Nghiên cứu công nghệ tạo phôi bimetal ứng dụng trong chế tạo dao cắt công nghiệp có chiều dài lớn luận án

1
A. GIỚI THIỆU VỀ LUẬN ÁN
1. Tính cấp thiết của đề tài luận án
- Dao cắt công nghiệp dạng phẳng có chiều dài lớn, trong đó có dao xén giấy, dao cắt
kim loại tấm mỏng, đều được làm bằng vật liệu bimetal hiện nay ở nước ta đang phải nhập khẩu
hàng năm với số lượng lớn có giá trị rất đáng kể. Vật liệu bimetal thép các bon thường – thép
hợp kim dụng cụ ở ngoài nước được sử dụng phổ biến để chế tạo dụng cụ cắt trong công
nghiệp nhằm tiết kiệm vật liệu đắt tiền đồng thời phát huy được những đặc tính vượt trội
của các lớp vật liệu (thân dao làm bằng thép các bon đảm bảo độ dẻo dai, lưỡi cắt làm
bằng thép dụng cụ đảm bảo độ sắc bén cao);
- Ở Việt Nam hiện nay chưa có nghiên cứu nào đi sâu về ứng dụng công nghệ gia
công áp lực tiên tiến cho việc tạo phôi đảm bảo độ dài và độ bền bám dính 2 lớp thép các
bon – thép dụng cụ đủ yêu cầu kỹ thuật để chế tạo dao cắt bimetal có chiều dài lớn (từ
1500 mm đến trên 2000 mm) dùng trong các máy công cụ. Đồng thời cũng chưa có doanh
nghiệp cơ khí nào sản xuất được các loại dao cắt công nghiệp có chiều dài lớn từ vật liệu
bimetal. Việc nghiên cứu công nghệ tạo phôi bimetal và gia công xử lý nhiệt, gia công cơ
khí đối với chi tiết dao cắt công nghiệp có chiều dài lớn, nói trên và độ dày thân dao không
lớn (từ 12 mm đến 20 mm) là vấn đề rất phức tạp cần được đầu tư nghiên cứu chuyên sâu.
Vì thế đề tài luận án là rất cấp thiết, có tính mới về khoa học công nghệ và có khả năng
ứng dụng thực tiễn cao ở nước ta hiện nay.
2. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài luận án
- Làm chủ công nghệ hàn nổ tạo phôi vật liệu bimetal làm dụng cụ cắt phẳng trong
công nghiệp có chiều dài lớn đến 2000 mm (dao cắt kim loại; dao xén giấy,…) mà không
đòi hỏi đầu tư thêm các thiệt bị tạo áp lực lớn trong khâu sản xuất phôi vật liệu bimetal;
- Đề xuất công nghệ chế tạo dao cắt trong công nghiệp có kích thước chiều dài lớn từ
vật liệu bimetal sau hàn nổ phù hợp với thiết bị gia công cơ khí hiện có trong nước.
3. Đối tượng nghiên cứu ứng dụng
Đối tượng nghiên cứu là một loại dao xén giấy bimetal trong công nghiệp điển hình
mà hiện nay trong nước chưa có cơ sở nào chế tạo được và còn phải nhập khẩu, ví dụ như

dao xén giấy công nghiệp có chiều dài nguyên khối đến 2000 mm.
4. Phương pháp, nội dung nghiên cứu
- Nghiên cứu lý thuyết kết hợp thực nghiệm để xác lập miền giá trị điều chỉnh thích
hợp các thông số công nghệ hàn nổ để tạo phôi vật liệu bimetal thép CT.3 - thép 65Г;
- Đánh giá chất lượng vật liệu bimetal sau hàn nổ thông qua tiêu chí độ bền bám dính
hai lớp kim loại trên vật liệu bimetal (
b.d.
) và tổ chức tế vi tại vùng biên giới liên kết giữa
chúng;
- Nghiên cứu biến dạng của phôi vật liệu bimetal sau hàn nổ để xác định lượng dư
gia công dao cắt công nghiệp tối thiểu;
- Nghiên cứu công nghệ và đề xuất phương án sử dụng thiết bị gia công cần thiết
hiện có ở Việt Nam để chế tạo dao xén giấy có chiều dài đến 2000 mm.
5. Giới hạn phạm vi nghiên cứu
- Phạm vi nghiên cứu chỉ giới hạn ở thực nghiệm xác định miền các thông số công
nghệ ban đầu hàn nổ (h; r; C ) thích hợp, biến dạng dẻo nắn chỉnh cần thiết và xử lý nhiệt
để tạo phôi vật liệu bimetal thép CT.3 - thép 65Г làm dao cắt công nghiệp có chiều dài lớn;
- Ứng dụng vật liệu bimetal thép CT.3 - thép 65Г hàn nổ để chế tạo thử sản phẩm
dao xén giấy có chiều dài lớn (đến 2000 mm) có nhu cầu thay thế ở Việt Nam trên cơ sở
khai thác các trang thiết bị nhiệt luyện và gia công cơ khí hiện có trong nước.

6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài luận án
a) Ý nghĩa khoa học của đề tài luận án
- Luận án Tiến sĩ kỹ thuật có góp công hệ thống hoá cơ sở lý thuyết và thực nghiệm
ứng dụng công nghệ hàn nổ để tạo phôi vật liệu bimetal theo điều kiện trang thiết bị hiện


2
có tại Việt Nam, lập cơ sở khoa học vho việc ứng dụng công nghệ hàn nổ tạo phôi từ vật
liệu bimetal thép CT3 - thép 65Г làm dao xén giấy có chiều dài đến 2000 mm;

- Bằng phương pháp quy hoạch thực nghiệm xác định chế độ hàn nổ thích hợp để
tạo vật liệu bimetal thép CT.3 - thép 65Г làm phôi chế tạo dao cắt nguyên khối trong công
nghiệp có kích thước chiều dài đến 2000 mm đạt yêu cầu kỹ thuật, chất lượng tương
đương tiêu chuẩn dụng cụ cắt công nghiệp của Nga;
- Bằng các nghiên cứu chuyên sâu về tính chất tổng hợp của vật liệu bimetal thép
CT.3 - thép 65Г trong điều kiện phòng thí nghiệm vật liệu học xác định đặc điểm cấu trúc
biên giới 2 lớp thép cácbon - thép dụng cụ sau hàn nổ minh chứng cho khả năng làm việc
của dụng cụ trên các máy công nghiệp.

b) Ý nghĩa thực tiễn của đề tài luận án
- Đề tài luận án góp phần áp dụng công nghệ hàn nổ của thế giới vào điều kiện sản
xuất ở Việt Nam để chế tạo vật liệu bimetal thép CT.3 - thép 65Г, nhằm tiết kiệm vật liệu
thép hợp kim đắt tiền mà nước ta chưa sản xuất được, chủ động chế tạo một số dụng cụ cắt
công nghiệp có chiều dài lớn, thay thế hàng nhập ngoại, giảm thiểu chi tiêu ngoại tệ;
- Nghiên cứu tính chất vật liệu bimetal sau hàn nổ, biến dạng dẻo và gia công tinh
dao cắt công nghiệp để từ đó chế tạo và lắp ráp thử nghiệm một số dao cắt kim loại hoặc
dao xén giấy có chiều dài lớn (đến 2000 mm);
- Khai thác sử dụng được các thiết bị gia công cơ - nhiệt hiện có trong nước chế tạo dao
xén giấy có chiều dài đến 2000 mm và xác định khả năng sử dụng dao cắt bimetal trong điều kiện
sản xuất ở quy mô công nghiệp nhằm thay thế hàng nhập khẩu cùng loại.

7. Các điểm mới của luận án
- Đã sử dụng trang thiết bị, thuốc nổ do Việt Nam sản xuất để thực hiện công đoạn
hàn nổ tạo phôi bimetal thép CT.3 - thép 65Г có chiều dài lớn đến 2000 mm. Bằng phương
pháp quy hoạch thực nghiệm đã tìm được vùng lựa chọn bộ thông số công nghệ hàn nổ
phù hợp để tạo phôi bimetal thép CT.3 - thép 65Г có chiều dài tới 2000 mm;
- Bằng kết quả thực nghiệm đã xây dựng được các mô hình toán học mô tả hàm mục
tiêu độ bền bám dính 2 lớp bimetal phụ thuộc vào các thông số công nghệ hàn nổ, từ đó lựa
chọn chế độ thích hợp của khâu hàn nổ tạo phôi bimetal từ thép các bon - thép dụng cụ đảm bảo
các chỉ tiêu kỹ thuật ứng dụng chế tạo dụng cụ cắt công nghiệp. Yêu cầu kỹ thuật của dao xén

giấy bimetal trong công nghiệp như sau:
1) Lớp thép hợp kim lưỡi cắt có: chiều dày 2,5  3,5 mm; độ cứng 57 58 HRC;
2) Lớp nền thép thân dao CT.3 có: chiều dày 12,5  16,5 mm; độ cứng 220  230 HB;
3) Độ bền bám dính hai lớp thép CT.3 và lớp thép dụng cụ 
b.d
 150  250 MPa;
- Lần đầu tiên ở Việt Nam đã ứng dụng công nghệ hàn nổ tạo phôi vật liệu bimetal
thép CT.3 - thép 65Г và sử dụng để chế tạo thử thành công dao xén giấy có chiều dài đến
2000 mm phù hợp điều kiện thiết bị gia công cơ khí và nhiệt luyện hiện có trong nước, góp
phần tiết kiệm ngoại tệ nhập khẩu sản phẩm cùng loại.
8. Bố cục của luận án
Luận án ngoài phần mở đầu (06 trang), kết luận chung (01 trang), các công trình
khoa học đã công bố (01 trang), danh mục tài liệu tham khảo (107 đề mục) và phụ lục luận
án (52 trang) được trình bày trong 5 chương:
Chương 1. Tổng quan công nghệ tạo phôi vật liệu bimetal và đặc điểm dao cắt công
nghiệp có chiều dài lớn (16 trang);
Chương 2: Cơ sở lý thuyết về hàn nổ tạo phôi vật liệu bimetal (19 trang);
Chương 3: Vật liệu, thiết bị thí nghiệm và phương pháp nghiên cứu (20 trang);
Chương 4: Nghiên cứu sự ảnh hưởng của chế độ hàn nổ tới chất lượng vật liệu
bimetal thép CT3 - thép 65Г bằng thực nghiệm (36 trang);
Chương 5: Ứng dụng kết quả của luận án chế tạo dao xén giấy công nghiệp có chiều
dài lớn (15 trang).


