Nghiên cứu tổ chức và cơ tính lớp kim loại đắp trong hàn lăn tiếp xúc phục hồi chi tiết trục

ISSN 2354-0575
NGHIÊN CỨU TỔ CHỨC VÀ CƠ TÍNH LỚP KIM LOẠI ĐẮP
TRONG HÀN LĂN TIẾP XÚC PHỤC HỒI CHI TIẾT TRỤC
Nguyễn Minh Tân, Lê Văn Thồi, Ngơ Thị Thảo
Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Hưng Yên
Ngày tòa soạn nhận được bài báo: 10/10/2018
Ngày phản biện đánh giá và sửa chữa: 06/11/2018
Ngày bài báo được duyệt đăng: 16/11/2018
Tóm tắt:
Bài báo nghiên cứu tổ chức và cơ tính lớp kim loại đắp trong hàn phục hồi chi tiết dạng trục làm từ
thép C45 bằng phương pháp hàn lăn tiếp xúc dây hàn phụ C70. Chín thí nghiệm với chế độ hàn khác nhau
đã được thực hiện để đánh giá tổ chức cũng như cơ tính của lớp hàn. Máy hàn điện tiếp xúc đường ARO
72500 kết hợp với đồ gá công nghệ được sử dụng trong quá trình thực nghiệm. Kết quả cho thấy tổ chức tế
vi của mối hàn gồm có mactenxit hình kim và austenite dư, đồng thời liên kết giữa kim loại hàn với kim loại
nền, giữa các lớp hàn sau mỗi xung điện hàn khá ổn định thông qua kết quả tổ chức thô đại. Độ bền liên kết
lớp hàn đắp với nền trục cơ bản khá cao đạt từ 80÷95% độ bền kéo của kim loại cơ bản (488N/mm2), trong
khi đó độ cứng trung bình đạt được cho tất cả các mẫu hàn khá cao đảm bảo yêu cầu độ cứng chung cho
các chi tiết phục hồi (45÷55HRC). Bên cạnh đó, độ bền mịn của các mẫu hàn cao hơn từ 1,24÷1.44 lần so
với mẫu trục mới làm từ thép C45 tôi cao tần. Kết quả nghiên cứu đã khẳng định chất lượng của phương
pháp hàn lăn tiếp xúc phục hồi chi tiết dạng trục vật liệu phụ dây thép C70 là tương đối cao và có thể ứng
dụng cho các vật liệu khác trong tương lai.
Từ khóa: Hàn lăn tiếp xúc; độ bền liên kết; độ bền mòn; độ cứng; tổ chức tế vi.
1. Tổng quan về công nghệ hàn lăn tiếp xúc phục
hồi chi tiết trục vật liệu dây thép
Hiện nay có nhiều phương pháp phục hồi
các chi tiết máy bị mài mòn được nghiên cứu và
áp dụng. Những nghiên cứu chính dựa trên cơ sở
lý luận và quy trình kỹ thuật tiên tiến để phục hồi
các chi tiết máy bị mài mòn như: phương pháp hàn
điện cực rung, hàn cảm ứng, hàn dưới lớp trợ dung,
hàn khí, hàn plasma và hàn nổ, phục hồi bằng hàn

khuếch tán,…. Bên cạnh những ưu điểm như năng
suất cao và chất lượng tốt; tuy nhiên các phương
pháp này cũng tồn tại một số điểm hạn chế như: khi
sử dụng để khơi phục bề mặt hình trụ của trục với
độ mài mịn nhỏ khó đảm bảo được chất lượng phục
hồi các chi tiết máy như yêu cầu đặt ra. Một công
nghệ đang được sử dụng khá nhiều là dùng phun
phủ nhiệt với nhiều ưu điểm nổi bật tuy nhiên công
nghệ này cũng tồn tại những nhược điểm là cho độ
bền liên kết của lớp phủ với lớp nền cơ bản thấp.
Lượng kim loại khi phun phủ hao tổn lớn, độ xốp
cao, tạo ra ơxít kim loại nhiều, mơi trường làm việc
chưa tốt [1,2].
Phương pháp tiên tiến đang được tiếp tục
hoàn thiện để phục hồi các chi tiết dạng trục là hàn
lăn tiếp xúc vật liệu phụ dây thép. Mối hàn giữa vật
liệu phụ và chi tiết cơ bản được hình thành do năng
lượng nhiệt sinh ra tại bề mặt tiếp xúc bởi một xung
điện (định luật Joule) kết hợp cùng với lực tác động
của con lăn điện cực. Phương pháp này có nhiều
ưu điểm so với phương pháp phục hồi dựa trên sự

