Nghiên cứu các thông số hình học của phôi trong quá trình cắt vật liệu hợp kim ti 6AL 4v và so sánh với hình dạng trong quá trình cắt mô phỏng sử dụng phần tử hữu hạn

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
---------------------------------------

PHẠM HỮU NGUN

NGHIÊN CỨU CÁC THƠNG SỐ HÌNH HỌC CỦA PHOI TRONG
QUÁ TRÌNH CẮT VẬT LIỆU HỢP KIM Ti-6AL-4V VÀ SO SÁNH
VỚI HÌNH DẠNG TRONG Q TRÌNH CẮT MƠ PHỎNG SỬ DỤNG
PHẦN TỬ HỮU HẠN

CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
1. TS. Nguyễn Kiên Trung

Hà Nội - 2018


Luận văn thạc sỹ kỹ thuật

Chuyên ngành: Chế tạo máy – CN Chế tạo máy

Mục lục
DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ ............................................................................ iv
DANH SÁCH CÁC BẢNG BIỂU ..................................................................... vii
LỜI CAM ĐOAN .............................................................................................. viii
LỜI NĨI ĐẦU ...................................................................................................... 1
1.1 Tính cấp thiết của đề tài ........................................................................... 1

1.2 Đối tƣợng nghiên cứu ............................................................................... 1
1.3 Mục đích nghiên cứu ................................................................................ 2
1.3.1

Phƣơng pháp nghiên cứu ................................................................ 2

1.3.2

Cơ sở khoa học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài .............................. 2

1.4 Bố cục đề tài ............................................................................................. 2
1.5 Lời cảm ơn ................................................................................................ 2
CHƢƠNG 1. GIỚI THIỆU TỔNG QUAN ....................................................... 3
1.1 Giới thiệu .................................................................................................. 3
1.1.1

Quá trình tạo phoi trong gia cơng cắt gọt ....................................... 3

1.1.2

Q trình hình thành phoi ............................................................... 3

1.2 Phân loại các dạng phoi ............................................................................ 4
1.2.1

Phoi dây........................................................................................... 4

1.2.2

Phoi vụn .......................................................................................... 5

1.2.3

Phoi xếp - phoi răng cƣa ................................................................. 6

1.3 Các yếu tố ảnh hƣởng tới đặc trƣng hình học của phoi............................ 6
1.3.1

Ảnh hƣởng của vật liệu phôi và dụng cụ cắt .................................. 6

1.3.2

Ảnh hƣởng của chế độ cắt và thơng số hình học của dao ............... 7

1.4 Kết luận chƣơng một .............................................................................. 12
CHƢƠNG 2. ĐẶC TRƢNG CỦA QUÁ TRÌNH CẮT VẬT LIỆU TITAN .. 13
2.1 Đặc điểm của vật liệu hợp kim Titan và ứng dụng ................................ 13
2.1.1

Đặc điểm của vật liệu hợp kim tian .............................................. 13

2.1.2

Tổ chức tế vi của hợp kim Titan ................................................... 15

Học viên: Phạm Hữu Nguyên
Giáo viên hướng dẫn:

SHSV: CB160188
Page i

Lớp: 16BCTM
TS. Nguyễn Kiên Trung


Luận văn thạc sỹ kỹ thuật

Chuyên ngành: Chế tạo máy – CN Chế tạo máy

2.1.3

Sự chuyển pha trong hợp kim titan ............................................... 19

2.1.4

Cấu trúc tế vi của hợp kim Titan α + β ......................................... 20

2.2 Ứng dụng của hợp kim Titan.................................................................. 22
2.2.1

Ngành công nghiệp hàng không và vũ trụ .................................... 22

2.2.2

Ngành cơng nghiệp đóng tàu ........................................................ 23

2.2.3

Ngành cơng nghiệp ơ tô ................................................................ 24

2.2.4

Ngành kiến trúc ............................................................................. 25

2.2.5

Trong lĩnh vực thể thao ................................................................. 26

2.2.6

Trong y học ................................................................................... 27

2.2.7

Trong máy tính cơng nghiệp ......................................................... 27

2.2.8

Công nghiệp thực phẩm ................................................................ 28

2.2.9

Trong ngành đồ trang sức ............................................................ 28

2.3 Đặc điểm của quá trình cắt vật liệu hợp kim Titan ................................ 29
2.4 Kết luận chƣơng hai ............................................................................... 36
CHƢƠNG 3. NGHIÊN CỨU CÁC THƠNG SỐ HÌNH HỌC ĐẶC TRƢNG
CỦA QUÁ TRÌNH TIỆN TITAN VÀ SO SÁNH Q TRÌNH CẮT MƠ
PHỎNG
38

3.1 Phƣơng pháp xác định thơng số hình học của phoi................................ 38
3.1.1

Các thơng số hình học đặc trƣng cho phoi răng cƣa..................... 38

3.1.2

Một số phƣơng pháp xác định hình học phoi, ƣu và nhƣợc điểm 39

3.2 Đánh giá ảnh hƣởng của tổ chức tế vi và chế độ cắt đến hình dáng hình
học của phoi khi cắt hợp kim Titan................................................................. 42
3.2.1

Sơ đồ quá trình cắt thực nghiệm ................................................... 42

3.2.2
cƣa

Cách thức tiến hành thực nghiệm đo các thông số của phoi răng
44

3.2.3
Khảo sát ảnh hƣởng của chế độ cắt tới thơng số hình học của phoi
đối với từng tổ chức tế vi ............................................................................ 48
3.2.4
Khảo sát ảnh hƣởng của tổ chức tế vi tới thơng số hình học của
phoi ở cùng tốc độ cắt. ................................................................................ 61
3.3 So sánh hình dạng của phoi trong quá trình cắt thực tế và cắt mô phỏng
70
Học viên: Phạm Hữu Nguyên

Giáo viên hướng dẫn:

SHSV: CB160188
Page ii

Lớp: 16BCTM
TS. Nguyễn Kiên Trung


Luận văn thạc sỹ kỹ thuật

Chuyên ngành: Chế tạo máy – CN Chế tạo máy

3.3.1
So sánh hình dạng của phoi trong quá trình cắt thực nghiệm ở tốc
độ cắt 61 m/min và q trình mơ phỏng ở tốc độ cắt 60 m/min ................. 71
3.3.2
So sánh hình dạng của phoi trong quá trình cắt thực nghiệm ở tốc
độ cắt 122 m/min và q trình mơ phỏng ở tốc độ cắt 180 m/min. ............ 73
3.4 Kết luận chƣơng ba................................................................................. 75
CHƢƠNG 4. KẾT LUẬN ................................................................................ 77
TÀI LIỆU THAM KHẢO................................................................................... 79

