- “Low-cycle fatigue behavior of pre-hardening Hadfield steel”
(Nghiên cứu trạng thái bền mỏi chu trình thấp của thép chịu mài mòn đặc biệt Hadfiled khi nhiệt luyện sơ bộ) [14], cơng trình nghiên cứu của các tác giả Chen Chen, Bo Lv, Fei Wang, Fucheng Zhang - Khoa công nghệ vật liệu – Đại học Yanshan – Trung Quốc, xuất bản năm 2017 bởi Tạp chí khoa học vật liệu và kỹ thuật. Thép chịu mài mòn đặc biệt Hadfiled (Fe-12Mn-1,2C) có thể chịu mài mòn rất tốt và khả năng dễ uốn dẻo nên được ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực chuyên biệt như các thiết bị kính hiển vi quang học, kính hiển vi điện tử và kỹ thuật tán xạ ngược electron. Tuy nhiên một nhược điểm của loại thép này là độ dẻo dai sẽ giảm đi rất nhiều sau q trình tơi trong mơi trường nước làm nguội. Bài báo khảo sát sự ảnh hưởng của quá trình nhiệt luyện sơ bộ thép mài mịn Hadfiled thơng qua việc so sánh trạng thái chu trình hóa cứng và làm dẻo trên cơ sở sự thay đổi biên độ
ứng suất, ứng suất bên trong và ứng suất hiệu dụng ở các giá trị biên độ biến dạng khác nhau.
Hình 1.16: So sánh phân bố ứng suất của thép nhiệt luyện sơ bộ và nhiệt luyện
trong môi trường nước với các điều kiện biên độ biến dạng khác nhau
Kết quả cho thấy sự khác biệt về trạng thái bền mỏi giữa thép Hadfield khi nhiệt luyện sơ bộ và nhiệt luyện trong nước. Độ bền mỏi của vật liệu thép Hadfield khi nhiệt luyện sơ bộ cao hơn hẳn so với nhiệt luyện trong nước ở điều kiện biên độ biến dạng thấp. Tuy nhiên ở điều kiện làm việc có biên độ biến dạng tương đối cao
thì kết quả ngược lại. Điều này được giải thích là do sự thay đổi kích thước và phân bố biên giới hạt xảy ra trong q trình tơi.
- “Enhancing the crashworthiness of high - manganese steel by strain – hardening engineering, and tailored folding by local heat - treatment” (Nghiên cứu
cải thiện độ bền chống giòn của vật liệu thép mangan hàm lượng cao bằng phương pháp nâng cao độ bền cơ học và sắp xếp cấu trúc lớp mạng với công đoạn gia nhiệt cục bộ) [15], cơng trình nghiên cứu của các tác giả Markus Bambach, Laura Conrads, Markus Daamen, Onur Guvenc, Gerhard Hirt - Khoa thiết kế và chế tạo cơ khí – Đại học kỹ thuật Brandenburg – Đức, xuất bản năm 2016 bởi Tạp chí khoa học vật liệu và thiết kế. Thép mangan hàm lượng cao là loại vật liệu dẻo dai có thể được áp dụng rộng rãi trong lĩnh vực ô tô với đặc điểm cải thiện độ bền chống giịn vì nó đạt được độ bền và độ dẻo rất cao. Tuy nhiên nhóm tác giả nhận thấy các đặc tính này khơng những liên quan đến các chi tiết được chế tạo theo mục đích nhất định mà có thể thay đổi đặc tính vật liệu để đáp ứng theo những yêu cầu khác nhau. Vì vậy trong đề tài nghiên cứu các tác giả tập trung khảo sát để so sánh đặc tính chống giịn của thép mangan hàm lượng cao với các loại thép khác qua phương pháp thí nghiệm độ nén vật rơi Drop-tower test.