nóng chảy vật liệu phụ bởi năng lượng hồ quang
điện như [3]:
+ Nhiệt nung nóng chi tiết nhỏ;
+ Khả năng hàn của những vật liệu phụ khác
nhau;
+ Lớp bề mặt được tôi và rèn trực tiếp trong
quá trình hàn nhằm làm tăng độ bền cho chi tiết,
do đó chi tiết sau khi hàn chỉ cần gia cơng đạt kích

thước và độ nhám bề mặt làm việc mà không cần xử
lý nhiệt nên sẽ tránh được các hiện tượng như: bong
tróc và biến dạng…;
+ Tăng hiệu suất lên 2-3 lần;
+ Giảm hao phí vật liệu 3÷4 lần so với những
phương pháp hàn khác;
+ Không làm cháy hỏng các chất hợp kim và
nâng cao điều kiện lao động.
Công nghệ hàn điện tiếp xúc phục hồi chi
tiết máy dạng trục dựa trên nguyên lý của hàn điện
tiếp xúc đường gián đoạn được thể hiện trên hình
1 [4,5,6,7,8]. Chi tiết trục hàn phục hồi 1 được kẹp
chặt và truyền động quay bởi mâm cặp 4 và mũi
chống tâm. Điện cực lăn 3 được quay đồng tốc, tịnh
tiến theo phương dọc trục hàn và tác dụng một lực
ép phù hợp để ép chặt dây kim loại 2 vào bề mặt
trục phồi hồi tạo ra các đường xoắn ốc. Đồng thời
một dòng xung điện có cường độ rất lớn được cấp
từ máy biến áp hàn 6 thông qua cầu dao 7 chạy qua
vị trí tiếp xúc giữa dây thép kim loại với trục phục
hồi tạo lên lớp kim loại hàn đắp 5.
Phương pháp hàn điện tiếp xúc được sử

Khoa học & Công nghệ - Số 20/Tháng 12 - 2018

Journal of Science and Technology

9

ISSN 2354-0575
dụng trong nghiên cứu này có một số đặc điểm [9]:
Không cần dùng thuốc hàn hay khí bảo vệ; Chất
lượng mối hàn cao, mối hàn không có xỉ; Năng suất
quá trình hàn cao, chi tiết hàn biến dạng ít; Dễ cơ
khí hóa và tự động hóa quá trình hàn.

= 99mm), thành phần hóa học và độ bền kéo được
kiểm tra tại Phịng thí ngiệm tính năng kỹ thuật cao
- VINACOMIN được liệt kê trong Bảng 1 và 2.
Bảng 1. Thành phần hóa học của mẫu trục thực
nghiệm (%)
C

Si

Mn

Cr

Ni

S

P

0,471 0,263 0,657 0,074 0,039 0,0078 0,0271

Bảng 2. Độ bền kéo của vật liệu thực nghiệm
Chỉ

Đơn vị
Kết quả
tiêu thử
Mẫu1 Mẫu2 Mẫu3 Trung
nghiệm
bình
Giới
N/mm2 495
485
484
488
hạn bền

1 - chi tiết máy; 2- dây hàn; 3- điện cực hàn kiểu con
lăn; 4- mâm cặp; 5-lớp phủ kim loại;
Hình 1. Sơ đồ hàn điện tiếp xúc phục hồi chi tiết
trục vật liệu phụ dây thép

+ Với mục đích kiểm tra đánh giá độ bền
liên kết lớp hàn đắp với nền, tác giả tiến hành tách
các chốt hình côn ra khỏi bề mặt đắp. Mẫu trục thực
nghiệm được chế tạo như Hình 3.