3
B. NỘI DUNG CHÍNH CỦA LUẬN ÁN
Chương 1. TỔNG QUAN CÔNG NGHỆ TẠO PHÔI VẬT LIỆU BIMETAL VÀ
ĐẶC ĐIỂM DAO CẮT CÔNG NGHIỆP CÓ CHIỀU DÀI LỚN
1.1. Tổng quan về công nghệ chế tạo vật liệu bimetal trong chế tạo máy
- Các công nghệ chế tạo bimetal hiện đang được ứng dụng ở ngoài nước gồm có:

1) Công nghệ rèn cháy đã được sử dụng lâu đời để chế tạo dao, kiếm. Công nghệ
này phụ thuộc nhiều vào trình độ của người thợ vì vậy không nên sử dụng để tạo phôi làm
dao cắt công nghiệp;
2) Công nghệ hàn đắp trong khuôn cán ép định hình có năng xuất cao chất lượng
tốt, song phải đầu tư máy cán ép định hình công suất lớn và thiết bị phụ trợ khá phức tạp,
chi phí tốn kém vì vậy không thích hợp với điều kiện Việt Nam;
3) Công nghệ hàn tiếp xúc dưới áp lực tấm phẳng (hàn có biến dạng dẻo) để chế tạo
bimetal song để thực hiện công nghệ cần đầu tư các thiết bị hàn công suất lớn chỉ thích
hợp với sản xuất loạt lớn, vì thế công nghệ này cũng không thể chọn cho đề tài được;
4) Công nghệ cán dính ở trạng thái nguội tạo băng bimetal có chất lượng tốt và năng
suất cao nhưng công nghệ rất phức tạp đòi hỏi phải đầu tư lớn, không thích hợp với điều
kiện Việt Nam;
5) Công nghệ cán dính ở trạng thái nóng tạo tấm bimetal tương tự như công nghệ
cán dính ở trạng thái nguội song công suất cán cần nhỏ hơn nhưng đầu tư vẫn rất cao
không thích hợp với đề tài;
6) Công nghệ luyện kim bột cũng có thể chế tạo phôi bimetal làm dao cắt song cần
phải đầu tư rất lớn, không thích hợp với điều kiện Việt Nam;
7) Công nghệ hàn đắp lưỡi dụng cụ có bổ sung bột kim loại, hàn plasma, hàn khuếch
tán trong môi trường chân không đều không khả thi khi chọn thực hiện công nghệ tạo
phôi bimetal làm dao cắt công nghiệp có độ dài lớn;
8) Công nghệ hàn nổ tạo phôi bimetal kết hợp ép chỉnh làm phẳng có thể thực hiện ở
Việt Nam mà không đòi hỏi phải đầu tư thiết bị tạo áp lực lớn. Các nguyên công gia công
cơ khí và nhiệt luyện đến thành phẩm dao cắt bimetal có thể thực hiện trên thiết bị hiện có
trong nước.
1.2. Công nghệ hàn nổ tạo phôi vật liệu bimetal có chiều dài lớn làm dao cắt công
nghiệp
Ở đây giới thiệu về cơ sở lý thuyết hàn nổ và kết quả nghiên cứu thực nghiệm trên
thế giới và Việt Nam để lập cơ sở khoa học cho định hướng nghiên cứu thực nghiệm của
đề tài luận án.
1.3. Giới thiệu một số thiết bị sử dụng dao cắt bimetal có chiều dài lớn

Ở đây giới thiệu một số dao cắt dạng tấm phẳng có chiều dài lớn hiện đang được sử
dụng tại Việt Nam (ví dụ hình 1.9). Dao cắt phẳng làm bằng vật liệu bimetal có chiều dài
lớn được sử dụng trên các máy cắt tôn khổ lớn trong công nghiệp đóng tàu, chế tạo cơ khí,
trong công nghiệp chế biến gỗ và trong công nghiệp in ấn.
10
15
10
2015
10
10
15
10
2015
10
10
15
10
Ø14
Ø14
65
2015
10
1015
10
105 105
130
95
85
20
2÷3

1500
20°±2°

Hình 1.9. Kết cấu dao xén giấy lựa chọn chế thử của đề tài luận án

1.4. Đặc điểm dao cắt bimetal trong công nghiệp và giới hạn nội dung nghiên cứu
Trình bày đặc điểm nổi bật của dao cắt phẳng làm bằng vật liệu bimetal như sự khác
nhau về hệ số giãn nở nhiệt, về cơ lý tính, về cấu tạo và đặc điểm nổi bật về độ dài. Từ đó


4
đề ra những biện pháp phòng ngừa hiện tượng bong tróc giữa hai lớp của vật liệu bimetal
làm dao cắt có chiều dài lớn, đồng thời chọn cặp vật liệu thép CT.3 – thép 65Г để hàn nổ
tạo phôi vật liệu bimetal làm dao cắt phẳng có chiều dài lớn.
Kết luận chương 1
1) Đã nghiên cứu tổng quan trong và ngoài nước về công nghệ chế tạo vật liệu
bimetal ứng dụng để chế tạo dụng cụ cắt công nghiệp và giới thiệu một số điểm đặc trưng
của dao cắt bimetal sử dụng trên các thiết bị công nghiệp ở Việt Nam, làm rõ tính cấp thiết
của đề tài luận án;
2) Đã giới hạn nội dung nghiên cứu của đề tài luận án là lựa chọn công nghệ hàn nổ
để tạo phôi bimetal thép CT.3 – thép 65Г làm dao cắt phẳng có độ dài nguyên khối lớn;
3) Đã lựa chọn một loại sản phẩm điển hình là dao xén giấy có kích thước chiều dài
1500 mm, chiều rộng 130 mm, tổng chiều dày 2 lớp 13,0  0,5 mm để chế tạo thử nghiệm
từ phôi bimetal thép CT.3 – thép 65Г sau hàn nổ và ứng dụng kết quả của đề tài trên thực
tiễn sản xuất.

Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ HÀN NỔ TẠO PHÔI VẬT LIỆU BIMETAL
2.1. Đặc điểm, bản chất của quá trình hàn nổ
Sơ đồ nguyên lý hàn nổ 2 tấm kim loại cho trên hình 2.1, còn cấu trúc kim loại điển
hình tại biên giới 2 lớp vật liệu bimetal sau hàn nổ cho trên hình 2.2. Bản chất hàn nổ là do

có sự xuất hiện tia kim loại cục bộ tại điểm va đập giữa 2 tấm kim loại hàn, ở đó xẩy ra
quá trình làm sạch màng ôxit bởi tia kim loại cục bộ đó, đồng thời vật liệu tại vùng tiếp
xúc va đập bị nung nóng cục bộ tới nhiệt độ cao hàng nghìn độ C và dưới áp suất va đập
lớn đến hàng chục GPa là điều kiện hình thành liên kết kim loại giữa chúng. Mối hàn
thường có dạng sóng âm (hình 2.2 a) hoặc không có dạng sóng (hình 2.2 b) 42.
1 2 3 4 5
1 2 3
4 5
ho




Vp
D
Vk
(a)
(b)
(c)
(d)
ho
Vk
D

Vp


Hình 2.1.Sơ đồ nổ song song giữa 2 tấm kim loại (c) và tại một thời điểm nổ (d)

42


:
1 - Kíp nổ điện; 2 - Thuốc nổ; 3 - Tấm kim loại hàn; 4 - Tấm kim loại nền; 5 - Đế nổ

Hình 2.2. Hình dạng liên kết kim loại giữa hai lớp hàn nổ theo 42

.2.2. Nguyên lý hình thành liên kết 2 lớp kim loại khi hàn nổ
Mối hàn nổ kim loại thường có biên dạng sóng, thỉnh thoảng có các tạp chất kim loại
nóng chảy và kết tinh phân bố trên đỉnh sóng, mà theo quan điểm của nhiều nhà nghiên


5
cứu gọi là “vùng trộn”, “vùng rối”,:vùng chảy”, được giải thích bởi cơ chế hình thành liên
kết kim loại khi biến dạng với tốc độ khác nhau xuất phát từ bản chất công nghệ hàn nổ
nêu trên (hình 2.3 – luận án).
2.3. Các thông số động học của hàn nổ
Các thông số động học gồm có: tốc độ va đập (v
P
); tốc độ di chuyển của điểm tiếp
xúc va đập (v
k
); góc va đập (); góc uốn động () được xác định bằng các công thức lý
thuyết và thực nghiệm trích dẫn trong Chương 2 luận án. Trên hình 2.4 là sơ đồ hình học
biểu diễn các thông số động học khi hàn nổ.
2.4. Các thông số vật lý của quá trình hàn nổ
Nhóm các thông số vật lý bao gồm: áp suất tại điểm tiếp xúc khi va đập (p
k
), thời gian
va đập (t), nhiệt độ tại điểm va đập (T). Áp suất va đập (p
k

) và năng lượng va đập (W
p
)
được xác định bằng các công thức bán thực nghiệm cho trong phần tổng quan cơ sở lý
thuyết hàn nổ ở Chương 2.


Hình 2.4 Sơ đồ hình học tấm kim loại tại
một thời điểm quá trình hàn nổ 42
2.5. Các thông số công nghệ hàn n
ổ
chính
Nhóm thông số công nghệ bao gồm:
tốc độ nổ (D), các thông số không đơn vị
(r), (h) và (C), ngoài ra còn một số thông
số khác như độ nhám bề mặt hai tấm (R
Z
);
nhiệt độ hai tấm kim loại khi hàn nổ (T
1
,
T
2
); kích thước và đặc tính của các kim
loại hàn (độ bền, độ cứng, độ dai…).


2.6. Lý thuyết chung về cơ chế độ bám dính giữa hai lớp kim loại khi hàn
Lý thuyết chung về cơ chế độ bám dính giữa hai lớp kim loại khi hàn được trình bày
qua các phần: 1) Lực Vandervan; 2) Lực liên kết do ảnh hưởng của lớp điện tích kép;

3) Liên kết kim loại; 4) Ảnh hưởng của trạng thái bề mặt kim loại nền
2.7. Yêu cầu kỹ thuật chung khi hàn nổ tạo phôi vật liệu bimetal.
Từ việc nghiên cứu cơ sở lý thuyết về công nghệ hàn nổ và bản chất hình thành liên
kết hai tấm kim loại cho thấy:
- Độ bám dính hai tấm kim loại của bimetal phụ thuộc vào nhiều thông số như: tốc độ
nổ (D), góc đặt giữa hai tấm kim loại (), khe hở ban đầu giữa hai tấm kim loại (h
0
), tỷ lệ
khối lượng giữa thuốc nổ và khối lượng tấm kim loại hàn (r), độ nhám (Rz) bề mặt của các
mặt tiếp xúc của hai tấm kim loại, vận tốc tiếp xúc (v
k
), tốc độ va đập (v
p
), áp suất va đập
(p
k
) và năng lượng va đập (Wp) trong quá trình hàn nổ.
- Độ dài của tấm phôi kim loại làm pakét nổ cũng có ảnh hưởng mạnh tới độ đồng
đều mối hàn giữa 2 tấm kim loại hàn nổ. Việc hàn nổ hai tấm kim loại có chiều dài lớn là
rất phức tạp trong việc gá đặt để đảm bảo độ chính xác tương quan giữa chúng như: góc
đặt ban đầu (nổ nghiêng), khe hở ban đầu (nổ song song), độ đồng đều của lớp thuốc nổ
được rải, độ ổn định vị trí tương quan của hai tấm kim loại trong quá trình nổ,
Kết luận chương 2
1) Chất lượng của công nghệ hàn nổ phụ thuộc vào nhiều yêu tố như: sơ đồ nổ, góc
đặt và khoảng cách ban đầu giữa hai tấm kim loại bimetal, tốc độ nổ (D), tỷ lệ giữa khối
lượng thuốc nổ và khối lượng kim loại hàn (r), khối lượng thuốc nổ amoonit và chất phụ
gia sử dụng (C) và nhiều yếu tố khác. Trong đó 3 thông số chính là r, h, C cần được nghiên
cứu khảo sát bằng thực nghiệm;
2) Đã giải thích cơ chế bám dính hai tấm của bimetal được hình thành bởi cơ chế hóa
học, vật lý, cơ học, vật liệu học. Trong mối hàn nổ giữa 2 lớp được hình thành chủ yếu do

các quá trình tổng hợp của 3 giai đoạn để tạo ra liên kết kim loại (cơ học, hóa học, vật liệu
liên kim loại và các pha khuếch tán trên biên giới 2 lớp);


6
3) Đã đưa ra đặc điểm yêu cầu kỹ thuật chung khi hàn nổ hai tấm kim loại để tạo
phôi bimetal, đảm bảo chất lượng mối hàn có triển vọng tốt nhất.