Hình 1.17: Mơ tả q trình cải thiện độ chống giòn vật liệu thép mangan hàm lượng
cao: cán nguội, ram, gia nhiệt cục bộ, làm phẳng, uốn, hàn laser, thử nghiệm độ nén vật rơi Drop-tower test
Kết quả cho thấy các thép thông thường đạt kết quả độ bền chống giòn tốt hơn ngược lại so với các dự đốn trước đây. Từ đó nhóm tác giả nhận thấy yếu tố
quyết định đến cơ tính của vật liệu thép Mangan hàm lượng cao đó là sự kết hợp của hai phương pháp tăng bền cơ học gồm sự ram lại và sự điều chỉnh thông số mạng tinh thể. Hai phương pháp này giúp cải thiện cơ tính vật liệu thép mangan hàm lượng cao so với các loại thép khác. Cuối cùng nhóm tác giả đề xuất giải pháp kiểm soát năng lượng biến dạng đàn hồi và thể tích trong q trình tăng bền cơ học nhằm đạt kết quả tối ưu nhất.
1.1.2. Các kết quả nghiên cứu trong nước
Ngày nay sự nghiệp công nghiệp hóa và hiện đại hóa đóng vai trị quan trọng trong q trình phát triển đất nước. Trong đó ngành cơng nghiệp sản xuất các mặt hàng tiêu dùng mà tiêu biểu nhất là các sản phẩm nhựa và khn dập góp phần to lớn vào tổng sản phẩm quốc dân. Khi đó vai trị của ngành cơ khí mà cụ thể là ngành công nghệ khuôn mẫu giúp nâng cao năng suất và đáp ứng các yêu cầu sử dụng trong cuộc sống hàng ngày. Để đáp ứng u cầu về vật liệu cơ khí đã có rất nhiều nhà máy thực hiện việc tơi thể tích và tơi cảm ứng từ nhằm cải thiện cơ tính vật liệu. Hầu hết các nhà máy thực hiện việc tôi cảm ứng từ cho các chi tiết dạng trục bằng cách di chuyển cuộn dây dọc trục kết hợp làm nguội. Ngồi ra một số xí nghiệp và trường đại học đã thiết kế cuộn dây cảm ứng theo hình dạng chi tiết nhằm tôi cao tần cục bộ cho các chi tiết đòi hỏi độ cứng và mài mòn lớn như bánh răng, bánh vít. Có thể kể ra một số cơng trình tiêu biểu đã được đăng trên các tạp chí như sau:
- “Nghiên cứu cơng nghệ sản xuất thép công cụ hợp kim SKD12 để chế tạo khn ép tạo hình” [16], đề tài nghiên cứu do ThS. Nguyễn Thị Hằng, Viện
Luyện kim đen, Tổng Công ty Thép Việt Nam, xuất bản năm 2016 bởi Cục Thông tin Khoa học và Công nghệ Quốc gia. Đề tài dựa vào tiêu chuẩn JIS G 4404 của Nhật Bản và các tiêu chuẩn nước ngoài khác để lựa chọn mác thép hợp kim SKD12 phù hợp cho việc chế tạo chi tiết chịu mài mịn và chống dính bề mặt cao, độ dai tốt, độ ổn định kích thước tốt và độ bền nén cao. Bằng phương pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp với nghiên cứu thực nghiệm và sử dụng những thiết bị như thiết bị phân tích, nấu luyện, tinh luyện điện xi công suất 100 kVA, nhiệt luyện, thiết bị
kiểm tra cơ lý tính, nhóm nghiên cứu đã lựa chọn được vật liệu, công nghệ sản xuất thép công cụ hợp kim tương đương mác thép SKD12. Việc xác định được công nghệ sản xuất thép SKD12 từ nguyên liệu và thiết bị trong nước gồm các khâu: cơng nghệ luyện thép trong lị phản ứng, công nghệ tinh luyện trên thiết bị điện xỉ, công nghệ rèn, công nghệ gia cơng cơ khí, cơng nghệ nhiệt luyện (ủ, tơi, ram). Kết quả cho thấy thép nghiên cứu tương đương với thép mác SKD12 và có nhiều đặc tính hồn tồn phù hợp cho việc chế tạo các loại dao cắt, chế tạo khn tạo hình, máy khoan, cán, khn cán ren, khn dập nguội, dụng cụ cắt, ... có giá thành thấp hơn và có chất lượng tương đương với thép mác SKD12 hiện đang phải nhập khẩu, bảm đảm được độ cứng, độ chống mài mịn và có độ bền cao.