2. Phương pháp thực nghiệm
2.1. Thiết bị thực nghiệm
Để tiến hành thực nghiệm tác giả kết hợp
thiết bị hàn điện tiếp xúc đường ARO 72500 [10]
sản xuất theo tiêu chuẩn NF A 82-020 của Pháp với
đồ gá chế tạo như Hình 2.

Hình 3. Mẫu trục thực nghiệm

Hình 2. Thiết bị hàn điện tiếp xúc phục hồi chi tiết
trục vật liệu dây thép
2.2. Vật liệu
a) Vật liệu trục thực nghiệm
Các chi tiết trục sử dụng trong kết cấu máy
như ôtô, máy công cụ, máy nông nghiệp… thường
được chế tạo từ thép C45. Do đó tác giả đã lựa
chọn nghiên cứu hàn đắp phục hồi trên trục thép
C45 theo TCVN 1766 - 75 [11] có đường kính Ø
= 100mm và bị mài mịn 1mm (tức mẫu thực có Ø

10

+ Các chốt kéo kiểm tra độ bền bám dính
được thiết kế có tiết diện đầu chốt là Ø4, tương
đương với diện tích tiếp xúc của một mối hàn. Vật
liệu chốt được lấy ra từ vật liệu trục thực nghiệm.
Thân chốt được chế tạo có độ cơn tiêu chuẩn
1/50 để loại bỏ hiện tượng ma sát khi kiểm tra kéo
đứt. Ở phần đi của chốt có thiết kế một ren ngoài
để ăn khớp với thanh kéo khi kéo đứt chốt ra khỏi
mối hàn như Hình 4.

Hình 4. Chốt kiểm tra bền bám dính liên kết hàn

Khoa học & Cơng nghệ - Số 20/Tháng 12 - 2018

Journal of Science and Technology

ISSN 2354-0575
b) Vật liệu dây hàn phụ
Tác giả lựa chọn vật liệu dây thép đàn hồi
C70 theo tiêu chuẩn TCVN 1767:76 [12] có đường
kính 1,8mm làm vật liệu dây hàn cho q trình thực
nghiệm cơng nghệ hàn điện tiếp xúc phục hồi chi
tiết dạng trục có thành phần hóa học được kiểm
tra tại Phịng thí ngiệm tính năng kỹ thuật cao VINACOMIN cho trong Bảng 3.
Bảng 3. Thành phần hóa học của dây hàn phụ (%)
C

Si

Mn

Cr

Ni

S

P

0,672 0,176 0,527 0,0435 0,0275 0,0063 0,0057

2.3. Thông số công nghệ thực nghiệm
Giá trị các các thơng số thực nghiệm trình
bày trong Bảng 4 và Bảng 5 được xác định dựa trên

các cơng trình nghiên cứu tương tự [4, 5, 6, 7] và
các thí nghiệm thăm dị.
Bảng 4. Thơng số cơng nghệ cố định
Đường kính điện cực:

D = 220mm

Thời gian xung điện:

ti = 0.04s

Thời gian dừng xung điện:

ti = 0.08s

Bước tiến theo vòng xoắn ốc: St =2,5 mm/vịng
Lưu lượng nước làm mát:

Qn = 1 lít/phút

Bảng 5. Thông số công nghệ biến đổi
STT

Tên
mẫu

Chế độ hàn
Ih (kA)

F (kN)

Vh (cm/s)

