5. Kết quả nghiên cứu và bàn luận
5.2. Sự khuếch tán và hòa tan các nguyên tố hợp kim
Trong qu tr nh hàn PTA, kim loại vũng hàn t n tại ở trạng th i l ng. Sau khi kết tinh, m i hàn ƣ tạo ra với thành ph n ơ n là h p kim ột Eutroloy 16606, h p kim ột M và một ph n kim loại nền C45 tham gia vào m i hàn khi ở trạng th i l ng. Sự h a tan nguy n t h p kim x y ra trong qu tr nh l ng và tập trung hủ yếu ở g n vùng ranh giới giữa kim loại m i hàn và kim loại nền C45. M t kh , o sự h nh l h về hàm lƣ ng, n ng ộ n n một s nguy n t h p kim nhƣ Cr, W, V, Mo, Mn, Si, F , C từ h p kim ột Eutroloy 16606 và h p kim ột M ị h a tan và khuế h t n một ph n vào kim loại nền C45 ƣới t ụng ủa ngu n nhi t h quang plasma. Tuy nhi n, nguy n t h p kim như Cr, V, W, Mo ó kí h thướ nguy n t lớn n n sự khuế h t n vào kim loại nền C45 ũng ị hạn hế hơn. B n ạnh ó, nguy n t h p kim trong nền thép C45 nhƣ F ,
Si, Mn, C ũng khuế h t n và h a tan một ph n vào m i hàn khi ở nhi t ộ ao. Trong nguy n t h p kim, ó lẽ C là nguy n t ị h a tan và khuế h t n mạnh nh t v nguy n t ủa nguy n t C ó kí h thướ nh , sự h nh l h về n ng ộ và hàm lư ng C trong thép C45 so với h p kim ột Eutroloy 16606 và h p kim ột M, sự t ộng ủa ngu n nhi t h quang plasma là những iều ki n thuận l i ể C ị khuế h t n và h a tan. Tuy nhi n, o t ộ hàn PTA ƣ i thi n, năng lƣ ng ƣờng th p, t ộ nóng h y và kết tinh ủa kim loại vũng hàn nhanh n n hạn hế ƣ sự khuế h t n và h a tan ủa nguy n t h p kim. V vậy, mứ ộ h a tan và khuế h t n nguy n t ủa nguy n t h p kim phụ thuộ hủ yếu vào năng lƣ ng ƣờng và hế ộ hàn PTA.
Để nh gi mứ ộ h a tan và khuế h t n kim loại vào nhau, t gi s ụng phương ph p quang phổ họ . Đ y là một trong những phương ph p hỗ tr ho vi kiểm tra thành ph n kim loại, nh gi mứ ộ ph n ủa nguy n t h p kim. V vậy, ph n tí h ằng phương ph p phổ i n t EDS là ơ sở ể t gi ó thể x ịnh thành ph n và sự ph n ủa nguy n t h p kim trong vùng kim loại m i hàn và vùng l n ận.
H nh 5.33. Thành ph n, mật ộ và sự ph n ủa nguy n t h p kim
Quan s t và ph n tí h phổ H nh 5.33 th y rằng, mỗi nguy n t h p kim ph t ra một phổ kh nhau. Căn ứ vào phổ ph t ra ủa nguy n t , ó thể x ịnh ƣ thành ph n h p kim, mật ộ và sự ph n ủa húng ở vùng kim loại m i hàn và vùng ranh giới.
H nh 5.34. Mật ộ và sự ph n ủa nguy n t h p kim
Ph n tí h H nh 5.34 th y rằng, mật ộ và sự ph n nguy n t ủa nguy n t Fe, Cr, Mo, W, V, C là kh nhau. Điều này ho th y, ó sự h a tan và khuế h t n nguy n t ủa nguy n t h p kim trong qu tr nh hàn PTA. Tuy nhi n, mứ ộ h a tan và khuế h t n ủa từng nguy n t là kh nhau. Nguy n t ủa nguy n t h p kim ị h a
tan và khuế h t n sang t m thép C45 ó sự tập trung lớn nh t ở vùng AHN nằm tr n t m nền C45 g n ƣờng ph n giới với m i hàn. Ở vùng tr n t m thép C45 àng xa ƣờng ph n giới, mật ộ nguy n t ủa nguy n t h p kim àng gi m.
Kim loại nền là thép C45 với thành ph n ơ n là F hiếm 98,5%. Qu tr nh hàn PTA, nguy n t F từ nền C45 khuế h t n và h a tan một ph n vào m i hàn o sự h nh l h về n ng ộ. Điều này làm tăng mật ộ nguy n t F trong kim loại m i hàn.
Sự gia tăng mật ộ nguy n t F trong m i hàn ó thể g y nh hưởng ến u trú , tổ hứ và ơ tính m i hàn. Kim loại m i hàn sẽ ị gi m ộ ứng, nhƣng ộ ẻo sẽ tăng l n làm tăng sự li n kết trong kim loại m i hàn và giữa kim loại m i hàn với kim loại ơ n.
