Qui Hoạch Thực Nghiệm Masat Khuấy_final

cng lun vn Thc S GVHD:PGS.TS TRN THIN PHC

THN TRNG KHNH T TRANG 1

NGHIN CU S NH HNG CA GC NGHING U DNG C N CHT LNG MI HN MA ST KHUY TRN TM

NHM PHNG

Hc vin thc hin: Thn Trng Khnh t

MSHV:

Gio vin hng dn ngh: PGS.TS TRN THIN PHC

Khoa C Kh, trng H Bch Khoa TP HCM.


THN TRNG KHNH T TRANG I

MC LC

MC LC .............................................................................................................................. i

DANH MC HNH NH ..................................................................................................... ii

DANH MC BNG BIU ................................................................................................... ii

Tm tt nghin cu ............................................................................................................... iii

1. Gii thiu ...................................................................................................................... 1

1.1. Lch s pht trin. .................................................................................................. 1

1.2. Ni dung v mc tiu ca nghin cu. .................................................................. 3

1.3. Li ch v ngha ca ti. ................................................................................. 4

2. C s l thuyt .............................................................................................................. 5

2.1. Qu trnh sinh nhit khi hn .................................................................................. 5

2.2. Dng chy vt liu ................................................................................................. 8

2.3. T chc hp kim nhm sau khi hn .................................................................... 14

2.4. Kt lun................................................................................................................ 16

3. Phng php nghin cu ............................................................................................ 17

3.1. M hnh tnh ton, phn tch v chn thng s th nghim. ................................ 17

3.2. M hnh th nghim ............................................................................................. 22

3.3. Phng php phn tch kt qu. .......................................................................... 24

3.4. Phng php nh gi kt qu: ........................................................................... 27

4. K hoch nghin cu................................................................................................... 28

TI LIU THAM KHO ................................................................................................... 29


THN TRNG KHNH T TRANG II

DANH MC HNH NH

Hnh 1. 1 S m t qu trnh hn ma st khuy. ........................................................................ 1

Hnh 2. 1 nh hng ca iu kin trt - dnh n qu trnh sinh nhit ...................................... 6 Hnh 2. 2 S cc giai on ca qu trnh hn. ............................................................................ 7 Hnh 2. 3 Khong cch gia cc bc hn ...................................................................................... 9 Hnh 2. 4 T chc kim loi mi hn. [15] (HAZ: heat affected zone; TMAZ: thermo-mechanically affected zone). ................................................................................................................................. 9 Hnh 2. 5 S hnh thnh cc vng dng c hnh ........................................................................... 10 Hnh 2. 6 S kt hp gia cc dng chy [15] .............................................................................. 11 Hnh 2. 7 S xen k ca hai dng chy [15] ................................................................................. 11 Hnh 2. 8 Cc vng kim loi trong m hnh [15] .......................................................................... 12 Hnh 2. 9 S b tr lc trong h trc ta ................................................................................... 13 Hnh 2. 10 nh hng ca lc p n cht lng mi hn [15]. .................................................. 13 Hnh 2. 11 Cc dng chy kim loi ............................................................................................... 14

Hnh 3. 1 Kch thc mt ct ngang vng hn .............................................................................. 17 Hnh 3. 2 Nhit lng phn b trn u dng c .......................................................................... 18 Hnh 3. 3 Vi phn cc b mt theo phng ngang, ng, cn. ..................................................... 18 Hnh 3. 4 Gc nghing u dao so vi phi .................................................................................. 20 Hnh 3. 5 So snh lc dc trc khi hn, tc hn 90mm/pht v s vng quay l 500 rpm. ..... 20 Hnh 3. 6 ng sut ko v % ko gin vi cc gc nghing u dao thay i. (a) ng sut ko, (b) gin di ca mi hn ti a khi ko. ......................................................................................... 21 Hnh 3. 7 My phay CNC.............................................................................................................. 22 Hnh 3. 8 Kt cu dao th nghim .................................................................................................. 22 Hnh 3. 9 Phi hn ......................................................................................................................... 23 Hnh 3. 10 Phi c g t trn bn my .................................................................................... 23 Hnh 3. 11 Bi ton hp en cho qu trnh nghin cu ................................................................. 24

DANH MC BNG BIU

Bng 3. 1 Bng ch hnP. Zettler, S. Lomolino, T. Donath, F. Beckmann, T. Lippman and D. Lohwasser ................... 24 Bng 3. 2 Kt qu kho nghim khi n thay i. ............................................................................ 25 Bng 3. 3 Bng qu kho nghim khi Vh thay i. ....................................................................... 25

Bng 3. 4 Bng kho nghim khi thay i. ................................................................................ 25

Bng 3. 5 Bng kho nghim thc nghim ton phn 3 yu t ..................................................... 25


THN TRNG KHNH T TRANG III

TM TT NGHIN CU

Hn ma st khuy (Friction stir welding) l mt cng ngh mi to ra cc mi hn c cht lng tt, c bit l cc vt liu c tnh chu hn km m cc phng php hn thng thng khng c c, ph bin hin nay l cc hp kim nhm. Nghin cu ny trnh by phng php chn cc thng s cng ngh tt nht trong iu kin th nghim ca qu trnh hn ma st khuy cho vt liu nhm hp kim, trong thng s gc nghing u dng c l ni dung chnh ca lun vn ny. Qu trnh phn tch nh hng ca gc nghing u dng c c tin hnh bi qu trnh xy dng m hnh ton hc v thit k m hnh thc nghim. Kt qu nghin cu s cung cp cc ch cng ngh cho qu trnh hn ma st khuy trn tm hp kim nhm t c tin cy v hiu qu cao.



1. GII THIU

Ngy nay vn nng lng, mi trng, vt liu ch to ang c th gii quan tm v lun hng n s hon thin v mi mt, do tt c cc ngnh cng nghip cng cn nghin cu i mi cng ngh nhm hn ch ti a nng lng tiu th v lng kh thi khi sn xut. Ngai ra la chn vt liu phi bn, nh, m bo tnh cng ngh. Trong lnh vc hn cc phng php hn tin tin nh hn h quang di lp thuc hay trong mi trng kh bo v, hn bng tia laser,...phn no p ng c cc yu cu trn. c bit phng php hn ma st khuy (FSW) c xem l phng php rt hu hiu v ang c quan tm nht hin nay.

Hn ma st khuy l bc tin quan trng nht v lnh vc hn trong thp nin qua, v l mt cng ngh xanh do hiu qu nng lng v bo v mi trng. So snh vi nhng cng ngh hn trc y th FSW tiu th t nng lng mt cch ng k, khng tiu th kh hn, khng c qu trnh nng chy, khng c kh c khi hn, khng pht sinh tia h quang v nng lng bc x,...Do to mi trng trong sch. Ngoi ra FSW khng cn s dng kim loi que hn in y mi hn, t bin dng v khng nt kt tinh. Bt k hp kim nhm no cng c th hn c m khng cn quan tm n s ng b ca kim loi vt hn, hn na vt liu composite c th hn vi nhau mt cch d dng.

1.1.Lch s pht trin.