1

Mẫu 1

6,5

1,7

1,5

2

Mẫu 2

6,5

2,0

1,75

3

Mẫu 3

6,5

2,3

2,0

4

Mẫu 4

7,5

1,7

1,75

5

Mẫu 5

7,5

2,0

2,0

6

Mẫu 6

7,5

2,3

1,5

7

Mẫu 7

8,5

1,7

2,0

8

Mẫu 8

8,5

2,0

1,5

9

Mẫu 9

8,5

2,3

1,75

Hình 5. Bề mặt mẫu hàn thực nghiệm
- Khi hàn mẫu M3 với chế độ hàn Ih = 6,5kA;
F = 2,3kN; Vh = 2,0cm/s. Mẫu thực nghiệm này
được hàn với dòng điện ở mức thấp, lực ép ở mức
cao, tốc độ hàn ở mức cao. Nói cách khác là mẫu
hàn có mức tác động nhiệt thấp và tác dụng trong
thời gian ngắn, khả năng biến dạng dẻo của dây hàn
phụ kém cho dù lực ép cao. Cho thấy bề mặt mối
hàn biến dạng nhiệt ở mức độ thấp hơn, các đường
hàn theo vịng xoắn ốc có sự chồn lún khơng hồn
tồn, có sự tách biệt rõ hơn được thể hiện trên ảnh
chụp sát bề mặt đắp được thể hiện trên Hình 6-a.
- Khi hàn mẫu M8 với chế độ hàn Ih = 8,5kA;
F = 2,0kN; Vh = 1,5cm/s. Tức mẫu được hàn với
mức nhiệt cao trong khoảng thời gian dài và lực ép
trung bình. Quan sát bề mặt mối hàn cho thấy các
vẩy hàn xếp đều, do biến dạng nhiệt lớn các vẩy hàn
này có hướng dồn ngược so với hướng của bước
tiến trục hàn. Các lớp hàn liền kề theo đường xoắn
ốc dàn đều khơng cịn để lại những khe rãnh. Mối
hàn có độ bám cao song bề mặt có một vài chỗ tồn
tại các vẩy sờm được thể hiện trên Hình 6-b.

3. Kết quả nghiên cứu và thảo luận
3.1. Cấu trúc lớp hàn
a) Tổ chức thô đại mối hàn
• Hình dạng bề mặt mối hàn

Hình dạng bề mặt mối hàn của 9 mẫu thực
nghiệm với chế độ hàn được lựa chọn theo Bảng 5,
có bề mặt hàn đắp tương đối đồng đều. Các vẩy hàn
xếp đều và có độ kết dính tốt, khu vực hàn phục hồi
đảm bảo được độ che phủ yêu cầu.

Khoa học & Công nghệ - Số 20/Tháng 12 - 2018

M3: Ih = 6,5kA; F =
2,3kN; Vh= 2,0cm/s
a)

M8: Ih = 8,5kA; F =
2,0kN; Vh = 1,5cm/s
b)

Hình 6. Bề mặt mẫu hàn M3, M8

Journal of Science and Technology

11


ISSN 2354-0575
• Tổ chức thơ đại mối hàn

M3: Ih = 6,5kA; F =
2,3kN; Vh = 2,0cm/s

M4: Ih = 7,5kA; F =

1,7kN; Vh = 1,75cm/s

M5: Ih = 7,5kA; F =
2,0kN; Vh = 2,0cm/s

M8: Ih = 8,5kA; F =
2,0kN; Vh = 1,5cm/s

Hình 7. Tổ chức thô đại mẫu hàn 16x
+ Dựa trên kết quả hình ảnh chụp tổ chức thơ
đại mối hàn cho thấy sự liên kết khá ổn định giữa
kim loại hai lớp hàn, giữa kim loại hàn với kim loại
nền, giữa các lớp hàn sau mỗi xung điện hàn.
+ Các vùng liên kết có sự phân biệt khá rõ
ràng, vùng liên kết tiếp giáp, vùng ảnh hưởng nhiệt
là rất nhỏ. Điều này có thể giải thích do q trình
hàn kim loại hàn khơng bị nóng chảy mà chỉ có
vùng tiếp giáp (vùng tạo ra điện trở tiếp xúc) mới
có hiện tượng chảy dẻo, do đó kim loại sẽ được hịa
trộn, khuếch tán tạo ra liên kết trong vùng hẹp. Quá
trình hàn khơng có sự nóng chảy của kim loại hàn
cũng như kim loại nền, sự hòa trộn của chúng rất
nhỏ nên độ cứng và cấu trúc sẽ đồng đều hơn so với
hàn nóng chảy.

