Luận văn Xác ðịnh sự phân bố ứng suất dư theo chiều sâu bằng phương pháp cắt lớp (Phần 1)

Nội dung text: Luận văn Xác ðịnh sự phân bố ứng suất dư theo chiều sâu bằng phương pháp cắt lớp (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 TRẦN MINH TIẾN XÁC ÐỊNH SỰ PHÂN BỐ ỨNG SUẤT DƯ THEO CHIỀU SÂU BẰNG PHƯƠNG PHÁP CẮT LỚP NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ – 60520103 S K C0 0 5 1 0 0 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 TRẦN MINH TIẾN XÁC ĐỊNH SỰ PHÂN BỐ ỨNG SUẤT DƯ THEO CHIỀU SÂU BẰNG PHƯƠNG PHÁP CẮT LỚP NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ - 60520103 Hướng dẫn khoa học: PGS.TS LÊ CHÍ CƯƠNG Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10/2016
3. LÝ LỊCH KHOA HỌC I. LÝ LỊCH SƠ LƯỢC: Họ & tên: TRẦN MINH TIẾN Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 24/02/1991 Nơi sinh: Bình Phước Quê quán: Thừa Thiên Huế Dân tộc: Kinh Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc: Tổ 5, Phú Tân, Hưng Chiến Bình Long, Bình Phước Điện thoại cơ quan: Điện thoại di động: 01678013815 Fax: E-mail: tien91.mt@gmail.com II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: 1. Trung học chuyên nghiệp: Hệ đào tạo: Thời gian đào tạo từ / đến / Nơi học (trường, thành phố): Ngành học: 2. Đại học: Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian đào tạo từ 09/2009 đến 08/2013 Nơi học (trường, thành phố): Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh Ngành học: Kỹ Thuật Công Nghiệp Tên đồ án, luận án hoặc môn thi tốt nghiệp: Thiết kế thiết bị cắt thép phục vụ môn học TT hàn hồ quang tay – Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh Ngày & nơi bảo vệ đồ án, luận án hoặc thi tốt nghiệp: 12/08/2013 tại Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh Người hướng dẫn: KS. Hoàng Văn Hướng III. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Thời gian Nơi công tác Công việc đảm nhiệm 2013 – 2015 Công ty TNHH Maruei VN Precision Kỹ sư i
4. 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 28 tháng 10 năm 2016 TRẦN MINH TIẾN ii
5. LỜI CẢM ƠN Trong suốt quá trình học tập và thực hiện luận văn, tôi đã nhận được sự giúp đỡ tận tình và quý báu từ nhà trường, thầy cô, gia đình và bạn bè. Luận văn được hoàn thành và đạt được kết quả như mong muốn, trước tiên tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc đến thầy hướng dẫn khoa học PGS.TS Lê Chí Cương. Thầy đã dành nhiều thời gian, tâm huyết, tận tình hướng dẫn, góp ý và động viên tôi trong suốt thời gian thực hiện luận văn. Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn đến quý thầy cô Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp. Hồ Chí Minh đã tận tình giảng dạy, truyền đạt những kiến thức nền tảng và chuyên môn cho tôi trong thời gian học tập và nghiên cứu. Đặc biệt tôi xin gửi lời cảm ơn đến quý thầy cô khoa Cơ Khí Chế Tạo Máy đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình học tập cho đến khi hoàn thành luận văn. Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn đến Trung tâm hạt nhân Tp. Hồ Chí Minh đã nhiệt tình giúp đỡ cho tôi hoàn thành luận văn. Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn gia đình, bạn bè đã luôn động viên, giúp đỡ và khích lệ tinh thần tôi trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và thực hiện luận văn này. Xin trân trọng cảm ơn! iii
