5. Kết quả nghiên cứu và bàn luận
5.3. Độ cứng của kim loại mối hàn và vùng ảnh hưởng nhiệt
Độ ứng là một trong những ti u hí quan trọng ủa m i hàn. Nếu ộ ứng th p sẽ làm gi m kh năng làm vi , tuổi thọ ủa s n phẩm và kh năng hịu mài m n ủa kim loại lớp ắp. Nhƣng nếu ộ ứng qu lớn sẽ làm gi m ộ ẻo, tăng ộ gi n và ó thể g y ra hi n tƣ ng v m nh, nứt, tró , t h lớp o hi n tƣ ng va ập khi làm vi . T gi tiến hành o ộ ứng tế vi ủa kim loại lớp ắp ằng thiết ị kiểm tra ộ ứng Stru rs Duramin tại ph ng thí nghi m Kim loại họ , trường Đại họ B h khoa Hà Nội (Phụ lụ 2). Độ ứng ƣ x ịnh ằng h ùng lự nén và mũi th ằng kim ƣơng ó ạng h nh nón, với gó ở ỉnh 1200 l n ề m t mẫu ể tạo ra vết lõm. Căn ứ vào kí h thướ ủa vết lõm ể x ịnh gi trị ộ ứng tương ứng.
Y u u t ra i với kim loại m i hàn là ph i ó ộ ứng kho ng 55-60HRC.
Thành ph n kim loại m i hàn g m là M t nsit và ít ứng. Để x ịnh ộ ứng ủa kim loại m i hàn và vùng AHN, tiến hành kiểm tra ằng mũi th kim ƣơng, với t i trọng 100g (HV0,1) và thời gian ừng là 10 gi y. Độ ứng ƣ o ở nhiều vị trí kh nhau.
C iểm ƣ kiểm tra ộ ứng g m vùng kim loại m i hàn, vùng ranh giới và vùng AHN tr n nền C45. Độ ứng tế vi (HV0,1) sau khi o sẽ ƣ quy ổi sang ộ ứng HRC ể thuận ti n ho vi nh gi và i s nh.
5.3.1. Độ cứng kim loại vùng mối hàn
Khi hàn bằng hợp kim bột Eutroloy 16606: Kiểm tra ộ ứng tr n m i hàn ể x ịnh ộ ứng ủa kim loại lớp ắp. Để nh gi y ủ và hính x , t gi tiến hành kiểm tra ộ ứng ở nhiều vị trí kh nhau tr n m i hàn. Vị trí kiểm tra g m iểm từ ỉnh m i hàn xu ng h n m i hàn th o hướng vuông gó với ề m t vật hàn và iểm nằm song song g n với ƣờng ph n giới giữa m i hàn và t m thép C45.
H nh 5.41. C vị trí kiểm tra ộ ứng tr n m i hàn khi hàn h p kim ột Eutroloy 16606
B ng 5.4. Kết qu o ộ ứng ủa m i hàn khi hàn h p kim ột Eutroloy 16606 Kiểm tra ộ ứng C vị trí
kiểm tra
Kho ng h iểm o (àm)
Gi trị ộ ứng (HV0,1)
Gi trị ộ ứng (HRC)
Vùng kim loại m i hàn
A1 350 812 64.3
A2 250 795 63.8
A3 150 787 63.5
A4 50 767 62.8
A5 50 760 62.5
A6 50 773 63.0
A7 20 689 59.6
Từ ng 5.4 th y rằng, gi trị ộ ứng o ư tại iểm tr n m i hàn là tương i ổn ịnh. Nó ao ộng trong kho ng 59.6 - 64.3HRC.
H nh 5.42. Biểu ộ ứng ở vị trí o tr n kim loại m i hàn
Kí h thướ vết mà mũi th ể lại tr n m i hàn từ iểm A1 ến A7 ó xu hướng tăng n khi tiến ến g n vùng ranh giới giữa m i hàn và kim loại nền C45. Điều này ho th y, ộ ứng ó xu hướng gi m n th o hướng từ ỉnh m i hàn ến vùng ranh giới giữa kim loại m i hàn với kim loại nền C45. V n ề này ƣ l gi i nhƣ sau:
Vật li u tạo n n m i hàn là h p kim ột Eutroloy 16606 ó thành ph n ơ n g m nguy n t h p kim Cr, V, W, Mo và F . Khi hàn, một s nguy n t h p kim ứng sẽ kết h p với C on (C) ể tạo ra ít CrC, VC, WC ó ộ ứng ao. Do ó, ộ ứng ủa kim loại m i hàn ao hơn ở vùng kim loại nền và vùng tiếp gi p giữa m i hàn với nền C45.