Chương 3. VẬT LIỆU, THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP
NGHIÊN CỨU
3.1. Vật liệu thí nghiệm
Chọn phôi nền và phôi hàn là thép CT.3 và thép 65Г. Thuốc nổ sử dụng là hồn hợp
amônít AD1 + phụ gia, kíp nổ điện do Việt Nam sản xuất và các vật tư phụ trợ khác. Kích
thước mẫu thí nghiệm cho trong bảng 3.3.
Bảng 3.3. Kích thước hình học và khối lượng mẫu thí nghiệm hàn nổ
Tấm kim loại l
àm
phôi hàn nổ
Chiều dày x chi
ều rộng
x chiều dài, (mm)
Khối lượng
mẫu,(kg)

Ghi chú
Tấm kim loại hàn (65Г) 5 x 110 x 320 1,658 Thí nghiệm
QHTN
Tấm kim loại nền (CT.3)
25


30 x 100 x 300 7,065

8,2425
Tấm kim loại hàn (65Г)
5

6 x 200 x 1.850

2050 14,522

19,311

S
ản xuất
thử nghiệm

Tấm kim loại nền (CT.3)
18

26 x 200 x 1800

2050 50,868

83,681


3.2. Thiết bị thí nghiệm:
Mô hình thí nghiệm: sử dụng sơ đồ hàn nổ song song với nguyên lý cho trên hình 3.1.
Sử dụng thiết bị đo tốc độ nổ kỹ thuật số để xác định tốc độ nổ của thuốc nổ hỗn hợp liệu
thay cho tính toán bằng công thức bán thực nghiệm (hình 3.2 a). Dùng kíp nổ điện và máy

phát xung điện (magnhetor) để kích nổ thuốc nổ (hình 3.2 b)
h
0
2 3 4
5
1 8
76
120°
ln
b
n
l
c
B = b + 2c
n
A
A


Hình 3.1. Sơ đồ nguyên lý
hàn nổ tạo phôi vật liệu
bimetal thép CT.3 – thép 65Г
38, 39: 1 - Kíp nổ điện; 2 -
Thuốc nổ; 3 - Lớp lót bảo vệ
bề mặt tấm trên; 4-Tấm kim
loại hàn (thép 65Γ); 5 - Chốt
định vị khe hở hàn; 6 - Tấm
kim loại nền.
3.3. Điều kiện thí nghiệm:
Điều kiện thực nghiệm hàn nổ theo quy hoạch thực nghiệm kiểu 3 mức với 3 thông

số đầu vào chính được chọn để khảo sát là r, h và C (N = 3
3
= 27) với hàm mục tiêu là độ
bám dính giữa hai lớp kim loại sau hàn nổ (
b.d.
) cho trong bảng 3.4.
Bảng 3.4. Điều kiện thí nghiệm hàn nổ tạo phôi bimetal thép CT.3 - thép 65Г
Thứ
tự
Thông số công nghệ hàn n
ổ
được khảo sát
Ký
hiệu
Mức điều chỉnh Khoảng
điều chỉnh

0 1 2
1
Thông số thứ 1: r =

O
.H /

1

1

X
1

1,3 1,5 1,7 0,2
2 Thông số thứ 2: h = h
O
/ H X
2
0,8 1,0 1,2 0,2
3 Thông số thứ 3: C = m
AD1
/ m
PG
X
3
0,8 0,9 1,0 0,1

3.4. Phương pháp đánh giá chất lượng vật liệu bimetal sau hàn nổ
Để đánh giá chất lượng mẫu vật liệu bimetal thép CT.3 - thép 65Г nhận được ở mỗi
chế độ thí nghiệm theo quy hoạch thực nghiệm đính hướng và điều chỉnh công nghệ, sử
dụng các thiết bị thí nghiệm cho trên các hình 3.3  3.5 và phương pháp tiến hành đã trình
bày trong Chương 3 luận án.


7
3.4.1.Khái niệm chung về các phương pháp đánh giá chất lượng
Đề xuất phương pháp thử phá hủy mẫu vật liệu bimetal để xác định độ bền bám dính 2 lớp
(định lượng), phương pháp nghiên cứu cấu trúc tế vi trên biên giới hai lớp bimetal (định tính).
3.4.2. Mẫu thí nghiệm
Trình bày phương pháp cắt lấy mẫu thí nghiệm và gia công mẫu thí nghiệm phá huỷ
và nghiên cứu cấu trúc tế vi vùng biên giới giữa hai lớp vật liệu bimetal.

a)

b) c)

Hình 3.2. Thiết bị kỹ thuật số đo trực tiếp tốc độ nổ của thuốc nổ và phần mềm xử lý số
liệu dùng cho thí nghiệm (a); magnhetơ để kích nổ thuốc nổ (b); đế nổ bê tông cốt thép (c)




Hình 3.3. Máy ép kỹ thuật số thử
phá hủy mẫu xác định độ bền bám
dính 2 lớp bimetal
Hình 3.4. Kính hiển vi
quang học nghiên cứu tổ
chức tế vi biên giới 2 lớp
Hình 3.5. Máy
đo đ
ộ cứng
hai lớp vật liệu bimetal


Hình 3.6. Lò nung công nghiệp Hình 3.7. Máy ép thủy lực 350 tấn


8
3.4.3.Phương pháp đánh giá độ bền bám dính bằng kéo dứt mẫu: Đề xuất phương
pháp kéo dứt mẫu vật liệu bimetal dạng tròn và thử theo ứng suất pháp.
3.4.4.Phương pháp nghiên cứu cấu trúc tế vi trên biên giới hai lớp bimetal
Đề xuất quy trình chuẩn bị mẫu soi chụp tổ chức tế vi tại vùng biên giới hai lớp thép

của vật liệu bimetal.
3.4.5. Phương pháp xử lý số liệu thông kê học thực nghiệm
Trình bày cơ sở lý thuyết về phương pháp xử lý ssố liệu thông kê học thực nghiệm
các số liệu thu được theo quy hoạch thực nghiệm N = 3
3
= 27 lấy theo công trình 42.
3.5. Phương pháp nghiên cứu ảnh hưởng của biến dạng dẻo tới tính chất vật liệu
bimetal thép CT3 – Thép 65 Г sau hàn nổ
Ở đây đã đề xuất mô hình thí nghiệm nghiên cứu mức độ biến dạng dẻo của mẫu vật
liệu bimetal sau hàn nổ dọc và ngang theo hướng nổ nhằm xác định mức độ ảnh hưởng của
va đập khi hàn nổ tới độ cong vênh tấm vật liệu bimetal sau hàn nổ, từ đó xác định lượng
dư bù cho lượng biến dạng dẻo ở công đoạn hàn nổ sao cho đảm bảo lượng dư tối thiểu
tính toán cho các nguyên công gia công cơ khí đến dao thành phẩm.
3.6. Phương pháp phân tích cấu trúc biên giới 2 lớp kim loại hàn nổ
Nghiên cứu tổ chức pha trên kính hiển vi quang học và hiển vi điện tử để xác định đặc
tính mối hàn ở mỗi chế độ quy hoạch thực nghiệm cụ thể, đối chiếu với kết quả xác định
độ bền bám dính 2 lớp vật liệu bimetal. Đồng thời sử dụng phương pháp phân tích
Rơnghen – quang phổ (kỹ thuật SEM- EDX) ở mức phóng đại lớn để xác định thành phần
cấu trúc màng mỏng hoặc liên kim loại tại biên giới 2 lớp bimetal. Sử dụng các thiết bị
hiện có tại Viện Khoa học vật liệu, Viện KHCN Việt Nam cho trên các hình 3.14  3.15
(Chương 3).


Hình 3.14 Thiết bị sử dụng kỹ thuật EDX
tại Viện khoa họcViệt Nam
Hình 3.15 Thiết bị sử dụng kỹ thuật SEM
tại Viện khoa họcViệt Nam
Kết luận chương 3
1) Đã lựa chọn vật liệu, trang thiết bị hàn nổ và xử lý phôi bimetal sau hàn nổ cùng
với dụng cụ đo lường, thiết bị kiểm định phù hợp với điều kiện Việt Nam phục vụ cho quá

trình nghiên cứu thực nghiệm đảm bảo độ chính xác đo lường và tính toán các số liệu thí
nghiệm cao;
2) Đã chọn phương pháp nghiên cứu là quy hoạch thực nghiệm kiểu 3 mức (N = 3
3
=
27) và sử dụng phần mềm tin học hiện đại để xử lý số liệu thực nghiệm đảm bảo độ tin cậy
của các kết quả tính toán cao. Đồng thời lựa chọn sơ đồ lấy mẫu và phá huỷ các mẫu thí
nghiệm, phương pháp kiểm tra đánh giá chất lượng vật liệu bimetal thép các bon - thép
dụng cụ sau hàn nổ và biến dạng dẻo hiện đại, thông qua xác định độ bền bám dính và
nghiên cứu tổ chức tế vi các lớp vật liệu trên biên giới liên kết giữa hai lớp kim loại hàn nổ
và lân cận biên giới bằng phương pháp kim tương học (hiển vi quang học);
3) Đã đề xuất phương pháp đánh giá độ cong vênh phôi vật liệu bimetal thép CT.3 –
thép 65Г do va đập khi hàn nổ để tính toán tối ưu phôi nổ sao cho lượng dư gia công cơ
khí giảm thiểu;


9
4) Đã chọn thiết bị hiển vi quang học, hiển vi điện tử (SEM) và phương pháp phân
tích EDX để nghiên cứu cấu trúc màng mỏng, liên kim loại và thành phần vật liệu tại biên
giới liên kết kim loại giữa 2 lớp thép CT.3 và thép 65Г, là những phương pháp nghiên cứu
vật liệu hiện đại hiện nay trên thế giới.