6. TÓM TẮT Ứng suất dư là một trong những nhân tố quan trọng ảnh hưởng đến độ bền, tuổi thọ và khả năng chống mài mòn của chi tiết máy. Do đó, việc xác định ứng suất dư có vai trò quan trọng trong quá trình xử lý và cải thiện điều kiện làm việc của chi tiết máy. Nhiều phương pháp đã được phát triển để xác định và đo lường ứng suất dư. Nhiễu xạ X-quang là phương pháp được ứng dụng rộng rãi trong việc đo lường ứng suất dư trên bề mặt mẫu, trong khi đó phương pháp cắt lớp thường được sử dụng để xác định ứng suất dư phân bố theo chiều sâu của vật liệu. Đề tài “Xác định sự phân bố ứng suất dư theo chiều sâu bằng phương pháp cắt lớp” sẽ giới thiệu phương pháp cắt lớp dùng để xác định sự phân bố ứng suất dư qua chiều dày của mẫu thử. Phương pháp thích hợp dùng để cắt lớp mà không sinh thêm ứng suất dư mới trên bề mặt mẫu thử là đánh bóng điện hóa. Sau khi cắt lớp, ứng suất dư trên bề mặt mẫu được đo bằng nhiễu xạ X-quang. Việc xác định sự phân bố ứng suất dư theo chiều sâu được thực hiện trên mẫu thép C45 tôi trong nước từ 850C. Kết quả cho thấy ứng suất dư có sự phân bố không đồng nhất theo chiều sâu của mẫu thử. iv
7. ABSTRACT Residual stresses are one of important factors affecting to the stability, fatigue life and corrossion resistance of machine components. Therefore, determination of residual stress plays an important role in treatment and improvement process of the working conditions of machine components. Various methods have been also developed to determine and measure the residual stresses. X-ray diffraction is often applied method to measure the residual stress in the surface of the specimen, while layer removal method is common used to determine the in-depth residual stress distribution of material. Thesis “Determination of in-depth residual stress distribution by layer removal method” will present the technique using the layer removal method to determine the residual stress distribution through the thickness of the specimen. The appropriate method uses for removing layer that does not introduce the new residual stress in the surface layer of the specimen is the electropolishing technique. The residual stress in the surface of the specimen is measured by the X-ray diffraction for removing layer. Determination of the in-depth residual stress distribution was carried out on steel C45 specimen quenched in water from 850C. The result shows that the residual stress distribution is the inhomogeneous in the direction of the thickness. v