Ở vùng kim loại g n phía ỉnh m i hàn, sự h a tan và khuế h t n nguy n t h p kim ứng và ít mà nó tạo ra vào kim loại nền là r t th p. Mật ộ hạt ứng và pha ứng trong kim loại m i hàn lớn. T ộ nguội, t ộ kết tinh ủa kim loại g n ề m t m i hàn nhanh hơn vùng kh . V vậy, kim loại vùng này ó ộ ứng ao hơn.
Ở vùng kim loại m i hàn tiếp gi p với kim loại nền C45, t ộ nguội hậm hơn so với tr n ề m t m i hàn, nguy n t h p kim ứng Cr, V, W ị khuế h t n và h a tan một ph n sang kim loại nền C45. Do ó, mật ộ nguy n t h p kim ứng ể tạo ít tại vùng này ị suy gi m ng kể. B n ạnh ó, nguy n t F từ t m thép C45 ị h a tan và khuế h t n vào m i hàn sẽ thế hỗ ủa nguy n t h p kim ứng. Kết qu ẫn ến làm gi m ộ ứng ủa kim loại m i hàn vùng ranh giới với kim loại nền C45.
Khi hàn bằng hợp kim bột M2 (10%WC+6%Cr3C2+84%Fe): Tiến hành kiểm tra ộ ứng tr n vùng m i hàn, vùng ranh giới và vùng AHN ể x ịnh ộ ứng ủa kim loại ở vùng này. Để nh gi hính x ộ ứng tại vùng, t gi tiến hành kiểm tra ộ ứng ở nhiều vị trí kh nhau. Vị trí kiểm tra g m iểm từ ỉnh m i hàn xu ng h n m i hàn th o hướng vuông gó với ề m t vật hàn, iểm nằm song song g n với ường ph n giới giữa m i hàn và iểm trong vùng AHN nằm tr n t m thép C45.
H nh 5.43. C vị trí kiểm tra ộ ứng tr n m i hàn khi hàn h p kim ột M2
B ng 5.5. B ng kết qu o ộ ứng ủa kim loại m i hàn khi hàn h p kim ột M2 Kiểm tra ộ ứng C vị trí
kiểm tra Kho ng h
iểm o (àm) Gi trị ộ ứng (HV0,1)
Gi trị ộ ứng (HRC) Vùng kim loại
m i hàn
H1 400 665 58.6
H2 300 647 57.7
H3 200 646 57.6
H4 100 614 56.0
Từ ng 5.5 th y rằng, gi trị ộ ứng o ư tại iểm tr n m i hàn là tương i ổn ịnh. Nó ao ộng trong kho ng 56-58.6HRC. Nhƣ vậy ó thể th y rằng, ộ ứng o ƣ tr n vùng kim loại m i hàn khi hàn h p kim ột M2 là th p hơn so với khi hàn h p kim ột Eutroloy 16606.
H nh 5.44. Biểu ộ ứng ở vị trí o tr n vùng kim loại m i hàn khi hàn ột M2 Kí h thướ vết mà mũi th ể lại tr n m i hàn từ iểm H1 ến H4 là tương i ng ều. Điều này ho th y, ộ ứng tại iểm ó sự h nh l h không nhiều. Tuy nhi n, kết qu kiểm tra tại iểm ho th y, ộ ứng ó xu hướng gi m n th o hướng từ ỉnh m i hàn ến vùng ranh giới giữa kim loại m i hàn với kim loại nền C45. V vật li u tạo n n m i hàn là h p kim ột M2 ó thành ph n ơ n g m nguy n t h p kim Cr3C2, WC và F . Ở vùng kim loại g n phía ỉnh m i hàn, t ộ nguội nhanh hơn vùng kh , sự h a tan và khuế h t n nguy n t h p kim ứng và ít mà nó tạo ra vào kim loại nền là r t th p. Mật ộ hạt ứng và pha ứng trong kim loại m i hàn lớn.
Do ó, kim loại vùng này ó ộ ứng ao hơn. Ở vùng kim loại m i hàn g n vùng ranh giới kim loại nền C45, t ộ nguội ủa kim loại hậm hơn so với tr n ề m t m i hàn, nguy n t h p kim ứng Cr, W ị khuế h t n và h a tan một ph n vào kim loại nền C45.