Học viên: Phạm Hữu Nguyên
Giáo viên hướng dẫn:

SHSV: CB160188
Page iii

Lớp: 16BCTM

TS. Nguyễn Kiên Trung


Luận văn thạc sỹ kỹ thuật

Chuyên ngành: Chế tạo máy – CN Chế tạo máy

DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ
Hình 1.1. Q trình hình thành phoi trong q trình gia cơng cắt gọt .................. 4
Hình 1.2. Các dạng phoi điển hình ....................................................................... 6
Hình 1.3. Dạng phoi phổ biến cho các loại vật liệu (P- thép, M- thép không gỉ,
K- gang, N- Kim loại màu, S- Vật liệu dẫn nhiệt kém, H-thép nhiệt luyện)........ 7
Hình 1.4. Các vùng cắt tốc độ thấp (convetional range) và tốc độ cao (HSC) cho
một số vật liệu gia cơng phổ biến ......................................................................... 8
Hình 1.5. a) Phoi răng cƣa ở vận tốc cắt 400 m/phút, b) phoi chuyển tiếp ở vận
tốc cắt 700 m/min trong nghiên cứu của Arrazola (2007) .................................... 9
Hình 1.6. Ảnh hƣởng của điều kiện cắt đến hình thái của phoi trong nghiên cứu
của Bermingham (2011)...................................................................................... 10
Hình 1.7. Thơng số hình học của phoi trong nghiên cứu của Bermingham ....... 11
Hình 2.1. Các pha  và  trong hợp kim Ti-6Al-4V .......................................... 15
Hình 2.2. Sơ đồ pha của Titan theo nhiệt độ và áp suất [Velsavjevic 2012] ...... 16
Hình 2.3. Ảnh hƣởng của các nguyên tố hợp kim đến các giản đồ pha và quá
trình chuyển pha của Titan (Sơ đồ pha tiêu biểu) [Frees 2011] ......................... 16
Hình 2.4. Cấu trúc mạng BCC, HCP .................................................................. 17
Hình 2.5. Ứng suất trƣợt (CRSS) là hàm của nhiệt độ trong pha α [Lütjering,
2003].................................................................................................................... 18
Hình 2.6. a) Mơ đun đàn hồi (E) và b) độ cứng của pha  là hàm của góc γ giữa
trục c và phƣơng lực [Lütjering, 2003; Britton, 2009] ....................................... 18
Hình 2.7. Mơđun đàn hồi (E) và mô đun trƣợt (G) của pha alpha là hàm của
nhiệt độ [Lütjering, 2003] ................................................................................... 19

Hình 2.8. Sơ đồ pha và đƣờng chuyển pha (β - transus) của Titanium .............. 20
Hình 2.9. Các loại tổ chức tế vi phổ biến của hợp kim Ti64 [Attanasio, 2013;
Maciej Motyka, 2012; Meyer, 2008] .................................................................. 21
Hình 2.10. Sơ đồ xử lý nhiệt cho hợp kim α + β Ti [Lütjering, 2003]. .............. 22
Hình 2.11. Các hợp kim Titan sử dụng trong động cơ máy bay......................... 23
Hình 2.12. Cánh quạt tàu sử dụng vật liệu hợp kim Titan .................................. 24
Hình 2.13. Động cơ ô tô sử dụng vật liệu hợp kim Titan ................................... 25
Hình 2.14. Khung xe đạp thể thao bằng hợp kim Titan ...................................... 26
Hình 2.15. Ứng dụng của hợp kim Titan trong y học ......................................... 27
Hình 2.16. Ứng dụng của hợp kim Titan trong máy mính ................................. 28
Hình 2.17. Ứng dụng của hợp kim Titan thiết bị thực phẩm .............................. 28
Hình 2.18. Ứng dụng của hợp kim Titan trong ngành trang sức ........................ 29

Học viên: Phạm Hữu Nguyên
Giáo viên hướng dẫn:

SHSV: CB160188
Page iv

Lớp: 16BCTM
TS. Nguyễn Kiên Trung


Luận văn thạc sỹ kỹ thuật

Chuyên ngành: Chế tạo máy – CN Chế tạo máy

Hình 2.19. Sơ đồ pha của các hợp kim titan (E. Gautier và B. Appolaire, Ecole
de Mines de Nancy, Pháp) .................................................................................. 32
Hình 2.20. Sự khởi đầu vết nứt gãy (crack initation) trong dải trƣợt nhiệt

(adiabatic shear bands) ........................................................................................ 34
Hình 2.21. Sự phân bố nhiệt cắt trên dao và phơi gia cơng (Konig [1979])....... 35
Hình 3.1. Các thông số đặc trƣng cho đỉnh (peak) của phoi răng cƣa ................ 38
Hình 3.2. Các thơng số đặc trƣng của đáy (Valley) phoi răng cƣa..................... 39
Hình 3.3. Các thơng số đặc trƣng bề mặt trƣợt (Shear band) của phoi răng cƣa 39
Hình 3.4. Xác định hình dạng và các thơng số hình học của phoi bằng phƣơng
pháp mơ phỏng phần tử hữu hạn FEM ............................................................... 41
Hình 3.5. Bốn cấu trúc tế vi của hợp kim Ti-6Al-4V sử dụng trong các thí
nghiệm cắt (màu đen đậm: pha  ; màu sáng pha  ) ......................................... 43
Hình 3.6. Mơ hình thí nghiệm tiện hợp kim Ti-6Al-4V ..................................... 44
Hình 3.7. a) Hình ảnh mẫu gá đặt phoi, b) ảnh chụp phoi bằng kính hiển vi điện
tử.......................................................................................................................... 45
Hình 3.8. Chƣơng trình Matlab để đo các thơng số ............................................ 46
Hình 3.9. Đo các thơng số của phoi đƣợc đo trên phần mềm Matlab ................ 46
Hình 3.10. Bảng dữ liệu các thông số của phoi thu đƣợc từ phần mềm Matlab 47
Hình 3.11. Dữ liệu của các thông số đƣợc nhập vào phần mềm Sigma Plot...... 48
Hình 3.12. Hai dạng biểu đồ chính đƣợc sử dụng để biểu diễn các thông số đặc
trƣng cho phoi ..................................................................................................... 48
Hình 3.13. Hình ảnh và các thơng số cho đỉnh răng cƣa của phoi với tổ chức tế
vi dạng Bet .......................................................................................................... 49
Hình 3.14. Hình ảnh và các thơng số cho đỉnh răng cƣa của phoi với tổ chức tế
vi dạng Elo .......................................................................................................... 50
Hình 3.15. Hình ảnh và các thơng số cho đỉnh răng cƣa của phoi với tổ chức tế
vi dạng Mill ......................................................................................................... 51
Hình 3.16. Hình ảnh và các thơng số cho đỉnh răng cƣa của phoi với tổ chức tế
vi dạng Sta ........................................................................................................... 52
Hình 3.17. Hình ảnh và các thông số cho đáy răng cƣa của phoi với tổ chức tế vi
dạng Bet .............................................................................................................. 53
Hình 3.18. Hình ảnh và các thông số cho đáy răng cƣa của phoi với tổ chức tế vi
dạng Elo .............................................................................................................. 54