8. MỤC LỤC Trang tựa TRANG Quyết định giao đề tài Lý lịch khoa học i Lời cam đoan ii Lời cảm ơn iii Tóm tắt iv Mục lục vi Danh sách các ký hiệu và chữ viết tắt ix Danh sách các bảng x Danh sách các hình xi Chương 1. TỔNG QUAN 1 1.1 Đặt vấn đề 1 1.2 Tính cấp thiết của đề tài 2 1.3 Các nghiên cứu có liên quan đến đề tài 3 1.3.1 Ngoài nước 3 1.3.2 Trong nước 9 1.4 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 10 1.4.1 Ý nghĩa khoa học của đề tài 10 1.4.2 Ý nghĩa thực tiễn của đề tài 10 1.5 Mục tiêu nghiên cứu 11 1.5.1 Mục tiêu tổng quát 11 1.5.2 Mục tiêu cụ thể 11 1.6 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 11 1.6.1 Đối tượng nghiên cứu 11 1.6.2 Phạm vi nghiên cứu 11 1.7 Phương pháp nghiên cứu 11 1.7.1 Nghiên cứu phân tích lý thuyết 11 vi
9. 1.7.2 Phương pháp thực nghiệm 12 1.8 Kết cấu của đề tài 12 Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT 13 2.1 Ứng suất dư 13 2.1.1 Khái niệm 13 2.1.2 Phân loại ứng suất dư 14 2.1.3 Các phương pháp đo ứng suất dư 15 2.2 Phương pháp cắt lớp 17 2.2.1 Giới thiệu đánh bóng điện hóa 18 2.2.2 Nguyên lý đánh bóng điện hóa 19 2.2.3 Quy trình đánh bóng điện hóa 21 2.2.4 Các vấn đề phát sinh sau khi đánh bóng điện hóa 25 2.3 Nhiễu xạ X-quang 26 2.3.1 Hiện tượng nhiễu xạ X-quang 26 2.3.2 Phương trình cơ bản xác định biến dạng 27 2.3.3 Nguyên lý đo ứng suất dư bằng XRD 30 2.3.4 Phương pháp đo ứng suất dư bằng XRD 31 Chương 3. XÁC ĐỊNH HÀM PHÂN BỐ ỨNG SUẤT DƯ 35 THEO CHIỀU SÂU 35 3.1 Xác định sự phân bố ứng suất dư bằng nhiễu xạ X-quang 35 3.1.1 Quy luật phân bố ứng suất dư 35 3.1.3 Sự phân bố ứng suất dư theo chiều sâu z 36 3.2 Xác định sự phân bố ứng suất dư bằng phương pháp cắt lớp 37 3.2.1 Trụ đặc, ứng suất đối xứng xoay 38 3.2.2 Trụ đặc, không có ứng suất đối xứng xoay 40 3.2.3 Trụ rỗng, ứng suất đối xứng xoay 43 3.2.4 Mặt phẳng 43 3.3 Hiệu chỉnh ứng suất đo sau khi cắt lớp 45 3.3.1 Mặt phẳng 45 vii
10. 3.3.1 Trụ đặc 46 Chương 4. THỰC NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 47 4.1 Chuẩn bị mẫu thử 47 4.2 Tiến hành thực nghiệm 49 4.2.1 Thực nghiệm cắt lớp 49 4.2.2 Đo ứng suất dư bằng nhiễu xạ X-quang 53 4.3 Kết quả thực nghiệm 55 4.3.1 Kết quả mẫu M0 55 4.3.2 Kết quả các mẫu còn lại 57 Chương 5. KẾT LUẬN - KIẾN NGHỊ 65 5.1 Tóm tắt kết quả của đề tài 65 5.2 Kết luận của đề tài 65 5.3 Hướng phát triển của đề tài 66 TÀI LIỆU THAM KHẢO 67 PHỤ LỤC 71 viii
11. DANH SÁCH CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT  Góc Bragg  Bước sóng tia X  Độ sâu thấm σI, σII, σIII Ứng suất dư loại I, II và III d0 Khoảng cách mặt tinh thể ở trạng thái không có ứng suất Si, Li Hệ tọa độ mẫu và thí nghiệm φ,  Góc phương vị và góc cực của phương đo trong hệ tọa độ mẫu (hkl) Mặt phẳng tinh thể d Khoảng cách mặt tinh thể khi có ứng suất ' ( 33 )φ Biến dạng theo phương đo 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, v Môđun đàn hồi và hệ số Possion 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 H, z1 Chiều dày ban đầu mẫu thử và chiều dày còn lại sau khi cắt lớp R1, R Đường kính trong và ngoài của hình trụ z, C Chiều dày lớp cắt và giá trị hiệu chỉnh σm, σc Ứng suất được đo và hiệu chỉnh XRD X-ray diffraction DT Destructive techniques NDT Nondestructive techniques EDM Electro-discharge machining ECAR Equal channel angular rolling ix