M ù mật ộ ủa WC tập trung kh ao ở ph n h n m i hàn và khu vự tiếp gi p với kim loại nền C45, nhƣng tỉ l WC ị h a tan vào kim loại m i hàn là r t th p ( hỉ ạt 26.4%), tỉ l WC không ị h a tan vào kim loại m i hàn mà t n tại ở trạng th i rắn, ạng hạt ứng là kh ao n n ộ ứng ủa kim loại m i hàn tại vùng này không ó sự thay ổi nhiều. Do ó, mật ộ nguy n t h p kim ứng ể tạo ít tại vùng này ị suy gi m.
Điều này làm gi m ộ ứng ủa kim loại m i hàn g n ranh giới với kim loại nền C45.
Ngoài ra, trong qu tr nh hàn PTA, ƣới t ụng ủa nhi t h quang plasma, thành ph n h p kim một ph n ị ay hơi, ị h y, ị khuế h t n, ị m t m t o ắn tó ,…làm gi m hàm lƣ ng ủa pha ứng và mật ộ ủa hạt ứng trong m i hàn. V vậy, nó t ộng th o hướng ti u ự ến ơ tính i t là ộ ứng và kh năng hịu mài m n ủa kim loại m i hàn sau khi kết tinh. Để khắ phụ hi n tƣ ng này, n tính to n lư ng ột m t m t ể ó phương n p ổ sung, ng thời x ịnh ư hế ộ hàn và quy tr nh hàn phù h p ể qu tr nh hàn ạt hi u su t và h t lƣ ng t t nh t.
5.3.2. Độ cứng kim loại vùng ranh giới giữa mối hàn với nền C45
Khi hàn bằng hợp kim bột Eutroloy 16606: Tiến hành kiểm tra ộ ứng tại iểm kh nhau nằm tr n ƣờng ph n giới giữa kim loại m i hàn với kim loại nền C45.
H nh 5.45. C vị trí kiểm tra ộ ứng ở vùng ranh giới giữa m i hàn với nền C45
B ng 5.6. Kết qu o ộ ứng vùng ranh giới giữa kim loại m i hàn với kim loại ơ n khi hàn h p kim ột Eutroloy 16606.
Vùng kiểm tra ộ ứng Vị trí kiểm tra
Kho ng h iểm o (àm)
Độ ứng (HV0,1)
Độ ứng (HRC)
Vùng ph n giới A8 0 504 49.4
A9 10 520 50.4
Từ B ng 5.6 th y rằng, kết qu kiểm tra ộ ứng ở vùng ranh giới th p hơn so với vùng kim loại m i hàn. Nó ao ộng trong kho ng 49.4 - 50.4HRC.
Quan s t H nh 5.45 th y rằng, vết o tại vị trí A8 và A9 tr n ƣờng ph n giới giữa vùng kim loại m i hàn và kim loại nền C45 là tương i ổn ịnh. Tuy nhi n, ộ ứng tr n vùng ranh giới o ƣ tại iểm A8 và A9 th p hơn so với vùng kim loại m i hàn. Ở vùng này, mật ộ nguy n t F là r t lớn, ao hơn nhiều so với vùng kim loại m i hàn.
C n nguy n t h p kim ứng và ít o húng tạo ra lại gi m i ng kể. V vậy, ộ ứng o ƣ tại vùng ranh giới gi m i ng kể so với vùng kim loại m i hàn.
Khi hàn bằng hợp kim bột M2 (10%WC+6%Cr3C2+84%Fe): Tiến hành kiểm tra ộ ứng tại iểm kh nhau nằm tr n ƣờng ph n giới giữa kim loại m i hàn với kim loại nền C45.
H nh 5.46. Độ ứng vùng ranh giới giữa m i hàn với nền C45 khi hàn h p kim M2 B ng 5.7. Kết qu o ộ ứng vùng ranh giới giữa kim loại m i hàn với kim loại ơ n khi hàn h p kim ột M2
Vùng kiểm tra ộ ứng Vị trí kiểm tra
Kho ng h
iểm o (àm) Độ ứng (HV0,1)
Độ ứng (HRC)
Vùng ph n giới H5 10 520 50.4
H6 0 519 50.4
Từ ng 5.7 th y rằng, kết qu kiểm tra ộ ứng ở vùng ranh giới th p hơn so với vùng kim loại m i hàn. C vết o mà mũi th ể lại tại iểm H5 và H6 tr n ƣờng ph n giới giữa vùng kim loại m i hàn và kim loại nền C45 ó kí h thướ lớn hơn so với iểm o ộ ứng từ H1-H4 tr n m i hàn. Do vậy, ộ ứng tr n vùng ranh giới o ƣ tại iểm H5 và H6 th p hơn so với vùng kim loại m i hàn. V ở vùng này, mật ộ nguy n t F là r t lớn, ao hơn nhiều so với vùng kim loại m i hàn, n mật ộ ít ứng ị suy gi m ng kể.
