Luận văn Nghiên cứu xác ðịnh ứng suất dư cho vật liệu tinh thể hạt thô (Phần 1)

Nội dung text: Luận văn Nghiên cứu xác ðịnh ứng suất dư cho vật liệu tinh thể hạt thô (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ HUỲNH CHÍ TRƯỜNG NGHIÊN CỨU XÁC ÐỊNH ỨNG SUẤT DƯ CHO VẬT LIỆU TINH THỂ HẠT THÔ NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ – 60520103 S K C0 0 4 9 2 8 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10/2016
2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ HUỲNH CHÍ TRƯỜNG NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH ỨNG SUẤT DƯ CHO VẬT LIỆU TINH THỂ HẠT THÔ NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ - 62520103 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10/2016
3. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ HUỲNH CHÍ TRƯỜNG NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH ỨNG SUẤT DƯ CHO VẬT LIỆU TINH THỂ HẠT THÔ NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ - 62520103 Hướng dẫn khoa học: PGS. TS. LÊ CHÍ CƯƠNG Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10/2016
4. LÝ LỊCH KHOA HỌC I. LÝ LỊCH SƠ LƯỢC Họ và tên: HUỲNH CHÍ TRƯỜNG Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 27/08/1977 Nơi sinh: Đồng Tháp Quê quán: Vĩnh Phước, Sa Đéc, Đồng tháp. Địa chỉ liên lạc: 126/3 Nguyễn Bỉnh Khiêm,Tp Rạch Giá, Kiên Giang. Điện thoại: 0909726597 E-mail: hctruong@kgtec.edu.vn II. QÚA TRÌNH ĐÀO TẠO Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian đào tạo từ 09/1997 đến 02/2002 Nơi học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh. Ngành học: Cơ Khí Chế Tạo Máy. Môn thi tốt nghiệp: Thực hiện đồ án tốt nghiệp. Ngày và nơi thi tốt nghiệp: 19/02/2002 tại Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh. III. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Thời gian Nơi công tác Công việc đảm nhiệm 2004 - Nay Khoa Cơ Khí, Trường CĐ Kinh tế kỹ Giảng viên thuật Kiên Giang. i
5. LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác Tp. Hồ Chí Minh, ngày 19 tháng 09 năm 2016 (Ký tên và ghi rõ họ tên) Huỳnh Chí Trường. ii
6. LỜI CẢM ƠN Trong thời gian học tập và nghiên cứu trong chương trình đào tạo sau đại học của trường Đại học sư phạm kỹ thuật TP.HCM, em đã tiếp thu và đúc kết được nhiều kiến thức bổ ích cho chuyên môn của mình. Với đề tài nghiên cứu dưới hình thức luận văn thạc sĩ, em đã vận dụng những kiến thức đã được học của mình để giải quyết một vấn đề thực tế. Đề tài của em là nghiên cứu xác định ứng suất dư cho vật liệu tinh thể hạt thô, nghiên cứu lý thuyết và làm thực nghiệm, vì lần đầu tiên tiếp xúc nên em gặp rất nhiều khó khăn. Với sự hướng dẫn tận tình của thầy hướng dẫn PGS TS. Lê Chí Cương cùng với sự hỗ trợ của gia đình, bạn bè, trung tâm Hạt Nhân TP.HCM. Cho đến thời điểm này luận văn của em củng đạt được những kết quả như mong muốn. Đến đây, cho phép em gửi lời cảm ơn chân thành đến: - Ban Giám Hiệu trường Đại học sư phạm kỹ thuật TP.HCM. - Thầy PGS TS. Lê Chí Cương – Khoa Cơ Khí Chế tạo Máy - trường Đại học sư phạm kỹ thuật TP.HCM. - Quý thầy cô trong khoa Cơ Khí Chế Tạo Máy - Trường Đại học sư phạm kỹ thuật TP.HCM. - Trung tâm Hạt Nhân TP. HCM - Gia đình, bạn bè và đồng nghiệp. Một lần nữa, em xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ, sự hỗ trợ động viên quý báu của tất cả mọi người. Xin trân trọng cảm ơn Tp. Hồ Chí Minh, tháng 09 năm 2016 iii