12. DANH SÁCH CÁC BẢNG BẢNG TRANG Bảng 2.1: Thành phần dung dịch và các tham số 22 Bảng 2.2: Các vấn đề phát sinh sau khi đánh bóng điện hóa 25 Bảng 4.1: Thành phần hóa học của thép C45 (%) 47 Bảng 4.2: Thành phần cơ tính của thép C45 48 Bảng 4.3: Các phương pháp cắt lớp 49 Bảng 4.4: Điều kiện thực nghiệm cắt lớp 50 Bảng 4.5: Chiều dày lớp đánh bóng (m) 52 Bảng 4.6: Điều kiện đo nhiễu xạ X-quang 54 Bảng 4.7: Kết quả góc 2max và khoảng cách d của mẫu M0 56 Bảng 4.8: Tổng hợp kết quả thu được của các mẫu 62 x
13. DANH SÁCH CÁC HÌNH HÌNH TRANG Hình 1.1: Phương pháp đo mẫu 3 Hình 1.2: Ứng suất dư trong mẫu thử EN AW-7075 T651 4 Hình 1.3: Mẫu đo ứng suất dư khi cắt lớp 5 Hình 1.4: Sự phân bố ứng suất dư trong mẫu Al 5083 6 Hình 1.5: Phép đo ứng suất dư 7 Hình 1.6: Biên dạng ứng suất dư theo ba phương 8 Hình 2.1: Ứng suất dư do quá trình cán 13 Hình 2.2: Phân loại ứng suất dư 14 Hình 2.3: Sự phân bố ứng suất dư vĩ mô và vi mô 15 Hình 2.4: Các phương pháp đo lường ứng suất dư 16 Hình 2.5: Phương pháp cắt lớp 18 Hình 2.6: Sơ đồ đánh bóng điện hóa 20 Hình 2.7: Quy trình đánh bóng điện hóa 21 Hình 2.8: Hiện tượng nhiễu xạ tia X 27 Hình 2.9: Hệ tọa độ thí nghiệm Li và hệ tọa độ mẫu Si 28 2 Hình 2.10: Dạng đồ thị thể hiện quan hệ dφ – sin  29 Hình 2.11: Phương pháp kiểu  32 Hình 2.12: Phương pháp kiểu  cố định  32 Hình 2.13: Phương pháp kiểu  cố định  0 33 Hình 2.14: Phương pháp kiểu  33 Hình 2.15: Phương pháp kiểu  cố định  34 Hình 2.16: Phương pháp kiểu  cố định 0 34 Hình 3.1: Trụ đặc 38 Hình 3.2: Trụ đặc với σ biến thiên 40 Hình 3.3: Trụ rỗng 43 xi
14. Hình 3.4: Mặt phẳng 44 Hình 4.1: Mẫu thử 48 Hình 4.2: Mô tả thực nghiệm cắt lớp 52 Hình 4.3: Mẫu sau thực nghiệm 53 Hình 4.4: Hệ máy nhiễu xạ tia X 54 Hình 4.5: Đường nhiễu xạ của mẫu M0 55 Hình 4.6: Đồ thị sin2 của mẫu M0 56 Hình 4.7: Đường nhiễu xạ của mẫu M1 57 Hình 4.8: Đường nhiễu xạ của mẫu M2 58 Hình 4.9: Đường nhiễu xạ của mẫu M3 58 Hình 4.10: Đường nhiễu xạ của mẫu M4 59 Hình 4.11: Đường nhiễu xạ của mẫu M5 59 Hình 4.12: Đường nhiễu xạ của mẫu M6 60 Hình 4.13: Đường nhiễu xạ của mẫu M7 60 Hình 4.14: Đường nhiễu xạ của mẫu M8 61 Hình 4.15: Mối quan hệ giữa C và z 62 Hình 4.16: Sự phân bố ứng suất dư theo chiều sâu 63 xii
