Luận án tiến sĩ nghiên cứu ảnh hưởng của dung dịch tôi polyme đến tổ chức tính c

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI TRẦN THỊ XUÂN NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA DUNG DỊCH TÔI POLYME ĐẾN TỔ CHỨC, TÍNH CHẤT, BIẾN DẠNG CỦA THÉP Ổ LĂN OL 100Cr1,5 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC VẬT LIỆU HÀ NỘI - 2019 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI TRẦN THỊ XUÂN NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA DUNG DỊCH TÔI POLYME ĐẾN TỔ CHỨC, TÍNH CHẤT, BIẾN DẠNG CỦA THÉP Ổ LĂN OL 100Cr1,5 Ngành: Khoa học vật liệu Mã số: 9440122 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC VẬT LIỆU NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. Lê Thị Chiều HÀ NỘI - 2019 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả trình bày trong Luận án này là trung thực và chưa từng được tác giả nào công bố! Hà Nội, ngày 30 tháng 07 năm 2019 TM. TẬP THỂ HƯỚNG DẪN KHOA HỌC Người cam đoan PGS.

Nguyễn Văn Tư Trần Thị Xuân i LỜI CẢM ƠN Tác giả chân thành cảm ơn PGS. Nguyễn Văn Tư và PGS. Lê Thị Chiều, đã tận tình hướng dẫn, tạo điều kiện về tài liệu và động viên tác giả trong suốt quá trình nghiên cứu và hoàn thành bản luận án này. Tác giả trân trọng cảm ơn Quỹ học bổng Sakura Science (Nhật Bản) đã tài trợ học bổng và kinh phí để tác giả có điều kiện sang nghiên cứu thực nghiệm và phân tích kết quả nghiên cứu tại Trường Đại học Shimane – Nhật Bản.

Tác giả trân trọng cảm ơn Bộ môn Khoa học vật liệu - Trường Đại học Shimane – Nhật Bản, đặc biệt là GS. Takuya Ohba và TS. Phạm Hoàng Anh đã tạo điều kiện thuận lợi về trang thiết bị thí nghiệm, nhiệt tình giúp đỡ tác giả trong quá trình nghiên cứu thực nghiệm và kiểm tra cấu trúc kim loại, kiểm tra thành phần các pha bằng các kỹ thuật Nhiễu xạ tia X (X-ray Diffraction) và Nhiễu xạ điện tử tán xạ ngược (Electron Backscatter Diffraction - EBSD) khi tác giả đến nghiên cứu tại đây. Tác giả trân trọng cảm ơn Bộ môn Hàn & Công nghệ kim loại - Viện Cơ khí - Đại học Bách khoa Hà Nội, đặc biệt là TS.

Vũ Đình Toại đã tạo điều kiện và hướng dẫn tác giả sử dụng phần mềm Sysweld 2017.0 để xây dựng chương trình tính toán mô phỏng số quá trình tôi thép OL 100Cr1,5. Tác giả trân trọng cảm ơn Bộ môn Hóa Lý - Viện Kỹ thuật hóa học - Đại học Bách khoa Hà Nội, đặc biệt là TS. Nghiêm Thị Thương đã nhiệt tình giúp đỡ tác giả trong quá trình kiểm tra và đánh giá tuổi thọ của dung dịch tôi polyme bằng các kỹ thuật Phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (Fourier Transform Infra Red – FTIR) và Phổ cộng hưởng từ hạt nhân (Nuclear Magnetic Resonance - NMR). Tác giả trân trọng cảm ơn các bạn thân hữu, các đồng nghiệp trong Bộ môn Vật liệu học, Xử lý nhiệt & Bề mặt - Viện Khoa học & Kỹ thuật vật liệu - Đại học Bách khoa Hà Nội đã tạo điều kiện thuận lợi và động viên tác giả trong quá trình nghiên cứu thực hiện luận án này.

Cuối cùng, tác giả bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến bố, mẹ tác giả cùng toàn thể các thành viên trong gia đình đã động viên, tạo điều kiện về tài chính và chia sẻ những khó khăn trong suốt quá trình tác giả nghiên cứu và hoàn thành bản luận án này. Tác giả luận án Trần Thị Xuân ii MỤC LỤC Trang DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT vii DANH MỤC CÁC BẢNG xi DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH, ĐỒ THỊ xiii MỞ ĐẦU 1 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ MÔI TRƯỜNG TÔI 5 1. Tổng quan về các môi trường tôi đang được nghiên cứu sử dụng 5 1.