Chương 4. NGHIÊN CỨU SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA CHẾ ĐỘ HÀN NỔ TỚI CHẤT
LƯỢNG VẬT LIỆU BIMETAL THÉP CT.3 – THÉP 65Г BẰNG THỰC NGHIỆM
4.1. Thí nghiệm hàn nổ định hướng công nghệ QHTN 1
- Từ các kết quả thực nghiệm trong các công trình có liên quan đến hàn nổ tạo phôi vật
liệu bimetal thép – thép hợp kim có thể chọn 3 thông số nổ ban đầu chủ yếu là r, h và C. Trong
loạt thí nghiệm định hướng công nghệ đối với cặp vật liệu thép CT.3 và thép 65Г đã chọn
khoảng biến thiên để khảo sát của chúng ở mức thấp. Đã tiến hành các thí nghiệm quy hoạch
định hướng công nghệ (QHTN 1) với các điều kiện như sau (bảng 4.1 PL – Phụ lục 4 luận án):

1. Tỷ lệ khối lượng thuốc nổ so với khối lượng tấm kim loại hàn, ký hiệu r = X
1
(i, j), chọn ở 3
mức: r = 1,2; 1,4 và 1,6 với bước điều chỉnh 
1
= 0,2;
2. Tỷ lệ khe hở hàn giữa hai lớp kim loại (h
O
) với chiều dày tấm kim loại hàn (
1
),
ký hiệu h = X
2
(i, j), chọn ở 3 mức: h = 0,6; 0,8 và 1,0 với bước điều chỉnh 
2
= 0,2;
3. Tỷ lệ phần trăm thuốc nổ amônit (AD 1) trên tổng khối lượng thuốc nổ hỗn hợp của
nó với chất phụ gia, ký hiệu C = m
am
/(m
am
+ m
pg
) với bước điều chỉnh 
3
= 0,15 chọn ở 3
mức C = 0,7; 0,85 và 1,0, tương ứng với tốc độ nổ danh nghĩa D = 3200; 3700 và 4200 m/s).
- Kết quả thực nghiệm cho trong bảng 4.2 (xem luận án), ví dụ về hình thái mẫu thí
nghiệm điển hình cho trên hình 4.1 4.2.

h) No.08 (MS: 210)


k) No.09 (MS: 220)
Hình 4.1. Hình thái bề mặt mẫu thí nghiệm số 08 & 09 (lô số 1- QHTN 1)

22

: D= v
k
=
3.200m/s; v
p
= 835,7145 m/s; p
k
= 5,4826 GPa; W
p
= 137,0647 MJ/m
2



h) No. 17 (MS: 211)



k) No. 18 (MS: 221)

Hình 4.2. Hình thái bề mặt mẫu thí nghiệm số 17 & 18 (lô số 2- QHTN 1)

22

: D = v
k
=
3.700m/s; v
p
= 1.064,5036 m/s; p
k
= 8,8954 GPa; W
p
= 222,3842 MJ/m
2

Nhận xét về các mẫu QHTN 1: Mức ảnh hưởng của thông số C nhiều nhất đến chất
lượng bám dính, sau đó là các thông số r và h. Tổng hợp cả 03 lô thí nghiệm cho thấy chất
lượng bám dính 2 lớp bimetal thép CT.3 – thép 65Г tăng tỷ lệ thuận với chiều tăng của 3
thông số nổ ban đầu (r, h và C), điều đó cho thấy có thể tiếp tục điều chỉnh tăng r, h &C.
4.2. Nghiên cứu điều chỉnh chế độ hàn nổ tạo phôi bimetal thép CT.3 - thép 65Г (QHTN2)
- Đã tiến hành các thí nghiệm quy hoạch điều chỉnh công nghệ (QHTN 2), hình thái mẫu
thí nghiệm điển hình cho trên hình 4.4 4.6 dưới đây;


10
- Các điều kiện thí nghiệm theo QHTN 2 như sau (bảng 4.2 PL – Phụ lục 4 luận án):
1) Thông số r = X
1
(i, j), chọn ở 3 mức: r = 1,3; 1,5 và 1,7; bước điều chỉnh 

1
= 0,2;
2) Thông số h = X
2
(i, j), chọn ở 3 mức: h = 0,8; 1,0 và 1,2; bước điều chỉnh 
2
= 0,2;
3). Thông số C = X
3
(i, j), chọn ở 3 mức C = 0,8; 0,9 và 1,0; bước điều chỉnh 
3
= 0,1
tương ứng với tốc độ nổ danh nghĩa D = 3400; 3800 và 4200 m/s).





(g) MS: 200

(h) MS: 210

(k) MS: 220

Hình 4.4. Mẫu bimetal thép CT.3 - thép 65Г sau hàn nổ với tốc độ nổ D = 3.400 m/s (Lô số 1)


(g) MS: 201
(h) MS:211

(k) MS: 120
Hình 4.5. Mẫu bimetal thép CT.3 - thép 65Г sau hàn nổ với tốc độ nổ D = 3.800 m/s (Lô s
ố 2)

(g) MS: 202

(h) MS:212


(k) MS: 222
Hình 4.6. Mẫu bimetal thép CT.3 - thép 65Г sau hàn nổ với tốc độ nổ D = 4.200 m/s (Lô số 3)

- Phân tích kết quả thực nghiệm cho trong bảng 4.1 (Chương4) và bảng 4.2 PL (Phụ
lục 4) cho thấy: chất lượng tất cả các mẫu vật liệu bimetal trong cả 3 lô thí nghiệm hàn nổ
theo QHTN 2 đều có chất lượng bám dính từ mức đạt yêu cầu trở lên, khá ổn định, tốt hơn
so với các mẫu trong QHTN 1 đã xét. Cụ thể là:
1) Giá trị lớn nhất của độ bền bám dính 2 lớp vật liệu bimetal thép CT.3 – thép 65Г
theo quy hoạch thực nghiệm hiệu chỉnh công nghệ (QHTN 2) có giá trị trung bình qua 3
lần thí nghiệm song song là 
b.d.max
= 290,4333 MPa (thí nghiệm số 27), còn giá trị nhỏ
nhất của nó là 
b.d.min
= 72,65 MPa (thí nghiệm số 01). Tỷ số giữa giá trị lớn nhất so với giá
trị nhỏ nhất là 3,997 lần, đã thu hẹp sai khác giữa các nút quy hoạch thăm dò công nghệ
(QHTN 1: 10,9 lần);
2) Các điểm nút quy hoạch thực nghiệm từ thí nghiệm số 01 đến thí nghiệm số 08
đều cho phép nhận được độ bền bám dính ở mức 72,65 MPa  
b.d.

 138,5667 MPa. Độ
bền bám dính 2 lớp vật liệu bimetal ở khoảng này chỉ đáp ứng điều kiện làm việc của dao
xén giấy hoặc dao cắt vật liệu mềm trong công nghiệp. Tỷ số giữa giá trị lớn nhất so với
giá trị nhỏ nhất là 2,2363 lần;
3) Các điểm nút quy hoạch thực nghiệm từ thí nghiệm số 09 đến thí nghiệm số 27
đều cho phép nhận được độ bền bám dính ở mức 145,4667 MPa  
b.d.
 290,4333 MPa;


11
4) Độ bền bám dính 2 lớp vật liệu bimetal ở khoảng này có thể đáp ứng điều kiện làm
việc tốt của dao cắt loại vừa hiện đang được sử dụng trong công nghiệp sản xuất phoi băm
gỗ nấu bột giấy. Tỷ số giữa giá trị lớn nhất so với giá trị nhỏ nhất là 1,774 lần;
4.3. Nghiên cứu độ cong vênh phôi vật liệu bimetal do va đập khi hàn nổ
Kết quả nghiên cứu thực nghiệm độ cong dọc và ngang theo hướng nổ trên các
mẫu nhận được theo QHTN 1 cho ở dạng đồ thị trên các hình 4.7 4.9.

a) b)
Hình 4.7. Độ uốn cong mẫu vật liệu bimetal thép CT.3 – thép 65Γ sau khi hàn nổ phụ thuộc
vào các thông số nổ r, h C khác nhau theo hướng nổ (lô số 1 – QHTN 1)

a)

b)
Hình 4.8. Độ uốn cong mẫu vật liệu bimetal thép CT.3 - thép 65Γ sau khi hàn nổ phụ thuộc
vào các thông số nổ r, h C khác nhau dọc hướng nổ (lô số 2- QHTN 1)

a)

b)
Hình 4.9. Độ uốn cong mẫu vật liệu bimetal thép CT.3 - thép 65Γ sau khi hàn nổ phụ thuộc
vào các thông số nổ r, h C khác nhau dọc hướng nổ (lô số 3- QHTN 1)
Phân tích các đồ thị cho trên hình 4.7  4.9 cho thấy:
1) Độ uốn cong của mẫu vật liệu bimetal thép CT.3 – thép 65Г sau hàn nổ đều có xu
hướng tăng theo chiều tăng của các bộ thông số nổ r, h & C;
2) Giá trị cực đại của độ uốn cong mẫu sau hàn nổ đều ở vị trí giữa phôi;
3) Có thể mô phỏng độ uốn cong phôi vật liệu bimetal thép CT.3 – thép 65Г sau hàn
nổ ở các chế độ QHTN 1 và QHTN 2 bằng mô hình bậc 2 hoặc cao hơn.
4.4. Mô hình hóa độ bền bám dính 2 lớp bimetal phụ thuộc vào các thông số nổ
- Sử dụng phần mềm MATLAB để tính toán xây dựng mô hình toán học bằng phương
pháp bình phương nhỏ nhất để phỏng đoán độ bền bám dính 2 lớp vật liệu bimetal sau hàn
nổ thép CT.3 – thép 65Γ làm dao cắt công nghiệp. Kết qủa tính toán cho ở biểu thức (4.2).

b.d.
(r, h,C) = 3869,442.C
3
+727,0729.h
3
+ 449,5812.r.h.C–334,5135.r.h
2
–29,717.r.C
2

– 5370,279.h.C
2
– 975,003.r
2
– 2118,938.C
2

– 1862,036.h
2
+ 8188,327.h.C
+ 3432,445.r.C – 1751,878.h – 3613,578.C + 1174,606 (4.2)
Sai số tính toán theo mô hình (4.2) so với kết quả thực nghiệm tại các điểm nút quy hoạch
chỉ trong khoảng 0,15  4,36 % (bảng 4.17 – Phụ lục 4 luận án).


12
- Phân tích mô hình toán học (4.2) cho thấy ảnh hưởng của thông số C tới độ bền bám
dính 2 lớp vật liệu bimetal thép CT.3 – thép 65Г sau hàn nổ là lớn nhất, sau đó là hai thông
số r và h;
- Nếu xét ảnh hưởng riêng biệt của từng thông số r, h và C khi cố định hai thông số còn lại
đến độ bền bám dính 2 lớp bimetal và sử dụng phần mềm MATLAB ta nhận được kết quả đồ thị
ở dạng 2D (ví dụ điển hình cho trên hình 4.11) và dạng 3D (hình 4.12  4.14)

a) r = 1,3; C = 0,8 b) r = 1,3; h = 0,8
c) r = 1,5; C = 0,9 d) r = 1,5; h = 1,0
e) r = 1,7; C = 1,0 f) r = 1,7; h = 1,2
Hình 4.11. Ảnh hưởng riêng biệt của các thông số hàn nổ (r, h, C) theo QHTN 2 tới độ bền
bám dính 2 lớp bimetal thép CT.3 – thép 65Г (
b.d.
)
Nhận xét các đồ thị trên hình 4.11:
- Từ hình 4.11 ta nhận thấy: độ bền bám dính 2 lớp bimetal thép CT.3 – thép 65Г (
b.d.
)
tăng tỷ lệ thuận với chiều tăng của các thông số r, h và C với quy luật phi tuyến gần với
phương trình bậc 2 hoặc bậc 3 (xét riêng biệt từng thông số nổ).
- Nếu xét ảnh hưởng đồng thời qua lại giữa chỉ 02 thông số công nghệ hàn nổ ban đầu (r &

h; h & C; r & C) đến hàm mục tiêu độ bền bám dính 2 lớp vật liệu bimetal nhận được sau hàn nổ
(
b.d.
) thì độ thị biểu diễn mối quan hệ đó có thay đổi. Trên các hình 4.12  4.14 là kết quả tính
toán mô phỏng trong trường hợp xét ảnh hưởng cặp đôi của các thông số lựa chọn nói trên.


