CHƯƠNG 5 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ BÀN LUẬN 5.1 Cơ chế làm nguội khi tôi trong dung dịch polyme PVP và PAG
5.3.2. Ảnh hưởng của nồng độ polyme đến tốc độ nguội của dung dịch tôi PAG
PAG
Hình 5.12 mơ tả đường nguội của mẫu khi tôi trong dung dịch PAG với các nồng độ 5, 10, 15, 20% và so sánh với hai môi trường tơi truyền thống là nước và dầu.
Hình 5.12 Đường cong nguội khi tôi trong dung dịch polyme ở các nồng độ PAG
Từ kết quả nhận được ta thấy, dung dịch PAG có nồng độ càng lớn thì tốc độ nguội trong cả 3 giai đoạn càng nhỏ. Thời gian tồn tại màng hơi trong các dung dịch PAG 5, 10, 15, 20% tăng tương ứng là 3, 5, 6, 8s. Như vậy khi nồng độ dung dịch càng lớn thì màng hơi càng ổn định hơn, hay lớp màng polyme nồng độ cao sẽ có tác dụng duy trì
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 0 20 40 60 80 100 NHIỆT ĐỘ ( OC) TỐC ĐỘ NGUỘI (OC/S) Dầu PVP 4%
màng hơi lâu hơn (hình 5.13). Đường nguội của dung dịch PAG 5 và 10% trong cả 3 giai đoạn của quá trình đều nằm trong khoảng giữa nước và dầu. Dung dịch PAG 15% có đường nguội trong khoảng từ nhiệt độ tôi 850oC đến nhiệt độ 400oC gần trùng với đường nguội của dầu, nhưng ở giai đoạn dưới 400oC thì đường nguội lại nằm thấp hơn đường nguội của dầu. Đối với dung dịch PAG 20% đường nguội từ nhiệt độ tôi 850oC đến xấp xỉ 280oC nằm trên đường nguội của dầu, nhưng dưới 300oC thì nằm dưới đường nguội của dầu. Đây là lợi thế lớn của dung dịch polyme, ở vùng chuyển biến mactenxit đều cho tốc độ nguội chậm. Đặc biệt hơn là nhiệt độ bắt đầu chuyển biến mactenxit sớm hơn do đó thời gian chuyển biến mactenxit dài hơn.
Hình 5.13 Thời gian tồn tại màng hơi trong dung dịch PAG ở các nồng độ
Tương tự như đối với dung dịch PVP, từ các đường nguội đo được bằng thực nghiệm, tác giả tính ra được đường cong tốc độ nguội (dT/dt) của các dung dịch tôi PAG như biểu diễn trên hình 5.14 (có so với dầu và nước).
Hình 5.14 Tốc độ nguội của dung dịch PAG ở các nồng độ
được so sánh với nước và dầu
Trích xuất các điểm quan trọng của đường cong tốc độ nguội trên hình 5.14 ta được kết quả trong bảng 5.5 dưới đây.
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 0 30 60 90 120 150 180 Nhiệt độ ( oC) Tốc độ nguội (oC/s)
PAG 5% PAG 10% PAG 15%
Bảng 5.5 Các thông số làm nguội của các dung dịch tôi khác nhau được suy ra từ
đường cong tốc độ nguội của dung dịch PAG
Dung dịch tôi CRmax(oC/s) T1 (oC) CR300(oC/s) CR480(oC/s)
Nước 165 560 60 116 PAG 5% 107 600 38 71 PAG 10% 99 600 33 63 PAG 15% 86 600 32 50 PAG 20% 64 790 27 47 Dầu 80 645 29 54
Khi nồng độ polyme trong dung dịch tăng từ 5 đến 20 % thì tốc độ nguội lớn nhất giảm tương ứng từ 107 oC/s xuống còn 64 oC/s. Kết quả cũng cho thấy, ảnh hưởng của nồng độ polyme PAG đến tốc độ nguội là rất lớn, chỉ thêm khoảng 5% PAG thì tốc độ nguội của dung dịch giảm xuống cịn 107oC/s so với nước là 165oC/s. Nhưng sau đó, khi tăng nồng độ PAG lên thì tốc độ nguội lớn nhất vẫn giảm. Nhưng sự giảm là chậm hơn so với giai đoạn tăng nồng độ PAG lên 5%. Tốc độ nguội lớn nhất trong dung dịch PAG 15% là 86 oC/s gần với dầu nhất, nhưng khi tăng nồng độ PAG lên 20% thì tốc độ nguội lớn nhất giảm chỉ còn 64 oC/s.
Ảnh hưởng của nồng độ polyme PAG đến tốc độ nguội ở vùng nhiệt độ từ 300oC trở xuống cũng được xem xét (đây là vùng nhiệt độ xảy ra chuyển biến mactenxit mà tác giả đề cập chi tiết ở các phần trên). Kết quả so sánh cho thấy, tốc độ nguội ở nhiệt độ 300oC trong môi trường nước là lớn nhất. Trong dung dịch PAG 5, 10, 15, 20% thì tốc độ nguội có sự giảm tương ứng là 38, 33, 32, 27 oC/s. Ở vùng nhiệt độ thấp truyền nhiệt chủ yếu là đối lưu do đó tốc độ nguội phụ thuộc vào độ nhớt, tốc độ khuấy và nhiệt độ của môi trường tôi. Trong nghiên cứu này tốc độ khuấy là như nhau và không thay đổi. Vậy tốc độ nguội ở đây chỉ còn phụ thuộc vào độ nhớt và nhiệt độ của dung dịch tôi. Theo kết quả độ nhớt có được ở mục 5.2.2, khi tăng nồng độ PAG thì độ nhớt của dung dịch tăng và tốc độ nguội giảm.
Tốc độ nguội của dầu tại nhiệt độ 300oC là 27oC/s - nhỏ hơn so với dung dịch PAG 15% (32oC/s) và tương đương với dung dịch PAG 20%. Kết quả trên hình 5.14 cũng cho thấy, tuy tốc độ nguội lớn nhất của dung dịch PAG 20% nhỏ hơn dầu khá nhiều và vẫn lớn hơn tốc độ nguội của thép OL 100Cr1,5; nhưng tốc độ nguội dưới vùng nhiệt độ 300oC của dung dịch này tại vùng lại lớn hơn dầu. Do đó, khi tơi mẫu trong dung dịch PAG 20% ứng suất tổ chức sẽ lớn hơn dầu, nhưng chiều sâu thấm tôi lại nhỏ hơn dầu. Bên cạnh đó, dung dịch PAG 20% có nồng độ polyme lớn nên giá thành sẽ cao hơn. Mặt khác ta thấy, tốc độ nguội tại 300oC của dung dịch PAG 10% xấp xỉ so với dung dịch PAG 15%. Nên dung dịch PAG 10% cũng có thể đáp ứng các yêu cầu của một môi trường tơi. Vì vậy trong các phần tiếp theo tác giả tập trung vào nghiên cứu trên dung dịch PAG 15 và 10%. Đặc biệt dung dịch PAG 15 và 10% sẽ được so sánh và đánh giá chi tiết với dung dịch PVP 2%, PVP 4% và dầu ở phần sau.