7. TÓM TẮT Xác định ứng suất dư cho vật liệu tinh thể hạt thô dùng nhiễu xạ x-quang có nhiều ưu điểm hơn so với các phương pháp xác định ứng suất dư khác bởi vì không phá hủy cấu trúc của vật liệu, có thể thực hiện ngay trên chi tiết. Ngoài ra, có thể đo và đánh giá khi chi tiết đang trong giai đoạn sửa chửa và bảo dưỡng Khi dùng phương pháp đo nhiễu xạ X-Quang cho trường hợp các hạt tinh thể lớn, hạt thô, chẳng hạn như mẫu ủ sẽ làm kết quả đo ứng suất dư bị sai lệch bởi vì chùm tia x không nhiễu xạ hết được hạt tinh thể. Điều này xảy ra ngay cả khi thời gian đo được kéo dài. Đây có thể là một vấn đề đối với các phép đo sử dụng mẫu đặt trên mặt phẳng ngang. Để giải quyết vấn đề này, một phương pháp dao động mẫu với góc ∆α sẽ khắc phục được nhược điểm này. Tuy nhiên khi góc ψ được thay đổi, khoảng dao động ∆α này chỉ có giá trị nhỏ vì bước quét góc nhiễu xạ 2θ thay đổi trong quá trình dao động ψ. Điều này ảnh hưởng đến mối quan hệ giữa các góc nhiễu xạ và góc ψ. Đề tài đã áp dụng phương pháp dao động mẫu để xác định ứng suất dư của mẫu vật liệu sau khi ủ. Kết quả cho thấy giá trị đo ứng suất dư chính xác nhất với góc dao động ∆α = 70 iv
8. ABSTRACT Determination of residual stresses of croarse-grain crystal materials using X- ray diffraction has more advantages than other methods, because this method does not damage structure of the material and high accuracy, it can directly measure on part that is working to help easy repair and maintenance. In case, the X-ray diffraction is used for large crystal and croarse grains such as residual stress measurement for annealed specimen will have deviation because the X-ray beam does not diffract on whole crystal grains. This deviation can occur even measurement time is extended. It can be a problem for the measurements using horizontal plane for locating specimen. To solve this problem, a method of oscillated specimen with angle Δα is often used. However, the osiclillation range Δα only uses small value for changing ψ angle, because scanning step of diffraction angle 2θ changes in during oscillate the angle ψ. This affects relationship between the diffraction angle and the angle ψ. Thesis applied the oscillated specimen method to determine the residual stress on annealed specimen. The result shows that the residual stress obtained with high accuracy at the oscillation angle Δα = 7° v