Trong thành ph n hóa họ ủa thép C45 không ó nguy n t h p kim Cr. Crôm hỉ ó trong thành ph n ủa h p kim ột Eutroloy 16606 và h p kim ột M. Nó là một trong những nguy n t quyết ịnh ến ộ ứng, kh năng hịu mài m n ủa lớp ắp. Kết qu ph n tí h ằng phổ i n t EDS ho th y, ó sự xu t hi n nguy n t Cr trong vùng AHN ủa m i hàn. Nhƣ vậy, nguy n t Cr rõ ràng ị h a tan và khuế h t n từ h p kim ột Eutroloy 16606 và h p kim ột M sang nền thép C45. Điều này sẽ làm gi m mật ộ nguy n t Cr trong kim loại m i hàn, ẫn ến làm gi m ộ ứng, kh năng hịu mài m n ủa kim loại lớp ắp. M t kh , sự xu t hi n nguy n t Cr trong vùng AHN ủa m i hàn nằm tr n t m thép C45 sẽ làm tăng ộ ứng, gi m ộ ẻo ủa kim loại vùng này.
Ph n tí h phổ i n t EDS th y rằng, ó sự xu t hi n nguy n t ủa nguy n t Mo trong vùng AHN ủa m i hàn. Tuy nhi n, mật ộ nguy n t Mo trong vùng AHN là không lớn. Ở vùng àng xa ƣờng ph n giới với m i hàn, mật ộ nguy n t Mo àng gi m mạnh. Sự suy gi m hàm lƣ ng Mo trong kim loại m i hàn sẽ làm gi m kh năng hịu nhi t ủa kim loại lớp ắp.
Vônfram là một thành ph n quan trọng quyết ịnh ến ộ ứng, kh năng hịu mài m n ủa kim loại lớp ắp. Kết qu ph n tí h phổ i n t EDS ho th y, ó sự xu t hi n ủa nguy n t W trong vùng AHN ủa m i hàn. Tuy nhi n, mật ộ ủa nguy n t W trong vùng AHN là không lớn. Sự xu t hi n ủa W trong vùng AHN làm thay ổi tổ hứ và tính h t ủa kim loại vùng này.
Vana i là thành ph n quan trọng quyết ịnh ến kh năng hịu mài m n ủa kim loại lớp ắp. Kết qu ph n tí h phổ i n t EDS ho th y, ó sự xu t hi n ủa nguy n t V trong vùng AHN ủa m i hàn. Tuy nhi n, mật ộ ủa nguy n t V trong vùng AHN ủa m i hàn là không lớn.
C nguy n t C on tập trung nhiều ở g n ƣờng ph n giới giữa m i hàn và vùng AHN. Do ó kí h thướ nh , tính linh hoạt ao n n nguy n t C ị h a tan và khuế h t n kh mạnh trong môi trường nhi t ao ủa h quang plasma. M t kh , trong qu tr nh hàn, nguy n t C tự o trong h p kim ột sẽ kết h p với nguy n t h p kim nhƣ Cr, W, V ể tạo ra ít và hỗn h p nhƣ Cr-Fe-C, Cr-W-Mo.
Tiến hành ph n tí h thành ph n nguy n t h p kim trong vùng AHN ằng kỹ thuật EDS th y rằng, hàm lƣ ng nguy n t F hiếm s lƣ ng lớn trong vùng AHN. Ngoài ra, trong vùng AHN n ó sự xu t hi n ủa nguy n t Cr, V, Mo, W, C. C nguy n t Cr, V, Mo, W hỉ ó trong thành ph n h p kim ột Eutroloy 16606 và h p kim ột M, n trong thép C45 không ó thành ph n này. Hàm lƣ ng nguy n t C trong vùng AHN ũng ao hơn trong kim loại nền C45 và h p kim ột Eutroloy 16606 ũng nhƣ h p kim ột M an u. Điều này hứng minh rằng, nguy n t Cr, Mo, V, W, C ị h a tan và khuế h t n từ kim loại m i hàn vào vùng AHN. Tuy nhi n, hàm lƣ ng nguy n t F trong vùng AHN là kho ng 92.5% th p hơn so với gi trị an u ủa thép C45 (kho ng 98.4%). Nhƣ vậy, nguy n t F ị h a tan và khuế h t n từ t m thép C45 vào m i hàn n n làm gi m hàm lƣ ng F trong vùng AHN.
Tại vùng ph n giới, nguy n t h p kim tập trung với mật ộ lớn trong vùng kim loại m i hàn và vùng AHN g n ƣờng ph n giới giữa m i hàn với t m thép C45. V vậy,
sự khuế h t n và h a tan ủa nguy n t h p kim x y ra mạnh nh t tại vùng ph n giới giữa m i hàn với nền C45 khi ở trạng th i l ng. Để x ịnh thành ph n h p kim tr n vùng ph n giới, t gi kiểm tra thành ph n tại iểm nằm tr n ƣờng thẳng (màu vàng) ọ th o ƣờng ph n giới giữa kim loại m i hàn và kim loại nền C45.