a) b) c)
Hình 4.12. Đồ thị mô tả ảnh hưởng đồng thời của hai yếu tố h và r tới độ bền bám dính 2
lớp bimetal thép CT.3 – thép 65Г (QHTN 2): a) C =0,8; b) C = 0,9; c) C = 1,0


13

a) b) c)
Hình 4.13. Đồ thị mô tả ảnh hưởng đồng thời của hai yếu tố C và r tới độ bền bám dính 2
lớp bimetal thép CT.3 – thép 65Г (QHTN 2): a) h =0,8; b) h =1,0; c) h = 1,2

a) b) c)

Hình 4.14. Đồ thị mô tả ảnh hưởng đồng thời của hai yếu tố h và C tới độ bền bám dính 2
lớp bimetal thép CT.3 – thép 65Г (QHTN2): a) r =1,3; b) r = 1,5; c) r = 1,7
Nhận xét các đồ thị trên hình 4.12  4.14:
- Do tác động qua lại giữa 2 thông số hàn nổ (r và h; h và C; r và C) khi cố định thông số
thứ ba còn lại trong tổ hợp 3 thông số khảo sát, tính chất phi tuyến của các đồ thị 3D có giảm và
tiến gần đến mô hình tuyến tính ở công thức (4.1) nêu trên. Điều đó được giải thích bởi do tương
tác bù trừ lẫn nhau giữa ảnh hưởng của hai thông số cặp đôi được xét, ví dụ như:
- Phân tích kết quả thực nghiệm theo quy hoạch thực nghiệm hiệu chỉnh các chế độ hàn
nổ tạo phôi bimetal thép CT.3 – thép 65Г (QHTN 2) nêu trên ta có nhận xét sau:
1) Phân tích đánh giá hiện trạng bề mặt các mẫu thí nghiệm hàn nổ theo QHTN 2 với mức

điều chỉnh 3 thông số chính r, h, C trong miền khảo sát đã chọn (với mức độ làm sạch tốt) cho
thấy: các mẫu thí nghiệm nhận được sau hàn nổ ở tất cả 27 chế độ nổ đều có sự bám dính
đạt yêu cầu trở lên. Các chế độ nổ từ thí nghiệm số 01  05 (lô số 1) độ bền bám dính 2 lớp
chỉ đạt dưới mức 72,65 MPa  
b.d.
 111.8467 MPa là chưa cao, nhưng vẫn đủ điều kiện
để chế tạo dao cắt trong công nghiệp làm việc ở chế độ tải trọng có va đập không lớn và có
thể dùng làm phôi dao xén giấy;
2) Ở các chế độ thí nghiệm từ số 06 đến số 27 trong QHTN 2, mẫu vật liệu bimetal thép
CT.3 – thép 65Г (ở lô số 1 & 2) đã đảm được bảo chất lượng bám dính 2 lớp tốt hơn: độ
bám dính nhận được đạt trong khoảng 125,2 MPa  
b.d.
 199,15 MPa, đủ tiêu chuẩn để
chế tạo dao băm gỗ cỡ vừa trong công nghiệp (độ bền bám dính 2 lớp đạt từ mức từ tốt trở
lên). Số lượng mẫu có độ bám dính rất tốt chiếm đa số trong toàn bộ số mẫu thí nghiệm
quy hoạch thực nghiệm hiệu chỉnh công nghệ (ở lô số 2 & 3) có độ bền bám dính 2 lớp đạt
trong khoảng 215,4 MPa  
b.d.
 290,4333 MPa, đủ tiêu chuẩn để chế tạo dao cắt công
nghiệp cỡ lớn;
3) Từ những kết quả khoa học nhận được khi đánh giá hiện trạng bề mặt, xác định độ
bền bám dính 2 lớp và khảo sát chụp ảnh tổ chức tế vi biên giới 2 lớp các mẫu thí nghiệm
sau hàn nổ theo QHTN 2, đã xác định lại giới hạn miền thay đổi của các thông số hàn nổ r, h
và C chọn lại trong vùng gần các giá trị tối ưu đảm bảo được tổ hợp các tính chất mối hàn tốt
nhất và hiện tượng không hàn nhỏ nhất là: r = 1,5  1,7; h = 0,85  1,0; C = 0,9  1,0.
4.5. Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ biến dạng dẻo sau hàn nổ tới cấu trúc tế vi
biên giới 2 lớp bimetal thép CT.3 – thép 65Г
Đã xác định mức biến dạng tới hạn của vật liệu bimetal sau hàn nổ là 4,5  5,0 %.

14
4.6. Kết quả khảo sát cấu trúc vật liệu bimetal thép CT.3 - thép 65Г sau hàn nổ.
4.6.1. M
ẫu thí nghiệm theo QHTN 1

Kết quả nghiên cứu khảo sát cấu trúc kim loại trên biên giới liên kết 2 lớp vật liệu
bimetal thép CT.3 – thép 65Г của 27 mẫu thí nghiệm trong quy hoạch định hướng công nghệ
cho trên các hình 4.6–PL2  4.19–PL2 (Phụ lục 2 luận án). Các hình 4.15  4.20 dưới đây
là một số ảnh chụp cấu trúc biên giới 2 lớp kim loại đại diện trên kính hiển vi quang học.


Hình 4.15. Cấu trúc tế vi vùng biên giới lớp
bimetal thép CT.3  thép 65Г: Mẫu số 07.1,
QHTN 1, mã số 200
Hình 4.16. Cấu trúc tế vi vùng biên giới lớp
bimetal thép CT.3 – thép 65Г: Mẫu số 09.1,
QHTN 1, mã số 220


Hình 4.17. Cấu trúc tế vi vùng biên giới lớp
bimetal thép CT.3  thép 65Г: Mẫu số 16.1,
QHTN 1, mã số 201
Hình 4.18. Cấu trúc tế vi vùng biên giới lớp
bimetal thép CT.3 – thép 65Г: Mẫu số 18.1,
QHTN 1, mã số 221


Hình 4.19. Cấu trúc tế vi vùng biên giới lớp
bimetal thép CT.3  thép 65Г: Mẫu số 25.1,
QHTN 1, mã số 202

Hình 4.20. Cấu trúc tế vi vùng biên giới lớp
bimetal thép CT.3 – thép 65Г: Mẫu số 27.1,
QHTN 1, mã số 222


Hình 4.21. Cấu trúc tế vi vùng biên giới lớp
bimetal thép CT.3 – thép 65Г: Mẫu số 07.2,
QHTN 2, mã số 200
Hình 4.22. Cấu trúc tế vi vùng biên giới lớp
bimetal thép CT.3 – thép 65Г: Mẫu số 09.2,
QHTN 2, mã số 220


15
4.6.2. Mẫu thí nghiệm theo QHTN 2
Kết quả nghiên cứu khảo sát cấu trúc kim loại trên biên giới liên kết 2 lớp vật liệu bimetal thép
CT.3 – thép 65Г của 27 mẫu thí nghiệm trong quy hoạch điều chỉnh công nghệ (QHTN 2) cho
trên các hình 4.20–PL2  4.35–PL2 (Phụ lục 2 luận án). Các hình 4.21 4.26 dưới đây là một
số ảnh chụp cấu trúc biên giới 2 lớp kim loại điển hình trên kính hiển vi quang học.


Hình 4.23. Cấu trúc tế vi vùng biên giới lớp
bimetal thép CT.3 – thép 65Г: Mẫu số 16.2,
QHTN 2, mã số 201
Hình 4.24. Cấu trúc tế vi vùng biên giới lớp
bimetal thép CT.3 – thép 65Г: Mẫu số 18.2,
QHTN 2, mã số 221


Hình 4.25. Cấu trúc tế vi vùng biên giới lớp

bimetal thép CT.3 – thép 65Г: Mẫu số 25.2,
QHTN 2, mã số 202
Hình 4.26. Cấu trúc tế vi vùng biên giới lớp
bimetal thép CT.3 – thép 65Г: Mẫu số 27.2,
QHTN 2, mã số 222

4.6.3. Bàn luận về kết quả thí nghiệm
Phân tích các kết quả thí nghiệm cho trên các hình 4.15  4.26 ta nhận thấy:
1) Trên hình 4.15 là ảnh chụp cấu trúc tế vi vùng biên giới liên kết 2 lớp bimetal
thép CT.3 – thép 65Г được hàn nổ ở chế độ “hàn mềm” dưới mức “hàn trung bình” (mẫu
số 07.1, QHTN 1, mã số: 200). Trên toàn bộ chiều dài mẫu khảo sát có hình thành liên
kết kim loại giữa 2 lớp có màng mỏng cấu trúc khá rõ nét nhưng không đều (chiều dày
khoảng 5  10 m), độ bền bám dính chưa cao.Vật liệu bimetal có cấu trúc như vậy được
cho là đạt yêu cầu đủ bền để sử dụng đối với các chi tiết làm việc trong điều kiện tải
trọng tĩnh, ví dụ như dao xén giấy công nghiệp cỡ nhỏ (dưới 500 mm), không nên sử
dụng để chế tạo dao xén giấy có độ dài lớn;
2) Trên hình 4.16 là ảnh chụp cấu trúc tế vi vùng biên giới liên kết 2 lớp
bimetal thép CT.3 – thép 65Г hàn nổ ở chế độ gần “hàn cứng” trên mức “hàn trung
bình” (mẫu số 09.1, QHTN 1, mã số: 220). Mối liên kết kim loại giữa 2 lớp có dạng
sóng âm với biên độ sóng liên kết 2 lớp kim loại hàn khá lớn (khoảng a = 20  35 m),
không có lớp màng mỏng tạp chất, đảm bảo được độ bền và chất lượng bám dính 2
lớp kim loại hàn nổ với nhau ở mức tương đối tốt, đủ độ bền để làm việc trong điều
kiện có tải trọng vừa của dao xén giấy có độ dài đến 600 mm hoặc tải trọng có va
đập đáng kể của dao cắt loại nhỏ;
3) Trên hình 4.17 là ảnh chụp cấu trúc tế vi vùng biên giới liên kết 2 lớp
bimetal thép CT.3 – thép 65Г được hàn nổ ở mức gần chế độ “hàn trung bình” (mẫu
số 16.1, QHTN 1, mã số: 201). Mối liên kết kim loại giữa 2 lớp hàn nổ đạt ở mức rất
tốt, có dạng sóng âm với biên độ lớn (khoảng a = 30  40 m), đồng đều, tuy nhiên

