Chƣơng 2 : CƠ SỞ LÝ THUYẾT SIÊU DẺO
4.3. Thực nghiệm xác định chế độ siêu dẻo hợp kim Ti-5Al-3Mo-1,5V
4.3.1. Xây dựng bài toán thực nghiệm
Tƣơng tự trong chƣơng 3, luận án sử dụng phƣơng pháp quy hoạch thực nghiệm để xây dựng mối quan hệ phụ thuộc của ứng suất chảy s (MPa) và độ giãn dài tƣơng đối (%) vào nhiệt độ biến dạng và tốc độ biến dạng khi kéo trong điều kiện siêu dẻo.
Vật liệu nghiên cứu có thành phần hóa học tƣơng đƣơng với mác hợp kim BT14 của Nga, qua việc tham khảo mối quan hệ ứng suất - biến dạng của hợp kim BT14 ở nhiệt và tốc độ biến dạng khác nhau cũng nhƣ tính dẻo của hợp kim này [53], chọn chế độ công nghệ khảo sát nhƣ sau: nhiệt độ biến dạng trong khoảng (800 900) o
C, tốc độ biến dạng trong khoảng (10-3 10- 2
) s-1.
Trong quá trình kéo đơn, tốc độ biến dạng của phôi đƣợc xác định là tốc độ biến dạng ở thời điểm đầu ứng với chiều dài ban đầu của mẫu l0= 10 mm.
Khi đó tốc độ biến dạng đƣợc xác định nhƣ sau:
̇ (4.1) Trong đó: v là tốc độ kéo của thiết bị (mm/s).
Nhƣ vậy, để đạt tốc độ biến dạng (tốc độ biến dạng ban đầu) là 10-3
s-1 thì tốc độ kéo của thiết bị là 10-2 mm/s hay 0,6 mm/phút.
Sử dụng phƣơng pháp quy hoạch trực giao cấp 2 với 2 biến số là: Nhiệt độ biến dạng đƣợc mã hóa là x1 và tốc độ biến dạng - mã hóa là x2. Xây dựng
ma trận thực nghiệm nhƣ bảng 3.5 với khoảng biến thiên nhƣ sau: - Nhiệt độ biến dạng {800; 850; 900} (o
C); - Tốc độ biến dạng ̇ {10-3
; 5.10-3; 9.10-3} (s-1)
Các thông số kết quả cần khảo sát (hàm mục tiêu) bao gồm ứng suất chảy s (MPa), độ giãn dài tƣơng đối (%) tƣơng ứng với các hàm y1 và y2. Ma trận thực nghiệm đƣợc lập nhƣ trong bảng 4.1.
Bảng 4.1. Ma trận thực nghiệm kéo trong điều kiện siêu dẻo
N0 x0 x1 x2 x1x2 x1’ x2’ y1(MPa) y2(%) 1 + + + + 1/3 1/3 2 + - + - 1/3 1/3 3 + + - - 1/3 1/3 4 + - - + 1/3 1/3 5 + 0 0 0 -2/3 -2/3 6 + + 0 0 1/3 -2/3 7 + - 0 0 1/3 -2/3 8 + 0 + 0 -2/3 1/3 9 + 0 - 0 -2/3 1/3 4.3.2. Tiến hành thực nghiệm
Tiến hành kéo với các thông số công nghệ nhƣ ma trận thực nghiệm đã xây dựng (bảng 4.1). Các mẫu đƣợc đánh số từ M1 đến M9, các mẫu sau khi kéo sẽ đƣợc đo lại chiều dài bằng thƣớc cặp (hình 4.4d) để xác định chính xác độ giãn dài, đồng thời các dữ liệu khi kéo sẽ đƣợc lƣu dƣới dạng file, đồ thị mối quan hệ giữa lực kéo (hoặc ứng suất chảy) và độ giãn dài sẽ đƣợc vẽ theo số liệu mà máy xác định đƣợc trong q trình kéo. Q trình thí nghiệm đối với một mẫu thử kéo đƣợc thực hiện gồm các bƣớc nhƣ sau:
- Kiểm tra trang thiết bị, trang bị công nghệ, dụng cụ, bảo hộ lao động; - Gá lắp mẫu thử vào đồ gá kéo, đƣa gá kéo cùng với mẫu thử định vị và kẹp trên thiết bị kéo nén Devotrans DVT FU/RDNN sao cho mẫu thử đƣợc
đặt vào chính giữa buồng lị gia nhiệt Nabertherm B180;
- Đặt chế độ gia nhiệt cho lò nung, chế độ kéo cho thiết bị kéo nén theo bảng kế hoạch thực nghiệm đã xây dựng;
- Bật lò đạt đến nhiệt độ đặt, giữ nhiệt 5 phút để đảm bảo đồng đều nhiệt độ trong tồn bộ thể tích mẫu thử (kiểm tra nhiệt độ theo đồng hồ gắn trên lò và bằng các dụng cụ kiểm tra nhiệt độ cầm tay);
- Tiến hành kéo mẫu với cùng một tốc độ kéo của thiết bị và nhiệt độ không thay đổi. Kéo đến thời điểm đứt mẫu, dừng máy, tắt lò, tháo mẫu, để nguội tự nhiên ngồi khơng khí;
- Ứng suất chảy đƣợc tính là giá trị lớn nhất trên giản đồ kéo siêu dẻo, độ giãn dài tƣơng đối đƣợc đo trực tiếp trên mẫu sau khi kéo. Ở mỗi chế độ kéo tiến hành với 03 mẫu thử, đo đạc, xử lý số liệu; số liệu công bố của mỗi chế độ kéo là giá trị trung bình số liệu đo của 03 mẫu thử kéo ở cùng chế độ đó.
