Chương VIII: Luyện kim hàn

Tài liệu "Chương VIII: Luyện kim hàn" giúp các bạn nắm được những kiến thức về: khái niệm luyện kim hàn, cấu trúc kim loại cơ bản, cách luyện kim đối với hàn, luyện kim hàn đối với các vật liệu được sử dụng phổ biến. Với các bạn chuyên ngành Hàn thì đây là một tài liệu hữu ích.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Chương VIII: Luyện kim hàn Chương VIII – LUYỆN KIM HÀNVIII.1. Khái niệm chung Luyện kim là khoa học nghiên cứu, xử lí cấu trúc bên trong của kim loại/ hợpkim và mối liên hệ giữa các cấu trúc này với các thuộc tính của kim loại và hợpkim. Nói đến luyện kim hàn, người ta thường quan tâm đến những thay đổi khácnhau xảy ra trong kim loại khi hàn các phần tử với nhau, đặc biệt là chúng ảnhhưởng đến tính chất cơ học. Người Thanh tra Hàn phải có kiến thức cơ bản về luyện kim hàn. Giả sửngười thanh tra đã có kiến thức về luyện kim hàn, thì họ cũng không hoàn toànchịu trách nhiệm về thông số kim loại cơ bản và kim loại hàn hoặc phươngpháp xử lí của chúng. Song, sự hiểu biết về bản chất luyện kim hàn không chỉgiúp cho người thanh tra trong công việc về hàn, mà còn trong nhiều lĩnh vựckhác. Một trong những nguyên nhân là cơ tính của kim loại như độ bền, độcứng, độ dẻo, độ dai, độ bền mỏi, độ chống mài mòn, tất cả đều chịu ảnhhưởng do sự chuyển biến luyện kim trong quá trình hàn. Các thuộc tính bị ảnh hưởng bởi các yếu tố luyện kim khác nhau gồm việc bổsung nguyên tố hợp kim, xử lí cơ nhiệt. Người Thanh tra Hàn phải hiểu cácthuộc tính này để cảm nhận tốt hơn nhằm phục vụ tốt các nguyên công sảnxuất. Các yêu cầu sản xuất nhất định, như gia nhiệt, xử lí nhiệt sau hàn, kiểmtra nhiệt độ giữa các lượt hàn, kiểm tra năng lượng đường, đầm mối hàn, giảmứng suất nhiệt… có thể gây ra một số loại chuyển biến luyện kim từ đó ảnhhưởng đến tính chất cơ học của kim loại. Vì vậy, chương này sẽ mô tả chủyếu các khía cạnh luyện kim hàn thép và nhấn mạnh đến các phương pháp điềukhiển những thay đổi có thể xảy ra. Do chủ đề luyện kim hàn gồm nhiều khía cạnh, nên có thể vượt ra chủ đềthảo luận. Do đó ở đây chỉ giới hạn những thay đổi quan trọng mà có thể xảy ratrong nguyên công hàn. Những thay đổi này được tóm tắt và chia làm hai loại. Loại đầu tiên gồm những thay đổi xảy ra bên trong kim loại khi nó nhận đượcnhiệt năng và chuyển từ nhiệt độ bình thường đến nhiệt độ cao và các giai đoạnkhi hạ từ nhiệt độ cao về nhiệt độ thấp. Loại thứ hai là ảnh hưởng của tốc độthay đổi nhiệt độ đến các thuộc tính của kim loại. Quan trọng hơn nữa là tìmhiểu quá trình nguội của kim loại từ nhiệt độ cao đến nhiệt độ bình thườngdiễn ra như thế nào. 1 Đầu tiên, khảo sát những thay đổi xảy ra trong kim loại khi nó được làm nóngvà hạ nhiệt một cách đều đều. Tuy nhiên, cần chú ý rằng quá trình hàn thể hiệnmột số vấn đề rất khác vì nguyên công hàn có xu hướng gia nhiệt tập trung vàovùng rất nhỏ của kim loại. Do đó nung nóng và làm nguội không đều sẽ gây ramột số vấn đề khác nữa.VIII.2. Cấu trúc (tổ chức) kim loại cơ bản.VIII.2.1. Sự sắp xếp các nguyên tử Để hiểu được các thuộc tính luyện kim của kim