9. MỤC LỤC LÝ LỊCH KHOA HỌC i LỜI CAM ĐOAN ii LỜI CẢM ƠN iii TÓM TẮT iv ABSTRACT v MỤC LỤC vi Danh sách các ký hiệu ix Chương 1: TỔNG QUAN 1 1.1 Tổng quan về hướng nghiên cứu 1 1.1.1 Tổng quan các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nước 1 1.2 Tính cấp thiết của đề tài 3 1.3 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 3 1.3.1 Ý nghĩa khoa học 3 1.3.2 Ý nghĩa thực tiễn của đề tài 3 1.4 Mục đích nghiên cứu 4 1.5 Đối tượng nghiên cứu và phạm vi nghiên cứu 4 1.5.1 Đối tượng nghiên cứu 4 1.5.2 Nhiệm vụ nghiên cứu và giới hạn của đề tài 4 1.6 Phương pháp nghiên cứu 4 1.7 Bố cục của đề tài 5 Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 6 2.1 Biến dạng dẻo 6 2.1.1 Khái niệm 6 2.1.2 Cơ chế hình học của biến dạng dẻo 6 2.1.3 Biến dạng trượt trong đơn tinh thể 6 2.1.4 Sự biến đổi trong kim loại sau biến dạng dẻo 8 2.1.5 Nung kim loại sau biến dạng dẻo: 12 2.2 Tiêu chuẩn ASTM _ E112-12 cấp độ hạt. 19 2.3 Lý thuyết về nhiễu xạ tia X 20 2.2.1 Nguồn gốc tia X và đặc điểm tia X 20 2.2.2 Sự phát tán tia X 21 vi
10. 2.2.3 Hiện tượng nhiễu xạ tia X 21 2.2.4 Định luật Bragg và điều kiện nhiễu xạ [9]. 22 2.2.5 Các yếu tố ảnh hưởng đến cường độ nhiễu xạ LPA 24 2.4 Chiều sâu xuyên qua của tia x 26 2.5 Tính ứng suất 26 2.5.1. Xác định biến dạng 26 2.5.2 Xác định mối liên hệ ứng suất – biến dạng 29 2.5.3 Nguyên lý đo ứng suất: 31 2.6 Phương pháp đo 32 2.6.1 Thiết bị thí nghiệm 33 2.6.2 Kết quả của bài báo 33 Chương 3 THIẾT KẾ, CHẾ TẠO THIẾT BỊ DAO ĐỘNG MẪU 35 3.1 Yêu cầu của thiết bị dao động mẫu 35 3.2 Đề xuất phương án 35 3.2.1 Phương án 1 – Cải tiến bàn gá Vertex 35 3.2.2 Phương án 2- Theo bài báo của tác giả O. Takakuwa, H. Soyama 37 3.2.3 Phương án 3 – Thiết kế mới 37 3.3 Lựa chọn phương án 39 3.4 Chế tạo 39 3.5 Bộ điều khiển cho thiết bị dao động mẫu 39 3.6 Trình tự đo mẫu 40 Chương 4 TẠO MẪU THÍ NGHIỆM 41 4.1 Mẫu thí nghiệm 41 4.2 Thực hiện thí nghiệm: 43 4.3 Kết quả tạo mẫu thí nghiệm 45 Chương 5 ĐO ỨNG SUẤT DƯ 55 5.1 Chọn mẫu đo ứng suất dư 55 5.2 Đo ứng suất dư 55 5.3 Kết quả đo ứng suất 56 5.4 Kết quả các mẫu đo còn lại 59 5.5 Tổng hợp đo ứng suất các mẫu 59 Chương 6 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 62 vii
11. 1. Kết luận 62 2. Kiến nghị 63 PHỤ LỤC 1: 66 PHỤ LỤC 2: 74 PHỤ LỤC 3: 82 PHỤ LỤC 4: 90 viii
12. Danh sách các ký hiệu λ: Bước sóng tia tới SWL : giới haṇ bước sóng ngắn 2 : góc nhiễu xa ̣ d : khoảng cách giữa các mặt phẳng phân tử ( hkl ) Khoảng cách mặt tinh thể khi có ứng suất d0: Khoảng cách mặt tinh thể ở trạng thái không có ứng suất Si, Li : Hệ tọa độ mẫu và thí nghiệm (’33)φ : Biến dạng theo phương đo (hkl) Mặt phẳng tinh thể εij :Biến dạng thành phần trong hệ tọa độ mẫu aik, ij : Ma trận cosin chỉ phương và delta Kronecker σφ :Ứng suất thành phần trong hệ tọa độ mẫu E,  : Môđun đàn hồi và hệ số Poission của vật liệu m : Độ dốc của đường thẳng nội suy I0, I : Cường độ chùm tia tới và chùm tia nhiễu xạ A : Hệ số hấp thu XRD : X-Quang diffraction  : góc taọ bởi tia tới X và phương ngang : góc taọ bởi phương pháp tuyến của mẫu đo với măṭ phẳng nghiêng a : hê ̣số tính chất của vâṭ liêụ ( phu ̣thuôc̣ loaị vâṭ liêụ ) b : thể tích phần năng lương̣ tia tới trên môṭ đơn vi ̣thể tích ( phu ̣thuôc̣ vào đăc̣ tính của tia X như Cr-K , Cr-K, Cu-K, Co-K )  : hằng số hấp thụ ( phu ̣thuôc̣ vào đăc̣ tính của tia X và loaị vâṭ liêụ mẫu đo ) 0 : ứng suất chảy ban đầu (trước biến dạng dẻo); G : mô đun đàn hồi trượt; b : véctơ Burgers th :là độ biến dạng tới hạn nhỏ nhất để có kết tinh lại xảy ra ix