5.3.3. Độ cứng kim loại vùng ảnh hưởng nhiệt
Kiểm tra ộ ứng tại iểm kh nhau tr n vùng AHN. C vị trí o ộ ứng ó hướng vuông gó với ường ph n giới giữa kim loại m i hàn với nền C45.
Khi hàn bằng hợp kim bột Eutroloy 16606: Tiến hành kiểm tra ộ ứng tại iểm kh nhau nằm tr n vùng AHN.
H nh 5.47. Kiểm tra ộ ứng ở vùng AHN khi hàn ột h p kim Eutroloy 16606.
B ng 5.8. Kết qu o ộ ứng kim loại vùng AHN ủa m i hàn khi hàn ột h p kim Eutroloy 16606.
Vùng kiểm tra ộ ứng Vị trí kiểm tra
Kho ng h iểm o (àm)
Độ ứng (HV0,1)
Độ ứng (HRC) Vùng AHN
A10 20 462 46.3
A11 200 420 42.7
A12 400 393 40.1
Từ h nh 5.45 th y rằng, khi kiểm tra ộ ứng ở vùng AHN ủa m i hàn nằm tr n t m thép C45, kí h thướ ủa vết o A10, A11 và A12 ó xu hướng gi m n khi tiến ến g n vùng ph n giới giữa m i hàn và kim loại nền. Do ó, ộ ứng ó xu hướng gi m n từ iểm o A10 ến A12. V trong qu tr nh hàn, một s nguy n t Cr, V, Mo, W ị h a tan và khuế h t n từ m i hàn sang t m thép C45. C nguyển t Cr, V, W ó ộ ứng ao n n làm gia tăng ộ ứng ủa kim loại vùng AHN. Ở g n ƣờng ph n giới giữa m i hàn và kim loại nền C45, nguy n t ủa nguy n t h p kim ứng này khuế h t n sang với s lƣ ng nhiều hơn, o ó ó mật ộ lớn hơn n n kim loại vùng này ó ộ ứng ao hơn. Độ ứng tỉ l nghị h với kho ng h ến ƣờng ph n giới m i hàn. Ở àng xa ƣờng ph n giới với m i hàn, ộ ứng àng gi m. Kim loại trong vùng AHN ó ộ ứng th p hơn so với kim loại m i hàn, nhƣng ó ộ ứng ao hơn kim loại nền C45 an u.
Khi hàn bằng hợp kim bột M2 (10%WC+6%Cr3C2+84%Fe): Tiến hành kiểm tra ộ ứng tại iểm kh nhau nằm tr n vùng AHN.
H nh 5.48. Độ ứng vùng AHN nằm tr n nền thép C45 khi hàn h p kim ột M2 B ng 5.9. Kết qu o ộ ứng kim loại vùng AHN ủa m i hàn khi hàn ột h p kim M2.
Vùng kiểm tra ộ ứng Vị trí kiểm tra Kho ng h iểm o (àm)
Độ ứng (HV0,1)
Độ ứng (HRC) Vùng AHN
H7 100 357 36.3
H8 200 342 34.6
H9 300 321 32.3
Kiểm tra ộ ứng ở vùng AHN ủa m i hàn th y rằng, kí h thướ vết o ủa iểm H7, H8 và H9 ó xu hướng tăng n khi kho ng h từ iểm o ến ường ph n giới tăng l n. Do ó, ộ ứng ó xu hướng gi m n từ iểm H7 ến H9. V trong qu tr nh hàn, một s nguy n t Cr, W ị h a tan và khuế h t n từ m i hàn sang t m thép C45. C nguyển t Cr, W ó ộ ứng ao hơn n n làm gia tăng ộ ứng ủa kim loại vùng AHN. Ở g n ƣờng ph n giới giữa m i hàn và kim loại nền C45, nguy n t h p kim ứng này khuế h t n sang với s lƣ ng nhiều hơn, mật ộ lớn hơn n n ó ộ ứng ao hơn. Chúng tập trung ở g n vùng ph n giới. Ở àng xa ranh giới với m i hàn, mật ộ nguy n t h p kim này àng gi m, ẫn ến ộ ứng ũng gi m th o.