc chọn dựa trên các chế độ nhiệt độ điển hình đQ đ−ợc nêu trong ch−ơng I . Do số l−ợng mẫu và kinh phí có hạn, việc chọn chế độ nhiệt luyện chủ yếu khảo sát ảnh h−ởng của nhiệt độ tôi và ram tới cơ tính và cấu trúc nhất là cấu trúc vùng liên kết giữa hai lớp thép C35 và 5CrNiMo, và có bổ xung ba mẫu khảo sát bổ xung ảnh h−ởng của thời gian giữ nhiệt khi ram tới cấu trúc tế vi của mẫu .
Các mẫu đ−ợc nung trong lò thí nghiện với độ chính xác điều chỉnh nhiệt độ ±100C, đ−ợc đ−a vào lò sau khi lò đQ đạt nhiệt độ 6000C. Thời gian nung đ−ợc tính sau khi lò đạt đ−ợc nhiệt độ nung cần thiết . Khi ram thì chi tiết đ−ợc đ−a vào lò sau khi lò đạt nhiệt độ . Thời gian nung ram đ−ợc tính từ khi bắt đầu đ−a chi tiết vào nung . Môi tr−ờng làm nguội khi tôi và ram đều là dầu công nghiệp CS 32.
Bảng 2. 2: Chế độ nhiệt luyện của 12 mẫu sau khi hàn nổ.
Chế độ tôi Chế độ ram
Số
TT Ký hiệu mẫu Nhiệt độ
(oC) Thời gian giữ nhiệt Nhiệt độ (oC) Thơi gian giữ nhiệt Ghi chú 1 Mẫu 10 800 30’ 530 2h 2 Mẫu 11 800 30’ 480 1h 3 Mẫu 12 800 30’ 530 1h 4 Mẫu 13 800 30’ 580 1h 5 Mẫu 20 830 30’ 530 2h 6 Mẫu 21 830 30’ 480 1h 7 Mẫu 22 830 30’ 530 1h 8 Mẫu 23 830 30’ 580 1h 9 Mẫu 30 860 30’ 530 2h 10 Mẫu 31 860 30’ 480 1h 11 Mẫu 32 860 30’ 530 1h 12 Mẫu 33 860 30’ 580 1h
Khi quá trình nhiệt luyện kết thúc, mẫu đ−ợc làm sạch, mài sơ bộ trên máy mài phẳng có làm nguội tích cực bằng dung dịch làm nguội đảm bảo hai bề mặt mẫu đủ song song và không làm ảnh h−ởng tới cấu trúc tế vi của mẫu. Sau đó tiến hành làm mẫu kim t−ơng và tẩm thực bằng dung dịch 4% axít Ni tơric trong cồn .
Mỗi một mẫu đ−ợc khảo sát tại 8 vị trí bao gồm soi kim t−ơng và đo độ cứng tế vi tại vùng lân cận mối tiếp giáp giữa hai kim loại. Thiết bị sử dụng là kính hiển vi kim t−ơng. Tại mỗi vị trí đều chụp 04 ảnh mầu theo thứ
lớp thép 5CrNiMo
lớp thép C35
tự : 01; 02 – chụp biên giới với độ phóng đại x50 và x500; 03- là ảnh tổ chức tế vi của lớp thép 5CrNiMo với độ phóng đại x500; 04 – là ảnh tổ chức tế vi của lớp thép C35 với độ phóng đại x500. Ngoài ra tại tất cả các vị trí, trên biên giới đều có chụp ảnh đen trắng với độ phóng đại x1000 .
Kết luận ch−ơng 2
1) Bằng các vật liệu, trang thiết bị công nghệ nêu trên, chúng tôi đQ thực hiện các thí nghiệm nhiệt luyện các mẫu sau khi hàn nổ hai loại thép 5CrNiMo và thép C35 , thông qua ảnh tổ chức tế vi và đo độ cứng tế vi vùng biên giới hai loại thép nêu trên có kết quả tốt .
Chỗ tiến hành do độ cứng và khảo sát cấu trúc tế vi 1 2 6 4 3 5 8 7 5
2) Đề tài đQ sử dụng các thiết bị kiểm tra, giám định mẫu đáp ứng đ−ợc các mục tiêu đấnh giá của đề tài về ảnh h−ởng của chế độ nhiệt luyện tới tổ chức tế vi cũng nh− độ bền mối liên kết vùng biên giới hai loại thép 5CrNiMo và C35.
3) Tuy nhiên do số l−ợng mẫu ít, chất l−ợng mẫu không đồng đều , kinh phí nghiên cứu có hạn nên số l−ợng mẫu còn hạn chế và mới đánh giá đ−ợc ảnh h−ởng của nhiệt độ, mà ch−a khảo sát đ−ợc ảnh h−ởng của các thông số khác của quá trình nhiệt luyện nh− thời gian nung, tốc độ nung môi tr−ờng làm nguội v..v.. tới mẫu hàn nổ.
Ch−ơng 3