Luận án tiến sĩ: Ảnh hưởng lớp phủ bề mặt đến độ bền mỏi chi tiết trục máy - Trường ĐH Sư phạm Kỹ thuật TP. HCM

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ---oo0oo--- NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA LỚP PHỦ BỀ MẶT ĐẾN ĐỘ BỀN MỎI CỦA CHI TIẾT MÁY DẠNG TRỤC LUẬN ÁN TIẾN SĨ NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ Tp. Hồ Chí Minh, tháng 06/2021 luan an BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ---oo0oo--- NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA LỚP PHỦ BỀ MẶT ĐẾN ĐỘ BỀN MỎI CỦA CHI TIẾT MÁY DẠNG TRỤC NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ - 9520103 Hướng dẫn khoa học: 1. Đặng Thiện Ngôn 2. Lê Chí Cương Phản biện 1: Phản biện 2: Phản biện 3: luan an IG'd nn'I :t rz nglB nqN j(r?rq ?p) Heg mwp$ 'ai4 dqtu $ ?>l cnl nQrq gr quip r?[nb - 'dqu quip rgdnb qupq 1qr urgtqu qrgrl niqc I ngte e ugr gr [egJ tug rg] E^ !r u.op cgc 8ugruI - fnflc- 'quqq ueq Ep ofu oq6 B rrip ogl3 gg Egtr ts u?p 9p qulrt or41 oqp 9qr Inb tulp oaqr ufle cnqr 4l ugnb odr op6 8uQ,{a oqr oer, ffiilG- truz/or/eo u?p rroz/or/eo I ugrq snql uEIE IQqI ugfiN uerut BuiO^SJ'Srd: Ieq 4ql cH IQnEN 6wnS ytJ ?T St'S1d: titl 6uip ttgw rylt lqr DU) Igut u?q 0p ugp 6ugnq qa? dgl lDq tnld iut dg1 Dttr gs fiugrtl rg) nqr u?lttfiN : iIp@ITIq[ ITOZ - ?TOZ:9-Oq)I Irpl0r rgnqr 6X : fuR-AN tgqd quyl ag,{n6p : ryisrn4e-tr9'-ffi :oqr ugp Sugnq len8u E^ Is uep ug ugnl lqt ?p oerS :JTffi HNic rg n0 'ofi oqg Sugqd 3ugru1er.rc iq8u ?p teX Igq ugl Supu ?rpl R^ cgt Sugr ngr nqu tgx loe1oq6 qr ctp og15 gg Eugrut 9g Eqtr 600Z/S/16 dq8u J6CSA-It/OOOZ/OI gr r,t t*gqt oaql ruQ>t qupq ueq Is u?lt gp r{upt o01 oqp gqr dn} Er.1r nglB 9s rgu Suns gq 'lgp e+s l?tlr gl ofi oqg qr rnp opt, 9g e+r ZTOZ/ZO/ST fq8u JGCSS-I;/ZyOZ/50 9r ,r 3u9qt 4c uEf, lls u?p gp r{ulrt oril opp grlr Inb qupq ueg ofyr ga o€r oECI p^ onp og19 9g ERr 600Z/S/ L6 fp8u JCIOTB-IJ /OOOZ/Ot 9s nr 3r9,1t 4r uEf, rr"rqd qu;q3 3u9or {.p uoz urEu G Sugqr 77 [p?u 8il-eb/orozlgg 9s Quip redn} oaqt urQ>l r{upr{ ueq roq p6 8uqrur 6l n?le 9 8uonq3 Br UEJ lcoq r0p 8uqrul tgr E+l na ulgrqu E^ r4qt gt lgnl Su€ur ga quip dnb Bqd qulq3 Euqnr r"tql Eqrr 9L6I/OT/77 r\p?u tff-Ob/gZh 9s quip rgdnb 4c uEf, HNrhr IH) QH 'dr rvnHr ax rruvua Ils roH lva cruQour eNgour ngrH LTOZ-bTOZegqrlquls n4r uggtu ugp tugnq ronEu p^ ug ugnl IEr Qp oep cg;,r gn HNic rg n0 h[02 tupu 0f Ougrqt gg tp6u ,ttulw ]tl7 lU'dt H eS -Jxd s H c- G0 /f '6L,9s HNIH IHf, QH gHd HNYHJ ffi rYruu {x ruirum r0u rfa cruenur nvm rtrzr vIHgN 0H3 IoH yx vQH gNoc oVr oye yn cfio oylc 0s luan an luan an TÓM TẮT LÝ LỊCH TRÍCH NGANG --    -- I.