Hình 3.19. Hình ảnh và các thông số cho đáy răng cƣa của phoi với tổ chức tế vi
dạng Mill ............................................................................................................. 55
Hình 3.20. Hình ảnh và các thông số cho đáy răng cƣa của phoi với tổ chức tế vi
dạng Sta ............................................................................................................... 56
Học viên: Phạm Hữu Nguyên
Giáo viên hướng dẫn:

SHSV: CB160188
Page v

Lớp: 16BCTM
TS. Nguyễn Kiên Trung


Luận văn thạc sỹ kỹ thuật

Chuyên ngành: Chế tạo máy – CN Chế tạo máy

Hình 3.21. Hình ảnh và các thông số bề mặt trƣợt phoi răng cƣa của phoi với tổ
chức tế vi dạng Bet.............................................................................................. 57
Hình 3.22. Hình ảnh và các thông số bề mặt trƣợt phoi răng cƣa của phoi với tổ
chức tế vi dạng Elo .............................................................................................. 58
Hình 3.23. Hình ảnh và các thơng số bề mặt trƣợt phoi răng cƣa của phoi với tổ
chức tế vi dạng Mill ............................................................................................ 59
Hình 3.24. Hình ảnh và các thơng số bề mặt trƣợt phoi răng cƣa của phoi với tổ
chức tế vi dạng Sta .............................................................................................. 60
Hình 3.25. Hình ảnh và các thông số đỉnh phoi răng cƣa của phoi ở tốc độ cắt
thấp 61 m/min ..................................................................................................... 61
Hình 3.26. Hình ảnh và các thông số đỉnh phoi răng cƣa của phoi ở tốc độ cắt
trung bình 91 m/min ............................................................................................ 62

Hình 3.27. Hình ảnh và các thơng số đỉnh phoi răng cƣa của phoi ở tốc độ cắt
cao 122 m/min ..................................................................................................... 63
Hình 3.28. Hình ảnh và các thơng số đáy phoi răng cƣa của phoi ở tốc độ cắt
thấp 61 m/min ..................................................................................................... 64
Hình 3.29. Hình ảnh và các thơng số đáy phoi răng cƣa của phoi ở tốc độ cắt
trung bình 91 m/min ............................................................................................ 65
Hình 3.30. Hình ảnh và các thơng số đáy phoi răng cƣa của phoi ở tốc độ cắt cao
122 m/min ........................................................................................................... 66
Hình 3.31. Hình ảnh và các thơng số bề mặt trƣợt phoi răng cƣa của phoi ở tốc
độ cắt thấp 61 m/min ........................................................................................... 67
Hình 3.32. Hình ảnh và các thông số bề mặt trƣợt phoi răng cƣa của phoi ở tốc
độ cắt trung bình 91 m/min ................................................................................. 68
Hình 3.33. Hình ảnh và các thơng số bề mặt trƣợt phoi răng cƣa của phoi ở tốc
độ cắt cao 122 m/min .......................................................................................... 69
Hình 3.34. Hình ảnh phoi trong mơ phỏng bằng phƣơng pháp phần tử hữu hạn
FEM từ một số nghiên cứu.................................................................................. 71
Hình 3.35. So sánh các thơng số hình học phoi trong quá trình cắt thực nghiệm ở
tốc độ cắt 61 m/min và q trình mơ phỏng ở tốc độ cắt 60 m/min ................... 73
Hình 3.36. Hình ảnh biểu đồ so sánh các thơng số hình học phoi trong quá trình
cắt thực nghiệm ở tốc độ cắt 180 m/min và q trình mơ phỏng ở tốc độ cắt 122
m/min .................................................................................................................. 74

Học viên: Phạm Hữu Nguyên
Giáo viên hướng dẫn:

SHSV: CB160188
Page vi

Lớp: 16BCTM
TS. Nguyễn Kiên Trung

Luận văn thạc sỹ kỹ thuật

Chuyên ngành: Chế tạo máy – CN Chế tạo máy

DANH SÁCH CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 2.1. Các thông số đặc trƣng cho ba loại vật liệu phổ biến trong máy bay 23

Học viên: Phạm Hữu Nguyên
Giáo viên hướng dẫn:

SHSV: CB160188
Page vii

Lớp: 16BCTM
TS. Nguyễn Kiên Trung


Luận văn thạc sỹ kỹ thuật

Chuyên ngành: Chế tạo máy – CN Chế tạo máy

LỜI CAM ĐOAN
Tôi tên là: Phạm Hữu Nguyên học viên cao học lớp 16BCTM.KT khóa 2016B.
Chuyên ngành: Chế tạo máy – CN Chế tạo máy.
Đề tài: Nghiên cứu các thơng số hình học của phoi trong quá trình cắt vật liệu
hợp kim Ti-6Al-4V và so sánh với hình dạng trong q trình cắt mơ phỏng sử
dụng phần tử hữu hạn.
Giáo viên hƣớng dẫn: TS. Nguyễn Kiên Trung.

Tôi xin cam đoan các nghiên cứu trong luận văn này là do chính tác giả thực
hiện.

