CHƯƠNG 3 NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM
3.2 Nghiên cứu nhóm chất khử và hợp kim hóa kim loại mối hàn
3.2.1 Lập kế hoạch thực nghiệm và tiến hành thí nghiệm
a) Xây dựng kế hoạch thực nghiệm
Sau khi chọn được giá trị và khoảng biến thiên của Fe-Mn, Fe-Si ta có:
Bảng 3.3 Giá trị và khoảng biến thiên của các yếu tố
Các biến số
Biến thực Biến mã hoá
Fe - Mn,% Z1 Fe - Si,% Z2 X1 X2 Mức trên (Ximax = +1) 8 6 +1 +1 Mức cơ sở (Xi = 0) 6 4 0 0 Mức dưới (Ximin = –1) 4 2 –1 –1
Khoảng biến thiên ΔZi 2 2
b) Tiến hành thí nghiệm và kết quả
Kế hoạch thực nghiệm trực giao 2 mức tối ưu với số thí nghiệm lặp của mỗi thí nghiệm là 3. Số thí nghiệm với bài tốn 2 biến số là 11. Các kết quả thực nghiệm của các chỉ tiêu sau khi xử lý loại bỏ những số liệu chứa sai số thơ, giá trị trung bình của các thí nghiệm được dẫn ra bảng dưới đây:
Bảng 3.4 Kế hoạch và số liệu thực nghiệm thành phần hóa học kim loại mối hàn
khi dùng thuốc hàn F7A4-BK
№ thí nghiệm
Giá trị các biến thực,% Giá trị các biến mã hóa Giá trị các hàm mục tiêu,%
Fe-Mn, Z1 Fe-Si, Z2 X1 X2 Mn, Y1 Si, Y2
1 4 2 –1 –1 1.519 0.524 2 8 2 +1 –1 2.778 0.694 3 4 6 –1 +1 1.962 1.512 4 8 6 +1 +1 3.269 1.674 5 4 4 – 1 0 1.761 1.007 6 8 4 + 1 0 3.054 1.121 7 6 2 0 – 1 2.082 0.624
8 6 6 0 + 1 2.544 1.596
9 6 4 0 0 2.331 1.092
10 6 4 0 0 2.294 1.103
11 6 4 0 0 2.346 1.085
3.2.2 Xử lý số liệu thí nghiệm
a) Phần mềm xác định các hệ số phương trình hồi quy
Sử dụng phương pháp bình phương nhỏ nhất và các nội dung phân tích hồi quy, phân tích phương sai để xác định các hệ số của phương trình hồi quy (dạng đa thức). Ứng dụng phần mềm xác định các hệ số của phương trình hồi quy và phần mềm MODDE 5.0.
b) Xây dựng các phương trình hồi quy
Sau khi nhập các số liệu thực nghiệm và chạy phần mềm ở phần phụ lục 2 ta có các phương trình hồi quy biểu diễn sự phụ thuộc của hàm lượng Mn trong kim loại mối hàn vào hàm lượng các Fe-Mn và Fe-Si từ thuốc hàn có dạng:
Mơ hình hàm lượng %Mn:
Bảng 3.5 Các thơng số về hàm lượng Mn
Mn Coeff. SC Std. Err. P Conf. int(±)
Constant 2.33096 0.0111424 4.736e-011 0.0286424 X1 0.498551 0.00686861 9.40194e-009 0.0176564 X2 0.180017 0.00686861 1.51123e-006 0.0176564 X1*X1 0.037632 0.00818793 0.00586139 0.0210478 X2*X2 -0.00768314 0.00818793 0.391144 0.0210478 X1*X2 0.0122475 0.00651613 0.118942 0.0167503 N = 11 Q2 = 0.856 Cond. no. = 3.4876 DF = 5 R2 = 0.999 Y-miss = 0 Comp. = 3 R2 Adj. = 0.998 RSD = 0.0217 Conf. lev. = 0.95 Mn = Y1 = 2,331 + 0,498X1 + 0,180X2 + 0,012X1X2 + 0,0376X12 – 0,0077X22 Hệ số tương quan R2 = 0,999.
Bảng 3.6 Các thông số về hàm lượng Si
Si Coeff. SC Std. Err. P Conf. int(±)
Constant 1.08881 0.00892306 7.01149e-010 0.0229375 X1 0.0573216 0.00550055 0.000140224 0.0141396 X2 0.379685 0.00550055 1.20848e-008 0.0141396 X1*X1 -0.00792719 0.00655709 0.280727 0.0168556 X2*X2 0.0134414 0.00655709 0.0956539 0.0168556 X1*X2 0.000405019 0.00521828 0.941145 0.013414 N = 11 Q2 = 0.828 Cond. no. = 3.4876 DF = 5 R2 = 0.999 Y-miss = 0 Comp. = 3 R2 Adj. = 0.998 RSD = 0.0174 Conf. lev. = 0.95 Si = Y2 = 1,088 + 0,0573X1 + 0,3796X2 + 0,0004X1X2 – 0,0079X12 + 0,0134X22 Hệ số tương quan R = 0, 999.
Qua các kết quả thu được từ các phương trình hồi qui cho phép rút ra những kết luận quan trọng sau đây:
- Mức độ tương thích của phương trình hồi qui rất cao, với hệ số tương quan R2 = 0,999.