LÝ LỊCH SƠ LƢỢC Họ và tên : Nguyễn Vĩnh Phối Giới tính: Nam Ngày tháng năm sinh : 15/09/1984 Nơi sinh: Quảng Ngãi Quê quán : Quảng Ngãi Dân tộc: Kinh Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên hệ: Thị Trấn Chợ Chùa, Nghĩa Hành, Quảng Ngãi Điện thoại cơ quan : Điện thoại nhà riêng : 0918162283 E-mail : vinhphoi@gmail. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO 1.Đại học - Hệ đào tạo: chính quy - Thời gian đào tạo từ 2002 đến 2007 - Nơi học (trƣờng, thành phố): Trƣờng Đại học Sƣ phạm Kỹ thuật TP. HCM - Ngành học: Kỹ thuật Công nghiệp - Tên đồ án: Tính toán, thiết kế máy mài gạch Terrazzo 2.Cao học - Hệ đào tạo: chính quy - Thời gian đào tạo từ 2007 đến 2009 - Nơi học (trƣờng, thành phố): Trƣờng Đại học Sƣ phạm Kỹ thuật TP. HCM - Ngành học: Công nghệ Chế tạo máy - Tên luận văn: Khảo sát sự ảnh hƣởng của tính đẳng hƣớng đến hàm hấp thụ tổng quát trong quá trình đo ứng suất dùng nhiễu xạ X-quang III.

QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Thời gian Nơi công tác Công việc đảm nhiệm Trƣờng ĐH Phạm Văn Đồng 2007 - nay Giảng viên (Quảng Ngãi) i luan an LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận án là trung thực và chƣa từng đƣợc ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Hồ Chí Minh, ngày 15 tháng 06 năm 2021 Tác giả luận án Nguyễn Vĩnh Phối ii luan an LỜI CẢM TẠ Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến PGS. Đặng Thiện Ngôn và PGS.

Lê Chí Cƣơng - Đại học Sƣ phạm Kỹ thuật Tp. HCM đã tận tình hƣớng dẫn và giúp đỡ để tôi hoàn thiện luận án này. Tôi cũng chân thành cảm ơn Nhóm nghiên cứu trọng điểm Cơ khí và Môi Trƣờng (REME Lab); phòng thí nghiệm Vật liệu trƣờng ĐH Sƣ phạm Kỹ thuật Tp. HCM; Trung tâm Hạt Nhân Tp.

HCM; Trung tâm Đào Tạo khu Công nghệ Cao Tp. HCM; Phòng thí nghiệm Đo Lƣờng trƣờng ĐH Công Nghiệp Tp. HCM; Công ty tƣ vấn kiểm định Hƣng Thịnh Tp. HCM; Công ty Vivablast Việt Nam đã hỗ trợ về mặt thiết bị trong quá trình thực hiện luận án.

Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy, cô thuộc Khoa Kỹ thuật - Công nghệ và Ban Giám hiệu trƣờng Đại học Phạm Văn Đồng đã tạo điều kiện giúp đỡ, góp ý và động viên trong quá trình thực hiện luận án. Sau cùng, tôi xin cảm ơn gia đình đã luôn ở bên cạnh và động viên trong suốt thời gian qua để tôi hoàn thành tốt công việc nghiên cứu khoa học của mình. Tác giả Nguyễn Vĩnh Phối iii luan an TÓM TẮT Công nghệ mạ phủ bằng crôm cứng và phun phủ nhiệt khí tốc độ cao (High Velocity Oxy Fuel - HVOF) là các công nghệ mạ phủ đang đƣợc sử dụng rộng rãi trong công nghiệp. Tính chất của các lớp phủ đã và đang đƣợc nghiên cứu nhƣng ảnh hƣởng của chúng đến độ bền mỏi của chi tiết khi chiều dày lớp phủ thay đổi chƣa đƣợc nghiên cứu sâu.

Ngoài ra, khả năng thay thế công nghệ mạ crôm cứng, một trong các công nghệ gây ra ô nhiễm môi trƣờng và ảnh hƣởng xấu đến sức khỏe của ngƣời vận hành hệ thống mạ, bằng công nghệ HVOF sử dụng vật liệu phủ carbide vonfram cũng đang là hƣớng nghiên cứu đang đƣợc quan tâm. Từ các định hƣớng trên, nghiên cứu đánh giá ảnh hƣởng đến đặc tính mỏi của chi tiết trục đƣợc làm từ thép C45 phủ carbide vonfram và mạ crôm cứng dựa trên các tiêu chí: ứng suất dƣ, vết nứt tế vi, chiều dày lớp phủ đã đƣợc triển khai. Từ đó, các nội dung chính trong luận án đã tập trung nghiên cứu và giải quyết các nhiệm vụ cụ thể sau: - Khảo sát các tính chất bên trong của lớp mạ crôm và phủ carbide vonfram: trƣờng ứng suất dƣ, mật độ vết nứt tế vi,… ứng với các chiều dày khác nhau; - Đánh giá ảnh hƣởng của chiều dày lớp mạ crôm, lớp phủ carbide vonfram đến độ bền mỏi trên nền thép C45 đã đƣợc nhiệt luyện; - Thiết lập mô hình toán đƣờng cong mỏi và phƣơng trình mỏi ứng với các chiều dày mạ phủ khác nhau cho lớp mạ crôm và lớp phủ carbide vonfram; - So sánh, đánh giá, dự đoán độ bền mỏi của chi tiết trục đƣợc chế tạo trên nền thép C45 ứng với các chiều dày mạ phủ crôm cứng, carbide vonfram khác nhau. Với lớp phủ mạ crôm cứng, kết quả nghiên cứu cho thấy ứng suất dƣ kéo luôn tồn tại trong lớp mạ crôm.

