Tạo lớp phủ thép hợp kim trên bề mặt chi tiết dạng trụ bằng công nghệ hàn nổ

Năng lượng nổ cũng được ứng dụng trong việc tạo phôi hợp kim nhiều lớp đồng thời kết hợp với nhiều phương pháp công nghệ truyền thống như: phun nổ tạo lớp phủ kim loại lên bề mặt kim loại nền, ép nổ tạo hình vật liệu bột kim loại, dập nổ biến dạng tạo hình các hợp kim khó biến dạng dẻo, gia công biến cứng chi tiết bằng thép hợp kim tại những vùng cục bộ chịu tải trọng lớn...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Tạo lớp phủ thép hợp kim trên bề mặt chi tiết dạng trụ bằng công nghệ hàn nổT¹p chÝ Khoa häc & C«ng nghÖ - Sè 4(48) Tập 2/N¨m 2008TẠO LỚP PHỦ THÉP HỢP KIM TRÊN BỀ MẶT CHI TIẾT DẠNG TRỤBẰNG CÔNG NGHỆ HÀN NỔHà Minh Hùng - Phạm Văn Quế (Viện Nghiên cứu Cơ khí)1. Đặt vấn đề:Sử dụng năng lượng nổ trong gia công kim loại bằng áp lực là một trong các phươngpháp biến dạng tạo hình tiên tiến để tạo phôi, hoặc phục hồi các chi tiết máy có hình thù từ đơngiản đến phức tạp mà không cần phải đầu tư thiết bị tạo áp lực lớn nhờ có nhiều ưu điểm và tínhchất đặc biệt của quá trình nổ, và do vậy đã được nghiên cứu ứng dụng rộng rãi tại các nướccông nghiệp tiên tiến như Mỹ, Liên Xô trước đây, Nhật Bản và nhiều nước khác, trong đó đã cómột vài nghiên cứu ứng dụng tại Việt Nam.Ở Mỹ, người ta đã sử dụng năng lượng nổ để hàn các tấm kim loại kích thước lớn có diệntích đến 34 m2 với nhau bằng một lần nổ mà không cần thiết bị tạo áp lực nào có thể thay thế được.Năng lượng nổ cũng được ứng dụng trong việc tạo phôi hợp kim nhiều lớp đồng thời kết hợp vớinhiều phương pháp công nghệ truyền thống như: phun nổ tạo lớp phủ kim loại lên bề mặt kim loạinền, ép nổ tạo hình vật liệu bột kim loại, dập nổ biến dạng tạo hình các hợp kim khó biến dạng dẻo,gia công biến cứng chi tiết bằng thép hợp kim tại những vùng cục bộ chịu tải trọng lớn...Hàn bằng năng lượng nổ đã được các nhà khoa học trên thế giới, trong đó có Liên Xôtrước đây, đặc biệt quan tâm và đầu tư nghiên cứu ứng dụng trong lĩnh vực phục hồi các chi tiếtmáy có kích thước và khối lượng lớn ngay tại hiện trường sử dụng, ví dụ như: hàn phục hồi cácchỗ hư hỏng trên đường ống dẫn dầu khí, tạo phôi để làm các bể chứa chịu ăn mòn hoá học, chếtạo vật liệu hợp kim nhiều lớp từ những kim loại và hợp kim khó biến dạng dẻo ở điều kiệnthông thường dùng trong công nghiệp hàng không và vũ trụ. Một lĩnh vực ứng dụng năng lượngnổ khác trên thế giới là phục hồi các chi tiết từ vật liệu bằng thép và hợp kim mầu khác có dạngống như xy lanh thuỷ lực, dạng cánh tuốc bin thuỷ khí, các gối tựa chịu lực dạng cầu... cũng rấtcó hiệu quả kinh tế [1].3. Cách tiếp cận- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết hàn nổ để biến dạng dẻo tóp