Hn ma st khuy c pht minh vo nm 1991 bi hc Vin hn ca Vng Quc Anh (TWI), l k thut hn c lin kt trng thi rn (khng nng chy) ban u c p dng cho hn hp kim nhm. Nguyn l c bn ca phng php ny tng i n gin: Dng mt dng c xoay khng nng chy c thit k c bit c mt u khuy (c ren hoc khng c ren) v phn vai tip xc vi b mt ca phi hn.Trc tin dng c ny i xung, phn c ren xuyn vo phi hn (tng ng vi chiu su ngu cn thit), sau di chuyn dc theo hng hn to thnh mi hn, hnh 1. Vt liu b mm ra bi nhit t ma st v lc p t vai dng c s lin kt vt liu 2 bn u hn vi nhau. Do vt liu khng chy ra v ng li nn tnh cht mi hn s tt, c tnh m bo, loi tr khuyt tt, r.

Hnh 1. 1 S m t qu trnh hn ma st khuy.



1.1.1. Tnh hnh nghin cu nc ngoi.

Ngun nhit vo khi hn l mt hm gm cc thng s v c m phng nh mt vng trn c ng knh bng ng knh vai dng c trn b mt vt hn. Mc d kt qu m phng khng so snh vi thc t nhng m hnh nhit ny ca MeClure c ng dng nhiu cho vic tnh ton nhit phi hn.

Chao v Qi nghin cu m hnh s s to nhit da trn nhit ca phi, kt qu cho thy dng nhit trn b mt l rt ln.

Heurtier v Desrayaud cng dng m hnh phn tch d on nhit vo phi nhng sau chuyn sang dng m hnh s tng kh nng chnh xc ca qu trnh d on nhit hn.

Nm 1998, Russell v Shercliff cng dng m hnh phn tch da trn phng trnh to nhit ca mnh d on v xp x nhit tnh ton. Dng nhit qua dng c c xc nh l khong 17% tng nng lng hn [1].

Nm 2003, khi nghin cu m hnh s, Schmidt v Hayyel tnh ton nng lng sinh cng vo dng c bi vic gim lng nhit vo dng c bi vic gim lng nhit vo phi v khng nh rng 25% nng lng c hc cn thit bi tc quay ca trc chnh s i vo dng c, cn li 75% tp trung vo phi ti mi hn. Cng vi nghin cu trn hai ng cng s dng m hnh s t ngun nhit do ma st v ngun nhit do bin dng do tnh ngun nhit vao, trong 10% nng lng s i vo dng c, phn ln lng nhit vo vai dng c s tng ng vi kch thc ng knh vai. Ngoi ta, Shi cng tnh ton ngun nhit vo dng c l khong 8% tng nng lng c hc trong m hnh s ca mnh nhng sau ng iu chnh cho n khi tng ng vi kt qu thc nghim.

Mt nghin cu khc ca Langerman v Kvalvik dng ngun nhit hai chiu xc nh dng vt liu xung quanh u khuy v d on s phn b ng sut d trong phi sau khi hn. Ngun nhit sinh ra trong khi hn c quan h tuyn tnh vi ng knh vai ca dng c.

Song v Kovacevic [2] nghin cu s nh hng ca tc dng c n moment xon khi hn bng cch thc nghim thay i vi nhiu tc quay v tc quay v tc n dao ca dng c. Tang [3] thay i tc dng c v chiu su dng c khi tng tc xoay dng c th tng nhit vo. Tt c nghin cu trn nhm nu ln s thay i nhit vng hn v thng s hn nhng khng d on cht lng ng hn.

Midling v Rorvik [4] tnh ton lng nhit v da vo chiu rng HAZ. H thay i s vng quay dng c, tc n dao, lc tc dng vo dng c v chng minh lng nhit vo (Heat input) gim khi chiu su v s vng quay ca dng c gim, lng gia nhit tng khi gim tc hn (Vh). Mt s tc gi kt hp vic o nhit (bng Thermocouples TC) vng hn v trng HAZ. Gould v Feng [5] quan st khi thay i hai thng s hn. Frigaard [6] quan st ba tc i xung ca dng c. Song [7] nghin cu vi ba tc quay dng c. C ba tc gi trn cho thy mt mi lin h mt thit gia nhit ln nht v chiu rng vng HAZ.



Linder chng minh nhng hn ch ca phng php o nhit bng Thermocouples. Trc ht l chnh lch nhit trong FSW l thng rt phc tp nn vic b tr TC rt kh khn, ngoi ra do qu trnh FSW vt liu bin dng do rt ln nn kt qu o kh chnh xc v vic xc nh vng HAZ cn rt nhiu thi gian v cng sc (Mu th nghim phi nh bng v nh du k lng tin cho vic o c).

Zahedul v KhandKar tnh ton moment xon ca qu trnh hn, kt qu l n khng i vi mi thng s [8], [9]. Ngoi ra Schmidt v Leinart o moment xon t thc nghim v so snh vi kt qu tnh ton, h cng khng nh rng moment xon khng thay i vi mi thng s hn.

Mt s tc gi chng minh rng nng lng hn l mt hm ca cc thng s hn. Colegrove [10] trnh by nng lng hn ca mnh c lin quan n tc hn nhng b qua tc quay dng c. Ngc li, tc dng c c chng minh l c nh hng ng k n lng nhit vo bi mt s thc nghim c gi tr .

Mt phng php xc nh lng nhit vo na l bng cch gim s lng nhng thng s v kt hp tc dng c vi tc i xung vi mt tn gi l bc hn(xc nh bc tin trn mi vng quay dng c). H ch nghin cu s b mi lin h gia nng lng hn vi bc hn.

Reynolds v Tang [3] kim tra s nh hng ca bc hn n nng lng hn mt cch r rng hn v cho thy rng bc hn khng th l mt thng s xc nh nng lng hn mt cch chnh xc. H gi tc n dao v chiu su u khuy khng i trong khi thay i tc quay dng c xc nh lc hn v c lng nhit vo.

1.1.2. Tnh hnh nghin cu trong nc.

Vit Nam chng ta, trong thi gian gn y bt u c nhng nghin cu v cng ngh hn ma st khuy ny. C th k n mt s nghin cu ca cc tc gi sau:

Lun vn Thc s ca Mai ng Tun, nghin cu v mt s thng s nh hng n cht lng mi hn ma st khuy trn tm nhm phng. Trong tc gi quy hoch thc nghim ton phn 3 thng s: s vng quay u khuy, tc hn v ng knh vai u khuy, t rt ra c b thng s ti u t bn ko ln nht.

Lun vn Tt nghip i hc ca Nguyn Vn Thnh, m phng qu trnh nhit trong qu trnh hn ma st khuy bng phng php phn t hu hn trn phn mm Ansys.

Lun vn Tt nghip i hc ca V Vn Pho, tc gi trnh by s nh hng ng thi ca 4 thng s (s vng quay u khuy, vn tc hn, chiu di u khuy v ng knh u khuy) n bn ko, lc dc trc theo phng ngang v phng ng.

1.2.Ni dung v mc tiu ca nghin cu.

Qu trnh hn ma st khuy chu nh hng ca nhiu thng s, vic phn tch xc nh ng cc yu t nh hng n cht lng mi hn ma st khuy l cc k quan trng. Do vn cn tin hnh:



Nghin cu c s l thuyt ca qu trnh hn ma st khuy.

Da trn cc nghin cu trong v ngoi nc, cc nh gi ca chuyn gia hn ch s th nghim.

Qu trnh lm do kim loi l do ma st gia u hn vi phi v lc p gia vai dng c vi phi, do vy cn phi xy dng phng trnh cn bng nhit xc nh cc thng s nh hng n qu trnh hn. ng thi tin hnh m phng trn my tnh nh gi cc thng s mt cch d dng.

Tin hnh thc nghim, s dng phng php thng k v ti u ha phn tch d liu, t rt ra b thng s cng ngh tt nht trong iu kin th nghim.