16
còn một vài đoạn cục bộ lớp màng mỏng cấu trúc có tạp chất toàn bộ chiều dài mẫu
khảo sát, đạt chất lượng ở mức tốt để sử dụng làm phôi chế tạo các chi tiết làm việc
trong điều kiện tải trọng vừa trở lên và có va đập trong công nghiệp như dao cắt kim
loại, rất tốt cho dao xén giấy có độ dài lớn;
4) Trên hình 4.18 là ảnh chụp cấu trúc tế vi vùng biên giới liên kết 2 lớp bimetal thép
CT.3 – thép 65Г được hàn nổ ở chế độ trên mức “hàn trung bình” (Mẫu số 18.1, QHTN 1,
mã số: 211). Mối liên kết kim loại giữa 2 lớp hàn nổ rất tốt, có dạng sóng âm với biên độ
khoảng a = 40  50 m. Trong mối hàn tuy còn có ít khuyết tật dạng màng mỏng và hợp
chất liên kim phân bố cục bộ trên toàn bộ chiều dài khảo sát, có chất lượng tổng hợp đạt ở
mức rất tốt để sử dụng làm dao xén giấy có độ dài lớn. Chế độ nổ với bộ thông số r, h và C
trong trường hợp này là tối ưu. Độ bền bám dính 2 lớp rất cao, có thể sử dụng làm dao cắt
kim loại và dao xén giấy cỡ lớn trong công nghiệp;
5) Trên hình 4.19 là ảnh chụp cấu trúc tế vi vùng biên giới liên kết 2 lớp bimetal
thép CT.3 – thép 65Г được hàn nổ ở chế độ “gần hàn cứng” (Mẫu số 18.1, QHTN 1, mã số:
221). Biên giới liên kết 2 lớp kim loại trong mối hàn đã có dạng sóng âm với biên độ sóng
tương đối lớn (a khoảng 50  60 m), phân bố đồng đều theo chiều dài mẫu khảo sát.
Trong mối hàn không phát hiện thấy có các khuyết tật màng mỏng cấu trúc hoặc tạp chất
liên kim, đạt mức chất lượng liên kết và độ bền bám dính 2 lớp bimetal đạt ở mức cao,
đảm bảo được các yêu cầu kỹ thuật làm việc rất khắt khe khi chịu tải trọng lớn và có va
đập của dao cắt trong công nghiệp (kim loại, băm gỗ, xén giấy cỡ lớn);
6) Trên hình 4.20 là ảnh chụp cấu trúc tế vi vùng biên giới liên kết 2 lớp bimetal thép
CT.3 – thép 65Г được hàn nổ ở chế độ “hàn cứng” (QHTN 1, mã số: 121). Trên toàn bộ
chiều dài mẫu khảo sát đã hình thành liên kết kim loại giữa 2 lớp vật liệu hàn nổ có dạng
sóng âm với biên độ khá lớn (khoảng a = 50  60 m), tuy có vài đoạn liên kim cục bộ phân
bố không liên tục trên biên giới 2 lớp, đảm bảo độ bền và chất lượng mối hàn ở mức khá
cao, được sử dụng đối với các chi tiết dao xén giấy có độ dài đến 1500 mm;
7) Trên hình 4.21 là ảnh chụp cấu trúc tế vi vùng biên giới liên kết 2 lớp bimetal
thép CT.3 – thép 65Г được hàn nổ ở chế độ “hàn mềm” dưới mức trung bình (mẫu số
07.2, QHTN 1, mã số: 200). Mối liên kết kim loại giữa 2 lớp hàn nổ rất tốt, bắt đầu

có dạng sóng âm với biên độ khoảng a = 15  25 m. Trong mối hàn không phát hiện
thấy khuyết tật dạng hợp chất màng mỏng cấu trúc, tuy có một vài đoạn liên kim loại
nóng chảy cục bộ phân bố không liên tục theo toàn bộ chiều dài khảo sát. Chất lượng
tổng hợp mối hàn đạt ở mức rất tốt, chế độ nổ với bộ thông số r, h và C trong trường
hợp này được coi là tương đối thích hợp;
8) Trên hình 4.22 là ảnh chụp cấu trúc tế vi vùng biên giới liên kết 2 lớp
bimetal thép CT.3 – thép 65Г được hàn nổ ở chế độ gần “hàn cứng” (mẫu số 09.2,
QHTN 1, mã số: 220). Mối liên kết kim loại giữa 2 lớp hàn nổ rất tốt, có dạng sóng
âm với biên độ khoảng a = 40  50 m. Trong mối hàn không phát hiện thấy khuyết
tật dạng hợp chất màng mỏng cấu trúc, tuy có một vài đoạn liên kim loại nóng chảy
cục bộ phân bố không liên tục theo toàn bộ chiều dài khảo sát. Chất lượng tổng hợp
đạt ở mức rất tốt, chế độ nổ với bộ thông số r, h và C trong trường hợp này được coi
là thích hợp;
9) Trên hình 4.23 là ảnh chụp cấu trúc tế vi vùng biên giới liên kết 2 lớp
bimetal thép CT.3 – thép 65Г được hàn nổ ở chế độ gần “hàn trung bình” (mẫu số
16.2, QHTN 2, mã số: 201). Mối liên kết kim loại giữa 2 lớp hàn nổ rất tốt, có dạng
sóng âm với biên độ khoảng a = 40  50 m. Trong mối hàn không phát hiện thấy
khuyết tật dạng hợp chất màng mỏng cấu trúc, tuy có một vài đoạn liên kim loại nóng
chảy cục bộ phân bố không liên tục theo toàn bộ chiều dài khảo sát. Chất lượng tổng
hợp đạt ở mức rất tốt, chế độ nổ với bộ thông số r, h và C trong trường hợp này được
coi là thích hợp;


17
10) Trên các hình 4.24  4.26 trong QHTN 2 các mẫu đều đủ điều kiệm để làm phôi
chế tạo dao xén giấy có độ dài lớn đến 2000 mm:
+ Hình 4.24 tương ứng với mẫu số 18.2, QHTN 2, mã số 221, chế độ gần “hàn cứng”,
có một số đoạn liên kim loại không liên tục, biên độ sóng âm liên kết 2 lớp lớn (a = 80  130
m), đảm bảo độ bền bám dính 2 lớp rất cao;
+ Hình 4.25 tương ứng với mẫu số 25.2, QHTN 2, mã số 202, chế độ trên mức “hàn

trung bình”, gần mức “hàn cứng: không có màng tạp chất đặc trưng của bimetal hàn nổ, nhưng
vẫn là biên độ sóng âm liên kết rất lớn (a = 100  150 m), đảm bảo cho độ bền bám dính 2
lớp rất cao;
+ Hình 4.26 tương ứng với mẫu số 27.2, QHTN 2, mã số 222, chế độ “hàn cứng”, có
lớp màng mỏng cấu trúc hàn nổ nhưng không liên tục, biên độ sóng liên kết lớn (a = 100 
130 m), độ bền bám dính 2 lớp tốt;
13) Các phân tích so sánh tổ chức tế vi biên giới liên kết 2 lớp vật liệu bimetal thép
CT.3 – thép 65Г hàn nổ ở các chế độ khác nhau trong QHTN 1 và QHTN 2 với kết quả
đánh giá hiện trạng bề mặt mẫu và xác định độ bền bám dính 2 lớp để có đánh giá tổng
hợp tính chất của vật liệu đã được đề cập trong các công trình 23, 35, trong đó có sự
tham gia trực tiếp của nghiên cứu sinh.
4.7. Kết quả phân tích SEM - EDX tại biên giới 2 lớp vật liệu bimetal thép CT3 -
thép 65Г sau nhiệt luyện
Sử dụng phương pháp ASTM E407-07 trên kính hiển vi quang học AXIOVERT 40
MAT và phân tích SEM-EDX các vùng cục bộ điển hình trên biên giới 2 lớp thép CT.3 – thép
65Г sau hàn nổ có qua xử lý nhiệt trên thiết bị JSM 6490 – JED 2300, JEOL (Nhật Bản) cho
kết quả trên hình 4.27 PL3  4.33 PL3 (Phụ lục 3). Các mẫu vật liệu bimetal thép CT.3 – thép
65Г nhận được ở các chế độ hàn nổ trong vùng các thông số r, h và C thích hợp.
Trên hình 4.27 a, b là tổ chức tế vi lớp thép CT.3 và lớp thép 65Г tương ứng, với độ
phóng đại x 100. Sử dụng ảnh từ kính hiển vi điện tử có cấu trúc tế vi tại biên giới 2 lớp trên
mẫu số M1 ở gần đỉnh sóng âm liên kết và vùng chân sóng cho trên hình 4.28 a, b với liên kết
kim loại rất tốt.

a)

b)
Hình 4.27. Tổ chức tế vi lớp thép nền CT.3 (a) và lớp thép lưỡi cắt 65Г (b) x100
a)

b)

Hình 4.28. Cấu trúc tế vi biên giới 2 lớp bimetal thép CT.3 – thép 65Г ở đỉnh sóng âm liên
kết (a) và chân sóng (b), mẫu M 1, x200


18

a)

b)
Hình 4.29. Cấu trúc tế vi biên giới 2 lớp bimetal thép CT.3 – thép 65Г ở đỉnh sóng âm liên
kết (a) và chân sóng (b), mẫu M 2, x 200

a)

b)
Hình 4.30. Cấu trúc tế vi biên giới 2 lớp bimetal thép CT.3 – thép 65Г ở đỉnh sóng âm liên
kết (a) và chân sóng (b), M 3, x 250
Hình 4.31. Vị trí quét EDX trên biên giới 2 lớp bimetal thép CT.3 – thép 65Г ở vùng gần
đỉnh sóng (a) và vùng có pha lạ (b), mẫu M 4, x 250


Hình 4.32. Cấu trúc tế vi biên giới 2 lớp
bimetal thép CT.3 – thép 65Г ở đỉnh sóng
âm liên kết, mẫu M 2, x 3000
Hình 4.33. Cấu trúc tế vi biên giới 2 lớp
bimetal thép CT.3 – thép 65Г ở đỉnh sóng
âm liên kết, mẫu M 4, x 1500


19

- Trên hình 4.29 là ảnh chụp cấu trúc tế vi biên giới 2 lớp mẫu vật liệu số M 2 bimetal
thép CT.3 – thép 65Г , với độ phóng đại x 200: tuy có một vài đoạn khuyết tật mầu đen, nhưng
nhìn chung mối hàn là liên kết kim loại sạch, khá tốt;
- Cấu trúc tế vi biên giới 2 lớp mẫu số M 3 vật liệu bimetal thép CT.3 – thép 65Г,
với độ phóng đại x 250 cho trên hình 4.30 là tốt nhất, ở đây hầu như không phát hiện thấy
lớp cấu trúc màng mỏng và các đoạn liên kim loại cục bộ. Độ bền bám dính 2 lớp bimetal
trong trường hợp này có giá trị cao nhất;
- Trên hình 4.31 a, b là ảnh chụp vị trí quét chùm tia EDX trên biên giới liên kết
kim loại giữa 2 lớp bimetal thép CT.3 – thép 65Г để xác định thành phần hóa học các pha
kim loại (hợp kim) tại đó. Kết quả (Phụ lục 3) cho thấy có các nguyên tố như:
+ Tại vùng quét trên hình 4.31 a có: 0,65%C; 0,29%Mn; 99,06% Fe;
+ Tại vùng quét trên hình 4.31 b có: 0,47%C; 0,53%Mn; 99,01% Fe;
- Với độ phóng đại lớn trên kính hiển vi điện tử (SEM) cấu trúc tế vi cho trên các
hình 4.28 (mẫu số M 2, x 3000) và hình 4.29 (mẫu số M 4, x1500) cho thấy kích thước
hình học của một vài tạp chất bẩn trong các đoạn khuyết tật cụ bộ trên biên giới 2 lớp vật
liệu bimetal thép CT.3 – thép 65Г sau hàn nổ và xử lý nhiệt là rất nhỏ, không gây ảnh
hưởng đáng kể tới độ bền bám dính giữa chúng.
- Với kết quả phân tích SEM-EDX kể trên, có thể khẳng định rằng chất lượng các
mẫu vật liệu bimetal thép CT.3 – thép 65Г nhận được sau hàn nổ và xử lý nhiệt đều đáp
ứng yêu cầu kỹ thuật về độ bền và cấu trúc mối hàn, đảm bảo đủ tiêu chuẩn để làm phôi
chế tạo dao cắt công nghiệp có chiều dài lớn, làm việc ở tải trọng trung bình và lớn, kể cả
tải trọng có va đập.