ống chi tiết dạng hình trụ để từđó tính toán lượng thuốc nổ sử dụng cần thiết để thí nghiệm phục hồi một số xy lanh thuỷ lựcbằng thép trong bộ giảm xóc xe ô tô vận tải mỏ tại Quảng Ninh;- Nghiên cứu thực nghiệm phát triển công nghệ hàn nổ tóp ống để tạo phôi bimetal dạngtrụ từ vật liệu lõi thép bên trong là thép chế tạo máy thông thường (thép 45), và lớp phủ bề mặtlàm việc của một số chi tiết máy bằng thép hợp kim chịu mòn cao (thép ШХ15);- Nghiên cứu tính chất biên giới hai lớp bimetal thép 45 + thép ШХ15 sau hàn nổ theo mộtsố phương pháp ở các công trình [1÷5].3. Nội dung báo cáo3.1. Bài toán biến dạng tóp ống kim loại bằng năng lượng nổChúng ta quan sát một ống kim loại hình trụ có bán kính ngoài R1 và bán kính trong R2,chịu áp lực p phân bố đều ở mặt ngoài (hình 1). Khi p đạt một giá trị p1 nào đó thì ống kim loại45Héi th¶o Khoa häc toµn quèc C«ng nghÖ vËt liÖu vµ bÒ mÆt - Th¸i Nguyªn 2008bắt đầu biến dạng dẻo và các phân tố của ống bị dịch chuyển vào phía tâm một cách đối xứng.Để đơn giản hóa quá trình tính toán, chúng tôi giới hạn ống kim loại có chiều dầy nhỏ so vớibán kính của ống. Từ đó cho phép có thể bỏ qua ảnh hưởng của chiều dài ống trong phép tính,và ta có thể coi như bài toán phẳng. Khi đó, phương trình cân bằng ứng suất tại một phần tử nhỏcủa ống khi chưa chuyển động trong tọa độ cực có dạng:dσ r σ r − σ ϕ+=0drr(1)Theo điều kiện dẻo Misses:σr −σϕ =23σT(2)trong đó: σr, σϕ - ứng suất hướng tâm và ứng suất tiếp tuyến tương ứng;σT - ứng suất chảy của vật liệu.Đặt biểu thức (2) vào (1) và lấy tích phân phương trình (1) ta có:− 2σ Tσr =ln r + c(3)3Khi ống bắt đầu biến dạng dẻo, hằng số tích phân được xác định bởi điều kiện sau:2σ Tσr (r = R2) = 0; c =(4)ln R 23− 2σ TrĐặt biểu thức (4) vào (3) ta có:(5)lnσ r =R3Giới hạn áp suất p1 đủ để xy lanh biến dạng dẻo dưới tác dụng của tải trọng tĩnh được xác địnhtheo biểu thức:− 2σ TRp 1 = + σ r (r = R 1 ) =ln 1(6)R23ở đây: dấu “−” biểu thị áp suất nén.Trong trường hợp ống thép biến dạng dưới tác dụng của tải trọng động xung cao tốc khi nổthì σT không thể là ứng suất chảy tĩnh của vật liệu, mà khi đó ta phải lấy giới hạn chảy động σtd:− 2Rp td =σ td ln 1(7)R23Sau đ ây ta hãy xét tr ườ ng h ợ p ố ng b ị tóp co l ạ i theo h ướ ng kính (v ậ t li ệ u thànhố ng chuyể n độ ng h ướ ng vào tâm) d ướ i tác d ụ ng c ủ a áp l ự c xung n ổ . Nhà khoa h ọ cng ườ i Nga nghiên c ứ u trong l ĩ nh v ự c hàn n ổ Đeribas A. A. gi ả thi ế t coi hình tr ụ b ị bi ế nd ạ ng r ấ t nhanh nh ư m ộ t ch ấ t l ỏ ng lý t ưở ng. Khi đ ó, n ế u g ọ i r o là kho ả ng cách c ủ a m ộ tph ầ n t ử nh ỏ c ủ a ố ng đố i v ớ i tâm tr ướ c lúc bi ế n d ạ ng: r(r o , t) là kho ả ng cách c ủ a chínhđ i ể m đ ó ở th ờ i đ i ể m t (s ...