Bài giảng Công nghệ hàn điện nóng chảy - P10

Nội dung: -1: Khái niệm vè hàn thép -2: Hàn thép C và thép kết cấu HK thấp -3: Hàn thép HK thấp -4: Hàn thép HK cao -5: Hàn gang -6: Hàn KH màu -7: Hàn KL nặng -8: Hàn KL nhẹ -9: Hàn KL hợp tính -10: Đồ g

Trang 1

9 Cong nghé han cac kim loai co hoat tinh

cao và nhiệt độ nóng chảy cao

9.1 Céng nghé han titan va hop kim titan

0,2 Công nghệ hàn các kim loại có hoạt tinh cao va

nhiệt độ nóng chảy cao

DHBK Hanoi 2005-06 Ngô Lê Thông - B/m Han & CNKL 1

9.1 Công nghệ hàn titan và hợp kim titan

9.1.1 Đặc điểm, phân loại và tính hàn

0.1.2 Công nghệ và kỹ thuật hàn

Trang 2

9.1 Cong nghé han titan va hop kim titan

9.1.1 Dac diém, phan loai va tinh han

Ứng dụng trong các chỉ tiết máy bay, tên lửa:

— Giữ được độ bền cao đến 450+500 °C

— Khối lượng riêng nhỏ hơn thép 45% (4,54 g/cm3),

¢ Ung dụng trong công nghiệp hóa chất, năng lượng

nguyên tử :

— Khả năng chống ăn mòn tốt trong nhiều môi trường ăn

mon

DHBK Hanoi 2005-06 Ngô Lê Thông - B/m Han & CNKL

Đặc điểm của T:

— Có màu bạc Cấu trúc tỉnh thể œ lục giác xép chặt dưới

885 °C Trên nhiệt độ này là câu trúc B lập phương thể

tâm Các nguyên tô tạp chất và hợp kim làm thay đổi

nhiệt độ này

— Tỉ có ái lực mạnh đối với oxi, ni tơ, hydro

¢ Lop oxit titan ben vững: khả năng chống ăn mòn cao trong

môi trường muôi, dung dịch axit có đặc tính oxi hóa, v.v

¢ Oxi va ni to trong dung dich rin cé tac dung tang d6 bén

¢ Hydro cé tac dung lam gion T1

Trang 3

Hop kim hóa riêng rẽ hoặc kết hợp làm tăng đáng kể

độ bên và tính dẻo của titan

— Các nguyên tô hợp kim trong hợp kim titan là AI

(3+6%), Mn (< 2%), V (3,5+4,5%), Cr (< 2,5%),

Sn (2+3%), v.v

— AI ỗn định hóa pha œ và tăng nhiệt độ chuyền biễn pha

— Cr, Mo, V ôn định hóa pha B va giảm nhiệt độ chuyên

biên pha Khi lượng nguyên tô ôn định pha B tang, pha

này tôn tại ôn định ở nhiệt độ thường và nhiệt độ âm

pHs”HÁd%dj#\ của hợp kia ai thuộc vào tỷ lệ các pha 5

Phân loại hợp kim titan:

— Titan kỹ thuật: phân loại trên cơ sở cơ tính tối thiêu và

nong d6 tap chat tdi da Oxi, ni to, cacbon, sat lam tang

độ bẻn

— Hợp kim œ và giả œ: thường không được nhiệt luyện để tăng độ bên Ung dụng: đòi hỏi nhiệt độ trung bình, độ

bên và bên nhiệt

— Hợp kim œ + 8: là hỗn hợp của 2 pha này Có thể tăng

bên bằng nhiệt luyện ủ hòa tan và hóa già Ở trạng thái

u, cO do dai pha hủy và tý lệ độ bèn/khối lượng riêng

DHBK Hanoi 2005-06" Ngô Tê Thông - Jain Han & CNKL

cao

Trang 4

Tính hàn của các loại hợp kim titan:

— Titan kỹ thuật: khả năng chống ăn mòn tốt, dễ hàn Cần sử dụng vật liệu hàn chứa ít Fe

— Hợp kim œ và giả œ: có tính hàn, tính dẻo tốt Chúng thường

được hàn ở trạng thái ủ Hợp kim giả œ có thể có ứng suất dự cao sau khi hàn, do đó cần khử ứng suât dư

— Hợp kim œ + B: hàn có thê làm thay đổi đáng kê độ bên, tính dẻo

và độ dai của hợp kim do ảnh hưởng của chu trình nhiệt hàn Có thể sử dụng vật liệu hàn từ T¡ hoặc hợp kim œ-T¡ cho kim loại

