Nghiên cứu ảnh hưởng của áp lực va đập khi hàn nổ tới độ bền và cấu trúc mối hàn vật liệu Bimetal thép các bon – thép hợp kim làm dao cắt công nghiệp

Bài viết này trình bày kết quả nghiên cứu thực nghiệm về ảnh hưởng của một số chế độ nổ tới chất lượng vật liệu bimetal thép CT.3 – thép hợp kim 65Mn sau hàn nổ, thông qua tiêu chí tổng hợp đánh giá chất lượng mối hàn là độ bền bám dính và đặc điểm tổ chức tế vi kim loại tại vùng lân cận biên giới 2 lớp.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Nghiên cứu ảnh hưởng của áp lực va đập khi hàn nổ tới độ bền và cấu trúc mối hàn vật liệu Bimetal thép các bon – thép hợp kim làm dao cắt công nghiệp Hà Minh Hùng và Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 93(05): 3 - 10 NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA ÁP LỰC VA ĐẬP KHI HÀN NỔ TỚI ĐỘ BỀN VÀ CẤU TRÚC MỐI HÀN VẬT LIỆU BIMETAL THÉP CÁC BON – THÉP HỢP KIM LÀM DAO CẮT CÔNG NGHIỆP Hà Minh Hùng*, Nguyễn Gia Tín Viện Nghiên cứu Cơ khí, Bộ Công Thương TÓM TẮT Bài viết này trình bày kết quả nghiên cứu thực nghiệm về ảnh hưởng của một số chế độ nổ tới chất lượng vật liệu bimetal thép CT.3 – thép hợp kim 65Mn sau hàn nổ, thông qua tiêu chí tổng hợp đánh giá chất lượng mối hàn là độ bền bám dính và đặc điểm tổ chức tế vi kim loại tại vùng lân cận biên giới 2 lớp. Trên cơ sở đó lựa chọn miền các thông số nổ thích hợp đảm bảo chất lượng phôi bimetal đủ yêu cầu kỹ thuật cho việc chế tạo một số dụng cụ cắt công nghiệp tùy theo lĩnh vực sử dụng cụ thể và đề xuất giải pháp công nghệ cho phép nâng cao hiệu suất sử dụng phôi bimetal trong điều kiện hàn nổ có giới hạn trên trường nổ ở Việt Nam. Từ khóa: vật liệu bimatel, thép các bon, dao cắt công ngiệp ĐẶT VẤN ĐỀ* Trong công trình [1] đã trình bày về kết quả thực nghiệm nghiên cứu khảo sát ảnh hưởng của các chế độ hàn nổ tạo phôi vật liệu bimetal thép CT.3 – thép hợp kim 65Mn tới mức độ biến dạng dẻo của mẫu sau hàn nổ trong điều kiện Việt Nam và đề xuất lượng dư tối thiểu cần thiết vừa đủ cho gia công cơ khí đến thành phẩm dao cắt công nghiệp có chiều dài nguyên khối lớn (đến 2.000 mm), đảm bảo tiêu chuẩn kỹ thuật tương đương sản phẩm nhập ngoại. Theo kinh nghiệm thực tiễn của nhiều nhà nghiên cứu trên thế giới và của nhóm tác giả, có 3 thông số nổ chính gây ảnh hưởng mạnh tới chất lượng vật liệu bimetal là: 1) Tỷ lệ khối lượng thuốc nổ so với khối lượng tấm kim loại hàn (r), phụ thuộc vào thành phần và mật độ rải của thuốc nổ sử dụng; 2) Tỷ lệ khe hở hàn so với chiều dày tấm kim loại hàn (h); 3) Tỷ lệ hàm lượng amônít AD1 so với chất phụ gia trong thuốc nổ sử dụng (C), xác định tốc độ nổ danh nghĩa của thuốc nổ hỗn hợp trong từng trường hợp cụ thể [2].Vấn đề đặt ra là: cần phải tiến hành các thí nghiệm theo quy hoạch thực nghiệm (QHTN) trên các mẫu có kích thước hình học không lớn đối với cặp vật liệu thép CT.3 – thép 65Mn để làm rõ vùng lựa chọn thích hợp của các thông số hàn * nổ: r, h và C sao cho đảm bảo chất lượng mối hàn theo tiêu chí độ bền bám dính 2 lớp cao; biên giới 2 lớp có dạng sóng âm và ít hợp chất liên kim loại giòn; đủ điều kiện làm việc ở tải trọng va đập cao hơn so với vật liệu bimetal thép CT.3 – thép CD100 đã đề cập trong công trình [3]. Do có sự khác nhau về cơ tính của các mác thép CD100 và thép 65Mn như đã đề cập trong