Luận án: Ảnh hưởng xử lý nhiệt đến tổ chức, cơ tính mối hàn Ti-TiAl6V4 TIG

LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận án Tiến sĩ Kỹ thuật vật liệu “Ảnh hưởng của xử lý nhiệt đến sự hình thành tổ chức tế vi và cơ tính mối hàn Ti - TiAl6V4 bằng phương pháp hàn TIG” là công trình do chính tôi nghiên cứu và thực hiện, dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS. Phạm Mai Khánh và TS. Các số liệu và kết quả được trình bày trong luận án này hoàn toàn trung thực và chưa từng được tác giả khác công bố dưới bất kì hình thức nào. Các thông tin trích dẫn đã được ghi rõ nguồn gốc.

Tôi xin chịu trách nhiệm về nghiên cứu của mình. Hà Nội, ngày 12 tháng 9 năm 2024 Giáo viên hướng dẫn Tác giả PGS. Phạm Mai Khánh TS. Sái Mạnh Thắng Nguyễn Anh Xuân i LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, tôi xin bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc và chân thành tới hai thầy giáo của tôi là PGS.

Phạm Mai Khánh và TS. Sái Mạnh Thắng đã tận tình giúp đỡ, hướng dẫn tôi trong suốt thời gian thực hiện luận án. Tôi xin cảm ơn tới Đại học Bách khoa Hà Nội, Trường Vật liệu đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong thời gian học tập tại trường. Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo tại Khoa Kỹ thuật vật liệu - Trường Vật liệu - Đại học Bách khoa Hà Nội đã nhiệt tình giúp đỡ, tạo điều kiện và động viên tôi trong suốt thời gian sinh hoạt chuyên môn tại Khoa.

Đồng thời, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn tới Trường Đại học Hàng hải Việt Nam, Phòng Đào tạo, Viện Cơ khí đã tạo điều kiện tốt nhất cho tôi trong thời gian làm nghiên cứu sinh. Cuối cùng, tôi muốn cảm ơn gia đình tôi, luôn bên cạnh động viên tinh thần giúp tôi vượt qua mọi khó khăn để hoàn thành luận án. Hà Nội, ngày 12 tháng 9 năm 2024 Nghiên cứu sinh Nguyễn Anh Xuân ii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN. ii MỤC LỤC.

iii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT. vi DANH MỤC CÁC BẢNG. viii DANH MỤC CÁC HÌNH. Tính cấp thiết của luận án.

Mục tiêu, đối tượng và phạm vi nghiên cứu của luận án. Những đóng góp mới của luận án. Ý nghĩa khoa học. Ý nghĩa thực tiễn.

Bố cục của luận án. TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU VÀ CÔNG NGHỆ HÀN. Tổng quan về Titan và hợp kim TiAl6V4. Titan và phân loại hợp kim Titan.

Hợp kim TiAl6V4. Tổng quan về công nghệ hàn. Khái niệm chung về hàn. Các công nghệ hàn Ti.

Hàn TIG Titan và hợp kim Titan. Các nghiên cứu trên thế giới về hàn Titan và hợp kim Titan. Ảnh hưởng của các phương pháp hàn tới sự thay đổi tổ chức và tính chất mối hàn. Sự thay đổi tổ chức của mối hàn hai vật liệu khác loại Ti - TiAl6V4.

Sự thay đổi thành phần và khuếch tán của các nguyên tố hợp kim trong mối hàn hợp kim Ti. Ảnh hưởng của xử lý nhiệt sau hàn tới tổ chức và tính chất của mối hàn hợp kim Ti. Các nghiên cứu ở Việt Nam về Titan và hàn Titan. Vấn đề luận án hướng tới giải quyết.

TỔNG QUAN VỀ CHUYỂN PHA VÀ SỰ THAY ĐỔI TỔ CHỨC KHI XỬ LÝ NHIỆT MỐI HÀN Ti VÀ HỢP KIM Ti. Tổ chức tế vi mối hàn TIG Ti - TiAl6V4. Chuyển pha trong Ti và hợp kim Ti khi nung và làm nguội. Chuyển pha trong Ti khi nung và làm nguội.

Chuyển pha trong hợp kim Ti khi nung và làm nguội. Động học chuyển pha. Các cơ chế hóa bền khi xử lý nhiệt mối hàn Ti - TiAl6V4. Công nghệ xử lý nhiệt mối hàn Ti - TiAl6V4.