H nh 5.35. Thành ph n và hàm lƣ ng nguy n t h p kim tr n vùng ph n giới
H nh 5.36. Biểu ph n nguy n t h p kim ọ ƣờng ph n giới
H nh 5.37. Hàm lƣ ng nguy n t h p kim tr n ƣờng ọ ƣờng ph n giới Kết qu ph n tí h thành ph n và hàm lƣ ng nguy n t tr n ƣờng thẳng ọ ƣờng ph n giới giữa m i hàn với nền C45 ằng EDS ho th y, hàm lƣ ng nguy n t F hiếm s lƣ ng lớn (92.8%). Hàm lƣ ng F trung nh tr n ƣờng ph n giới này ao hơn hàm lƣ ng F ó trong h p kim ột Eutroloy 16606 và h p kim ột M, nhƣng th p hơn so với hàm lƣ ng F trong kim loại nền C45. B n ạnh ó, tr n ƣờng ph n giới giữa m i hàn và kim loại nền C45 n ó sự xu t hi n ủa nguy n t h p kim Cr, V, Mo, W. C nguy n t h p kim này hỉ ó trong thành ph n h p kim ột Eutroloy 16606 và h p kim ột M, trong thép C45 không ó thành ph n này. V vậy, nguy n t h p kim này ị khuế h t n và h a tan tại vùng ph n giới giữa m i hàn với nền C45. Tuy nhi n, hàm lƣ ng ủa nguy n t h p kim này ị khuế h t n và h a tan vào t m thép C45 là không lớn (hàm lƣ ng nguy n t này nh hơn 1%). Hàm lƣ ng nguy n t C tr n ƣờng ph n giới (4.9%) ũng ao hơn trong kim loại nền C45 và h p kim ột Eutroloy 16606 an u.
Điều này ho th y, C kết h p với Cr, V, W ể tạo ra ít ủa húng và nằm trong vùng ph n giới giữa kim loại m i hàn và kim loại nền C45. Tuy nhi n, hàm lƣ ng nguy n t ó thể tạo ít nhƣ Cr, W, V là không lớn n n hàm lƣ ng ít o húng tạo ra là không lớn.
Để nh gi hính x hàm lƣ ng nguy n t h p kim trong vùng, t gi tiếp tụ ph n tí h ở nhiều iểm kh nhau nằm tr n ƣờng thẳng vuông gó với ƣờng ph n giới giữa m i hàn và kim loại nền C45. Đường thẳng này xu t ph t từ ỉnh m i hàn, i qua vùng ranh giới và vùng AHN ủa m i hàn.
H nh 5.38. Thành ph n và hàm lƣ ng nguy n t h p kim tại vùng
H nh 5.39. Biểu ph n nguy n t h p kim tr n ƣờng vuông gó với m i hàn
H nh 5.40. Hàm lƣ ng nguy n t h p kim tr n ƣờng vuông gó với m i hàn Ph n tí h nh EDS H nh 5.40 th y rằng, ó sự xu t hi n ủa nguy n t h p kim với hàm lƣ ng kh nhau. Trong ó, nguy n t F ó hàm lƣ ng r t ao (87.7%). C nguy n t h p kim ứng nhƣ Cr, W, V, Mo ó hàm lƣ ng nh hơn 5%.
Quan s t iểu sự ph n nguy n t tr n H nh 5.39 th y rằng, ó sự thay ổi kh rõ nét về hàm lƣ ng nguy n t h p kim tại vùng. Ở tr n pha ứng nằm trong m i hàn, hàm lƣ ng F ị suy gi m kh mạnh. Nhƣng lại ó sự gia tăng ng kể hàm lƣ ng W và C trong vùng m i hàn. Điều này ho th y, vị trí kiểm tra i qua pha ứng là Vonfram ít. Hàm lƣ ng nguy n t h p kim kh ũng ó sự thay ổi giữa vùng, nhƣng sự thay ổi này là không qu lớn. Sự thay ổi hàm lƣ ng nguy n t h p kim hủ yếu tập trung ở vùng m i hàn và vùng ph n giới giữa m i hàn với kim loại nền.
Tuy nhi n, khi i s u vào kim loại nền C45, ở tr n vùng AHN hàm lƣ ng nguy n t Cr vẫn tương i ao. Điều này hứng minh rằng, nguy n t Cr ị h a tan và khuế h t n vào t m thép C45 với hàm lư ng kh lớn và phạm vi tương i rộng. Sự gia tăng hàm lư ng Cr trong vùng AHN nằm tr n t m thép C45 sẽ làm thay ổi tổ hứ , ơ tính, gia tăng ộ ứng ủa kim loại vùng này.