13. DANH MỤC HÌNH Hình 2.1: Mô hình trượt trong mạng tinh thể [1] 6 Hình 2.2: Sự chuyển dịch của lệch biên gây ra biến dạng dẻo. [1] 8 Hình 2.3: Sự thay đổi hình dạng hạt tinh thể sau biến dạng dẻo. [1] 9 Hình 2.4: Ảnh hưởng của biến dạng dẻo đến cơ tính & tính chất khác của kim loại [1] 11 Hình 2.5: Đa cạnh hóa [1] 13 Hình 2.6: Sơ đồ nhiệt luyện. 14 Hình 2.7: Kích thước hạt không đồng đều [1] 15 Hình 2.8: Kích thước hạt đồng đều [1] 15 Hình 2.9: Sự thay đổi hình dạng kích thước hạt sau kết tinh lại [1] 16 Hình 2.10: Sự phụ thuộc giữa mức độ biến dạng và nhiệt độ kết tinh lại [1] 18 Hình 2.11: Tính chất, độ hạt kim loại sau kết tinh lại [8] 19 Hình 2.12 : Định luật Bragg [6] 23 Hình 2.13: Mối quan hệ giữa góc 2theta và cường độ nhiễu xa. [6] 24 Hình 2.14: Đỉnh nhiễu xạ có chỉ số Miller h,k,l, và góc nhiễu xạ 2θ 25 Hình 2. 15: Góc nhiễu xạ 2θ và cường độ 25 Hình 2.16: Hệ tọa độ thí nghiệm và hệ toa độ mẫu[4] 27 2 Hình 2.17: Dạng tuyến tính của dφ,ψ-Sin ψ [4] 28 Hình 2.18: Dạng tác đôi góc  [4] 29 Hình 2.19: Dạng dao động 29 Hình 2.20: Trục tinh thể (Ci) và hướng của nó đối với hệ tọa độ mẫu (Si) 30 Hình 2.21: Mô hình nguyên lý của tác giả O. Takakuwa, H. Soyama [3] 33 Hình 2.22: Trục xoay mẫu ω 33 Hình 2. 23: Ứng suất dư với khoảng dao động ∆ω [3] 34 Hình 2.24: So sánh các vòng nhiễu xạ, có và không có góc ∆ω dao động [3] 34 Hình 2.25: Hình nón nhiễu xạ [9] 34 Hình 3.1: Bàn máy điều chỉnh góc nghiêng hãng Vertex 36 Hình 3.2: Bản vẽ bàn máy điều chỉnh góc nghiêng 36 Hình 3.3: Mô hình đo nhiễu xa của tác giả O. Takakuwa, H. Soyama[3] 37 Hình 3.4: Máy đo nhiễu xạ X-Quang Trung Tâm hạt nhân TP.HCM 37 Hình 3.5: Thiết kế mô hình thiết bị dao động mẫu. 38 Hình 3.6: Thiết bị dao động mẫu. 39 Hình 4.1: Mối quan nhiệt độ ủ và kích thước hạt. [8] 41 Hình 4.2: Đo tổ chức tế vi mẫu số 0 (chưa xử lý nhiệt) 42 Hình 4.3: Tổ chức tế vi thép C45, nhiệt độ nung 400oC, thời gian giữ nhiệt 2 giờ 44 Hình 4.4: Đo tổ chức tế vi mẫu M1 46 Hình 4.5: Đo tổ chức tế vi mẫu M2 46 Hình 4.6: Đo tổ chức tế vi mẫu M3 47 Hình 4.7: Đo tổ chức tế vi mẫu M4 47 Hình 4.8: Đo tổ chức tế vi mẫu M5 48 Hình 4.9: Đo tổ chức tế vi mẫu M6 48 Hình 4.10: Đo tổ chức tế vi mẫu M7 49 Hình 4.11: Đo tổ chức tế vi mẫu M8 49 x
14. Hình 4.12: Đo tổ chức tế vi mẫu M9 50 Hình 4.13: Đo tổ chức tế vi mẫu M10 50 Hình 4.14: Đo tổ chức tế vi mẫu M11 51 Hình 4.15: Đo tổ chức tế vi mẫu M12 51 Hình 4.16: Đo tổ chức tế vi mẫu M13 52 Hình 4.17: Đo tổ chức tế vi mẫu M14 52 Hình 4.18: Đo tổ chức tế vi mẫu M15 53 Hình 4.19: Đo tổ chức tế vi mẫu M16 53 Hình 4.20: Đo tổ chức tế vi mẫu M17 54 Hình 4.21: Đo tổ chức tế vi mẫu M18 54 Hình 5.1: Đường nhiễu xạ mẫu M12 có góc dao động ∆α 56 Hình 5.2: Đồ thị d-Sin2ψ của mẫu M12 có góc dao động ∆α 58 Hình 5.3: Ứng suất dư nhóm 1 với thời gian ủ 4 giờ 60 Hình 5.4: Ứng suất dư nhóm 2 với thời gian ủ 3 giờ 60 Hình 5.5: Ứng suất dư nhóm 3 với thời gian ủ 2 giờ 61 xi
15. DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1: Tiêu chuẩn ASTM về cấp độ hạt 2 Bảng 2.1: Tra các cấp độ hạt theo tiêu chuẩn ASTM [5] 20 Bảng 3.1: Các bộ phận thiết bị dao động mẫu 38 Bảng 4.1: Số lượng mẫu qua xử lý nhiệt 45 Bảng 5.1: Kích thước hạt theo ASTM 55 Bảng 5.2: Điều kiện để đo ứng suất 55 Bảng 5.3: Khoảng cách mặt tinh thể d và góc 2θmax 57 Bảng 5.4: Bảng tổng hợp đo ứng suất các mẫu. 59 xii
16. Chương 1 TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan về hướng nghiên cứu Nhiễu xạ tia X là một kỹ thuật hiệu quả để xác định ứng suất dư không phá hủy trong một vùng cục bộ của vật liệu tinh thể. Tuy nhiên, đối với các vật liệu tinh thể hạt thô như hàn hoặc vật liệu đúc, kỹ thuật này có khó khăn do số lượng thấp của hạt nhiễu xạ X-Quang trên vòng tròn nhiễu xạ và sự tuyến tính sơ đồ d-sin2ψ có thay đổi khi so sánh sự tuyến tính sin2ψ phổ biến cho các loại vật liệu có hạt tinh thể nhỏ. Một giải pháp kỹ thuật hiệu quả để tăng số lượng các hạt nhiễu xạ được sử dụng là phương pháp ψ-dao động, ta thu được sơ đồ sin2ψ hiệu quả tốt hơn [2]. Tuy nhiên, phương pháp này không được áp dụng rộng rãi vì sự hạn chế của các hệ thống phần cứng, giới hạn góc nghiêng ∆α dao động mẫu trong quá trình thực hiện đo mẫu Tóm tắt các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nước, và các vấn đề khoa học còn tồn tại cần nghiên cứu để giải quyết hiện nay. 1.1.1 Tổng quan các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nước 1.1.1.1 Trong nước Bài báo X-Ray Stress Determination For Coarse-Grained Materials With Separation Of Doublet Kα Line [2] đề xuất cách giải quyết các khó khăn trong quá trình đo ứng suất sử dụng phương pháp sin2ψ cho vật liệu có kết cấu hạt thô do đồ thị sin2ψ không tuyến tính dễ dẫn tới sai số tính toán. Phương pháp giải tích Rachinger đã được đề xuất nhằm tách biệt hai đường nhiễu xạ của đặc tính chồng lấp Kα1 và Kα2. Tính toán này được áp dụng cho mẫu thép kết cấu được ủ có độ hạt lớn khoảng 90µm. Kết quả thực nghiệm cho thấy việc phân tách hai đường nhiễu xạ 2 Kα1 và Kα2 cho kết quả tốt trong việc tuyến tính hóa đồ thị sin ψ, từ đó đơn giản hóa quá trình đo ứng suất vật liệu hạt thô với độ chính xác cao. 1
17. 1.1.1.2 Ngoài nước a) Nghiên cứu Grain Size and Its Influence on Materials Properties [6] khảo sát kích thước hạt và ảnh hưởng của nó đến thuộc tính của vật liệu. Kích thước hạt chịu ảnh hưởng của các đặc tính cơ học như nhiệt độ phòng, độ cứng, độ dẻo, độ bền kéo, độ bền mỏi. Ảnh hưởng lớn nhất đến kích thước hạt là ở giai đoạn đầu của sự biến dạng vì ứng suất là tác nhân chính gây nên sự thay đổi kích thước hạt Bảng 1.1: Tiêu chuẩn ASTM về cấp độ hạt b) Nghiên cứu của