1.3.Li ch v ngha ca ti.

V tnh khoa hc, phng php hn ny l mt trong nhng cng ngh hn mi hin nay, c nhiu nc v cc hng sn xut ln trn th gii nghin cu ng dng, l mt trong nhng yu t quan trng ci thin hiu qu c tnh, bn ca sn phm.

S dng ngun nng lng hn ch yu l t ngun nhit do ma st gia b mt phi v dng c v s bin dng do mnh lit trong cu trc vt liu, nt mi trong k thut c kh sinh hc hin nay.

Trong iu kin cng nghip ha hin i ha nc ta, cc ngnh cng nghip pht trin nh ng tu; sn xut thit b ni hi; sn xut t; ch to khun mu;...th vic nghin cu ng dng phng php hn ma st khuy l rt cn thit, to iu kin cho vic tip cn v tng bc ng dng c hiu qu cc cng ngh tin tin ca th gii.

Do nhng li ch to ln nh vy, vi vic chn c b thng s cng ngh ti u s gip nng cao kh nng ng dng thc tin ca phng php hn ma st khuy, tit kim nng lng, tng nng sut v hiu qu ca qu trnh hn.



2. C S L THUYT

2.1. Qu trnh sinh nhit khi hn

2.1.1. c im chung

Qu trnh nhit khi hn l s tng nhit ca vt hn di nh hng ca s to nhit, s truyn nhit vo vt hn v s thot nhit vo mi trng xung quanh (v vo e di). S thay i nhit xc nh mt lot cc qu trnh xy ra ng thi trong kim loi vt hn. Chuyn bin t chc tinh th, thay i th tch, bin dng n - do, ... Cc qu trnh ny nh hng ln n cht lng mi hn v ton b kt cu ni chung.

Ngun nhit hn c to thnh do s kt hp ca qu trnh ma st gia dng c-phi v qu trnh phn tn do trong khi vt liu b bin dng. C ch to nhit b nh hng bi: cc thng s hn, tnh dn nhit ca vt liu phi, u khuy v e, c tnh hnh hc ca dng c. Thng thng th iu kin hn nng l hn vi s vng quay (rpm) cao v vn tc hn (Vh) thp; ngc li, hn vi tc hn cao v rpm thp th c gi l hn lnh. Trng nhit xung quanh u khuy l khng i xng, trong vng li ca mi hn c nhit hi cao hn nhit vng tin. iu ny th hin khi th ph hng do ko vt nt trn cnh li trong vng HAZ l xy ra nhiu hn. trnh hin tng qu nhit trong vng tm hn th hn ch s vng quay ca dng c di 15000v/p.

Nhng nghin cu thc nghim gn y cho thy rng ngun nhit sinh ra ch yu b mt vai v phi [11]. iu khin c ch to nhit l do ma st v s phn tn do ph thuc vo iu kin tip xc gia hai b mt. c trng hnh hc ca dng c (u khuy, vai) s nh hng n hai b mt trt, dnh hoc gia hai dng trn, nhit to ra gia u khuy v phi l khng phi nh v cng nn a vo xc nh trng nhit. C ch to nhit gia u khuy v phi cng do ma st v ph thuc vo iu kin trt hoc dnh b mt tip xc, lng nhit t s

bin dng nhit quanh dng c khong t 2 20%, nhit ti a khi hn cc hp kim nhm l

t 450oC n 480oC [12].

Vng gn st vi u khuy l gn nh ng nhit v nhit ti a c th ti ranh gii ct [13] ca kim loi xung quanh y khuy. i vi cc vt hn dy th nhit b nh hng bi chiu su ca u khuy, nhit cao nht l ti b mt tip xc gia vai v b mt vt hn ...

Khi nhit vt liu mi hn tng ln th s tip tc lm mm kim loi, moment xon gim v mt lng nhit c truyn i bi cng vic c hc. iu ny to thnh mt c ch nhit tng i n nh v trnh ti a hin tng nng chy ca kim loi mi hn. iu khin nhit c th thc hin bng cch thay i iu kin b mt chung gia dnh v trt. Khi kim loi ngui di nhit ti hn, khi ng xut dng bin dng tng ln trn gi tr ng sut trt. S tc ng gia dng c v phi c th chuyn t bin dng n ma st. Nu trt xy ra gia dng c v phi, lng nhit vo s gim v dn n gim nhit mi hn. Thay i iu kin bin b mt tip xc c th dn n s mt n nh v nhit v c th dao ng qua li gia hai hin tng dnh v trt. Hnh 2.1 minh ha iu kin bin vai dng c s nh hng n dng vt liu tm hn.



Hnh 2. 1 nh hng ca iu kin trt - dnh n qu trnh sinh nhit

2.1.2. Lng nhit sinh ra trong qu trnh hn

Nh bit, vai dng c cung cp nhit v quyt nh vng to nhit, trong khi u khuy to dng dng bin dng to thnh mi hn v cng to ra s cn i thnh phn nhit mi hn (ty thuc vo kch thc ca n). Dng c xoay tc cao nhng y tc vng bin ngoi ca vai v u khuy cao hn nhiu so vi tc di chuyn hn. Hn FSW ch yu l dng s phn tn st trong vt liu phi iu khin bi ng sut ct ln b mt gia dng c v phi. Tuy nhin iu kin bin trong mi hn ny l kh phc tp. Vt liu b mt tip xc c th: mt l bm dnh vo dng c, trong trng hp c cng vn tc vi vn tc dng c, hai l c th trt, trong trng hp ny vn tc thp hn v khng cng chiu vi dng c. Nhit v ng sut tip xc thay i ln trn khp dng c, do khng ging nh iu kin tip xc n thun. Tip xc c th mt phn b trt, mt phn b dnh v nu c hin tng nng chy cc b xy ra th s c s kt hp hin tng trt, dnh. Nng chy cc b ca phn t pha th hai hoc cu trc cng tinh s lm gim nhanh chng ng sut ct mt cch hiu qu dn n gi tr khng s dn n s gim mnh lng nhit sinh ra v s gia nhit. Do , s to nhit c th t n nh nhit gn ng rn, khi lng kim loi nng chy c khng ch duy tr rt nh nhm gim ti a nhng vn c lin quan nh nt kt tinh, r kh, ...

d dng cho vic tnh ton, c th chia qu trnh ma st khuy thnh 5 giai on sau:

Giai on ban u (Plunge period): Trong giai on ny, dng c xoay n chm vo vt

liu phi ti mi ghp. Ban u h s ma st cao (0,4 0,5), moment xon v lc i xung ca

dng c cn ln u khuy xm nhp ht vo phi. Bng thc nghim thng thng thi

gian u khuy hon ton tin su vo phi l t 2s 5s, ty thuc vo chiu dy phi, s vng

quay v lc tc dng.

Giai on quay ti ch (Dwell): Khi vai va tip xc vo phi, giai on dng bt u. Lc i xung gim dn xung di gi tr lc i xung chuyn tip. Ban u lng nhit to ra trong giai on ny l kh cao so vi nhit to ra trong lc dng c di chuyn, khi vt liu phi c lm mm, h s ma st gim n 0,35. Vt liu di vai c nung nng v cng vi bin dng do trc khi hn.



Giai on nhit khng n nh (Transient Heating): Lc i xung tng khi vai n tip xc vi vt liu mi. H s ma st gim n 0,3. Nhit bt u hnh thnh xung quanh vai cho n khi trng thi bo ha xy ra.