loại, cần phải bắt đầu bằngviệc mô tả một số thuộc tính của hạt có trong các dạng vật chất. Các hạt cơbản này kết hợp lại tạo thành các dạng vật chất thể rắn (đặc), lỏng, khí (hơi);chúng được biết đến với tên gọi là nguyên tử. Các nguyên tử này nhỏ đến mứcmắt thường không thể nhìn thấy, thậm chí dùng cả kính hiển vi công suấtmạnh nhất. Tuy nhiên khi bắt đầu ở mức độ này và được giải thích về tính chấtcủa nguyên tử cũng như cấu trúc của chúng, người đọc có thể hiểu đầy đủ hơnmột số hiện tượng mà được quan sát qua kính hiển vi hoặc với mắt thường. Một trong những tính chất quan trọng của các nguyên tử là ở dải nhiệt độ nhấtđịnh, chúng có khuynh hướng tạo nên cấu trúc có hình dạng riêng. Sở dĩ nhưvậy vì có những lực xác định tác động tương hỗ giữa các từng nguyên tử khigiữa chúng có một khoảng trống nhất định. Những lực này có khuynh hướngđẩy hoặc hút các nguyên tử với nhau, trong khi các nguyên tử cũng đang đẩynhau. Do đó từng nguyên tử được giữ ở vị trí riêng của chúng đối với các nguyêntử khác quanh đó bằng các lực tương tác (h.VIII.1). Những nguyên tử ở vị tríriêng của chúng được sắp xếp theo hàng, cột và lớp trong mạng tinh thể làkhông gian ba chiều đối xứng. Hình VIII.1 2 Tuy nhiên, các vị trí này không cố định. Trong thực tế, chúng có xu hướng daođộng quanh vị trí cân bằng để duy trì khoảng cách cân bằng. Với nhiệt độ đãcho, chúng sẽ giữ vị trí cân bằng. Khi có sự cân bằng giữa các lực hút và lựcđẩy, thì người ta nói rằng năng lượng bên trong (nội năng) của kim loại ở mứccân bằng. Mọi cố gắng nhằm tác động cho các nguyên tử lại gần nhau sẽ bị lực đẩychống lại và lực đẩy đó sẽ tăng khi các nguyên tử bị đẩy lại gần nhau. Phảnứng này là bằng chứng thực tế cho thấy kim loại thể hiện độ bền nén rất cao.Tương tự như vậy, mọi cố gắng nhằm kéo các nguyên tử xa nhau sẽ bị lực hútchống lại. Song lực hút sẽ bị giảm mạnh khi các nguyên tử trở nên xa cách nhau. Dẫn chứng của phản ứng này có thể được quan sát thấy khi thử kéo. Khi đồ thịở dưới điểm chảy, tải trọng làm mẫu bị giãn dài ra và khoảng trống giữa cácnguyên tử tăng lên. Khi giảm lực kéo (tải trọng) mẫu sẽ thể hiện tính đàn hồi,tức là mẫu sẽ trở về kích thước ban đầu. Nếu tải trọng tác dụng lên mẫu tăng lên vượt quá điểm chảy của kim loại, nósẽ thể hiện tính dẻo. Giờ đây nó sẽ không trở về kích thước dài hoặc khoảngcách giữa các nguyên tử ban đầu, vì các nguyên tử chịu tác dụng lực khá lớn đểtách xa nhau mà lực hút không đủ mạnh để giữ chúng ở vị trí ban đầu. Khikhoảng cách (khoảng trống) giữa các nguyên tử tiếp tục tăng vượt xa điểmchảy thì lực hút này càng yếu và không đủ sức để giữ các nguyên tử liên kết vớinhau nữa làm cho kim loại bị phá hủy. Trước hết chú ý rằng các nguyên tử kim loại thể hiện khoảng trống riêng đặctrưng ở nhiệt độ hoặc năng lượng bên trong với mức nhất định. Vì nhiệt là mộtdạng của năng lượng, nên nội năng của kim loại tăng khi nhiệt độ của nó tăng.Năng lượng bổ sung này có xu hướng làm cho các nguyên tử dao động mạnhhơn dẫn đến khoảng trống giữa các nguyên tử tăng lên. Có thể quan sát mộtcách rõ ràng năng lượng bổ sung ...