4.3.3. Kết quả thực nghiệm
Kết quả thực nghiệm khi kéo siêu dẻo 9 mẫu đƣợc trình bày ở bảng 4.2.
Bảng 4.2. Kết quả thực nghiệm kéo trong điều kiện siêu dẻo
TT (oC) ̇ (s-1) Pmax (N) ζs (MPa) (%) 1 900 9.10-3 76,5 25,5 230 2 800 9.10-3 156 52 210 3 900 10-3 28,5 9,5 900 4 800 10-3 117 39 360 5 850 5.10-3 73 24,3 480 6 900 5.10-3 69 23 420 7 800 5.10-3 147 49 270 8 850 9.10-3 93 31 320 9 850 10-3 43,5 14,5 1020
Qua quá trình tiến hành thực nghiệm đã thu đƣợc các kết quả cho thấy sự khác biệt khi kéo trong điều kiện siêu dẻo đƣợc thể hiện nhƣ sau:
- Trong quá trình kéo ở điều kiện thực nghiệm, hiện tƣợng thắt ngõng xảy ra muộn hơn rất nhiều so với khi kéo nóng thơng thƣờng. Sự giảm tiết diện ngang mẫu kéo xảy ra trong toàn bộ chiều dài lo (hình 4.5), do vậy độ giãn dài tƣơng đối thu đƣợc là rất lớn lên tới hàng trăm và hơn một nghìn phần trăm.
Hình 4.5. Phơi sau khi kéo trong điều kiện siêu dẻo
- Một điểm quan trọng nữa có thể thấy đƣợc là, ứng suất gây biến dạng mẫu kéo có giá trị rất thấp (vài chục MPa) và thay đổi rất mạnh theo sự thay đổi của tốc độ biến dạng và nhiệt độ biến dạng. Nhƣ vậy, theo dấu hiệu của hiện tƣợng siêu dẻo có thể kết luận hợp kim nghiên cứu đã biến dạng trong trạng thái siêu dẻo.
- Trong quá trình kéo, nhìn chung giá trị ứng suất tƣơng đối ổn định suốt quá trình kéo, điều này thể hiện rất rõ trên giản đồ kéo mà thiết bị ghi lại. Trên hình 4.6 là giản đồ kéo trong điều kiện siêu dẻo của mẫu số 9 với nhiệt độ kéo 850 o
C và tốc độ biến dạng là 10-3 s-1 (giản đồ kéo của các mẫu còn lại đƣợc thống kê tại phụ lục 5).
- Ở một số giản đồ kéo có hiện tƣợng bƣớc nhảy bất thƣờng về ứng suất (thực chất là lực kéo giảm đột ngột sau đó tăng về giá trị cũ), nguyên nhân
khơng phải là có sự thay đổi bất thƣờng ứng suất chảy của mẫu kéo mà là do khi nung ở nhiệt độ cao đã xảy ra sự trƣợt tƣơng đối giữa phôi và đồ gá kéo (dù rất nhỏ), tuy nhiên nó khơng làm ảnh hƣởng đến kết quả tính tốn.
Hình 4.6. Giản đồ kéo trong điều kiện siêu dẻo phôi số 9