Giai on chun n nh (Pseudo Steady State): Lc i xung v moment xon n nh, duy tr 0,3, khng c thm nhit hnh thnh xung quanh vai. Nhit gn nh duy tr khng i.

Giai on sau n nh (Post Steady State): Gn cui ng hn nhit c th phn hi t cui tm dn n tng thm nhit xung quanh vai dng c.

t c qu trnh x l tt, vt liu trc dng c phi c nung nng trc cng vi qu trnh bin dng do trong khi thc hin. iu ny c th t c bng cch tng s vng quay n hoc tng bn knh vai RS. Khi Vh tng, nhit trc dng c gim, iu ny xy ra l do khng thi gian phn phi nhit.

Hnh 2. 2 S cc giai on ca qu trnh hn.

M hnh bi ton nhit s c trnh by c th trong phn 3.1.

2.1.3. S truyn nhit vo vt hn

S truyn nhit ch yu xy ra theo cc nh lut truyn nhit, mc d cc dng i lu trong kim loi gy nh hng nht nh i vi s ti nhit gn vng hn, khi lng vng hn cng ln th vai tr ca chng cng ln.

Trn c s cc nguyn tc tc dng cc b v tham gia c th nhn thy rng cc c im truyn nhit v khi lng dng kim loi phn tn st cng nh cc sai s tc thi ca cng sut ngun so vi cc gi tr trung bnh, c nh hng hn ch i vi trng nhit . S phn tch



trng nhit trong vt hn khi ngun nhit hn di ng thng thng c thc hin trong h ta khng gian di chuyn cng vi n. Sau mt thi gian nht nh khi tc hn v cng sut hiu dng n nh, bt u trng thi n nh, trng nhit di ng hu nh khng thay i.

Thi gian bt u trng thi tnh nh (thi gian ca chu k bo ha nhit) ph thuc vo tc hn, khong cch gia cc khi lng) c kho st v cng dn nhit ca n.Chu k bo ha nhit c rt ngn bi s gim khong cch ti ngun nhit, s tng tc hn v dn nhit ca vt liu, s tng th tch vt th v tc truyn nhit vo mi trng xung quanh v s gim nhit dung ca vt liu.

Trong hn FSW, hu ht ngun nhit c phn b trn khp dng c. Dng nhit phn b trn mt n v din tch ca vai c xc nh:

33

11

..

2

3

pS RR

rQq

[W/m2] (2.1)

y q1 l mt hm ca bn knh vai, cng nhit tng khi bn knh r tng v Rp r

RS. Tuy nhin, n gin xem nh s phn b nhit trn c b mt vai l ng u.

2pS RRr

(2.2)

i vi u khuy lng nhit vo c th phn b khp th tch ca n:

ppLR

Qq

.. 22

2

[W/m3] (2.3)

Ngoi ra, theo Schmidt [14], t s ca s to nhit t u khuy v s to nhit bi vai l bng 0,128.

128,01

2 Q

Q

(2.4)

T , dng nhit trn mt n v th tch ca u khuy q2

2 10,128Q Q

(2.5)

2.2. Dng chy vt liu

Nhit do s ma st v s bin dng do ca phi do tc dng ca dng c n vt liu s lm mm ha vng vt liu gii hn bi vai dng c v vng xung quanh u khuy. Thng s hn cng vi cu hnh ca dng c v thnh phn ca vt liu hn s quyt nh n khi lng vt liu c gia nhit v n s di chuyn ca chng trong qu trnh hnh thnh mi hn.



Kim loi c mm ha s di chuyn quay u khuy theo chiu quay ca dng c v t li pha sau u khuy khi c vai p xung trc khi dng c di chuyn ti dc theo hng hn.

Vng gn u khuy ch yu l quay, tt c vt liu tri qua bin dng. Vng xoay to ta ln cha tt c vt liu b bin dng do vn tc xoay - tri phi bng vn tc di chuyn ti ca dng c.

Mi bc trong dy kim loi xp kht nhau trong ng hn th tng ng vi khong cch dch chuyn ca dng c trong mi vng quay khi i ti.

Hnh 2. 3 Khong cch gia cc bc hn

Cu trc mi hn trong mt ct ngang di y th hin mi hn c chia bn vng: vng trung tm mi hn c bao bi vng nh hng nhit v vng nh hng c nhit. Da vo hnh dng hnh hc v cu trc mi hn cho thy qu trnh dng chy vt liu l khng i xng. Th tch kim loi c qut ph thuc vo lng nhit nung nng lm mm vt liu xung quanh dng c. V qua nhn thy rng nhit vng li cao hn nhit vng tin ca mi hn.

Phn b mt rng hn phn y l do vai dng c to nhit nhiu hn u khuy dng c. Trong vng trung tm mi hn c nhng mu xp lin tc nhau l do cu hnh ren ca u khuy v b bin mt l do s trt gia b mt dng c v phi, nhit cao hn khi lng kim loi b tri ra trong qu trnh hn, vng trung tm ko di ra v pha vng tin l do dng chy khng lin tc trc khi ng c.

Hnh 2. 4 T chc kim loi mi hn. [15] (HAZ: heat affected zone; TMAZ: thermo-mechanically affected zone).



Hnh 2. 5 S hnh thnh cc vng dng c hnh

Mc d vic kt hp gia dng chy kim loi, qu trnh to nhit, vt liu ch to dng c v c im ring ca vai, u khuy ca dng c s gy nhiu phc tp nhng cn phi khi qut ha nhng yu t c lin quan n c ch ca dng chy kim loi. Hu ht nhng l thuyt v dng chy kim loi trong qu trnh hn ma st khuy l c rt ra t vic nghin cu vt ca cc ht kim loi (hoc dy kim loi) c nh du ng lp ghp trc khi hn.

Dng chy l c trt t xung quanh u khuy ca dng c, ch c vi dng chy ca kim loi b p xung di bi rng ca u khuy trong khi mt s dng chy cn li i t trc ra sau theo chiu quay ca dng c. Ngoi ra nhng dng chy ring bit nu trn cn ph thuc vo thng s hn hoc ph thuc vo vng tin v vng li ca mi hn v cn ph thuc vo vng kim loi c khuy hoc b tri ra xung quanh u khuy ca dng c.

Da vo nhng thc nghim nghin cu vt dng bi v dy nu trn, hai m hnh ng hc di y m t s nh hng ca cc thng s hn v thng s hnh hc ca dng c hn n dng chy kim loi khi hn ma st khuy.

2.2.1. M hnh ng hc th nht.

Khi u khuy i xung v ct vt liu, phn vt liu b ct s xoay theo chiu quay ca dng c. Sau to thnh vng xoy vt liu xp chng nhau bao quanh u khuy v c to bi bc rng ca u khuy. Hai dng chy ny c gii hn bi vng ct v chuyn ng u xung di vng hn. Phn vt liu khng b cun vo vng xoy s quay quanh dng c theo dng chy xuyn thng, cn nhng phn vt liu b cun theo vng xoy s tri qua s bin dng c nhit rt cao bi v chng c th quay nhiu vng quanh u khuy. S thay i hng ren (hoc cu hnh u khuy) s dn n s thay i hng ln hoc hng xung ca vt liu.