O. Takakuwa, H. Soyama [3] về tối ưu hóa các điều kiện đo ứng suất dư sử dụng một mặt phẳng hai chiều (2D-XRD) để đạt hiệu quả và độ chính xác cao. Các phép đo được tiến hành trên ba mẫu thép không gỉ đã qua xử lý nhiệt bằng phương pháp ủ với mỗi mẫu có ứng suất dư khác nhau. Các mẫu được đặt trên bàn đo và được trục mang dao động theo hướng ω. Phạm vi của các dao động và giá trị góc Δω tối ưu đã được xác định, mặt khác góc phương vị φ và góc cực ψ của phương đo trong hệ tọa độ mẫu cũng được xét đến khi đo ứng suất dư để tìm ra điều kiện tối ưu. Kết quả cho thấy rằng, việc sử dụng phương pháp dao động ω là một phương pháp hiệu quả để cải thiện độ chính xác, đặc biệt là đối với kim loại có hạt lớn. Sai số chuẩn sẽ giảm nhanh chóng khi tăng phạm vi của các góc dao động ω, đặc biệt là các mẫu ủ nhận được những đốm nhiễu xạ mạnh khi đo bằng phương pháp dao động so với Δω = 00.(hình 2.23) 2
18. c) Tác giả Erik Khzouz [20] Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian giữ nhiệt đến sự phát triển của hạt trong thép được xác định bằng thực nghiệm với mẫu thép kiểm tra là 1045, 4140, 4340, 8620, 9310 và 52.100. Các mẫu được xử lý nhiệt độ từ 850 ° C đến 1050 ° C tăng dần lên 50 ° C và giữ trong 30 phút, 2, 4 và 9 giờ cho mỗi mẫu tiếp theo. Sử dụng tiêu chuẩn ASTM để xác định kích thước hạt giải thích sự phát triển hạt và năng lượng tiêu tốn cho sự phát triển hạt có giá trị trong khoảng 175,2-353,4 KJ / mol. 1.2 Tính cấp thiết của đề tài Trong công nghiệp có nhiều dạng gia công kim loại có liên quan tới biến dạng dẻo. Có nguyên công lợi dụng biến dạng dẻo để tạo hình chi tiết hay bán thành phẩm như rèn, cán, kéo, ép chảy Kim loại đã qua biến dạng dẻo không chỉ làm thay đổi hình dạng, kích thước của vật thể kim loại mà còn thay đổi tổ chức, cấu trúc và tính chất của vật liệu. Trong biến dạng dẻo, hình dạng hạt tinh thể biến đổi dần dần theo mức độ biến dạng do sai lệch mạng hình thành ứng suất dư. Nắm vững lý thuyết biến dạng dẻo giúp ta hiểu rõ tính chất cơ lý của kim loại, tìm kiếm phương pháp và giải pháp giảm ứng suất dư. 1.3 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 1.3.1 Ý nghĩa khoa học - Tìm ra các mối quan hệ ảnh hưởng kích thước hạt, góc dao động ∆α và ứng suất dư. - Đề xuất cách xử lý nhiệt chi tiết để hạt kim loại có kích thước lớn từ kết quả nghiên cứu sự quan hệ giữa ứng suất dư và kích thước hạt. 1.3.2 Ý nghĩa thực tiễn của đề tài - Cho phép ứng dụng nhiễu xạ X-Quang để xác định ứng suất dư cho vật liệu tinh thể hạt thô - Quan hệ giữa ứng suất dư và kích thước hạt đã được xác định giúp nhanh chóng xác định chất lượng bề mặt chi tiết. 3
