Kỷ yếu hội nghị khoa học và công nghệ toàn quốc về cơ khí - Lần thứ IV

NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ ĐỘ BỀN CHỊU NHIỆT CỦA HỢP KIM CO-263-3
ỨNG DỤNG TRONG CÔNG NGHỆ HÀN BỘT PLASMA
RESEARCH ON ASSESSMENT OF HEAT RESISTANCE DURABILITY OF CO-263-3
ALLOY FOR APPLICATION IN PLASMA POWDER WELDING
Hoàng Văn Châu1a, Đào N. Quang Linh2b, Trương Tiến Lộc3c, Đào Quang Kế4d
1
TS., Phòng thí nghiệm trọng điểm Công nghệ Hàn và Xử lý bề mặt
2
KS., Công ty CP Công nghệ Trực tuyến 365
3
ThS., Trường Cao đẳng nghề Nông nghiệp & PTNT Thanh Hóa
4
PGS. TS., Học viện Nông nghiệp Việt Nam
a
;
c
; d
TÓM TẮT
Vật liệu hợp kim CO-263-3 là vật liệu có độ bền cao trong điều kiện chịu nhiệt độ cao.
Nghiên cứu thử nghiệm độ bền chịu nhiệt của vật liệu CO-263-3 có ý nghĩa quan trọng trong
việc thử nghiệm cơ tính vật liệu phục vụ cho công nghệ hàn đắp hồi phục chi tiết máy. Bài báo
trình bày các kết quả nghiên cứu về độ bền chịu nhiệt của vật liệu CO-263-3 ứng dụng trong
công nghệ hàn plasma nhằm tạo ra một lớp bề mặt có tính chịu mài mòn và ăn mòn cao trên nền
thép hợp kim để phục hồi các chi tiết máy làm việc trong điều kiện khắc nghiệt.
Từ khóa: độ bền chịu nhiệt, hợp kim CO-263-3, điều kiện khắc nghiệt, hàn bột plasma,
hàn đắp, lớp bề mặt, hồi phục chi tiết máy.
ABSTRACT
CO-263-3 alloy materials have good durability under the high temperature condition.
Experimental research on the heat resistance durability of CO-263-3 materials has important

mài mòn và ăn mòn cao trên nền thép hợp kim để phục hồi các chi tiết máy (như xupap xả của
động cơ diesel,...) làm việc trong điều kiện khắc nghiệt.
2. ĐỘ BỀN CHỊU NHIỆT CỦA VẬT LIỆU
Khi làm việc ở nhiệt độ cao, so với nhiệt độ thường, thép có sự suy giảm rõ rệt cơ tính
và tính chống mòn (Hình 1) [5].

Hình 1. Tính chất kim loại thay đổi phụ thuộc vào nhiệt độ [1, 5]
Khi làm việc ở nhiệt độ cao, kim loại bị biến dạng dẻo chậm chạp theo thời gian được gọi
là dão. Đánh giá độ bền của thép làm việc ở nhiệt độ cao bằng chỉ tiêu cơ tính riêng là giới hạn
dão và độ bền dão. Độ bền dão là ứng suất gây ra phá hủy dão sau một thời gian ấn định; giới
hạn dão là ứng suất cần thiết để có độ biến dạng xác định sau một thời gian ấn định [7].
Cơ tính của vật liệu được xác định bằng các phương pháp thử khác nhau, tùy thuộc vào
bản chất tải (độ lớn, tốc độ,…) và môi trường đặt tải (nhiệt độ, thời gian,…). Thực tế khi hoạt
động, chi tiết chịu tải trọng phức tạp với ứng suất ba chiều. Tuy nhiên, phương pháp thử đơn
giản và thông dụng lại phản ánh được các đặc trưng cơ tính của vật liệu là thử kéo. Trong đó,
mẫu thử được kéo một chiều, đúng tâm với tải trọng tăng dần cho tới khi bị đứt [6].
3. VẬT LIỆU, THIẾT BỊ VÀ PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM
3.1. Vật liệu thực nghiệm
Vật liệu hàn đắp là bột hợp kim nền Cobalt CoCrNiWSi được ký hiệu CO-263-3 với
thành phần hóa học (%): Cr 29,5, Ni 10,5, W7,0, Si 0,8, Mn 0,7, còn lại là Co; cỡ hạt 150 µm;
trọng lượng riêng 4.4 g/cm3 [1].
Vật liệu cơ bản (vật liệu nền) là thép 40X9C2 có thành phần hóa học (%): C 0,35-0,45,
Cr 8,00-10,00, Mn 0,70, Si 2,00-3,00. Thép này có khả năng chống ăn mòn hóa học (tạo nên
lớp vảy oxit crom Cr2O3, oxit silic SiO2 bền, xít chặt) và có tính chống ram tốt để không làm
giảm độ bền, độ cứng khi làm việc ở nhiệt độ cao (tính cứng nóng) [5]. Sử dụng vật liệu cơ
bản 40X9C2 nhằm mô phỏng vật liệu xupap xả của động cơ diesel công suất lớn lắp đặt trên
tàu vận tải biển.
409