Vt liu trong cnh li ca mi hn di chuyn t pha trc u khuy ra pha sau u khuy ri dng li l do tc dng ca dng chy xuyn thng ca vt liu. Phn vt liu trong cnh tin ca mi hn sau mt thi gian quay quanh u khuy b kt li bi dng chy ly tm ca phn vt liu di vai dng c. Dng chy ly tm ca vt liu l mt phn ca dng xoy vt liu lu thng gy ra bi ren ca u khuy. S lu thng ca dng xoy s chuyn vt liu b kt li xung



di u khuy. S xoy ca dng vt liu quay quanh u khuy v dng vt liu hng xung u khuy cng th hin r hn khi u khuy di chuyn i ti (ra khi vng khuy).

S thay i hng ren s lm thay i hng dng chy vt liu trong vng xoy t s di chuyn ln hoc di chuyn xung dc u khuy. Hai dng chy trn s quyt nh lng kim loi tri qua qu trnh c nhit trong mi dng chy v s quyt nh n cht lng mi hn.

S xen k ca hai dng chy c th hin trong hnh 2.7, s xy ra ca cc hin tng trt, dnh hoc c trt v dnh gia b mt dng c v phi l ngun gc s xen k trn. Dng chy xuyn thng s chim lnh vng li ca mi hn (vng pha trn u khuy) v dng chy xoy nm vng tin (di u khuy).

Hnh 2. 6 S kt hp gia cc dng chy [15]

Hnh 2. 7 S xen k ca hai dng chy [15]

2.2.2. M hnh ng hc th hai.

c nghin cu nh mt qu trnh gia cng kim loi, gm nm vng: vng nung nng trc (1), vng bin dng ban u (2), vng tri (3), vng p (4) v vng ngui (5). (Hnh 2.8).

Ngun nhit c to thnh bi dng c quay nung d nhit phn kim loi pha trc theo hng i ti ca dng c hn chuyn ng quay ca dng c hn s hnh thnh vng bin dng



ban u lm mm kim loi, trong vng ny kim loi b p vo vai dng c v sau b y xung vng tri. vng tri, kim loi mm pha trc di chuyn quanh u khuy v ra pha sau ca u khuy lp vo khong trng do u khuy li khi di chuyn ti dc theo ng hn. Phn kim loi c in y l kt qu ca s an xen gia vng tri pha trn v pha di u khuy. Phn pha sau ca vai dng c s i qua vng tri, vng p v nh p lc ln gip cho qu trnh ng c mi hn. Khi dng c i qua, kim loi c ngui dn to thnh lin kt hn, v c nh th dc theo chiu di mi ghp to thnh ng hn.

Hnh 2. 8 Cc vng kim loi trong m hnh [15]

T m hnh dng chy ny c th kt lun rng:

Nu lc p khng ln th s b l hng theo chiu di ng hn.

Khng chiu su ngu, l do chiu di u khuy khng .

2.2.3. c im ca dng chy vt liu

Dng chy kim loi ph thuc bi lng nhit vo, iu kin b mt gia dng c, phi, cu hnh ca dng c hn v bi lc tc dng ln dng c.

Mt s c im ch yu ca dng chy:

Dng chy b phn chia trn cnh tin ca mi hn, vt liu pha trc u khuy c qut quanh cnh li ra sau dng c. Qu trnh ny c quyt nh bi ng sut ct b mt dng c v phi. Cng chnh dng vt liu ny, i khi li to nn s kt ni gia nhng dng chy ring bit quanh vng tin v vng li dn n vic hnh thnh mi hn trn vng tin.

Vn tc ca im ngoi cng trn b mt ca dng c (c vai v u khuy) cao hn tc dch chuyn ti ca dng c.

Do iu kin b mt gia dng c v phi nn lun c hai dng chy lun phin nhau trong vng hn xung quanh u khuy: dng chy hn hp vi s bin dng phn b khp vng trung tm, vng nh hng nhit ca mi hn v dng chy trt b mt khi vn tc ca vt liu b mt c th bng tc ca dng c th hin tng dnh xy ra nhng vi hin tng trt th tc ca vt liu thp hn tc ca dng c.

Qu trnh to nhit v tnh dn nhit s nh hng n lng vt liu c lm mm s chnh lch nhit dn n s xut hin vng bin dng gn b mt mi hn.



Cu hnh ca dng c v nhng yu t ng hc ca dng chy xung quanh dng c s sinh ra mt s dng chy ring bit trong sut chiu dy vt hn.

Mi hn c hnh thnh t nhng dng kim loi hi t li pha sau dng c, mc dng chy v hng cc ng trt dc ca dc chy s quyt nh kiu vng bin dng, ng sut thy tnh v vect vn tc ti vng bin dng. Colegrove chng minh rng cc lc t s bin dng ca qu trnh hn l hm ca c tnh hnh hc ca dng c, iu kin trt dnh, ng sut chy do vt liu, thng s hn, chiu rng vng tri, th tch dng c qut. Dng kim loi l mt chu k tun hon t nhin v l kt qu ca s hi t ca tng dng vt liu ring bit.

Dng vt liu xuyn qua mi vng v hi t mt ln na b mt tng vng, s ri lon ca dng kim loi cng vi s hnh thnh cc khuyt tt mi hn l s biu hin ca s dao ng v ln, hng ca cc lc v moment xon ca dng c.

Hnh 2. 9 S b tr lc trong h trc ta

ln ca lc p v ln ca vai dng c c nh hng rt ln n s lng dng kim loi xuyn qua mi vng v s hnh thnh khuyt tt ca mi hn.

Hnh 2. 10 nh hng ca lc p n cht lng mi hn [15].

Nh vy iu khin lc v moment xon ca dng c l cn thit duy tr mc nhit thch hp v dng chy kim loi thch hp hn ch s hnh thnh khuyt tt.



Trong iu kin hn nng (vng quay ln, Vh nh) s khng cn bng dng vt liu s c th tn ti v lm cho vng tm hn b sp, nguyn nhn l do dng vt liu vt qu t vng 3 in vo cnh tin (vng 1). iu ny cho thy s qu nhit vt liu v lm mt bn ca kim loi c bn trong vng TMAZ hoc HAZ. iu kin hn ny ch p dng cho nhng mi hn chu lc thp.

Ngoi ra, khi hn qu nhit th s hnh thnh khuyt tt chy x. Nguyn nhn l do qu nhiu dng vt liu n vng 4 v s ngu vt qu ca dng vt liu n cnh sau di nh u khuy. Khuyt tt ny lin quan n bn lin kt hn, gii hn bn mi v do dai khi un.

Mt yu t na l khi hn trong iu kin hn nng, vt liu vng gia vai v b mt vt hn (vng 3) c th bm vo vai dng c hn cn tr qu trnh hn, mt khc phn vt liu ny c th b y ra khi vai v hnh thnh khuyt tt b mt vt hn (hnh thnh Bavia b mt) dn n s hao ht vt liu vng hn lm nh hng n s cn bng ca cc dng vt liu nhng vng khc, lm thiu lc p b mt v sinh ra cc khuyt tt khc.

Trong iu kin hn ngui (tc quay thp, Vh cao) l hng d xy ra, nguyn nhn l do vt liu vng tin (vng 1) khng c p ng y , nh miu t th khuyt tt ny s gim khi lc p tng. Khi lc p qu thp th b mt (vng 3) khng c in y. Mc d khi lc p tng n gi tr cn thit th vn c tnh trng thiu s ng c b mt gia vng 1 v vng 4. Nhng khuyt tt ny biu hin s hnh thnh vt nt dc theo dng tun hon ca vt liu.