- “Nghiên cứu công nghệ chế tạo thép 9Cr18Mo để làm gối trục truyền máy cán thép” [17], đề tài nghiên cứu của KS. Nguyễn Hồng Phúc, Viện Luyện
kim đen, Tổng Công ty Thép Việt Nam, xuất bản năm 2014 bởi Cục Thông tin Khoa học và Công nghệ Quốc gia. Đặc điểm của thép 9Cr18Mo theo tiêu chuẩn GB 1220-92 của Trung Quốc là thép dùng làm gối trục có cơ tính tổng hợp cao, chịu lực tổng hợp tác động lớn và có thể làm việc tốt trong các điều kiện khắc nhiệt như nhiệt độ cao, môi trường xâm thực mạnh, mài mòn cao, ... Một ví dụ là gối trục truyền của máy cán thép là một trong những linh kiện thường xun phải thay thế vì nó phải làm việc trong mơi trường rất khắc nhiệt. Trong đề tài, tác giả tập trung xác định được công nghệ sản xuất thép làm gối trục chất lượng cao mác thép 9Cr18Mo theo tiêu chuẩn GB1220-92 của Trung Quốc bằng nguyên liệu và thiết bị có sẵn trong nước. Kết quả đã lựa chọn thép 9Cr18Mo có tính tổng hợp cao để chế tạo gối trục truyền máy cán thép là hoàn toàn phù hợp, thép do đề tài chế tạo ra đạt tiêu chuẩn tương đương các mác nước ngồi tương ứng. Thép có độ bền mỏi cao, chịu lực tác động tổng hợp tốt, khó bị ăn mịn trong các mơi trường có tính ơxy hóa mạnh. Ngồi ra tác giả cũng xác định được công nghệ sản xuất thép 9Cr18Mo bao gồm các khâu như công nghệ luyện thép trong lò cảm ứng trung tần 750 kg/mẻ, công nghệ đúc và công nghệ nhiệt luyện bằng các thiết bị và nguồn vật liệu có sẵn trong nước và xác định các tính chất của thép 9Cr18Mo bao gồm thành phần hóa học, độ cứng bề mặt ở các trạng thái nhiệt luyện và tổ chức tế vi. Thành phần hóa
học bao gồm: C = 1,02%; Mn = 0,48%; Si = 0,63%; P = 0,026%; S = 0,016%; Cr = 16,61%; Mo = 0,63%. Độ cứng bề mặt đạt được bằng phương pháp tôi và ram khoảng 56,3 HRC.
- “Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo chân vịt tàu thủy cho tàu 6000DWT - 7000DWT bằng thép khơng rỉ chịu ăn mịn nước biển” [18], đề tài nghiên cứu của
nhóm KS. Nguyễn Văn Dũng - Xí nghiệp Cơ khí Quang Trung - Bộ Công Thương, xuất bản năm 2014 bởi Cục Thông tin Khoa học và Công nghệ Quốc gia. Trong đề tài, nhóm tác giả tập trung nghiên cứu tổng quan về thiết kế, chế tạo chân vịt ở Việt Nam, chân vịt bằng thép khơng gỉ, nghiên cứu tính tốn thiết kế chân vịt thép không gỉ, nghiên cứu công nghệ chế tạo chân vịt thép không gỉ và đánh giá hiệu quả kỹ thuật - kinh tế. Kết quả nghiên cứu cho thấy các vấn đề về công nghệ, đặc biệt là cơng nghệ đúc chân vịt có đường kính lớn theo phương pháp đúc mẫu cháy, cơng nghệ chống bám dính đối với đúc thép khơng rỉ là hồn tồn có thể thực hiện được trong nước. Điều này có thể mở ra triển vọng mới cho việc chế tạo chân vịt cho các tàu lớn (bằng tất cả các vật liệu do quy phạm quy định), không cần phải nhập chân vịt của nước ngoài. Loại chân vịt được thiết kế, chế tạo và đúc thành công bằng thép không rỉ có các thơng số đường kính lên đến 3.546 mm và đã được cơ quan Đăng kiểm Việt Nam trực tiếp kiểm tra và đánh giá thơng qua kết quả các q trình kiểm tra, do các cơ quan chuyên mơn có tư cách pháp nhân được đăng kiểm cơng nhận.