đắp chứa ít pha B (nhăm tăng tính đẻo)

— Hợp kim B: Hầu hết có thể hàn được ở trạng thái ủ hoặc trạng

thái nhiệt luyện Liên kết sau khi hàn có tính đẻo tốt nhưng độ

bên tương đối thấp

7.1 Công nghệ hản titan và hợp kim

9.1.1 Đặc điểm, phân loại và HHA

Tính hàn của các loại hợp kim titan:

TT |A: Rất tốt; B: Tương đối tốt; C: Hạn chế; D: Không nên hàn Tính hàn

ELI: Extremely low interstitial (néng dé tap chat xen ké cực thấp)

Loai Thanh phan

Ti-5AI-2,5Sn-ELI ; T1-0,2Pd A

3 Hợp kim gia o Ti-8Al-1Mo-V; Ti-6Al-2Nb-1Ta-0,8Mo A

Ti-7Al-4Mo ;T1-6AI-6V-2Sn C

Trang 5

9.1 Cong nghé han titan va hop kim

9.1.1 Dac diém, phan loại tan han

Tinh han cua titan va hop kim titan:

— Hoạt tính cao Dễ liên kết với H, O, N khi được nung và nóng chảy

Tir > 350 °C, titan hap thu mạnh oxi đê tạo thành câu trúc mạng xen

kẽ có độ bên và độ cứng cao nhưng lại có tính dẻo thâp Ox1 có ôn định hóa pha a và liên kêt với tifan đê tạo thành lớp T1O; bên vững

trên bê mặt

— Tur> 550°C, ni to bi hoa tan manh vào tifan, liên kêt hóa học với nó

và một phân tạo nên pha mtrit có mạng xen kẽ với tính dẻo thâp:

Ti+ 0,5N, = TiN hoac 6T1 + N, = 2TLN

Như vậy, dưới dạng nguyên tô xen kẽ và dạng mtrit, ni tơ làm tăng độ cứng và giảm tính dẻo của tifan Lớp titan bê mặt chứa nhiêu mi tơ và oxi dudi dang hap thu

— _ Khi hàn, các phân của lớp này có thê tham gia vào môi hàn dân đền

giòn kim loại và tạo thành các vêt nứt nguội Do đó, cân loại bỏ hoàn

toàn lớp này trước khi hàn

9.1 Công nghệ hàn titan và hợp kim titan 9.1.1 Đặc điểm, phân loại và tính hàn

— Hydro, tham chi 6 nong độ thấp cũng làm giảm nhiều cơ tinh của titan Mặc dù khi tăng nhiệt độ, nông độ hydro hâp thu có giảm,

nhưng hydro dưới dạng dung dich ran qua bão hòa sẽ tạo thành

pha riêng biệt T1H;, là chât làm cho titan bị giòn mạnh và gây nứt nguội một thời gian dài sau khi han

— Tác hại của hydro trong hợp kim œ lớn hơn nhiều so với trong hợp kim B (do kha nang hoa tan trong pha o rat nho < 0,001%)

— Nut dé xay ra khi:

- Nồng độ hydro trong vật liệu ban đầu tăng

- Mức độ hấp thu hydro trong khi hàn tăng (do bảo vệ kém)

‹ Mức độ hấp thu hydro trong chuẩn bị mép hàn và trong vận hành liên kết

tăng

Trang 6

9.1 Cong nghé han titan va hop kim titan 9.1.1 Dac diém, phan loai va tinh han

— Cac bién phap cong nghé:

¢ Giam luong khi trong vat liu han, kim loại cơ ban (< 0,008% H,;

<0,1+0,12% O,; < 0,04%N,)

¢ Bao vé tot vung han,

¢« Chon chế độ hàn hợp lý [hợp kim œ và giả œ — chế độ hàn cứng: hợp kim (œ + B)— che dé han tuong doi mém w = 10+20 °C/s]

- = Khửứng suất dư hàn

—_ Ngoài ra hydro còn gây rỗ khí trong kim loại mối hàn

‹Ổ = Rõ khí thường dưới dạng chuỗi tại vùng đường chảy, làm giảm độ bên (tnh

và động) của liên kết

°ồ Biện pháp chống rõ khí: vật liệu hàn sạch, bảo vệ tốt vùng hàn

Tính hàn của titan và hợp kim titan:

—_ Để sơ bộ xác định tính hàn của titan, có thể đánh giá theo

độ cứng HB tính toán:

°„ - HB=40 + 310 (O,)?*, với đương lượng oxi

° O; = O+2.N + 2/3.C trong do O, N và C là nồng độ phân trăm (khôi lượng) của các nguyên tô đó trong titan

* Néu HB <200 và O < 0,01% thì titan có tính hàn tốt

¢ Cac biện pháp bảo vệ kim loại nóng chảy và vùng kim loại cơ

ban > 400 °C: sử dụng thuôc hàn; sử dụng các đệm khí bảo vệ

từ phía bên kia hô quang, hoặc các đệm thuôc hàn, đệm kim

DHBK "` Ngô Lễ Thông - B/m Han & CNKL 12

5 Nêu sau khi hàn, bê mặt kim loại sáng bóng, việc bảo vệ được

Trang 7

Y.1 Cong nghe han titan va hop kim

0.1.1 Đặc điêm, phân loại và tính hàn

Tính hàn của titan và hợp kim titan:

„ 800 T

Ÿ |

E 400 a

ied 7800 2900 %

(b)

l ảnh hưởng của ni tơ, oxi

l | và hydro đến tính chất

40 ™ Pex cua titan

Pad @)

40 Ky, x (a) nông độ N, O và cơ tính T¡

(b) độ hòa tan của H theo nhiệt độ

0 Q2 4% ;Ð,%

¢ Tinh nhay cam voi chu trinh nhiét han

— Khi nung va ngudi, vung pha B bị tăng kích thước hạt

Điêu này liên quan đên tinh dan nhiét thap cua titan

— Khi ngudi va héa gia, có thê hình thành các pha giòn Do

đó, tính dẻo của kim loại bị giảm và hình thành sự không đông nhât tính chât liên kêt hàn

Trang 8

8 Finish Bra — Siart Bea

inish Bro pe

Siart -=œ? ara’ 2

a’+ f

aS Start Bro! | Loo ooo ———¬ 8

Finish % ra Start fra Bra

Finish B>-a—

——

"Ate Start Bo’ |

— fara

Finish ~-@

10? =} 10 10? 1017027 ~— ot 10 10? ts

I: Titan ky thuat; hop kim a:

Ti-5,0Al; Ti-5,0AI-2,5Sn;

hop kim gia a:

Ti-0,8Al-0,8Mn;

Ti-1,5Al-1,0Mn;

Ti-3, 5Al-1,5Mn;

Ti-3,0Al-1,5(Fe,Cr,Si, B)

Giả œ: tức là œ + (nhưng lượng các nguyên tố ôn định hóa pha B chỉ tới mức độ giới hạn hòa tan của chúng trong pha œ Còn gọi là hop kim thấp œ + B

———

——_————_——

Bra’ Start fra’

Start -=œ ư+ơ 8 a’+ f

2

Start Bra— Bea

Finish Br-a—

Start fo here’

7 10 10? ts

II: Hop kim a + p Ti-5,0AI; Ti-5, OAL-2,5Sn; Ti-4,5Al-3,0Mo-1,0V (có mức độ hợp kim hóa trung bình)

Theo sau phản ứng B > a:

có khả năng

xảy ra phản ứng ^ 6ø

San pham phân hủy:

Pha a’ hinh kim + pha dư (tốc độ nguội càng cao thì lượng dự càng nhiễu)

Trang 9

8 Finish Bra Start Bra

inish Bro

“2m

Slari -=œ a*d? 2 a’+ f

2

Siart 8-*=d —~ Bear

Finish Br-a—

Start f~o here’

7 10 10? ts

Tronø hợp kim loại I va II:

Đường cong chữ S liên quan đên nông độ O, N trong hợp kim

Chuyên biến pha xảy ra theo

cơ chế mactenzit (3 400

°C/s) Pha a.” có cầu trúc

hình tắm hoặc hình kim

Hiệu ứng thê tích (0,13 0,27%) rất nhỏ so với thép

(cỡ 3%)

——

8 Finish Ba’ Start B~a

inish Bro

—— —fta

Slart Øg-=œ a*d? 2 a’+ f

HH: Hợp kim cao a + p- Ti-2, 5Al-5,0Mo-5,0V

Có 2 mức chuyền biến pha

B >ơ:

1 Theo co ché khuyéch tan

ở tốc độ nguội tương đối

chậm Sau đó là chuyên

biến mactenzit ở nhiệt độ

trên đường đứt quãng

2 Theo cơ chế không

khuyêch tán B > a’ 6 toc

độ nguội cao hơn tôc độ

nguội tới hạn

2

Start Bra— Beat

Finish B>-a—

Siari 8> here’