Học viên: Phạm Hữu Nguyên
Giáo viên hướng dẫn:

SHSV: CB160188
Page viii

Lớp: 16BCTM
TS. Nguyễn Kiên Trung


Luận văn thạc sỹ kỹ thuật

Chuyên ngành: Chế tạo máy – CN Chế tạo máy

LỜI NĨI ĐẦU
1.1 Tính cấp thiết của đề tài
Hiện nay, hợp kim Titan đang nhận đƣợc nhiều sự quan tâm của các nhà
nghiên cứu và các công ty ứng dụng vào sản xuất. Với các đặc tính cơ học và
khả năng chống ăn mịn cao mà hợp kim Titan đƣợc ứng dụng nhiều trong các
ngành công nghiệp hàng không vũ trụ, ngành công nghiệp ô tô, công nghiệp
thực phẩm, đặc biệt là trong cơ y sinh. Trong các loại hợp kim Titan thì, hợp
kim Ti-6Al-4V là loại hợp kim đƣợc sử dụng rộng rãi nhất trong công nghiệp
cũng nhƣ sử dụng trong nghiên cứu thực nghiệm và mơ phỏng.
Mặc dù có những đặc tính cơ học, độ bền, cùng với khối lƣợng riêng thấp và
khả năng chống ăn mịn tuyệt vời nhƣng gia cơng hợp kim Ti-6Al-4V khơng
giống với q trình gia cơng của bất kỳ vật liệu thơng thƣờng nào. Q trình
cơng hợp kim Ti-6Al-4V tại nƣớc ta hiện nay hầu nhƣ là khơng có. Do đó

nghiên cứu q trình gia cơng Titan hiện nay là cần thiết. Nghiên cứu hình dạng
phoi là một trong những hƣớng nghiên cứu trong nghiên cứu đó.
Xuất phát từ tầm quan trọng trên, tác giả chọn đề tài “Nghiên cứu các thơng
số hình học của phoi trong q trình cắt vật liệu hợp kim Ti-6Al-4V và so
sánh với hình dạng trong q trình cắt mơ phỏng sử dụng phần tử hữu hạn”.
Đối tƣợng đƣợc sử dụng để nghiên cứu là hình ảnh của phoi thu đƣợc khi cắt
hợp kim Ti-6Al-4V.
1.2 Đối tƣợng nghiên cứu
Nghiên cứu các thơng số hình học của phoi trong quá trình cắt vật liệu hợp
kim Ti-6Al-4V ở bốn tổ chức tế vi khác nhau và ba tốc độ cắt khác nhau; so
sánh hình dạng của phoi thu đƣợc trong thực nghiệm và trong quá trình cắt mô
phỏng sử dụng phƣơng pháp phần tử hữu hạn.

Học viên: Phạm Hữu Nguyên
Giáo viên hướng dẫn:

SHSV: CB160188
Page 1

Lớp: 16BCTM
TS. Nguyễn Kiên Trung


Luận văn thạc sỹ kỹ thuật

Chuyên ngành: Chế tạo máy – CN Chế tạo máy

1.3 Mục đích nghiên cứu
Thống kê đƣợc ảnh hƣởng của tổ chức tế vi của vật liệu và tốc độ cắt tới hình
dáng và các thơng số hình dáng của phoi từ đó đƣa ra đƣợc các đặc điểm của

quá trình cắt vật liệu hợp kim Titan.
So sánh đƣợc các hình dáng và thơng số của phoi trong q trình gia cơng
thực tế và mơ phỏng từ để đánh giá đƣợc độ tin cậy các quá trình mơ phỏng cắt.
1.3.1 Phương pháp nghiên cứu
Sử dụng phƣơng pháp nghiên cứu thống kê thực nghiệm kết hợp so sánh với
phƣơng pháp mô phỏng sử dụng phƣơng pháp phần tử hữu hạn.
1.3.2 Cơ sở khoa học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài
Trong q trình gia cơng cắt gọt các sản phẩm cơ khí, hình dạng của phoi ảnh
hƣởng rất nhiều bởi vật liệu gia cơng, hình dáng hình học của dao và chế độ cắt.
Nghiên cứu hình dáng hình học của phoi có thể cho ta biết đặc điểm của quá
trình cắt và một phần chất lƣợng gia công cũng nhƣ tuổi bền của dụng cụ cắt.
1.4 Bố cục đề tài
Đề tài nghiên cứu gồm 3 chƣơng
Chƣơng 1: Giới thiệu tổng quan.
Chƣơng 2: Nghiên cứu về đặc trƣng của quá trình cắt hợp kim Titan.
Chƣơng 3: Nghiên cứu các thơng số hình học đặc trƣng của q trình tiện hợp
kim Titan và so sánh với quá trình cắt mô phỏng.
1.5 Lời cảm ơn
Em xin chân thành cảm ơn thầy TS. Nguyễn Kiên Trung đã hƣớng dẫn em
hoàn thành đề tài này.

Học viên: Phạm Hữu Nguyên
Giáo viên hướng dẫn:

SHSV: CB160188
Page 2

Lớp: 16BCTM
TS. Nguyễn Kiên Trung

Luận văn thạc sỹ kỹ thuật

Chuyên ngành: Chế tạo máy – CN Chế tạo máy

CHƢƠNG 1. GIỚI THIỆU TỔNG QUAN
1.1 Giới thiệu
1.1.1 Q trình tạo phoi trong gia cơng cắt gọt
Các chi tiết đƣợc chế tạo bằng phƣơng pháp cắt gọt từ phôi là một khối vật
liệu để thay đổi hình dáng, kích thƣớc, chất lƣợng bề mặt và tính chất vật liệu
gia công. Lớp vật liệu cần phải lấy đi trên phơi trong q trình cắt gọt gọi là
lƣơng dƣ gia công, phần vật liệu bị hớt bỏ đi đƣợc gọi là phoi.
Lƣợng dƣ gia cơng càng lớn thì thời gian cần thiết để cắt gọt càng nhiều, do đó
để chế tạo ra một chi tiết dùng đƣợc bằng phƣơng pháp cắt gọt thì lƣợng dƣ
cũng nhƣ thời gian gia công phải đủ. Lƣợng dƣ gia công thƣờng không đƣợc cắt
hết một lần mà phải sau vài lần cắt (chạy dao), ngƣời ta thƣờng chia q trình
gia cơng cắt gọt thành hai giai đoạn chạy dao: Giai đoạn thứ nhất là gia công
thô, tức là lấy đi phần cơ bản của lƣợng dƣ gia công, giai đoạn này ngƣời ta ít
chú ý đến sai số về hình dáng,kích thƣớc, cũng nhƣ chất lƣợng bề mặt gia công;
giai đoạn hai gồm các bƣớc gia công bán tinh, gia công tinh hớt bỏ đi một lƣợng
nhỏ lƣợng dƣ gia cơng cịn lại để đạt đƣợc độ chính xác về hình dáng, kích
thƣớc và chất lƣợng bề mặt gia cơng theo u cầu kỹ thuật của bản vẽ chi
tiết.
1.1.2 Quá trình hình thành phoi
Nhƣ đã nói ở trên thì q trình gia cơng cắt gọt là q trình lấy đi khỏi phơi
một lƣợng vật liệu không nguyên khối đƣợc gọi là phoi để nhận đƣợc chi tiết có
hình dáng, kích thƣớc, chất lƣợng bề mặt theo u cầu kỹ thuật.
Nhiều cơng trình nghiên cứu đã chứng minh rằng: Quá trìng cắt gọt là sự trƣợt
phá của các phần tử vật liệu dƣới tác dụng của lực mà các thành phần dụng cụ
cắt tác dụng vào.