Tình hình nghiên cứu về môi trường tôi polyme trên thế giới 10 1. Tình hình nghiên cứu về môi trường tôi polyme ở trong nước 13 1. Kết luận chương 1 13 CHƯƠNG 2. CƠ SỞ KHOA HỌC QUÁ TRÌNH TÔI THÉP TRONG 14 DUNG DỊCH POLYME 2.

Mục đích tôi thép và yêu cầu của môi trường tôi 14 2. Thép OL 100Cr1,5 và lựa chọn môi trường tôi 15 2. Thành phần và tính chất của thép OL 100Cr1,5 15 2. Công dụng, điều kiện làm việc và yêu cầu đối với thép ổ lăn 15 2.

Thành phần hóa học của thép OL 100Cr1,5 15 2. Tính chất của thép OL 100Cr1,5 16 2. Giản đồ TTT và CCT của thép OL 100Cr1,5 16 2. Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ tôi tới hạn của thép OL 100Cr1,5 17 2.

Lựa chọn môi trường tôi thép OL 100Cr1,5 18 2. Dung dịch polyme poly vinylpyrrolidone (PVP ) trong nước 18 2. Dung dịch polyme poly alkylene lycols (PAG) trong nước 19 2. Cơ chế làm nguội khi tôi trong dung dịch polyme 20 2.

Các giai đoạn làm nguội khi tôi trong dung dịch polyme 20 2. Cơ chế làm nguội của các loại dung dịch tôi polyme 22 2. Đường nguội khi tôi trong dung dịch polyme 23 2. Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ nguội của dung dịch polyme 24 2.

Ảnh hưởng của nồng độ polyme trong dung dịch tôi 24 2. Ảnh hưởng của nhiệt độ bể tôi và tốc độ khuấy 24 2. Tuổi thọ của dung dịch tôi polyme 27 2. Chuyển biến mactenxit khi tôi thép 28 2.

Cấu trúc tinh thể và tính chất của mactenxit 28 2. Đặc điểm của chuyển biến mactenxit 29 2. Nhiệt động học chuyển biến mactenxit 30 2. Lý thuyết tinh thể của chuyển biến mactenxit 31 2.

Sự hình thành ứng suất dư và biến dạng của chi tiết khi tôi 32 2. Trạng thái ứng suất - biến dạng trong vật liệu 32 2. Các loại ứng suất dư sau tôi 33 2. Sự hình thành ứng suất trong chi tiết tôi 34 2.

Ứng suất do nhiệt 35 2. Ứng suất do chuyển biến pha 36 2. Sự hình thành ứng suất dư sau khi tôi 38 2. Kết luận chương 2 40 CHƯƠNG 3.

NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH TÔI THÉP TRONG DUNG 41 DỊCH POLYME BẰNG MÔ PHỎNG SỐ 3. Mục đích nghiên cứu bằng mô phỏng số 41 iii 3. Cơ sở tính toán mô phỏng quá trình tôi thép 41 3. Động học của quá trình chuyển biến pha khi tôi thép 41 3.

Động học chuyển biến pha khuếch tán 41 3. Động học chuyển biến mactenxit 42 3. Ảnh hưởng của ứng suất đến chuyển biến pha và biến dạng dẻo 43 chuyển biến 3. Các tính chất lý – nhiệt của vật liệu 43 3.

Hệ số giãn nở nhiệt, biến dạng do nhiệt và do chuyển pha 43 3. Tỷ trọng của vật liệu 44 3. Độ dẫn nhiệt, nhiệt dung riêng và Entanpi 45 3. Các tính chất cơ học của vật liệu 45 3.

Mô hình vật liệu cho các tương tác cơ học 45 3. Các thành phần biến dạng 46 3. Các bước tính toán mô phỏng số quá trình tôi thép 46 3. Xây dựng mô hình phần tử hữu hạn (PTHH) 46 3.

Khai báo các thông số của vật liệu 48 3. Thiết lập các điều kiện tính toán mô phỏng quá trình tôi. Điều kiện trao đổi nhiệt giữa mô hình với dung dịch tôi 51 3. Điều kiện kẹp mẫu khi tôi 52 3.