Kết luận chương 4
Trên cơ sở phân tích các kết quả thực nghiệm thử phá hủy mẫu để xác định độ
bền bám dính 2 lớp sau hàn nổ và đối chiếu với kết quả khảo sát cấu trúc tế vi vùng
biên giới 2 lớp kim loại tại biên giới giữa chúng trên các mẫu vật liệu bimetal điển
hình tương ứng, có thể rút ra một số kết luận như sau:
1) Qua 3 lần điều chỉnh công nghệ ở QHTN 2, đã đưa ra bộ thông số công nghệ hàn
nổ (r, h, C) để hàn nổ tạo phôi vật liệu bimetal thép CT.3 – thép 65Г hợp lý, đảm bảo độ

bền bám dính 2 lớp ở mức cao nhất, đủ điều kiện chế tạo dao cắt phẳng có độ dài lớn đến
2000 mm trong công nghiệp;


2) Với các chế độ nổ theo bộ ba thông số nổ r = 1,5  1,7; h = 0,85  1,0; C =
0,9  1,0 đều nhận được độ bền bám dính 2 lớp vật liệu bimetal thép CT.3 – thép 65Г
cao, đạt trong khoảng 215,4 MPa  
b.d.2&3
 290,4333 MPa. Điều đó hoàn toàn đảm bảo
cho vật liệu bimetal làm việc tốt ở chế độ tải trọng lớn (kể cả có va đập mạnh) của
dao cắt kim loại, dao xén giấy và dao băm gỗ loại có chiều dài lớn trong công nghiệp;
3) Kết quả khảo sát độ cong vênh của phôi vật liệu bimetal thép CT.3 – thép 65Г sau
khi nổ đã khẳng định phải tiến hành xử lý nhiệt và nắn chỉnh phôi làm dao trước khi gia
công cơ khí và cần phải kiểm tra độ bám dính cũng như khảo sát tổ chức tế vi vùng biên
giới giữa 2 lớp. Đồng thời đưa ra lựa chọn lượng dư hợp lý cho các tấm kim loại trước khi
hàn nổ, đảm bảo tổng lượng dư cho gia công cơ khí tới thành phẩm ở mức nhỏ nhất;
4) Kết quả khảo sát và phân tích cấu trúc tế vi tại biên giới liên kết 2 lớp vật
liệu bimetal thép CT.3 – thép 65Г bằng phương pháp SEM – EDX đã làm rõ đặc tính vật
liệu nhận được ở các chế độ hàn nổ thuộc miền các thông số nổ ban đầu r, h và C thích
hợp, đảm bảo chất lượng bám dính giữa 2 lớp kim loại hàn nổ cao.




20
Chương 5. ỨNG DỤNG KẾT QUẢ CỦA LUẬN ÁN CHẾ TẠO DAO XÉN GIẤY
CÔNG NGHIỆP CÓ CHIỀU DÀI LỚN
5.1. Đề xuất công nghệ chế tạo dao cắt công nghiệp có chiều dài lớn từ vật liệu
bimetal CT.3 – thép 65Г hàn nổ
Từ những đặc điểm đã được phân tích trong phần tổng quan (Chương 1) cho thấy

ngoài việc nghiên cứu chọn chế độ hàn nổ thích hợp đảm bảo chất lượng vật liệu bimetal
tốt nhất, thì vấn đề nhiệt luyện vật liệu bimetal thép CT.3 – thép 65Г và lựa chọn thiết bị
để gia công cơ khí các phôi dao cắt công nghiệp có chiều dài lớn (đến 2000 mm) hiện nay
ở nước ta là rất khó khăn. Tuy nhiên, trên cơ sở năng lực thiết bị gia công của một vài
doanh nghiệp sản xuất cơ khí hiện có trong nước, tác giả luận án đề xuất quy trình công
nghệ chế tạo dao cắt công nghiệp từ vật liệu bimetal có chiều dài lớn gồm 5 công đoạn
chính như cho trên hình 5.2 sau đây:
-



Hình 5.2. Sơ đồ nguyên lý công nghệ chế tạo dao cắt trong công nghiệp có chiều dài lớn từ
phôi bimetal bằng phương pháp hàn nổ.
5.2. Yêu cầu chung của phôi vật liệu bimetal thép CT3- thép 65Г làm dao xén giấyl có
chiều dài lớn
Yêu cầu kỹ thuật chung của dao xén giấy bimetal trong công nghiệp có chiều dài lớn
(đến 2000 mm) như sau:
1) Vật liệu bimetal thép CT.3  thép 65Г chế tạo chế tạo dao xén giấy phải có chiều
dài lớn. Kích thước hình học của một phôi: dài x rộng x dày = (1500  1750) x 130 x 13 mm;
2) Độ đồng phẳng theo bề mặt toàn bộ tấm vật liệu bimetal phải đạt không lớn hơn tổng
lượng dư cho gia công nắn chỉnh (lớn nhất là khoảng 5 % biến dạng tổng theo chiều dày 2 lớp
theo bản vẽ chế tạo) và tổng lượng dư tối thiểu cần thiết cho các khâu nhiệt luyện và gia công
cơ khí đến thành phẩm dao;
3) Lớp thép hợp kim lưỡi cắt làm bằng thép 65Г có: kích thước chiều dày 2,5  3,5 mm;
độ cứng 57  58 HRC sau khi tối và ram;
4) Lớp nền thép thân dao CT.3 có: kích thước chiều dày 12,5  16,5 mm; độ cứng 220 
230 HB sau khi xử lý nhiệt hoàn chỉnh;
5) Độ bền bám dính hai lớp thép CT.3 và lớp thép dụng cụ cần đạt trong khoảng : 
b.d


150  250 MPa;
5.3. Giải pháp kỹ thuật nâng cao chất lượng phôi dao cắt bimetal có chiều dài lớn
Các giải pháp kỹ thuật đề xuất nhằm nâng cao chất lượng phôi bimetal thép CT.3 
thép 65Г chủ yếu từ khâu chọn sơ đồ hàn nổ đến chuẩn bị cho gia công cơ khí như sau:
1) Giải pháp chung là phải hấp hành đúng các chế độ công nghệ quy định trong các công
đoạn chính khi: chuẩn bị paket hàn nổ; hàn nổ tạo phôi bimetal; xử lý nhiệt và nắn chỉnh phôi
bimetal sau hàn nổ; gia công cơ khí đạt chuẩn thô dao bimetal; nhiệt luyện hoàn chỉnh dao
bimetal;
2) Các giải pháp cụ thể cho khâu hàn nổ tạo phôi vật liệu bimetal thép CT.3  thép
65Г được trình bày trong luận án:
a) Chọn sơ đồ nổ song song (hình 3.1 – Chương 3);
b) Đế nổ được chế tạo từ bê tông cốt thép được thi công ngay tại trường nổ ở tỉnh
Quảng Ninh trên khai trường của Công ty Cổ phần vật liệu xây dựng Hương Phong (hình
3.2 c), có kích thước thiết kế H x B x L = 400 x 500 x 2000 mm với các yêu cầu kỹ thuật
như sau:
- Độ đồng phẳng bề mặt làm việc: ≤ 0,5mm trên suốt mặt phẳng đế nổ,
- Áp suất chịu tải của đế nổ: 10  12 GPa (áp suất nổ 6  9 GPa) ;
Chu
ẩn bị phôi thép
các bon và thép
h
ợp kim

Hàn nổ tại
trường nổ

Nhiệt luyện và biến
dạng ép nắn phôi
bimetal
, gia c

ô
ng th
ô

Nhiệt luyện
phôi bimetal

Gia công tinh,
Thử nghiệm


21
- Sai số khe hở ban đầu giữa hai tấm kim loại : h
0
± 0,1mm;
- Độ không đồng đều lớp thuốc nổ trên bề mặt tấm kim loại: ≤ 1 mm;
- Chế độ xử lý nhiệt sau hàn nổ: nung nóng và nắn thẳng trên máy ép thủy lực 350
tấn đạt độ đồng phẳng ≤ 0,5mm;
c) Xác định đúng thành phần thuốc nổ (hỗn hợp amonit AD1 với phụ gia ở mức cần
thiết và mật độ rải thuốc nổ trong từng chế độ nổ nhờ trợ giúp của thiết bị đo tốc độ nổ kỹ
thuật số (hình 3.2 a);
d) Xử lý nhiệt đúng chế độ theo quy trình cho trên hình thường hóa khử ứng suất dư sau
hàn nổ đề xuất tại các công trình 32, 33 ((hình 5.3) và mức độ biến dạng dẻo tổng cộng
theo chiều dày phôi bimetal thép CT.3  thép 65Г đề xuất trong luận án. Sử dụng lò nung công
nghiệp cho trên hình 3.6 và máy ép thủy lực 350 tấn cho trên hình 3.7 (Chương 3);

Hình 5.3. Sơ đồ quy trình thường hoá vật liệu bimetal thép CT.3 – thép 65Г

e) Kiểm tra sơ bộ độ bám dính trên các mẫu thí nghiệm trên hiện trường nổ và kiểm
tra kích thước hình học phôi vật liệu phá bimetal thép CT.3  thép 65Г tại xưởng chế tạo
đồng thời với hủy mẫu chuyên dụng để xác định độ bền bám dính 2 lớp theo phương pháp
luận trong Chương 3 (sử dụng thiết bị cho trên hình 3.3  3.5 cho ở Chương 3).