19. 1.4 Mục đích nghiên cứu - Nghiên cứu sử dụng kỹ thuật đo không pháp huỷ, phương pháp nhiễu xa X- Quang, để xác định ứng suất dư bằng phương pháp dao động mẫu đo. - Xây dựng biểu đồ biểu diễn quan hệ giữa d-Sin2ψ tuyến tính. 1.5 Đối tượng nghiên cứu và phạm vi nghiên cứu 1.5.1 Đối tượng nghiên cứu - Vật liệu thép C45 - Phương pháp nhiễu xạ X-Quang. 1.5.2 Nhiệm vụ nghiên cứu và giới hạn của đề tài a) Nhiệm vụ nghiên cứu - Nghiên cứu lý thuyết biến dạng dẻo - Nghiên cứu xử lý nhiệt cho thép C45 đã qua biến dạng dẻo. - Nghiên cứu xác định ứng suất dư cho vật liệu tinh thể hạt thô. - Chế tạo mẫu thực nghiệm. - Quy trình xử lý nhiệt. - Thiết kế, chế tạo thiết bị dao động mẫu. - Đo và đánh giá kết quả b) Giới hạn của đề tài - Vật liệu: thép C45 đã qua xử lý nhiệt với thời gian giữ nhiệt ∆t - Phương pháp đo có và không có dao động góc ∆ (∆ -osillating method) 1.6 Phương pháp nghiên cứu - Nghiên cứu lý thuyết phương pháp xử lý nhiệt cho vật liệu đã qua biến dạng dẻo - Nghiên cứu lý thuyết nhiễu X-quang và tính ứng suất dư - Nghiên cứu phương pháp chế tạo mẫu và phương pháp đo mẫu từ các bài báo khoa hoc - Thực nghiệm tạo mẫu, chụp tổ chức tế vi các mẫu thí nghiệm, chọn mẫu đo ứng suất dư 4
20. 1.7 Bố cục của đề tài - Bố cục đề tài gồm 6 chương: - Chương 1: Lý do chọn đề tài, tính cấp thiết, ý nghĩa khoa học – thực tiễn, đối tượng, phạm vi và mục tiêu nghiên cứu. - Chương 2: Cơ sơ lý thuyết về nung kim loại sau biến dạng dẻo, lý thuyết về nhiễu xạ X-Quang, tính ứng suất dư, đo ứng suất dư sử dụng phương pháp mẫu dao động. - Chương 3: Thiết kế chế tạo thiết bị dao động mẫu, qua các phướng án lựa chọn phù hợp với máy X-Quang - Chương 4: Tạo mẫu thí nghiệm. - Chương 5: Đo ứng suất dư bằng phương pháp dao động. - Chương 6: Kết luận, kiến nghị 5
21. Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Biến dạng dẻo 2.1.1 Khái niệm Biến dạng dẻo là biến dạng còn dư lại sau khi bỏ ngoại lực tác dụng. Trong công nghiệp có nhiều dạng gia công kim loại có liên quan tới biến dạng dẻo. Có nguyên công lợi dụng biến dạng dẻo để tạo hình chi tiết hay bán thành phẩm như rèn, cán, kéo, ép chảy , có nguyên công khác như tiện, phay, bào, mài không tránh khỏi có biến dạng dẻo xảy ra. Các công trình kết cấu kim loại, chi tiết máy và dụng cụ trong sử dụng nói chung không cho phép xảy ra biến dạng dẻo. Gia công biến dạng dẻo không chỉ làm thay đổi hình dạng, kích thước của vật thể kim loại mà còn thay đổi tổ chức, cấu trúc và tính chất của vật liệu. Nắm vững lý thuyết biến dạng dẻo giúp ta hiểu rõ bản chất độ bền, độ dẻo của kim loại, tìm kiếm phương pháp và giải pháp hoá bền kim loại, cải tiến công nghệ nâng cao chất lượng gia công kim loại. 2.1.2 Cơ chế hình học của biến dạng dẻo Trên phương diện hình học, người ta chứng minh được biến dạng dẻo xảy ra bằng phương thức trượt, song tinh hoặc chuyển biến pha mactenxit. 2.1.3 Biến dạng trượt trong đơn tinh thể 2.1.3.1 Trượt Trượt là sự dịch chuyển tương đối hai phần tinh thể với nhau theo một mặt và phương nhất định gọi là mặt trợt và phương trượt (hình 2.1). Khoảng cách dịch chuyển tương đương thông số mạng hay số chẵn lần thông số mạng, như vậy sau khi trượt, mối liên kết của một nguyên tử với các nguyên tử xung quanh được khôi phục lại như cũ. Hình 2.1: Mô hình trượt trong mạng tinh thể [1] 6
22. S K L 0 0 2 1 5 4