Các thông số chế độ tôi 53 3. Kết quả tính toán mô phỏng trường nhiệt độ trong mẫu tôi 53 3. Trường nhiệt độ phân bố trong mẫu tôi 53 3. Đường nguội tại một số vị trí khảo sát 55 3.

Kết quả mô phỏng quá trình chuyển biến pha trong mẫu tôi 58 3. Kết quả tính toán độ cứng của mẫu tôi trong dung dịch polyme 61 3. Kết quả tính toán mô phỏng trường ứng suất trong mẫu tôi 62 3. Kết quả tính toán biến dạng của mẫu tôi trong dung dịch polyme 68 3.

Kết luận chương 3 71 CHƯƠNG 4. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 72 4. Pha chế dung dịch tôi polyme 72 4. Nguyên liệu pha chế dung dịch tôi polyme 72 4.

Công thức pha chế dung dịch tôi polyme PVP 72 4. Công thức pha chế dung dịch tôi polyme PAG 73 4. Tính toán thể tích dung dịch tôi 73 4. Xác định các tính chất của dung dịch tôi 75 4.

Phương pháp phân tích cơ chế làm nguội của dung dịch polyme 75 4. Đo độ nhớt của dung dịch tôi 76 4. Đo đường nguội và xác định hệ số truyền nhiệt của dung dịch tôi 77 4. Kiểm tra sự ôxi hóa của polyme bằng phân tích nhiệt trọng lượng/ 80 quét vi sai (TG/DSC) 4.

Kiểm tra các nhóm chức và liên kết phân tử của dung dịch polyme 82 bằng phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FTIR) 4. Xác định khối lượng phân tử của polyme trong dung dịch tôi bằng 82 phổ cộng hưởng từ hạt nhân - Nuclear Magnetic Resonance (NMR) 4. Thực nghiệm tôi mẫu 83 4. Mẫu thí nghiệm 83 4.

Thiết bị nhiệt luyện 83 4. Quy trình tôi mẫu 84 iv 4. Các kiểm tra đánh giá sau tôi 84 4. Kiểm tra biến dạng của mẫu sau tôi 84 4.

Kiểm tra ứng suất dư trên mẫu sau tôi bằng nhiễu xạ Rơngen (XRD) 85 4. Nghiên cứu tổ chức tế vi trên kính hiển vi quang học 86 4. Xác định tổ chức kim loại bằng nhiễu xạ Rơngen (XRD) 88 4. Nghiên cứu cấu trúc và thành phần pha bằng nhiễu xạ điện tử tán xạ 88 ngược (EBSD) 4.

Kiểm tra độ cứng của mẫu sau tôi 89 4. Kết luận chương 4 89 CHƯƠNG 5. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ BÀN LUẬN 90 5. Cơ chế làm nguội khi tôi trong dung dịch polyme PVP và PAG 90 5.

Ảnh hưởng của nồng độ polyme đến nhiệt dung riêng và độ nhớt của 93 dung dịch tôi 5. Ảnh hưởng của nồng độ polyme đến nhiệt dung riêng của dung dịch 93 tôi 5. Ảnh hưởng của nồng độ polyme đến độ nhớt của dung dịch tôi 94 5. Ảnh hưởng của nồng độ polyme đến tốc độ nguội của dung dịch tôi 96 5.

Ảnh hưởng của nồng độ polyme đến tốc độ nguội của dung dịch tôi 96 PVP 5. Ảnh hưởng của nồng độ polyme đến tốc độ nguội của dung dịch tôi 98 PAG 5. So sánh khả năng làm nguội của dung dịch tôi PVP và PAG với dầu 100 5. Ảnh hưởng của dung dịch tôi polyme đến biến dạng của mẫu tôi 101 5.

Ảnh hưởng của dung dịch tôi polyme đến ứng suất dư trong mẫu tôi 103 5. Ảnh hưởng của dung dịch làm nguội polyme đến tổ chức tế vi của thép 108 OL 100Cr1,5 5. Cấu trúc tế vi của thép OL 100Cr1,5 khi tôi trong một số môi trường 109 5. Phân tích thành phần pha trong mẫu thép OL 100Cr1,5 sau khi tôi 113 bằng kỹ thuật EBSD 5.

Ảnh hưởng của dung dịch tôi polyme đến độ cứng của thép OL 100Cr1,5 123 5. Khả năng tái sử dụng của dung dịch tôi polyme PVP và PAG 125 5. Độ nhớt của dung dịch polyme qua các lần tôi 125 5.