15. Chương 1 TỔNG QUAN 1.1 Đặt vấn đề Ứng suất dư trên bề mặt vật liệu tinh thể có ảnh hưởng lớn đến chất lượng bề mặt và khả năng làm việc của chi tiết máy. Ứng suất dư có thể phát sinh trong hầu hết các quá trình sản xuất như quá trình nhiệt luyện, gia công cơ hoặc biến dạng dẻo. Đó là nguyên nhân gây ra phá hủy chi tiết, ảnh hưởng trực tiếp đến độ bền mỏi của chi tiết. Do đó, việc xác định và đo lường ứng suất dư của vật liệu có vai trò quan trọng trong quá trình xử lý và cải thiện điều kiện làm việc của chi tiết máy. Nhiều phương pháp đã được phát triển để xác định và đo lường ứng suất dư của vật liệu, chúng được chia làm hai loại. Phương pháp phá hủy (destructive techniques-DT) bao gồm: phương pháp khoan lỗ, phương pháp vòng lõi, phương pháp cắt lớp, phương pháp cắt tiết diện. Phương pháp không phá hủy (nondestructive techniques-NDT) bao gồm: phương pháp nhiễu xạ X-quang (XRD), nhiễu xạ Neutron, phương pháp siêu âm, phương pháp điện từ. Các phương pháp phá hủy là các phương pháp truyền thống, đơn giản, chi phí thấp, được phát triển từ lâu; trong khi các phương pháp không phá hủy như XRD có độ chính xác và giá thành cao. Mỗi phương pháp đều có ưu nhược điểm khi xác định ứng suất dư, việc ứng dụng các phương pháp tùy thuộc vào điều kiện từng vùng, từng quốc gia. Cụ thể ở nước ta, khả năng ứng dụng các phương pháp đo lường và xác định ứng suất dư vẫn còn hạn chế và gặp nhiều khó khăn. Tuy nhiên, các phương pháp đo lường ứng suất dư luôn có sự thay đổi và phát triển nhằm tăng khả năng ứng dụng trong từng điều kiện cụ thể, đặc biệt là đáp ứng được các mục tiêu nghiên cứu. Trước đây, ứng suất dư trên bề mặt vật liệu với hình dạng đơn giản có thể dễ dàng được xử lý, nhưng ngày nay với sự phát triển của các thiết bị tính toán hiện đại, các quy trình gia công 1
16. và các phương pháp đo lường với độ chính xác cao đã mở rộng phạm vi của các phương pháp phá hủy cho việc xác định và đánh giá ứng suất dư bên trong vật liệu. 1.2 Tính cấp thiết của đề tài Ngày nay, ứng suất dư là một trong những nhân tố quan trọng ảnh hưởng đến độ bền, tuổi thọ và khả năng chống mài mòn của chi tiết máy. Ứng suất dư trên bề mặt chi tiết có thể gây nên các vết nứt tế vi hoặc biến dạng chi tiết. Ứng suất dư phân bố bên trong chi tiết có ảnh hưởng đến tính chất và cường độ mòn của chi tiết, đặc biệt là những chi tiết làm việc trong môi trường chịu mài mòn. Trong trường hợp phát sinh hư hỏng và sự cố do ứng suất dư bên trong chi tiết gây nên có thể ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình sản xuất và tăng chi phí trong công tác bảo trì và phục hồi chi tiết hoặc thiết bị. Do đó, quá trình nghiên cứu và xác định ứng suất dư phân bố bên trong chi tiết là cần thiết trong việc cải thiện khả năng chống mài mòn, cho phép tăng tuổi thọ và độ tin cậy của chi tiết trong quá trình làm việc. Ở nước ta, nhiễu xạ X-quang là phương pháp được ứng dụng rộng rãi trong việc xác định ứng suất dư. Phương pháp này không phá hủy cấu trúc vật liệu, cho kết quả chính xác về ứng suất dư và khả năng tự động hóa dễ dàng do đó được ứng dụng trên nhiều loại vật liệu khác nhau. Tuy nhiên, phương pháp nhiễu xạ X-quang còn gặp hạn chế trong trường hợp xác định trạng thái ứng suất dư phân bố theo chiều dày của vật liệu, vì khả năng xuyên thấu của tia X