công trình [1] mà việc tiến hành các nghiên cứu thực nghiệm đối với cặp vật liệu thép CT.3 – thép 65Mn để xác định vùng điều chỉnh của các thông số nổ r, h và C là rất cần thiết, bởi do nó mang tính chất đặc trưng đại diện cho một số mác thép hợp kim có hàm lượng măng-gan (Mn) khoảng 1 % trong thành phần hóa học như thép 55Mn, 70Mn, 75Mn, cũng như do cơ tính của thép 65Mn cao hơn so với mác thép dụng cụ CD100 sẽ có tính hàn với thép CT.3 cũng như thép các bon C20, C.30 là khá riêng biệt. Phạm vi điều chỉnh bộ 3 thông số hàn nổ r, h và C trong trường hợp này cần được quy định trong miền phù hợp để biến dạng dẻo vật liệu cao hơn so với vật liệu bimetal thép CT.3 – thép CD100 đã xét[3]. PHƯƠNG PHÁP VÀ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU Chọn vật liệu thí nghiệm: - Vật liệu thí nghiệm là thép tấm cán nóng nhập khẩu, sẵn có trên thị trường Việt Nam. Thành phần hóa học vật liệu thí nghiệm cho trong bảng 1 & 2 [2]. 3 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Hà Minh Hùng và Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 93(05): 3 - 10 Bảng 1. Thành phần hoá học, cơ tính lớp thép nền thân dao theo tiêu chuẩn Nga ГOCT 380-88 [2] Thành phần hoá học % (theo khối lượng) Độ bền, Giới hạn Độ giãn dài Độ cứng MPa chảy, MPa tương đối, % Brimen,HB C Si Mn P S Fe 98,95 ÷ 373÷ CT.3 0,18 0,1÷ 0,2 0,6 ≤ 0,03 ≤ 0,04 206÷245 24÷27 206÷245 99,05 481 Mác thép Bảng 2. Thành phần hoá học và cơ tính lớp thép lưỡi cắt dao [2] Mác thép Thành phần hoá học % (theo khối lượng) và cơ tính C Si Mn P S Cr Ni Cu Fe Còn lại ≤ 0,04 ≤ 0,25 ≤ 0,25 ≤ 0,25 ≤ 0,035 0,62÷0,7 0,17÷0,37 0,9÷1,2 65Г Giới hạn chảy: Độ giãn dài tương đối: HB=229 ÷ (65Mn) Độ bền : σb = 736 MPa 282 (ủ) σS = 453 MPa δ= 9 % - Tiến hành quy hoạch thực nghiệm kiểu 3 mức (N = 33 = 27) khi sử dụng phương án nổ treo theo sơ đồ nổ song song [2] được chọn với kích thước hình học như sau: δ1 x b1 x l1 = 5 x 110 x 330 mm (lớp thép 65Mn); δ2 x b2 x l2 = 30 x 100 x 300 mm (lớp thép CT.3) chiều dài 750 ÷ 2.000 mm. Thiết bị thí nghiệm - Trên hình 1 là nguyên lý hàn nổ theo sơ đồ nổ song song [3]. Đế nổ được chế tạo bằng thép tấm và bê tông cốt thép, việc rải thuốc nổ trên mỗi pakét nổ được thực hiện ngay tại trường nổ trên khai trường mỏ tỉnh Quảng Ninh. Sử dụng thuốc nổ công nghiệp amônit AD1 có pha trộn theo phụ gia nitơrat amôni của Việt Nam sản xuất, tốc độ nổ của nó tùy thuộc vào mật độ rải thuốc đạt trong khoảng 3.400 ÷ 4.200 m/s, đo trực tiếp nhờ trợ giúp của thiết bị đo tốc độ nổ kỹ thuật số; áp dụng sơ đồ nổ song song đã đề cập trong công trình [4]. - Các thiết bị giám định chất lượng vật liệu bimetal gồm: máy ép kỹ thuật số; máy đo độ cứng HB, HRC tại Viện Nghiên cứu Cơ khí; kính hiển vi quang học tại bộ môn Vật liệu học và Xử lý bề mặt - Trường Đại học Bách khoa Hà Nội. Phương pháp nghiên cứu - Trình tự các bước tiến hành thí nghiệm hàn nổ tạo phôi bimetal thép CT.3 – thép 65Mn giống như đề cập trong công trình [4]. Để tìm vùng tối ưu các thông số công nghệ hàn nổ tạo phôi bimetal với điều kiện: r = 1,3; 1,5; 1,7; h = 0,8; 1,0; 1,2 và C = 0,8; 0,9; 1,0 (tương ứng với tốc độ nổ D = 3.400; 3.800; 4.200 m/s). Phương pháp tính toán tốc độ va đập (vp) và áp suất va đập (pk) tại điểm tiếp xúc giữa 2 tấm kim loại trong quá trình hàn nổ được tính t ...