Dƣới tác dụng của lực cắt P (Hình 1.1), lớp kim loại ở mặt trƣớc của dao sẽ bị
nén lại, sau đó lớp kim loại bị tách rời bắt đầu bị ép trồi lên dọc theo mặt trƣớc
của dao (hiện tƣợng này xảy ra cho đến khi nào áp lực của dao chƣa vƣợt quá
Học viên: Phạm Hữu Nguyên
Giáo viên hướng dẫn:

SHSV: CB160188
Page 3

Lớp: 16BCTM
TS. Nguyễn Kiên Trung


Luận văn thạc sỹ kỹ thuật

Chuyên ngành: Chế tạo máy – CN Chế tạo máy

lực liên kết giữa các phần tử vật liệu) cho đến khi áp lực của dao lên vật liệu
vƣợt quá lực liên kết giữa các phần tử vật liệu thì phoi bị nén sẽ trƣợt theo mặt
phẳng, dao tiếp tục nén và các phần tử phoi tiếp theo tiếp tục trƣợt.Các phần tử
vật liệu trƣợt theo mặt trƣợt - nằm nghêng so với bề mặt phôi một góc 1 = 30 ÷
40o. Bên trong mỗi phần tử vật liệu cũng diễn ra sự xê dịch các tinh thể dƣới một
góc 2 = 60 ÷ 65o.

Hình 1.1. Q trình hình thành phoi trong q trình gia cơng cắt gọt
Nhƣ vậy, trong quá trình cắt gọt, đầu tiên trong các phần tử vật liệu đƣợc cắt
xảy ra biến dạng đàn hồi sau đó là biến dạng dẻo, và kết thúc là các phần tử phoi
trƣợt liên tục.
1.2 Phân loại các dạng phoi
Tùy theo cơ tính của vật liệu (khả năng biến dạng đàn hồi và biến dạng dẻo)

và chế độ cắt mà trong quá trình cắt gọt tạo ra nhiều dạng phoi khác nhau. Trong
thực tế ngƣời ta chia làm ba dạng phoi: Phoi vụn, phoi xếp và phoi dây.
1.2.1 Phoi dây
Nếu các phoi kim loại đƣợc hình thành trong q trình gia cơng khơng có phân
đoạn tức là khơng bị vỡ, thì nó đƣợc gọi là các loại phoi liên tục.
Phoi dây (Hình 1.2a) đƣợc tạo thành khi gia cơng các vật liệu có độ dẻo cao, độ
cứng thấp với tốc độ cắt lớn và ma sát tối thiểu giữa phoi và mặt trƣớc dao. Phoi
dạng này trƣợt ra khỏi dao dƣới dạng dây dài có độ nhẵn các bề mặt xung quanh
tƣơng đối nhƣ nhau, ít thấy răng cƣa. Các điều kiện để hình thành các loại phoi
liên tục là:
(i) Vật liệu gia công dẻo nhƣ thép nhẹ.
Học viên: Phạm Hữu Nguyên
Giáo viên hướng dẫn:

SHSV: CB160188
Page 4

Lớp: 16BCTM
TS. Nguyễn Kiên Trung


Luận văn thạc sỹ kỹ thuật

Chuyên ngành: Chế tạo máy – CN Chế tạo máy

(ii) Góc trƣớc của dao lớn.
(iii) Tốc độ cắt cao.
(iv) Ma sát tối thiểu giữa phoi và dụng cụ cắt.
(v) Độ sâu cắt nhỏ.
Sự hình thành các phoi liên tục trong q trình gia cơng có những ƣu điểm sau

 Bề mặt gia cơng có chất lƣợng tốt hơn đối với các vật liệu dẻo.
 Ít sinh nhiệt cắt do ma sát tối thiểu giữa mặt trƣớc của dao và phoi.
 Quá trình cắt sử dụng ít năng lƣợng.
 Tuổi thọ dụng cụ dài do ít mòn dao và bứt xé.
1.2.2 Phoi vụn
Nếu các phoi đƣợc hình thành trong q trình gia cơng khơng liên tục, tức là
hình thành với vỡ đƣợc gọi là các phoi khơng liên tục. Phoi vụn đƣợc hình (Hình
1.2b) thành khi gia cơng các vật liệu cứng và giịn ví dụ nhƣ gang, đồng thau,
đá, gốm xứ, ebơnít, v.v. Nó gồm những mảnh vật liệu rời rạc có hình dáng khác
nhau, các phần tử vật liệu này không liên kết với nhau hoặc liên kết với nhau rất
yếu.
Các điều kiện để hình thành các phoi khơng liên tục là:
(i)

Lƣợng ăn dao thấp.

(ii)

Góc trƣớc dao nhỏ.

(iii)

Tốc độ cắt cao.

(iv)

Lực ma sát lớn ở bề mặt tiếp xúc giữa mặt trƣớc của dao và phoi.

(v)

Chiều sâu cắt lớn.

Sự hình thành các loại phoi khơng liên tục trong các vật liệu giịn sẽ cho các
bề mặt gia công tốt, làm tăng tuổi thọ dao và giảm tiêu thụ năng lƣợng cắt.
Khi các phoi không liên tục đƣợc tạo thành trong quá trình cắt các vật liệu dẻo,
kết quả của chất lƣợng bề mặt gia cơng kém và mịn dao diễn ra nhanh.

Học viên: Phạm Hữu Nguyên
Giáo viên hướng dẫn:

SHSV: CB160188
Page 5

Lớp: 16BCTM
TS. Nguyễn Kiên Trung


Luận văn thạc sỹ kỹ thuật

Chuyên ngành: Chế tạo máy – CN Chế tạo máy

1.2.3 Phoi xếp - phoi răng cưa
Phoi xếp (Hình 1.2.c) đƣợc tạo thành khi gia cơng vật liệu có độ cứng vừa
phải, có ít độ dẻo với vận tốc cắt trung bình. Phoi trong quá trình cắt dạng này là
dạng chuyển tiếp của phoi dây và phoi vụn. Phía bề mặt phoi trƣợt lên mặt trƣớc
của dao là mặt nhẵn, cịn phía đối diện thì gồ ghề có dạng răng cƣa. Các phần tử
vật liệu trong dạng phoi này liên kết với nhau tƣơng đối bền vững.

b) Phoi vụn

a) Phoi dây

c) Phoi xếp (răng cƣa)