4

Nung nóng mẫu thử:
Nung nóng mẫu thử [6] trong lò nung (Hình 3) có môi trường bảo vệ ở các nhiệt độ xác
định (Bảng 1).
Tiến hành thử kéo:
Các mẫu thử sau khi nung được thử kéo ngay (Hình 2b). Nhiệt độ nung nóng và lực kéo
tương ứng cho từng mẫu được chỉ rõ ở Bảng 1. Mỗi mẫu được lặp lại 3 lần, kết quả lấy giá trị
trung bình.

a)

b)

Hình 2. Mẫu thử trước khi kéo (a) và sau khi kéo (b)
410


Kỷ yếu hội nghị khoa học và công nghệ toàn quốc về cơ khí - Lần thứ IV

Hình 3. Lò nung mẫu thử
Bảng 1. Nhiệt độ nung nóng và lực kéo (thời gian nung 36 giờ)
Tên mẫu

Nhiệt độ nung nóng (0C)

Lực kéo (N)

Mẫu thử số 1


Kết quả thực nghiệm kiểm tra độ bền kéo σb và độ giãn dài δ phụ thuộc nhiệt độ T của
mẫu thử được thể hiện trên Hình 4 và Hình 5.
σb, MPa
800
700

750
650

600

510

500
400

390

300

285

200
100
0
500

650

800


8,00

8,10

6,00
4,00
2,00
0,00
500

650

800

950

1100

T, 0C

Hình 5. Đồ thị quan hệ giữa nhiệt độ và độ giãn dài
4.2. Thảo luận kết quả thực nghiệm
Kết quả thực nghiệm được thể hiện trên Hình 4 và 5 cho thấy, ở các nhiệt độ khác nhau
thì độ bền kéo σb và độ giãn dài tương đối δ của vật liệu khác nhau.
Khi được nung nóng đến nhiệt độ 5000C và 6500C mẫu thử có độ bền cao, tương ứng
750 và 650 MPa. Ở nhiệt độ cao hơn nữa, từ 8000 C ÷ 9500C độ bền giảm từ 510 ÷ 390 MPa.
Đối chiếu với cơ tính của vật liệu [5], các giá trị bền kéo nói trên của mẫu thử đảm bảo chi tiết
máy khi được chế tạo từ vật liệu cùng loại làm việc an toàn trong khoảng nhiệt độ 500÷9500C.
Khi nhiệt độ vượt giới hạn cần thiết (trên 9500C, ở đây là 11000C) mẫu thử có độ bền

[3] Nguyen Dac Trung, Plasma Pulver Auftragloeten zum Verschleissshutz von
Aluminiumlegierungen, ISBN 3-937672061-3, 2004.
[4] Tomonobu Owa and Takeshi Shinoda, TiAl surface coating on Titanium by Plasma
transferred arc Surfacing and its Oxidation Behavier, Materials Transactions, 2006, vol.
47 (No2), pp.247-250.
[5] Арзамасов Б.Н., Материаловедение, Изд. Машиностроение, Москва, 1986.
[6] TCVN 5886-2006, Thử kéo vật liệu ở nhiệt độ cao.
[7] />THÔNG TIN TÁC GIẢ
1.

Hoàng Văn Châu. Phòng TNTĐ Công nghệ Hàn và Xử lý bề mặt.
0913003681

2.

Đào Nguyễn Quang Linh. Công ty CP Công nghệ Trực tuyến 365.
0121514 0292

3.

Trương Tiến Lộc. Trường CĐ nghề Nông nghiệp & Phát triển nông thôn Thanh Hóa.
0985690232

4.

Đào Quang Kế. Học viện Nông nghiệp Việt Nam.
0904365844

413