Mục đích xử lý nhiệt mối hàn và các công nghệ cơ bản xử lý nhiệt mối hàn. THỰC NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU. Nội dung nghiên cứu. Vật liệu và chuẩn bị mẫu hàn.

Vật liệu hàn. Chuẩn bị mẫu hàn. Chế độ xử lý nhiệt mối hàn. Các phương pháp nghiên cứu ảnh hưởng của của xử lý nhiệt tới tổ chức và tính chất mối hàn.

Phương pháp quang phổ phát xạ nguyên tử. Phương pháp hiển vi quang học. Phương pháp hiển vi điện tử quét. Phương pháp hiển vi điện tử truyền qua.

Phương pháp phổ nguyên tố phân tán năng lượng. Phương pháp nhiễu xạ tia Rơnghen. Các phương pháp kiểm tra cơ tính. Xác định giới hạn bền kéo.

ẢNH HƯỞNG CỦA XỬ LÝ NHIỆT ĐẾN TỔ CHỨC TẾ VI VÀ PHÂN BỐ NGUYÊN TỐ HỢP KIM TRONG MỐI HÀN Ti - TiAl6V4. Tổ chức tế vi mối hàn sau hàn. Tổ chức tế vi mối hàn sau xử lý nhiệt. Tổ chức tế vi sau ủ.

Tổ chức tế vi sau tôi. Tổ chức tế vi sau hóa già. Phân tích pha mối hàn bằng nhiễu xạ Rơnghen. ẢNH HƯỞNG CỦA XỬ LÝ NHIỆT ĐẾN CƠ TÍNH MỐI HÀN Ti - TiAl6V4.

Độ cứng tế vi. Mẫu sau hàn. Mẫu sau ủ ở 900 oC, giữ nhiệt 2 giờ và nguội cùng lò. Mẫu sau tôi ở 900 oC, giữ nhiệt 2 giờ và nguội trong nước.

Mẫu sau hóa già ở các chế độ khác nhau. Giới hạn bền kéo và độ giãn dài. Tối ưu hóa thông số công nghệ bằng chỉ tiêu cơ tính. 120 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH CỦA LUẬN ÁN.

121 TÀI LIỆU THAM KHẢO. 131 v DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT TIG (Tungsten Inert Gas): Hàn hồ quang với khí bảo vệ. HAZ (Heat Affected - Zone): Vùng ảnh hưởng nhiệt. FZ: Vùng nóng chảy BG: Biên giới mối hàn.

BM: Kim loại cơ bản Ti: Titan. Ti-CP (Commercially Pure): Titan tinh khiết thương mại. AES (Atomic Emission Spectroscopy): Quang phổ phát xạ nguyên tử. OM (Optical Microscope): Hiển vi quang học.

SEM (Scanning Electron Microscopy): Hiển vi điện tử quét. TEM (Transmission Electron Microscope): Hiển vi điện tử truyền qua. EDS (Energy Dispersive Spectroscopy): Phân tích phổ nguyên tố. XRD (X-Ray Diffraction): Phân tích nhiễu xạ tia Rơnghen.

W: Tổ chức Widmanstatten. CLα: Biên giới hạt α α2: Pha liên kim Ti3Al γ: Pha liên kim TiAl TTT (Temperature - Time - Transformation): Giản đồ chuyển pha theo nhiệt độ và thời gian. HCP (Hexagonal Close Packed): Sáu phương xếp chặt. BCC (Body Centered Cubic): Lập phương tâm khối.

GTAW (Gas Metal Arc Welding): Hàn hồ quang điện cực không nóng chảy dưới khí bảo vệ. GMAW (Gas Tungsten Arc Welding): Hàn hồ quang điện cực nóng chảy dưới khí bảo vệ. vi PAW (Plasma Arc Welding): Hàn hồ quang plasma. LBW (Laser Beam Welding): Hàn tia lazer.

EBW (Electron Beam Welding): Hàn chùm tia điện tử. PWHT (Post Weld Heat Treatment): Xử lý nhiệt sau hàn. Mb: Nhiệt độ bắt đầu chuyển biến Mactensit. Mk: Nhiệt độ kết thúc chuyển biến Mactensit.

Cth: Nồng độ tới hạn. Tth: Nhiệt độ tới hạn. vii DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1. Thành phần của Titan.