Hnh 2. 11 Cc dng chy kim loi

2.3. T chc hp kim nhm sau khi hn

Cu trc tinh th v s thay i tnh cht vt l sau khi hn FSW ca hp kim nhm ph thuc vo cc yu t: thnh phn hp kim, tnh cht hp kim, thng s hn, chiu dy vt hn v nhng yu hnh hc khc, hay ng hn l ph thuc ch yu vo nhit sinh ra trong lc hn. Thnh phn hp kim quyt nh c ch ha bn hu ch v ng x ca vt liu di tc dng ca nhit v qu trnh bin dng trong khi hn. c tnh ca hp kim c nh hng rt ln n s thay i t chc, c bit l trong vng nh hng nhit. Thng s hn (s vng quay dng c, tc hn, gc nghing dng c, tc hn, t s n dao,) ni ln c tnh hnh hc ca dng c hn v iu kin bin ca s to nhit, nhit v qu trnh bin dng ca vt hn. Chiu dy vt hn v cc yu t ha hc khc (ng knh vai dng c, ch lm ngui, s g kp trong khi



hn,...) c th nh hng n s phn b nhit trong vng hn v c bit l trong sut chiu dy ca phi hn.

2.3.1. Qu trnh c nhit kt hp vi FWS

S khc nhau c bn gia FSW v hn h quang l trong hn h quang nhit cao nht cho kim loi kt tinh l nhit nng chy, do vng ranh gii vng hn khng c xc nh r rng rng nhit ng c l nhit nng chy ca hp kim. Trong FSW nhit cao nht m mi hn nhn c c th thp hn nhiu so vi nhit nng chy. Tim nng cho s thay i nhit nh trong FSW c th gip to ra nhiu loi cu trc v c tnh m trong hn h quang khng t c. Tin trnh xy ra trong nhng vng hn ca FSW s ty thuc vo nhit ti a t c trong mi hn.

2.3.2. Qu trnh c nhit xy ra vng trung tm mi hn

Vng trung tm mi hn c xem l vng nh hng c nhit, tri qua s bin dng ng k nhit cao lm pht sinh qu trnh kt tinh li. Vng ny s hp hn trong nhng hp kim cha kt tinh li (RX-Resistant) so vi nhng hp kim kt tinh li (2195 v 6061). Hai s thay i ch yu quyt nh n tnh cht vt liu vng ny l: nhit ti a v mc ng c t nhit .

Thng s ht c kt tinh li trong vng tm hn c xc nh ch yu l ty thuc vo nhit nh ca mi hn, nhit nh cng cao th c ht cng ln. Tc hn cng c lin quan nhng v c ht (s pht trin ht tnh) l phi tuyn vi nhit v tuyn tnh vi thi gian, trong nhit nh l yu t tc ng nhiu nht. Mi quan h gia thi gian, nhit , c ht cng c d tnh cho qu trnh kt tinh li nng ng lin tc. ln ca c ht trong vng tm

hn c th t c theo mong mun bng cch iu khin thng s hn. Theo th t c ht: 1m

n 10 m.

Nhng qu trnh quan trng xy ra trong vng tm hn (khc vi kt tinh li) s c khc bit ty thuc vo tng loi hp kim. Nhng hp kim khng x l nhit, ch c qu trnh nhit duy nht trong vng tm hn l chu k nung nng li (). Nu c tnh ban u ca kim loi l 0 th tnh cht ca vng kim loi mi hn s tng t nh kim loi c bn. Ty thuc vo kch thc ht trong tm hn c th c tng mc ha bn khc nhau. Nu kim loi hn iu kin ha bn c hc th vng tm kt tinh li s thng biu hin s gim ng k v cng so vi kim loi c bn.

Trong hp kim x l nhit th nhng qu trnh din ra trong tm hn c th phc tp hn nhiu. Ty thuc vo s kt tinh c bit ca hp kim v thng s hn, vng tm hn c th li mt c tnh qu gi, mt phn trong iu kin x l nhit ha tan hoc pha n dung dch rn. Cu trc tinh th vng tm hn c th c nh gi trc tip hoc gin tip do s th hin ca vic x l ha gi sau khi hn. Nu vng tm hn qu gi th chc rng vic x l ha gi s c: mt l khng nh hng, mt l nh hng n s gim cng tm hn. Nu vng tm hn c x l nhit ha tan tng phn th vic ha cng cho kt qu ha gi sau khi hn. Nu tm hn c li trong iu kin dung dch rn th vic ha gi sau khi hn c th phc hi tnh cht ca n tng t nh kim loi c bn.



C th c nhng vng nng chy thp phn b bn trong khi nng chy cao hn. Trong vi trng hp, bin dng nhit trong ton khi c th cho kt qu nhit vt qu nhit nng chy ca mt vi pha nng chy thp. iu ny dn n s nng chy ranh gii ht v hnh thnh cu trc gin bn trong mi hn. Hin tng nng chy cc b ny c xem nh hin tng qu nhit khi hn.

2.3.3. Qu trnh nhit trong vng nh hng nhit

Vng HAZ l vng khng bin dng c hc. V th qu trnh xy ra vng ny ch l kt qu ca s hp thu nhit. D nhin, s hp thu nhit s mnh lit hn vng gn tm hn v km hn khi ra xa tm hn. khong cch t tm hn th li ty thuc vo nhit ti a v thi gian tm thi ca s hp thu nhit, nh hng ca s hp thu nhit s c b qua v v th vng HAZ s dn n vi kim loi c bn. Qu trnh nhit trong HAZ s ty thuc vo tng loi hp kim c th.

Hp kim khng x l nhit trong c tnh 0 thng s khng nh hng ca s hp thu nhit. Vt liu c lm mm m thm nhit th s khng lm gim cng, tuy nhin c th do vic hp thu nhit s dn n s tng c ht. Nu c tnh ca hp kim l ha bn c hc, th thng thng s c mt s thay i ln v cu trc mng tinh th, vi s ph thuc cn c vo khong cch t tm hn. Gn tm hn, vt liu ha bn c hc s c kh nng kt tinh li hon ton. Lng vt liu kt tinh li s gim dn v khng khi khong cch t tm ng hn cng tng, ti im thng s c mt vng phc hi chuyn tip n kim loi c bn.

i vi hp kim x l nhit, qu trnh ny cng s ty thuc vo c tnh ban u. Nhng hp kim trong iu kin nhit ti a hoc iu kin qu gi (T6, T7 hoc T8) thng s c mt vng gim cng (lin quan n kim loi c bn) nm trong HAZ. Trong vng ny, s hp thu nhit nh l mt s phn b phn tn lm th c ht rt nhiu, vic qu gi hp kim cng din ra. Ty thuc vo thng s hn, vng c cng thp nht s l nhng vng nhng khong cch khc nhau tnh t tm hn s c su thay i. cng ti thiu trong HAZ c th c cng cng vi vng tm hn (v cng k cn) hoc c th thp hn nhiu ty thuc vo qu trnh c nhit din ra ti tm hn. Nu hp kim c hn iu kin ha gi t nhin th tnh hung s phc tp hn. Nhng vt liu ha gi t nhin s c th c hai vng cng ti thiu xung quanh vng cng ln hn. Trong vng ti thiu (st vi vng hn) vic qu gi l mt qu trnh c thc hin (T6, T7 v T8). Vng c cng ln nht xy ra l do kt qu ca s phn tn ca pha ha bn do qu trnh ha gi nhn to (vi thi gian ha gi rt ngn). C ch hnh thnh vng c cng ti thiu bn ngoi HAZ c th l do vng ha tan li (Re-Solution) ca nhng vng Guinier - Preston hoc do s phc hi t cng vic lm ngui (trong nhng vt liu T3).