1 10 102 ts 18

Trang 10

> = _ | IV: Hop kim cao gia p-

8 Finish Bm’ Ti-3,0Al-7,0Mo-11,0Cr

Bra’ Start Bra!

in] h > o£ o£

Se pte Với tôc độ nguôi rât nhỏ:

a! Start p~a! , lúc đầu là phản ứng

" \ khuyêch tán B œ tại

biên giới các hạt ÿ

Sau do la phan ung

mactenzit B > a’ tai bén

trong hạt B

————— ——~ “—"

Start Ba’

Finish B-~a’

Start Aw

arse Với các tôc độ nguội cao

rz at fru Pha giả B được giữ nguyên

ort 10 10? 1017027 ~— ot 10 0? ts 19

Tiêu chí lựa chọn chế độ công nghệ hàn

—_ Loại l: titan kỹ thuật, hợp kim œ, hợp kim œ + ÿ là

những kim loại có hiệu ứng thê tích nhỏ khi có chuyên

biên thù hình:

- _ Lây cơ tính tối ưu làm xuất phát điềm: chọn khoảng tốc độ

nguội tối ưu Aw,,,, trong đó mức độ suy giảm tính dẻo vùng ảnh

hưởng nhiệt là tôi thiêu

10

Trang 11

(a) Titan kỹ thuật; Hợp kim œ (7ï-5,0A1; 7¡-5,0A1-2,5Sn); Hợp kim giả œ (Ti-0,8A/-0,8Mn;

Ti-6,0ANL,5Mn; Ti-3,5Al-1,5Mn; Hop kim a + B (Ti-5, 0AL-4,0V)

* q, toi thiéu

¢ Sau khi hàn không nhiệt luyện bên hóa

‹ - Cấu trúc và tính chất liên kết hàn hoàn toản phụ thuộc vảo quá trình hàn

E— > Te an

7 600 7 ~~ 600 r w 600

Tốc độ nguội w LOST,

200 3 200 200 _ 3

(b) Hợp kim œ + B có nồng độ pha B ở mức trung bình (77-6,0A1-4,5;

Ti-4,5Al-3,0Mo-1,0V) :

Co su giam dot ngột cơ tính trong khoảng rộng ⁄1 Ngoái khoảng này, tính dẻo

tăng đối với các tốc độ nguội nhỏ (tý lệ pha B giảm)

Nên sử dụng chế độ hàn mềm a tốc độ nguội nhỏ

E— > Te an

7 600 7 ~~ 600 r w 600

Tốc độ nguội w LOST,

200 3 om 200 i — 3

11

Trang 12

(c) Hợp kim cao j+ œ có tỷ lệ pha B cao (77-2, 5Al-SMo-5V) hoac hop kim gia B

(Ti-3, 0AI-7,0Mo-11,0Cr)

Cần hàn ở chế độ bảo đảm tốc độ nguội từ trung bình đến cao

Cơ tính cân thiệt của hợp kim œ + có thê nhiệt luyện được:

đạt được thông bệ qua tôi + hóa già aw

oe —g

ae

—m—

Toc 6 nguéi w [°C/s]

200 3 200 3 20, —— 3

DHBK Hanoi 2005-06 Ngà}Ê„)ffuym Hạn & jIKL 23

Tiêu chí lựa chọn chê độ công nghệ han

—_ Loại 2: hợp kim : không có chuyến biến thù hình

- Lay kha nang chong nut nong giữa các tỉnh thể, cộng với việc

bảo đảm độ bên và tính dẻo cân thiệt và các đặc tính cân thiệt

khác (chông ăn mòn ) của kim loại môi hàn và vùng ảnh

hưởng nhiệt làm tiêu chí

¢ Han 6 chế độ cứng (w = 100+500 °C/s) Tốc độ nguội nhỏ hơn

làm giảm tính dẻo

‹ _ Chọn kim loại cơ bản tốt: hạn chế lượng nguyên tố xen kẽ (O,

N, H)

¢ Bao vé hiru hiéu vung han: khi bao vé, chan không,

¢ Chon vat ligu han thich hop:

12

Tiêu đề	Công Nghệ Hàn Titan Và Hợp Kim Titan
Tác giả	Ngô Lê Thông
Người hướng dẫn	Ngô Lê Thông - B/m Han & CNKL
Trường học	Đại Học Bách Khoa Hà Nội
Chuyên ngành	Công Nghệ Hàn
Thể loại	Bài Giảng
Năm xuất bản	2005-06
Thành phố	Hà Nội

Định dạng
Số trang	17
Dung lượng	316,7 KB