Giá trị ứng suất dƣ giảm dần từ bề mặt lớp phủ đến bề mặt chi tiết nền thép C45. Chiều dày lớp phủ càng tăng thì độ bền mỏi giảm càng mạnh so với chi tiết nền, giá trị giảm tƣơng ứng với chiều dày lớp phủ 10/30/60/90 μm là 2,3/6,97/9,3/11,62%. Nguyên nhân quan trọng gây giảm độ bền mỏi của lớp phủ crôm là mặc dù ứng suất dƣ kéo có xu hƣớng giảm theo chiều dày lớp mạ nhƣng mật độ vết nứt tế vi lại tăng. Chính lý do này đã gây ra giảm độ bền mỏi.

Kết iv luan an quả chụp mặt gãy mỏi (SEM) cũng đã chứng tỏ các vết nứt mỏi xuất phát từ vết nứt tế vi của lớp mạ crôm. Với lớp phủ carbide vonfram, ứng suất dƣ nén luôn tồn tại trong lớp phủ. Đây là kết quả của sự va chạm của các hạt cứng WC với nền thép và do hệ số giãn nở nhiệt của lớp phủ nhỏ hơn hệ số giãn nở nhiệt của vật liệu nền nên sẽ tạo ra ứng suất nén. Khi tăng chiều dày lớp phủ, ứng suất nén có xu hƣớng tăng lên và khi khảo sát trƣờng ứng suất dƣ cũng cho thấy ứng suất dƣ nén tăng dần từ bề mặt đến lớp tiếp giáp với vật liệu nền thép C45.

Nguyên nhân là trƣớc khi phủ, vật liệu nền đƣợc phun bi tạo độ nhám nhằm tăng độ bám dính với hạt Al2O3 tạo nên biến dạng dẻo bề mặt nền và sinh ra ứng suất dƣ nén. Kết quả nghiên cứu cho thấy, độ bền mỏi của lớp phủ tăng theo chiều dày và giá trị tăng tƣơng ứng với chiều dày lớp phủ 30/60/90 μm là 4,65/6,97/10,46% so với nền thép. v luan an ABSTRACT Hard chrome plating technology and High Velocity Oxy Fuel (HVOF) method have long been studied and applied in industry. The properties of the coating layers have been studied but their effect on the fatigue strength of machine part has not been studied when the coating thickness changes.

In addition, the HVOF technology using tungsten carbide coating material is recommended to replace hard chrome plating. Because it is one of the technologies which causes environmental pollution and harmful affecting the operators’ health of the plating system. Thus, the study on the fatigue behavior of shafts using AISI 1045 steel which are coated tungsten carbide and hard chromium based on the residual stress, microcracks and coating thickness has been performed. Therefore, this thesis has focused on researching specific tasks: - Investigating the properties of chromium plating and tungsten carbide coating such as residual stress gradient, microcrack density, ect.

depend on different coating thicknesses. - Assessing the effect of chromium coating thickness and tungsten carbide coating thickness on fatigue life of AISI 1045 steel applying heat treatment process. - Deriving equation model of rotating bending fatigue and fatigue equation for chromium plating and tungsten carbide with different coating thicknesses. - Comparing, assessing and predicting fatigue strength of tungsten carbide layer to hard chrome plating on AISI 1045 steel.

For the hard chrome plating, the results show that the tensile residual stress exists in chromium plating. The residual stress decreases from the surface of coating layer to substrate. The fatigue strength of coating sample decreases when compared to the substrate with 10 μm, 30 μm, 60 μm and 90 μm thickness are 2,3%; 6,97%; 9. The main cause of the chromium coating's fatigue strength reduction is that the tensile residual stress tend to decrease with the coating thickness but the microcracks density increases.

It is the reason to reduce fatigue vi luan an strength.