- Có thể mơ tả sự dịch chuyển của Mn và Si từ Fe-Mn và Fe-Si trong thuốc hàn vào kim loại mối hàn bằng các quan hệ toán học với hệ số tương quan cao.
3.2.3 Biểu diễn các đường đặc trưng
(Mn, Si) = f (Fe-Mn, Fe-Si) (3.6)
1.80 2.00 2.20 2.40 2.60 2.80 3.00 4 5 6 7 8 Mn Fe-M n
Hình 3.10 Sự phụ thuộc của hàm lượng Mn trong kim loại mối hàn vào
hàm lượng Fe-Mn trong thuốc hàn
Qua đồ thị 2D hình 3.10 ta thấy khi hàm lượng ferơ Fe-Mn tăng thì hàm lượng Mn trong kim loại mối hàn sẽ tăng, mức độ tăng mạnh hơn thuốc hàn hệ bazơ thấp. 2.10 2.20 2.30 2.40 2.50 2 3 4 5 6 Mn Fe_Si
Hình 3.11 Sự phụ thuộc của hàm lượng Mn trong kim loại mối hàn vào
hàm lượng Fe-Si trong thuốc hàn
Qua đồ thị 2D hình 3.11 ta thấy khi hàm lượng ferơ Fe-Si tăng thì hàm lượng Mn trong kim loại mối hàn sẽ tăng, tuy nhiên khi hàm lượng ferô Fe-Si tiếp tục tăng thì hàm lượng Mn trong kim loại mối hàn tăng chậm lại. Điều này có thể giải thích, khi với hàm lượng ferơ Fe-Mn đưa vào thấp và hàm lượng Fe-Si giúp vai trò chất khử một cách hiệu quả, ít ảnh hưởng tới hàm lượng Mn tăng tiếp theo.
Ảnh hưởng đồng thời của hàm lượng Fe-Mn và Fe-Si,% trong mẻ liệu thuốc hàn đến hàm lượng Mn trong kim loại mối hàn:
Hình 3.12 Sự phụ thuộc của hàm lượng Mn trong kim loại mối hàn vào %Fe-Mn và
%Fe-Si trong thuốc hàn
Đồ thị này tổng hợp hai đồ thị trên, khi cùng tỷ lệ trục %Mn cho thấy ảnh hưởng của Fe-Mn và Fe-Si đến %Mn trong kim loại mối hàn một cách rõ nét. Đặc tính đồ thị này giải thích rõ hơn vai trị chất khử của Fe-Si.
b) Sự phụ thuộc của Si trong kim loại mối hàn vào Fe-Mn và Fe-Si
0.60 0.80 1.00 1.20 1.40 1.60 2 3 4 5 6 Si Fe_Si
Hình 3.13 Sự phụ thuộc của hàm lượng Si trong kim loại mối hàn vào % Fe-Si
trong thuốc hàn
Qua đồ thị 2D hình 3.13 ta thấy khi hàm lượng fero Fe-Si tăng thì hàm lượng Si trong kim loại mối hàn sẽ tăng. Tuy nhiên mức độ tăng ban đầu có thấp, điều này có thể giải thích, khi với hàm lượng fero Fe-Si đưa vào thấp và Si chủ yếu làm vai trò chất khử, nên sự dịch chuyển vào kim loại mối hàn thấp.
1.000 1.020 1.040 1.060 1.080 1.100 1.120 1.140 4 5 6 7 8 Si Fe-M n
Hình 3.14 Sự phụ thuộc của hàm lượng Si trong kim loại mối hàn vào % Fe-Mn
trong thuốc hàn
Ảnh hưởng đồng thời của hàm lượng Fe-Mn và Fe-Si,% trong mẻ liệu thuốc hàn đến hàm lượng Si trong kim loại mối hàn:
Hình 3.15 Sự phụ thuộc của hàm lượng Si trong kim loại mối hàn vào %Fe-Mn
và % Fe-Si trong thuốc hàn
Đồ thị này tổng hợp hai đồ thị trên, khi cùng tỷ lệ trục %Si cho thấy ảnh
hưởng của %Fe-Mn và %Fe-Si đến %Si trong kim loại mối hàn rất rõ ràng. Ảnh hưởng của %Fe-Mn đến sự dịch chuyển của Si khá thấp. Điều này cho thấy ái lực hóa học của Si mạnh hơn Mn rất rõ và kết quả là góc dốc Si=f(Fe-Mn) rất nhỏ.
Nhận xét:
- Các đường đặc trưng biểu diễn sự phụ thuộc hàm lượng của các nguyên tố hợp kim phổ biến Mn và Si trong kim loại mối hàn vào các ferô Fe-Mn và Fe-Si đưa vào mẻ liệu thuốc hàn F7A4–BK rất rõ ràng.
- Đường đặc tính đã phản ánh các tính chất vật lý và mức độ hoạt tính hóa học của thuốc hàn – xỉ hàn thiêu kết hệ bazơ trung bình (B ≈ 1,6) đến sự dịch chuyển của các nguyên tố hợp kim và khả năng khử, hợp kim hóa kim loại mối hàn qua thuốc hàn.
- Từ đồ thị %Mn=f(%Fe-Si) cho thấy sự hỗ trợ của Si trong vai trị chất khử có tác dụng giúp tăng hàm lượng Mn trong kim loại mối hàn. Điều này rất quan trọng khi sử dụng phối hợp hai nguyên tố trên để làm chất khử và hợp kim hóa kim loại mối hàn.