Hình 1.2. Các dạng phoi điển hình
Cần nhần mạng rằng các dạng phoi trên đây không phải là cố định theo vật
liệu, mà nó có thể thay đổi từ dạng phoi này sang dạng phoi khác nếu ta thay đổi
điều kiện cắt. Ví dụ nhƣ khi chiều sâu cắt nhỏ và tốc độ cắt cao thì khả năng tạo
ra phoi dây cao hơn.
1.3 Các yếu tố ảnh hƣởng tới đặc trƣng hình học của phoi
1.3.1 Ảnh hưởng của vật liệu phôi và dụng cụ cắt
Vật liệu dụng cụ cắt đặc biệt là vật liệu gia cơng có ảnh hƣởng rất lớn đến hình
dạng phoi nhƣ ví dụ trong Hình 1.3. Đã có nhiều nhiều cứu về ảnh hƣởng của
cả vật liệu gia cơng và dụng cụ cắt đến hình dáng hình học của phoi gia công
đặc biệt là đối với dạng phoi răng cƣa. Theo nghiên cứu đề xuất của một số tác
giả (Komanduri và cộng sự, 1982; Molinari và cộng sự, 2002; Shi và Liu, 2006),
tính chất vật liệu gia cơng hoặc các thơng số q trình cắt có thể có ảnh hƣởng
lớn đến các hiện tƣợng tạo phoi răng cƣa trong q trình gia cơng. Ví dụ, khi độ
dẫn nhiệt của vật liệu phơi giảm, xu hƣớng hình thành phoi răng cƣa sẽ cao hơn.
Khi tốc độ cắt tăng, xu hƣớng hình thành phoi răng cƣa trở nên cao hơn.
Học viên: Phạm Hữu Nguyên
Giáo viên hướng dẫn:

SHSV: CB160188
Page 6

Lớp: 16BCTM
TS. Nguyễn Kiên Trung

Luận văn thạc sỹ kỹ thuật

Chuyên ngành: Chế tạo máy – CN Chế tạo máy

Trong q trình cắt nhơm, phoi đƣợc hình thành trong gia cơng có hình dạng
dây liên tục, nhƣng ở tốc độ cắt cao nó có thể bị phân đoạn tùy thuộc vào điều
kiện cắt. Mặt khác, trong quá trình cắt Titan thì sự hình thành phoi dạng răng
cƣa xảy ra ở hầu hết các tốc độ cắt trừ ở tốc độ thấp nhất. Luận điểm này đƣợc
coi là nguyên nhân gây nhầm lẫn và không nhất quán trong việc giải thích dữ
liệu cắt trƣớc những năm 1980 khi phân tích q trình cắt Titan. Năm 1981,
Komanduri và Von Turkovich đề xuất nghiên cứu sự hình thành phoi cắt trực
giao thực nghiệm với camera có độ phân giải cao SEM từ tốc độ thấp (1.2mm /
phút) đến tốc độ cao (240 m/phút) đã thống nhất đƣợc quan điểm về cơ chế xuất
hiện các dải trƣợt nhiệt (shear band) trong phoi dẫn tới sự hình thành phoi dạng
răng cƣa trong quá trình cắt hợp kim Titan.

Hình 1.3. Dạng phoi phổ biến cho các loại vật liệu (P- thép, M- thép không gỉ,
K- gang, N- Kim loại màu, S- Vật liệu dẫn nhiệt kém, H-thép nhiệt luyện)
1.3.2 Ảnh hưởng của chế độ cắt và thơng số hình học của dao
Chế độ cắt và thơng số hình học của dao (các góc cắt) có ảnh hƣởng rất lớn tới
dạng phoi và kích thƣớc hình học của phoi. Hình dạng phoi dây dễ tìm thấy
trong các quá trình cắt ở tốc độ thấp. Trong khi đó phoi răng cƣa là dạng phoi
phổ biến trong các quá trình cắt cao tốc.
Học viên: Phạm Hữu Nguyên
Giáo viên hướng dẫn:

SHSV: CB160188
Page 7

Lớp: 16BCTM

TS. Nguyễn Kiên Trung


Luận văn thạc sỹ kỹ thuật

Chuyên ngành: Chế tạo máy – CN Chế tạo máy

Hình 1.4. Các vùng cắt tốc độ thấp (convetional range) và tốc độ cao (HSC)
cho một số vật liệu gia công phổ biến
Một số nghiên cứu đã chứng minh và khảo sát đƣợc những ảnh hƣởng này.
Các nghiên cứu này chủ yếu là khảo sát thực nghiệm. Ví dụ trong nghiên cứu
của Arrazola (2007) với vật liệu gia công thép AISI 1040 và dụng cụ cắt các bít
nhóm P10 và GC 3015, một lực kế Kistler loại 9121 đã sửu dụng đƣợc sử dụng
để đo lực cắt trong các các quá trình cắt thực nghiệm. Tốc độ lấy mẫu dữ liệu là
5120 Hz và bộ lọc LP 300 Hz đƣợc sử dụng. Quá trình cắt thực nghiệm cho thấy
hình dạng phoi (răng cƣa, liên tục hoặc chuyển tiếp của hai dạng) tùy thuộc vào
tốc độ cắt, góc trƣớc và độ dày phoi trƣớc khi bị biến dạng (chiều dày cắt). Theo
kết quả thực nghiệm, hình dạng phoi thu đƣợc, răng cƣa, liên tục hoặc chuyển
tiếp phụ thuộc rất lớn vào tốc độ cắt và góc nghiêng. Tuy nhiên, sự phụ thuộc
vào độ dày phoi trƣớc khi biến dạng chƣa đƣợc thể hiện rõ ràng dựa trên các giá
trị thu đƣợc trong quá trình thực nghiệm. Khi cắt với dụng cụ cắt GC3015 có
góc trƣớc +6 và độ dày phoi không trƣớc biến dạng 0,3 mm, phoi chuyển tiếp
bắt đầu thu đƣợc ở tốc độ cắt 400 m/phút. Trong trƣờng hợp góc nghiêng là - 6,
phoi chuyển tiếp bắt đầu xuất hiện ở tốc độc cắt 200 m/phút. Đối với các điều
kiện cắt tƣơng tự, ta không thu đƣợc các phoi dạng răng cƣa cho đến khi tốc độ
cắt là khoảng 750 m/phút ứng với góc nghiêng +6. Trong trƣờng hợp góc
Học viên: Phạm Hữu Nguyên
Giáo viên hướng dẫn:

SHSV: CB160188

Page 8

Lớp: 16BCTM
TS. Nguyễn Kiên Trung


Luận văn thạc sỹ kỹ thuật

Chuyên ngành: Chế tạo máy – CN Chế tạo máy

nghiêng âm -6, phoi răng cƣa thu đƣợc cho tốc độ cắt khoảng 300 và 400
m/phút.

a)

b)

Hình 1.5. a) Phoi răng cưa ở vận tốc cắt 400 m/phút, b) phoi chuyển tiếp ở
vận tốc cắt 700 m/min trong nghiên cứu của Arrazola (2007)
Trong một nghiên cứu khác của Bermingham (2011) cho thấy các chế độ cắt
và góc trƣớc khác nhau tạo ra các hình thái phoi khác nhau với vật liệu hợp kim
Ti-6Al-4V nhƣ trong Hình 1.6. Khi tốc độ cắt giảm xuống và chiều sâu cắt tăng
lên, một số thay đổi vật lý xảy ra trong phoi, bao gồm giảm độ dày của phoi,
giảm khoảng cách giữa các khe và tăng góc bề mặt trƣợt. Trong nghiên cứu của
mình, Bermingham đã sử dụng khí Nitơ lạnh (liquid nitrogen, LN) trợ giúp quá
trình làm mát vùng cắt. Khí Nitơ lạnh nói riêng hay điều kiện làm mát nói chung
cũng tạo ra những thay đổi về hình thái phoi và chiều dài tiếp xúc của dao-phoi.
Mặc dù không có ảnh hƣởng đáng kể đến độ dày của phoi và khoảng cách giữa
các răng cƣa.

Học viên: Phạm Hữu Nguyên
Giáo viên hướng dẫn:

SHSV: CB160188
Page 9

Lớp: 16BCTM
TS. Nguyễn Kiên Trung


Luận văn thạc sỹ kỹ thuật

Chuyên ngành: Chế tạo máy – CN Chế tạo máy

(A) f=0.36 mm/rev, ap=1.1 mm Dry, (B) f=0.36 mm/rev, ap=1.1 mm LN,
(C) f=0.20 mm/rev, ap=2.0 mm Dry, (D) f=0.20 mm/rev, ap=2.0 mm LN,
(E) f=0.15 mm/rev, ap=2.7 mm Dry,

(F) f=0.15 mm/rev, ap=2.7 mm LN

Hình 1.6. Ảnh hưởng của điều kiện cắt đến hình thái của phoi trong nghiên
cứu của Bermingham (2011)
Học viên: Phạm Hữu Nguyên
Giáo viên hướng dẫn:

SHSV: CB160188
Page 10

Lớp: 16BCTM
TS. Nguyễn Kiên Trung

Luận văn thạc sỹ kỹ thuật

Chuyên ngành: Chế tạo máy – CN Chế tạo máy

.
Hình 1.7. Thơng số hình học của phoi trong nghiên cứu của Bermingham

Học viên: Phạm Hữu Nguyên
Giáo viên hướng dẫn:

SHSV: CB160188
Page 11

Lớp: 16BCTM
TS. Nguyễn Kiên Trung


Luận văn thạc sỹ kỹ thuật

Chuyên ngành: Chế tạo máy – CN Chế tạo máy

1.4 Kết luận chƣơng một
Trong quá trình gia cơng cắt gọt hình dạng phoi thu đƣợc thƣờng ở ba dạng
chính là phoi vụn, phoi xếp và phoi dây tùy theo cơ tính của vật liệu (khả năng
biến dạng đàn hồi và biến dạng dẻo) và chế độ cắt. Mỗi một loại vật liệu có
những đặc điểm cơ tính riêng nên trong q trình gia cơng cắt gọt hình dạng của
phoi bị ảnh hƣởng rất lớn bởi vật liệu làm phôi. Bên cạnh ảnh hƣởng của vật liệu
thì chế độ cắt và thơng số hình học của dao (các góc cắt) cũng có ảnh hƣởng rất

lớn tới dạng phoi và kích thƣớc hình học của phoi. Hình dạng phoi dây dễ tìm
thấy trong các quá trình cắt ở tốc độ thấp. Trong khi đó phoi răng cƣa là dạng
phoi phổ biến trong các quá trình cắt cao tốc.

Học viên: Phạm Hữu Nguyên
Giáo viên hướng dẫn:

SHSV: CB160188
Page 12

Lớp: 16BCTM
TS. Nguyễn Kiên Trung


Luận văn thạc sỹ kỹ thuật

Chuyên ngành: Chế tạo máy – CN Chế tạo máy

CHƢƠNG 2. ĐẶC TRƢNG CỦA QUÁ TRÌNH CẮT VẬT
LIỆU TITAN
2.1 Đặc điểm của vật liệu hợp kim Titan và ứng dụng
2.1.1 Đặc điểm của vật liệu hợp kim tian
Titan tinh khiết là kim loại trắng, có hoạt động hóa học mạnh. Khối lƣợng
riêng của Titan là 4,54 g/cm3, nhẹ hơn 43% so với thép, hơi nặng hơn so với
Magiê và kim loại nhẹ. Độ bền cơ học gần nhƣ bằng thép, gấp hai lần so với
nhôm, gấp năm lần so với Magiê. Đặc biệt, Titanium có độ bền nhiệt cao, nhiệt
độ nóng chảy 1942K, cao hơn vàng gần 1000K, cao hơn thép gần 500K. Hiện
nay hợp kim titan có ứng dụng nhiều trong đời sống hàng ngày.
Titanium là kim loại hoạt hóa học mạnh. Nó có thể phản ứng với O2, N2, H2, S
và halogen và các chất phi kim loại khác. Nhƣng ở nhiệt độ bình thƣờng, lớp

oxit bảo vệ trên bề mặt titan để tạo ra một lớp rất dày, có thể chống lại axít mạnh
hoặc nƣớc regia, cho thấy khả năng chống ăn mịn mạnh. Vì vậy, trong điều kiện
mơi trƣờng axit, kiềm, kim loại muối và các chi tiết bằng titan trở nên an
toàn. Việc sử dụng hợp kim titan chủ yếu do hợp kim titan có độ bền cơ học cao
trong khi khối lƣợng thấp, tính chất cơ học tốt, độ dẻo dai và chống ăn mòn rất
tốt.
a) Độ bền cơ học cao
Khối lƣợng riêng của hợp kim titan là khoảng 4.5 g/cm3, chỉ bằng 60% lƣợng
thép. Độ bền của titan tinh khiết gần với thép bình thƣờng. Một số hợp kim
titanium độ bền cơ học cao hơn độ bền của nhiều loại thép kết cấu, thép hợp
kim. Do đó, tỉ lệ độ bền riêng (độ bền/ khối lƣợng riêng) của hợp kim titan lớn
hơn nhiều so với các vật liệu kết cấu kim loại khác. Chính vì lý do này, hợp kim
titan đƣợc sử dụng nhiều trong động cơ máy bay, các bộ phận liên quan đến
khung, màng ngăn, đai ốc và thiết bị hạ cánh.
b) Độ bền nhiệt tốt
Học viên: Phạm Hữu Nguyên
Giáo viên hướng dẫn:

SHSV: CB160188
Page 13

Lớp: 16BCTM
TS. Nguyễn Kiên Trung


Luận văn thạc sỹ kỹ thuật

Chuyên ngành: Chế tạo máy – CN Chế tạo máy

Việc sử dụng nhiệt độ cao hơn so với hợp kim nhơm, nhƣng vẫn có thể duy trì

đƣợc độ bền yêu cầu ở nhiệt độ 450 ~ 500C trong khi hợp kim nhôm ở 150 C
hơn sẽ có độ bền giảm rất đáng kể. Do đó nhiệt độ làm việc của các chi tiết máy
bằng hợp kim titan lên đến 500C, trong khi với hợp kim nhơm chỉ dƣới 200C.
Hợp kim titan vẫn có thể duy trì tính chất cơ học tốt ở nhiệt độ thấp và nhiệt độ
cực thấp. Hợp kim titan có khả năng làm việc nhiệt độ rất thấp giống nhƣ các vật
liệu kẽm cực thấp, chẳng hạn nhƣ TA7, nó có thể duy trì độ dẻo nhất định ở 253C. Do đó, hợp kim titan cũng là một vật liệu quan trọng khi làm việc trong
điều kiện nhiệt độ thấp.
c) Chống ăn mịn hóa học tốt
Trong khơng khí và nƣớc biển, các hợp kim titan có độ chống ăn mịn tốt hơn
nhiều so với thép không gỉ. Đặc biệt là sự ăn mòn rỗ, ăn mòn axit, chống ăn mòn
với ứng suất; chống ăn mòn với các chất kiềm, clorua, các chất hữu cơ, axit
nitric và axít sulfuric.
d) Độ hoạt động hóa học lớn
Hoạt tính hóa học của titan là mạnh, nó có thể phản ứng hóa học mạnh với O2,
N2, H, CO, CO2, hơi nƣớc và khí amonia trong khí quyển. Hàm lƣợng cacbon
trên 0,2% sẽ tạo thành một hợp chất TiC cứng trong hợp kim titan. Ở nhiệt độ
cao, Titan cũng có thể tƣơng tác với N2 để hình thành bề mặt cứng TiN. Ở nhiệt
độ trên 600 C, titan hấp thụ oxy để tạo thành lớp cứng có độ cứng cao;.
Nếu hàm lƣợng hydro tăng, sẽ là sự hình thành của lớp bề mặt giòn. Bề mặt
cứng và giòn trên bề mặt vật liệu Titan đƣợc tạo trong môi trƣờng khơng khí có
thể đạt tới 0.1 ~ 0.15 mm, và mức độ cứng hóa là từ 20% đến 30%. Độ hoạt
động hóa học (ái lực hóa học) của titanium cũng lớn, làm cho nó dễ dàng dính
vào các bề mặt ma sát.
e) Tính dẫn nhiệt nhỏ, mơ đun đàn hồi thấp
Học viên: Phạm Hữu Nguyên
Giáo viên hướng dẫn:

SHSV: CB160188
Page 14

Lớp: 16BCTM
TS. Nguyễn Kiên Trung


Luận văn thạc sỹ kỹ thuật

Chuyên ngành: Chế tạo máy – CN Chế tạo máy

Một hạn điểm yếu của Titan tinh khiết là độ dẫn nhiệt thấp (khoảng 15.24
W/(mK), bằng khoảng 1/4 của niken, 1/5 sắt và 1/14 nhôm). Tuy nhiên, độ dẫn
nhiệt của các loại hợp kim titan là khoảng 50% thấp hơn so với titan tinh
khiết. Mô đun đàn hồi của hợp kim titan là khoảng ½ so với thép, vì vậy độ
cứng kém, biến dạng dễ dàng, khơng thích hợp cho thanh mảnh và các bộ phận
tƣờng mỏng.
2.1.2 Tổ chức tế vi của hợp kim Titan
Titanium có thể tồn tại ở các pha alpha (), beta () và rất hiếm khi ở dạng
omega ().Hình 2.2 cho thấy sơ đồ pha của Titan là một hàm của nhiệt độ và áp
suất. Tuy nhiên, sơ đồ pha bị ảnh hƣởng mạnh bởi loại hợp kim thành phần và
hàm lƣợng của chúng nhƣ thể hiện trong Hình 2.3. Các tính chất cơ học và độ
cứng của các hợp kim Titan phụ thuộc nhiều tỉ lệ pha α, β và ω trong tổ chức tế
vi. Ngoài ra, các tổ chức tế vi của hợp kim Titan cũng bị ảnh hƣởng bởi xử lý
nhiệt và hợp kim thành phần. Tổ chức tế vi cũng đóng vai trị ảnh hƣởng lớn đến
mịn dụng cụ trong gia cơng hợp kim Ti.





Hình 2.1. Các pha  và  trong hợp kim Ti-6Al-4V

Học viên: Phạm Hữu Nguyên
Giáo viên hướng dẫn:

SHSV: CB160188
Page 15

Lớp: 16BCTM
TS. Nguyễn Kiên Trung


Luận văn thạc sỹ kỹ thuật

Chuyên ngành: Chế tạo máy – CN Chế tạo máy

Hình 2.2. Sơ đồ pha của Titan theo nhiệt độ và áp suất [Velsavjevic 2012]

a) α-stabilized system,
b) β-stabilized isomorphous system,
c) β-stabilized eutectoid system
Hình 2.3. Ảnh hưởng của các nguyên tố hợp kim đến các giản đồ pha và quá
trình chuyển pha của Titan (Sơ đồ pha tiêu biểu) [Frees 2011]
Trong các pha alpha, beta và omega, pha alpha với cấu trúc lục giác HCP
(Hexagonal Close-packed Structure) là pha ổn định ở nhiệt độ phịng mà khơng
cần bất kỳ hợp kim ổn định và áp suất nào. Ở nhiệt độ phòng, cấu trúc lục giác
Học viên: Phạm Hữu Nguyên
Giáo viên hướng dẫn:

SHSV: CB160188
Page 16

Lớp: 16BCTM
TS. Nguyễn Kiên Trung