5.4. Chế tạo thử dao cắt bimetal có chiều dài lớn dùng trên máy công cụ
5.4.1. Thành lập quy trình công nghệ gia công thô, bán tinh dao cắt
Chất lượng gia công trong công đoạn này phụ thuộc chủ yếu vào năng lực thiết bị
hiện có và chất lượng phôi bimetal thép CT.3 – thép 65Г nhận được sau hàn nổ, xử lý nhiệt
thường hóa và nắn phẳng đã trình bày ở phần trên. Quy trình công nghệ đề xuất để chế tạo
dao cắt công nghiệp từ phôi vật liệu bimetal gồm các bước sau:
1) Phay phẳng mặt sau làm chuẩn để gia công mặt trước dao;
2) Phay phẳng mặt trước lấy mặt vừa gia công làm chuẩn (mặt sau);
3) Lấy mặt trước làm chuẩn để gia công mặt sau để đạt chiều dày (để lượng dư mài);
4) Phay thẳng cạnh gáy dao;
5) Phay thẳng và phay vát cạnh lưỡi dao;
6) Phay các rãnh kẹp dao;
7) Khoan và ta - rô các lỗ ren;
8) Mài phẳng mặt lưỡi cắt trên máy mài phẳng;
9) Kiểm tra chất lượng dao.
5.4.2. Nhiệt luyện

Nhiệt luyện hoàn thiện để nhận được độ cứng lưỡi cắt và thân dao theo điều kiện làm
việc và được thực hiện qua 2 bước, sử dụng lò nhiệt luyện công nghiệp kiểu nung bằng điện
trở để tôi và ram vật liệu bimetal thép CT.3 – thép 65Г. Đề xuất chế độ tôi dao bimetal thép CT.3
– thép 65Г theo quy trình cho trên hình 5.5.
Kh«ng n¹p liÖu
Gi÷ ®¼ng nhiÖt
Kh«ng khÝ


22










Hình 5.5. Sơ đồ tôi dao xén giấy vật liệu bimetal thép CT.3 – thép 65Г

Các công đoạn chính của chế độ nhiệt luyện như sau:
1) Gia nhiệt không tải lò nung, đến nhiệt độ 500
O
C;
2) Nạp dao cắt sau gia công thô, bán tinh được thực hiện khi gia nhiệt lò nung đến
nhiệt độ quy định theo chế độ nung tôi đối với mác thép làm lưỡi cắt (65Г) quy định, bằng
trợ giúp của các cơ cấu nạp - dỡ liệu đi kèm lò nhiệt luyện;
3) Gia nhiệt lò cùng dao cắt bimetal đến nhiệt độ tôi 800

0
C, được thực hiện với tốc
độ nung quy định (70 ÷ 75
O
C/s/1mm) theo chế độ xử lý nhiệt phù hợp với mác thép làm
lưỡi cắt (65Г);
4) Giữ nhiệt ở nhiệt độ tôi, thời gian giữ đẳng nhiệt quy định (10 phút) theo chế độ
xử lý nhiệt phù hợp với mác thép làm lưỡi cắt (65Г);
5) Làm nguội: các dao cắt bimetal được làm nguội trong môi trường dầu khoáng vật
có hệ thống bơm tuần hoàn của nhà máy (tốc độ hạ nhiệt 150
O
C/s). Sau khi lấy ra khỏi lò,
các dao cắt bimetal được cho vào đồ gá kẹp chặt hai mặt lớp thép 65Г cặp đôi với nhau
(hình 5.7), sau đó làm nguội ở trạng thái treo theo phương thẳng đứng đến nhiệt độ thường
sẽ đảm bảo độ cong vênh do làm nguội khi tôi là nhỏ nhất.












Hình 5.6. Sơ đồ ram dao xén giấy vật liệu bimetal thép CT.3 – thép 65Г

6) Ram: nguyên công này được thực hiện ngay sau khi tôi, sử dụng lò giếng là tốt

nhất (có thể sử dụng lò nung điện trở kiểu nằm ngang) có đồ gá chống biến dạng nhiệt như
đã nêu khi tôi. Môi trường làm nguội là trong không khí tĩnh. Việc nắn chỉnh dao bimetal
sau nhiệt luyện (tôi và ram) để khử biến dạng nhiệt được thực hiện ngay sau khi ram và dỡ
liệu ra khỏi buồng lò;
7) Kiểm tra độ cứng lưỡi cắt và thân dao xén giấy: sau khi hoàn tất công đoạn nhiệt
luyện hoàn thiện dao cắt bimetal thép CT.3 – thép 65Г, cần tiến hành việc đo kiểm độ cứng
hai lớp vật liệu trên dao, nếu chưa đạt yêu cầu kỹ thuật theo bản vẽ chế tạo thì phải xử lý lại,
còn nếu đạt yêu cầu kỹ thuật thì chuyển qua công đoạn mài tinh lưỡi dao đạt kích thước hình
học sản phẩm thành phẩm.
DÇu
Gi÷ ®¼ng nhiÖt


23






Hình 5.7. Đồ gá dùng để nhiệt luyện dao xén giấy: 1) Dao xén giấy; 2) Đồ kẹp dao; 3) Đồ gá

5.4.3 Gia công tinh:
Đây là công đoạn cuối cùng trong quy trình công nghệ chế tạo dao cắt công nghiệp
bimetal thép CT.3 – thép 65Г hàn nổ. Phôi dao bimetal sau gia công thô và nhiệt luyện cần
phải được gia công tinh chỉnh đến kích thước yêu cầu theo bản vẽ chế tạo. Trên hình 5.8
thể hiện một số dao cắt bimetal trong quá trình gia công tinh.

Hình 5.8. Một số sản phẩm dao xén giấy trong quá trình gia công tinh gần hoàn chỉnh:
a) Mặt sau thân dao; b) Mặt trước dao (lưỡi cắt).

Các nguyên công chính ở công đoạn này bao gồm:
1) Mài tinh mặt sau thân dao đạt yêu cầu theo bản vẽ thiết kế chế tạo. Thiết bị sử
dụng là máy mài phẳng hiện có tại nhiều nhà máy sản xuất cơ khí;
2) Mài tinh mặt trước thân dao (bề mặt dao ở phía có lưỡi cắt bằng thép 65Г: nguyên
công này được thực hiện trên máy mài phẳng;
3) Mài tinh mặt nghiêng trên lưỡi cắt: nguyên công này được thực hiện tùy theo góc
nghiêng quy định trong thiết kế đối với các loại dao cắt trong công nghiệp khác nhau, nhờ sử
dụng máy mài lưỡi dao chuyên dụng;
4) Kiểm tra chất lượng: Nguyên công kiểm tra lần cuối để xác định chất lượng kích
thước hình học theo thiết kế, chỉ tiêu về cơ lý theo thiết kế: độ cứng phần lưỡi cắt, phần thân
dao, độ sau thấm tôi theo thiết kế.
5.4.4. Quy trình chạy thử và đánh giá kết quả
Dao xén giấy được lắp đặt trên máy xén giấy công nghiệp tại Công ty cổ phần In Nam
Định. Quy trình chạy thử được tiến hành như sau:
Bước 1: Xác định đặc điểm kỹ thuật của dao xén giấy trước khi chạy thử (kích thước
hình học theo bản vẽ chế tạo và độ cứng vật liệu lưỡi cắt (65Г) và thân dao (CT.3); góc cắt
β; độ không đồng phẳng mặt dao: 0,1/1000mm);
Bước 2: Lắp ráp vào máy và chạy thử với chế độ làm việc: vật liệu xén giấy Couches;
chiều dày tập xén 100 mm; năng suất theo đặc tính kỹ thuật của máy: 1 T/h; lực cắt:10.000
KN; công suất máy: 5,5KW; cường độ chạy thử nghiệm: 20 h/ngày đêm; tổng thời chạy thử:
đạt 3600 h.
Bước 3: Kết quả chạy thử nghiệm dao cắt bimetal: tổng khối lượng giấy đã cắt: 3.000
tấn; chiều rộng còn lại của phần lưỡi cắt: 115 mm; số lần mài sắc lưới cắt trong quá trình
chạy thử: 15 lần; độ khồng đồng phẳng của mặt dao: 0,14 mm/1000 mm.


24
Bước 4: Đánh giá kết quả: chất lượng tương đương dao nhập từ nước ngoài ( có biên
bản đánh giá đính kèm).

Kết luận chương 5
Từ kết quả ứng dụng của luận án có thể rút ra kết luận như sau :
1) Đã xây dựng được quy trình công nghệ chế tạo và xây dựng được chế độ nhiệt
luyện cho dao xén giấy công nghiệp từ phôi bimetal thép CT.3  thép 65Г hàn nổ có chiều
dài lớn, phù hợp với điều kiện trang thiết bị tại Việt Nam. Chế độ nhiệt luyện phù hợp với
vật liệu bimetal thép CT.3  thép 65Г đề xuất như sau:
- Tốc độ gia nhiệt tăng 70 ÷ 75
O
C/s/1mm
O
C;
- Nhiệt độ đẳng nhiệt: 800
O
C;
- Thời gian đẳng nhiệt: 10 phút;
- Tốc độ hạ nhiệt: 150
O
C/s.
Kết quả đảm bảo được độ cứng theo yêu cầu của hai lớp vật liệu dao ;
2) Dao đã được đưa vào sử dụng trong điều kiện sản xuất công nghiệp, kết quả chạy
thử cho thấy chất lượng đạt tương dao nhập ngoại.


KẾT LUẬN CHUNG LUẬN ÁN

1) Đã nghiên cứu tổng quan về một số công nghệ cơ bản để chế tạo vật liệu bimetal
nói chung và khảo sát về ứng dụng các loại dao dạng phẳng làm bằng vật liệu bimetal thép
các bon - thép dụng cụ hợp kim. Từ đó lựa chọn phương án công nghệ hàn nổ để tạo phôi
vật liệu bimetal thép CT.3 – thép 65Г dùng cho chế tạo dao xén giấy có độ dài đến 2000
mm tại Việt Nam;

2) Đã xác định bằng thực nghiệm các yếu tố công nghệ đầu vào và mức độ bám
dính của hai lớp thép CT.3 – thép 65Г có độ dài trên 2000 mm khi thực hiện công nghệ hàn
nổ. Đã xây dựng được mô hình toán học mô phỏng hàm mục tiêu, đã xác định được vùng
điều chỉnh thích hợp của các yếu tố công nghệ đầu vào r = 1,5 ÷ 1,7; h = 0,85 ÷ 1,0; C =
0,9 ÷ 1,0 tương ứng với độ bền bám dính hai lớp thép đạt trong khoảng 215,4 MPa 

b.d.2&3
 290,4333 MPa và được khuyến cáo nên áp dụng tạo phôi dao xén giấy có độ dài đến
2000 mm. Độ cong vênh lớn nhất f
zy(max)
= 1,93  2,35 mm (mép đầu băng nổ) và giảm dần
xuống đến giá trị danh nghĩa nhỏ nhất là f
zy(min)
= 0,8  1,25 mm (mép cuối băng nổ);
3) Đã nghiên cứu tổ chức tế vi vật liệu 2 lớp trên biên giới giữa hai lớp kim loại thép
CT. 3 – thép 65Г bằng phương pháp kim tương học và phân tích SEM –EDX để có đánh
giá tính chất mối hàn và so sánh với chỉ tiêu độ bền bám dính giữa chúng tại các điểm nút
quy hoạch thực nghiệm điển hình;
4) Bằng thực nghiệm đã đề xuất quy trình công nghệ nhiệt luyện phôi từ vật liệu
bimetal thép CT.3 – thép 65Г có chiều dài lớn, với lớp thép 65Г có hàm lượng măng gan
khá cao nên dễ bị nứt trong quá trình xử lý nhiệt;
5) Đề xuất quy trình công nghệ chế tạo dao xén giấy có độ dài đến 2000 mm phù hợp
điều kiện thiết bị nhiệt luyện và gia công cơ khí hiện có ở Việt Nam đã được đưa vào sử
dụng trong điều kiện sản xuất công nghiệp, kết quả chạy thử cho thấy chất lượng đạt tương
dao nhập ngoại. Điều đó khẳng định kết quả luận án có ý nghĩa khoa học và thực tiễn cao,
đã làm chủ công nghệ chế tạo dao cắt trong công nghiệp dạng phẳng có chiều dài lớn,
giảm sự phụ thuộc vào bên ngoài và tiết kiệm ngoại tệ cho đất nước.