trong vật liệu kim loại là tương đối nhỏ (khoảng vài micrô) và phương pháp này có thể yêu cầu sử dụng nhiều nguồn phát tia X nhiễu xạ khác nhau. Mặt khác, việc xác định và đo lường ứng suất dư theo chiều sâu đòi hỏi quá trình nghiên cứu phải cắt từng lớp vật liệu mỏng từ bề mặt mẫu thử, do đó phương pháp cắt lớp là một trong những phương pháp thường được ứng dụng. Phương pháp cắt lớp là phương pháp đơn giản, có chi phí thấp và được ứng dụng rộng rãi trên nhiều loại vật liệu. Đặc biệt, phương pháp này dễ dàng kết hợp với các phương pháp khác để xác định chính xác sự phân bố ứng suất dư theo chiều sâu từ bề mặt chi tiết bằng cách lấy đi từng lớp vật liệu mỏng. 2
17. Vì những lý do trên đề tài “Xác định sự phân bố ứng suất dư theo chiều sâu bằng phương pháp cắt lớp” do học viên lựa chọn có tính cấp thiết và khả năng ứng dụng ở Việt Nam. 1.3 Các nghiên cứu có liên quan đến đề tài 1.3.1 Ngoài nước Việc ứng dụng phương pháp cắt lớp vào quá trình nghiên cứu và đánh giá sự phân bố của ứng suất dư theo chiều sâu của vật liệu đã được nhiều tác giả trên thế giới nghiên cứu và thực hiện, nổi bật là một số nghiên cứu sau: - Đề tài “Xác định ứng suất dư trong vật liệu tấm bằng phương pháp cắt lớp với phép đo tích hợp máy” của S. Dreier và B. Denkena [17]. Phương pháp dùng để xác định trạng thái ứng suất dư trong vật liệu tấm được thực hiện dựa trên cơ sở lý thuyết của phương pháp cắt lớp, kết hợp sử dụng máy công cụ với thiết bị dò tiêu chuẩn. Nghiên cứu này được thực hiện trên mẫu thử EN AW-7075 T651, ứng dụng quy trình phay bằng dao phay hớt lưng để lấy đi từng lớp vật liệu từ mẫu thử và biến dạng sinh ra được đo bằng thiết bị dò (Hình 1.1). milling tool remove layer measured points determine curvature radius machine tool probe Hình 1.1: Phương pháp đo mẫu Kết quả phân tích ứng suất dư thông qua biến dạng trên toàn bộ chiều dày của tấm cho thấy ứng suất dư phân bố trong khoảng -10 MPa đến 14 MPa, trong đó 3
18. ứng suất dư đạt giá trị cực đại tại độ sâu 20 và 30 mm, giá trị cực tiểu tại độ sâu 10 và 40 mm và tại tâm của mẫu thử, 25 mm. Residual stress Position Hình 1.2: Ứng suất dư trong mẫu thử EN AW-7075 T651 - Đề tài “Ảnh hưởng của các phương pháp cắt lớp đến biên dạng ứng suất dư của mẫu thép phun bi bằng nhiễu xạ X-quang” của các tác giả R. Alkaisee và R.L. Peng [18]. Trong nghiên cứu này, ba phương pháp cắt lớp dùng để lấy đi từng lớp vật liệu từ mẫu thử được phân tích là: phương pháp đánh bóng điện hóa sử dụng chất điện phân AII gồm axit HClO4, phương pháp khắc hóa học sử dụng 50% axit HNO3 trong nước cất và phương pháp đánh bóng điện hóa sử dụng dung dịch muối 15% hòa tan vào nước cất. Các phương pháp này được thực hiện một cách riêng biệt dùng để lấy đi từng lớp vật liệu và được ứng dụng cho việc xác định ứng suất dư tại các độ sâu khác nhau. Phép đo ứng suất dư được thực hiện trên hệ máy Stresstech X3000 G3. Kết quả là sự ảnh hưởng của các phương pháp cắt lớp đến biên dạng ứng suất dư trên mẫu thép phun bi được so sánh, trong đó phương pháp đánh bóng điện hóa bằng dung dịch AII cho độ bóng bề mặt cao và được xem như là phương pháp 4