2.4. Kt lun

Qu trnh sinh nhit khi hn l vn quan trng nht ca qu trnh hn, xc nh r cc thng s c bn trong qu trnh hn, mi lin h ca s sinh nhit ca u to ma st, vai dng c, cc thng s tc trc chnh, vn tc hn v gc nghing dng c l rt cn thit cho ti.



3. PHNG PHP NGHIN CU

Mc ch chnh l xc nh s nh hng ca cc thng s n cht lng mi hn do u tin ta xy dng phng trnh cn bng nhit ca qu trnh hn vi cc yu cu ging nh m hnh thc nghim. Do qu trnh hn chu s nh hng ca rt nhiu yu t khng kim sot c, dp vy cn phi thc nghim trn m hnh thc t, t phn tch v nh gi d liu c c.

3.1. M hnh tnh ton, phn tch v chn thng s th nghim.

Mu th nghim c lm bng hp kim nhm 5052, cc thng s ban u:

Chiu rng chi tit: w = 100 mm.

Chiu di: l = 250 mm.

Nhit do ca nhm 4820C.

Nhit phng t0 = 270 C.

Nhit dung ring ca nhm: c = 880 J/Kg.

Hnh 3. 1 Kch thc mt ct ngang vng hn

Nhit c to ra l do ma st gia cc b mt ca dng c, bao gm : mt di ca vai, b mt u khuy, mt di ca u khuy, tng ng vi cc b mt, nhit lng sinh ra l Q1, Q2, Q3.



Hnh 3. 2 Nhit lng phn b trn u dng c

Nhit lng tng to ra:

1 2 3totalQ Q Q Q (3.1)

Hnh 3. 3 Vi phn cc b mt theo phng ngang, ng, cn.

Phng trnh vi phn nhit lng to ra tng qut tt c cc b mt:

contactdQ dM rdF r dA (3.2)

Nh vy chng ta thy rng, nhit lng to ra vi cng mt ch ct th ph thuc vo din tch b mt to ma st ca cc thnh phn ca dng c.

Thc hin php tch phn, ta tnh ton c lng nhit cc b mt l:

Pha di y dng c: Phn ny chu tc dng lc hay moment theo phng ng, cho nn vi phn nhit lng to

ra c dng, hnh 3.3a:

3 1 3 3contact contactdQ dM rdF r dA r d dr (3.3)



Trn mt ca u khuy: Phn b mt ny chu tc dng lc/moment theo phng ngang, cho nn vi phn nhit lng

to ra c dng, hnh 2.4b:

2 2 2 2contact contactdQ dM rdF r dA r rd dz (3.4)

Trn b mt pha di u khuy hnh cn: Ta c th phn ra 2 thnh phn lc tc dng ln phn mt cn ny theo phng ngang v

phng ng, hnh 2.4c.

1 ngang dungdF dF dF (3.5)

Ta li c:

tan

tandung

ngang

dz dr

dA rd dz rd dr

dA rd dr

(3.6)

Nh vy:

1 contact dung contact ngangdF dA dA (3.7)

Thay vo ta c, vi phn nhit lng tao ra pha di vai:

21 1 (1 tan )contactdQ rdF r d dr (3.8)

Nhit lng to ra do vai:

Tch phn phng trnh () trong vng bn knh R1(u khuy) n R2(vai) ta c:

2

1

22

1

0

3 32 1

(1 tan )

2( )(1 tan )

3

R

contact

R

contact

Q r d dr

R R

(3.9)

Nhit lng tao ra do u khuy:

Nhit to ra t u khuy c dng tr trn (mt xung quanh):

2

2 22 1 1

0 0

2probeH

contact contact probeQ R d dz R H

(3.10)

Nhit to ra pha di u khuy:

12

2 33 1

0 0

2

3

R

contact contactQ r d dr R

(3.11)

Nhit lng tng cng to ra:



3 3 3 2

1 2 3 2 1 1 1

2( )(1 tan ) 3

3tong contact probeQ Q Q Q R R R R H (3.12)

nh hng ca thng s gc nghing u dao:

Vi u dao c gc nghing l () , hnh 2.8, th nhit lng to ra theo ti liu [16]:

3 3 3 21 2 3 2 1 1 132 1

( )(1 tan ) 33 ostong contact probe

Q Q Q Q R R R R Hc

(3.13)

T phng trnh trn ta nhn thy rng, khi tng gc nghing u dao th mt mt nhit

lng to ra s tng, lng nhit cng ln th cng lm vt liu d t trng thi do (vi

cng mt ch hn)

Hnh 3. 4 Gc nghing u dao so vi phi

Nghin cu ca [12] cho thy rng, khi c gc nghing u dao th lc dc trc s nh

hn so vi khng c gc nghing u dao:

L

c th

eo h

ng

hn

(N

)

2,50 0 Gc nghing ()

ng nhitBt ng nhit

Hnh 3. 5 So snh lc dc trc khi hn, tc hn 90mm/pht v s vng quay l 500 rpm.



Nh vy, xc nh s nh hng mt cch r rng ca thng s gc nghing u dao, chng ta s chn thng s ny thc nghim.

Nghin cu ca H.-B. Chen v cng s [16], a ra biu th hin s nh hng ca gc nghing u dao n ng sut ko v gin di ca mi hn:

Sc

bn

ko

, MP

a

Gc nghing dng c ()

Gc nghing dng c ()

gin

di

(%

)

Hnh 3. 6 ng sut ko v % ko gin vi cc gc nghing u dao thay i. (a) ng sut ko, (b) gin di ca mi hn ti a khi ko.

Kt lun:

Cc thng s hnh hc: Kch thc v bin dng u to ma st, kch thc ng hn,

quan h hnh hc gia ng knh, chiu di u to ma st v ng knh vai.



Cc thng s ng hc: Tc quay ca u to ma st, vn tc hn, lc p khi hn,

Cc thng s c trng ca i tng nghin cu: Kch thc ca phi, h s ma st,

T m hnh bi ton c xy dng mc 3.1 v tham kho cc nghin cu trong v ngoi

nc, ti a ra 3 thng s thc nghim l: S vng quay dng c, tc hn v gc

nghing u dao.

3.2. M hnh th nghim

3.2.1. Thit b dng th nghim

Thc hin hn trn my phay vn nng ENSHU RA2 ti xng C3, Trng i Hc Bch Khoa Tp HCM.

Hnh 3. 7 My phay CNC.

3.2.2. Phi v dng c

Hnh 3. 8 Kt cu dao th nghim



Dng c c u khuy hnh tr, c ren (phi), chiu di u khuy thay i c, ng knh l 5, 6, 7mm, ng knh vai l 15mm, gc lm vai l 50. Hnh di y l cc dng c c dng:

Vt liu phi l hp kim nhm 5052, chiu di 250mm, chiu rng 100mm, chiu dy 5mm.

Hnh 3. 9 Phi hn

3.2.3. Phng php hn v ch hn

Mi hn gip m, phi c kp cht trn mt mt bng thp c gn h thng o lc trong qu trnh hn nh hnh 4.8.

Hnh 3. 10 Phi c g t trn bn my

Ch hn c gii hn bi thng s ca my, bng 2.1 th hin cc ch hn ng vi cc mc thp, c s v mc cao trong quy hoch thc nghim.