Một số chỉ tiêu cơ tính của Titan. Thành phần mác hợp kim TiAl6V4 theo tiêu chuẩn ASTM. Cơ tính của hợp kim TiAl6V4 sau khi xử lý nhiệt. Các pha có trong hợp kim TiAl6V4.

Ảnh hưởng của tốc độ nguội đến tổ chức của hợp kim TiAl6V4. Chế độ khử ứng suất đối với hợp kim TiAl6V4. Chế độ tôi và hóa già (ổn định hóa) áp dụng cho hợp kim TiAl6V4. Sự thay đổi cơ tính của thanh TiAl6V4 theo nhiệt độ nung tôi.

Mối quan hệ giữa giới hạn bền kéo và kích thước của hợp kim TiAl6V4 sau tôi và hóa già. Thành phần hóa học hợp kim TiAl6V4 và vật liệu dây bù TiAl6V4. Thành phần hóa học titan grade 2. Vùng thí nghiệm các thông số xử lý nhiệt mối hàn.

Quy hoạch thực nghiệm các yếu tố ảnh hưởng đến xử lý nhiệt mối hàn. Thành phần hóa học các điểm ở vùng biên giới hàn phía kim loại nền Ti và kim loại mối hàn TiAl6V4 sau ủ ở 900 oC - 2 giờ. Thành phần hóa học các điểm vùng biên giới hàn phía kim loại nền Ti và kim loại mối hàn TiAl6V4 sau tôi. Thành phần hóa học các điểm trong vùng nóng chảy sau hóa già ở 400 oC - 4 giờ.

Thành phần hóa học các điểm trong vùng ảnh hưởng nhiệt TiAl6V4 sau hóa già ở 400 oC - 4 giờ. Thành phần hóa học các điểm trong vùng pha mactensit phân hủy sau hóa già ở 400 oC - 4 giờ. Thành phần hóa học các điểm trong vùng nóng chảy sau hóa già ở 525 oC - 4 giờ. Thành phần hóa học các điểm trong vùng ảnh hưởng nhiệt TiAl6V4 sau hóa già ở 525 oC - 4 giờ.

Kết quả đo độ cứng mẫu sau hàn. Kết quả đo độ cứng mẫu sau ủ ở 900 oC - 2 giờ, nguội cùng lò. Kết quả đo độ cứng mẫu sau tôi ở 900 oC - 2 giờ, nguội trong nước. Kết quả đo độ cứng mẫu sau hóa già ở 400 oC - 4 giờ, nguội trong không khí.

Kết quả đo độ cứng mẫu sau hóa già ở 525 oC-0,65 giờ, nguội trong không khí. Kết quả đo độ cứng mẫu sau hóa già ở 525 oC-4 giờ, nguội trong không khí. Kết quả đo độ cứng mẫu sau hóa già ở 525 oC - 7,4 giờ, nguội trong không khí. Kết quả đo độ cứng mẫu sau hóa già ở 650 oC - 4 giờ, nguội trong không khí.

Tổng hợp kết quả đo độ cứng ở các chế độ xử lý nhiệt khác nhau. Tổng hợp kết quả giới hạn bền kéo và độ giãn dài tương đối. Ma trận quy hoạch thực nghiệm. Kết quả phân tích phương sai cho mô hình hồi quy đa thức bậc 4 của độ cứng, giới hạn bền kéo và độ giãn dài tương đối.

Kết quả so sánh thực nghiệm và mô hình dự đoán. 117 ix DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1. Ô cơ sở mạng tinh thể của pha Tiα (sáu phương xếp chặt) và Tiβ (lập phương tâm khối). Cấu trúc tinh thể của Titan theo nhiệt độ.

Sự phụ thuộc của cơ tính Ti vào hàm lượng tạp chất O, N, C. Sự phụ thuộc của cơ tính Ti vào mức độ biến dạng dẻo. Ảnh hưởng của các nguyên tố hợp kim đến giản đồ pha của hợp kim Ti. Giản đồ pha 3 nguyên hợp kim Ti - Al - V.

Giản đồ pha Ti - Mo. Tổ chức tế vi của Titan thương mại sau khi xử lý nhiệt. Giản đồ pha Ti - Al. Giản đồ pha Ti - V.

Ảnh tổ chức tại các vùng khác nhau của mối hàn TIG. Tổ chức tế vi của mối hàn TiAl6V4 sử dụng hàn GTAW .