19. phù hợp nhất dùng để cắt lớp. Kết quả cho thấy sự lựa chọn các phương pháp cắt lớp đóng vai trò quan trọng cho việc xác định chính xác biên dạng ứng suất dư theo chiều sâu trên vật liệu thép. - Đề tài “Nghiên cứu sự phân bố ứng suất dư qua chiều dày trên hợp kim Al 5083 được xử lý ECAR (Equal channel angular rolling) bằng phương pháp cắt lớp và nhiễu xạ X-quang” của các tác giả M. Mahmoodi, M. Sedighi và D.A. Tanner [19]. Trong nghiên cứu này, phương pháp cắt lớp thông qua đánh bóng điện hóa được sử dụng để lấy đi từng lớp vật liệu và ứng suất dư trên bề mặt mẫu được đo bằng nhiễu xạ X-quang. Phương pháp đánh bóng điện hóa được thực hiện trên mẫu thử có dạng bề mặt phẳng (Hình 1.3) bằng việc sử dụng hỗn hợp dung dịch gồm 5 ml H3OBF4 trong 200 ml H2O. Sau khi lấy đi từng lớp vật liệu từ bề mặt mẫu, ứng suất dư được đo trên hệ máy nhiễu nhiễu xạ PANalytical’s X’Pert PRO MRD trong đó nguồn phát tia X nhiễu xạ là CuKα với phổ nhiễu xạ có góc 2θ từ 134 đến 138. Kết quả nghiên cứu cho thấy ứng suất dư có sự phân bố không đồng nhất qua chiều dày trên hợp kim nhôm Al 5083, trong đó ứng suất dư nén và ứng suất dư kéo được sinh ra khi xử lý mẫu bằng quy trình ECAR. Y roll direction 22 X 11 removed layer z H z1 X Hình 1.3: Mẫu đo ứng suất dư khi cắt lớp 5
20. Transverse direction, 22 Longitudinal direction, 11 True residual stress (MPa) Depth (mm) Hình 1.4: Sự phân bố ứng suất dư trong mẫu Al 5083 - Đề tài “Xác định nhanh biên dạng ứng suất dư trong pha ferrite của thép sợi kéo nguội bằng nhiễu xạ X-quang và phương pháp cắt lớp” của tác giả F. Yang, J.Q. Jiang cùng các cộng sự [24]. Nghiên cứu này được thực hiện bằng việc kết hợp phương pháp cắt lớp với nhiễu xạ X-quang, đây là cách tiếp cận đơn giản và hiệu quả trong việc đánh giá biên dạng ứng suất dư trong pha ferrite của thép sợi kéo nguội. Phương pháp cắt lớp được tiến hành bằng phương pháp hóa học với hỗn hợp dung dịch là 15 phần H2O, 1 phần HF 70% và 12 phần H2O2 30%; trong khi đó nhiễu xạ X-quang được thực hiện trên hệ máy nhiễu xạ AST XSTRESS 3000 cho phép đo có độ chính xác cao trong thời gian ngắn và ứng suất dư được đo trên mẫu thử có dạng hình trụ. 6
21. Z Nhkl  Incident beam Y X Hình 1.5: Phép đo ứng suất dư Kết quả biên dạng ứng suất dư được xác định là một hàm theo độ sâu tương đối (r/R) theo ba phương: dọc trục, tiếp tuyến và hướng tâm; trong đó r là khoảng cách đối với lớp cắt, R là bán kính ban đầu của mẫu thử. Kết quả nghiên cứu cho thấy thép sợi kéo nguội có trạng thái kéo tại bề mặt và nén tại trung tâm dọc theo phương trục, trong khi ứng suất dư gần như bằng không trong thanh thép trước khi kéo nguội. CORE SURFACE Measured Corrected Longitudinal Stress (MPa) Relative depth (r/R) a) longitudinal 7
22. PHỤ LỤC 71