Bng 3. 1 Bng ch hn

-1 Mc c s (0) +1 S vng quay (rpm)

1250 1500 1800

Gc nghing dng c (0)

1 2 3

Vn tc hn (mm/pht)

40 57 78

3.3. Phng php phn tch kt qu.

Thc nghim n yu t nh gi s nh hng n l ca mi thng s n hm mc tiu.

Sau tin hnh thc nghim a yu t ton phn, nh gi s nh hng tng th ca c 3 yu t n hm mc tiu, loi tr s nh hng ngu nhin.

S dng phng php thng k 3 mc , vi gi tr thay i ca mi thng s nh sau:

1. Tc hn V(mm/pht): 40, 57 v 78

2. S vng quay dng c n (vng/pht): 1250, 1500 v 1800

3. Gc nghing u dao (): 1,2,3.

Hm mc tiu ca h thng:

Sau khi hn th cht lng mi hn l quan trng nht, y gii hn bn ko v gii hn bn un s c chn l hm mc tiu ca h thng. Nhng vi yu t gii hn bn un th khng cn xt, bi v qua th un th cc gi tr u t v gn nh nhau (gc un u ln hn 900), v vy yu t gii hn bn ko k c xem l hm mc tiu ca m hnh bi ton. Ngoi ra, hai thng s lc trong qu trnh hn l lc dc trc v lc theo hng hn cng c kho st.

Qu Trnh Hn Ma St

Khuy

Tc quay n x1

Vn tc hn Vh x2

Gc nghing u dao x3

ng sut ko ca mi hn K y1

Lc dc trc y2

Lc dc hng hn y3

Hnh 3. 11 Bi ton hp en cho qu trnh nghin cu

Cc bng s liu cn thc nghim cn thc hin:

Tin hnh th nghim n yu t kim tra s ph thuc ca mi thng s n ng sut ko. Khi tin hnh mi yu t th cc yu t khc mc c s (mc trung bnh).



Bng 3. 2 Kt qu kho nghim khi n thay i.

stt Tc quay

n(v/ph)

ng sut ko

k(Mpa)

Lc dc trc

(N)

Lc dc hng

hn(N)

1 1250

2 1500

3 1800

Bng 3. 3 Bng qu kho nghim khi Vh thay i.

Stt vn tc hn

Vh(mm/ph)

ng sut ko

k(Mpa)

Lc dc trc

(N)

Lc dc hng

hn(N)

1 40

2 57

3 78

Bng 3. 4 Bng kho nghim khi thay i.

stt Gc nghing

u dao ()

ng sut ko

k(Mpa)

Lc dc trc

(N)

Lc dc hng

hn(N)

1 1

2 2

3 3

Bng 3. 5 Bng kho nghim thc nghim ton phn 3 yu t

STT x1

v/ph x2

mm/ph x3

y1 MPa

y2 N

y3 N

1 1250 40 1

2 1500 40 1

3 1800 40 1

4 1250 57 1

5 1500 57 1

6 1800 57 1

7 1250 78 1

8 1500 78 1

9 1800 78 1



10 1250 40 2

11 1500 40 2

12 1800 40 2

13 1250 57 2

14 1500 57 2

15 1800 57 2

16 1250 78 2

17 1500 78 2

18 1800 78 2

19 1250 40 3

20 1500 40 3

21 1800 40 3

22 1250 57 3

23 1500 57 3

24 1800 57 3

25 1250 78 3

26 1500 78 3

27 1800 78 3

kim tra tnh thch hp ca phng trnh hi quy, tin hnh thc nghim 7 th nghim lp tm nh gi cc h s ca phng trnh hi quy.

Stt y1 1y y2 2y y3 3y

1

2

3

4

5

6

7



3.4. Phng php nh gi kt qu:

S dng phng php quy hoch thc nghim nh gi d liu v phng php ti u ha la chn c b thng s cng ngh tt nht trong iu kin th nghim



4. K HOCH NGHIN CU

Bng 4. 1 Bng phn b thi gian thc hin lun vn

Thng 12/2013 2/2014 4 6 8 10 12

Hon thnh cng

ng lun vn

Th nghim

Phn tch & x l kt qu

Vit bo co tt nghip

Hon thnh bo co



TI LIU THAM KHO

[1] M. a. H. S. Russell, "An analytical model of of microstructure development in friction stir welding," International Symposium on Friction Stir Welding, 1999.

[2] R. S. a. R. Kovacevic, "Thermo model of friction stir welding in a moving coordinate system and its validation," in International Symposium of Machine Tools and Manufacturing, 2003.

[3] X. G. a. J. M. W Tang, "Heat input and temperature distribution in Friction stir welding," in International Symposium on Friction Stir Welding, 1999.

[4] O. a. G. R. Midling, "Effect of Tool Shoulder Material on Heat Input During Friction Stir Welding," in 1st International Symposium on Friction Stir Welding, Thousand Oaks, CA, USA, 1999.

[5] J. a. Z. F. Gould, "Heat Flow Model for Friction Stir Welding of Aluminum Alloys," Journal of Materials Processing and Manufacturing Science, vol. 7, pp. 185-194, 1998.

[6] O. O. G. B. B. a. O. M. Frigaard, "Modelling of the Thermal and Microstructure Fields during Friction Stir Welding of Aluminum Alloys," in 1st International Symposium on Friction Stir Welding, Thousand Oaks, CA, USA, 14-16 June 1999.

[7] M. R. K. J. O. a. M. V. Song, "A Detailed Three Dimensional Transient Heat Transfer Model For Friction Stir Welding," in 6th International Trends in Welding Research Conference Proceedings, Pine Mountain, GA, 15-19 April 2002.

[8] K. Z. K. J. K. W. T. a. A. R. Linder, "Rationalization of hardness distribution in alloy 7050 friction stir welds based on weld energy, weld power, and time/temperature history," in 4th International Symposium on Friction Stir Welding, Park City, UT, USA., 14-16 May 2003.

[9] M. H. K. J. K. a. A. P. Zahedul, in 6th International Trends in Welding Research Conference Proceedings, Pine Mountain, GA, USA., 15-19 April 2002.

[10] P. a. H. S. Colegrove, "Experimental and numerical analysis of aluminium alloy 7075-T7351 friction stir welds.," Science and Technology of Welding and Joining., vol. 8, no. 5, pp. 360-368, 2003.

[11] W. X. G. J. C. M. L. E. M. a. A. N. Tang, "Heat input and temperature distribution in friction stir welding," Journal of Materials Processing and Manufacturing Science, vol. 7, pp. 163-172, 1998.



[12] P. A. a. H. R. S. Colegrove, "3-Dimensional CFD modelling of flow round a threaded friction stir welding tool profile," Journal of Materials Processing Technology, vol. 169, no. 2, pp. 320-327, 2005.

[13] H. K. D. H. Bhadeshia, "Joining of commercial aluminium alloys," INCAL 3, vol. 1, pp. 195-203, 2003.

[14] H. J. H. a. J. W. Schmidt, "An analytical model for the heat generation in friction stir welding," Modelling and Simulation in Materials Science and Engineering, vol. 12, no. 1, p. 143, 2004.

[15] T. Khaled, "An outsider looks at friction stir welding," Fed Aviat Admin, 2005.

[16] K. Y. L. S.-B. C. C.-Y. J. Y. Z. Hua-Bin Che, "The investigation of typical welding defects for 5456 aluminum alloy friction stir welds," Materials Science and Engineering A, vol. 433, pp. 64-69, 2006.

Documents

Qui Hoạch Thực Nghiệm Masat Khuấy_final