+ Tổ chức vật liệu ban đầu gồm hai thành
phần pha là ferit sáng và peclit tối, còn tổ chức sau
khi hàn lại là tổ chức mactenxit hình kim (màu tối)
và austenit (màu sáng), điều đó được giải thích bởi
ngun nhân tác động nhiệt trong q trình hàn đã

làm các pha ferit và peclit chuyến biến thành các
pha austenit. Ngay sau đó mối hàn được làm nguội
nhanh bởi dịng nước làm mát, khi đó tốc độ nguội
vượt tốc độ tơi tới hạn. Do đó phần lớn các pha
austenit không kịp chuyển biến thành hỗn hợp feritxementit, mà chỉ có chuyển biến thù hình (chuyển
kiểu mạng tinh thể) từ tổ chức austenit (tâm mặt)
chuyển thành mactenxit (chính phương tâm khối).
Q trình chuyển biến và làm nguội khơng liên tục
và hồn tồn, nên trong tổ chức mối hàn cịn tồn tại
tổ chức austenit dư (màu sáng).
+ Tổ chức mactenxit là tổ chức không ổn
định xuất hiện trong mối hàn làm cho độ cứng và độ
bền mòn tăng lên đáng kể.
+ Khi hàn với dòng điện ở mức cao (năng
lượng nhiệt tác dụng lớn), tốc độ hàn chậm (thời
gian giữ nhiệt lâu). Đó là điều kiện để tổ chức
ferit, peclit chuyển biến thành austenit khi nung rồi
chuyển tiếp sang tổ chức mactenxit khi làm nguội.
+ Từ các hình ảnh chụp tổ chức tế vi cho thấy
mật độ mactenxit hình kim dày đặc hơn cả được thể
hiện trên mẫu hàn M1, M8. Thông qua việc nghiên
cứu tổ chức tế vi phần nào đánh giá được độ cứng
lớp hàn đắp đó là các mẫu có mật độ mactenxit cao
thì độ cứng tương ứng sẽ cao.
c) Tổ chức tế vi vùng tiếp giáp kim loại hàn
với kim loại nền trục

b) Tổ chức tế vi lớp hàn đắp

M1: Ih = 6,5kA; F =

1,7kN; Vh = 1,5cm/s

M5: Ih = 7,5kA; F =
2,0kN; Vh = 2,0cm/s

M4: Ih = 7,5kA; F =
1,7kN; Vh = 1,75cm/s

M7: Ih = 8,5kA; F =
1,7kN; Vh = 2,0cm/s

M8: Ih = 8,5kA; F =
2,0kN; Vh = 1,5cm/s

M3: Ih = 6,5kA; F =
2,3kN; Vh = 2,0cm/s

M8: Ih = 8,5kA; F =
2,0kN; Vh = 1,5cm/s

Hình 8. Tổ chức tế vi mối hàn 500x

12

M3: Ih = 6,5kA; F =
2,3kN; Vh = 2,0cm/s

Hình 9. Tổ chức tế vi vùng tiếp giáp kim loại hàn
với kim loại nền trục 500x
+ Kim loại vùng hàn và vùng kim loại nền

được phân biệt khá rõ ràng. Tổng quan cho thấy

Khoa học & Công nghệ - Số 20/Tháng 12 - 2018

Journal of Science and Technology


ISSN 2354-0575
vùng mối hàn có màu tối hơn so với vùng kim loại
cơ bản. Điều này được giải thích bởi lớp hàn có tỷ lệ
cacbon cao và nhiệt tác động nhiều, ứng suất dư tồn
tại lớn nên nó có khả năng bị ăn mịn cao hơn khi sử
dụng hóa chất tẩm thực.
+ Các mẫu hàn thực nghiệm thể hiện sự
chuyển tiếp kim loại giữa hai vùng tiếp giáp tốt hơn
đối với các mẫu hàn có dịng cao, lực ép nhỏ và tốc
độ thấp. Tuy nhiên độ ổn định của liên kết cho thấy
ở các mẫu thực nghiệm khi hàn với dịng điện hàn ở
mức trung bình M4.
+ Các mẫu hàn với dòng điện ở mức thấp và
tốc độ hàn lớn cho thấy khả năng liên kết là chưa
tốt, vùng tiếp giáp vẫn còn xuất hiện đường phân
ranh giới rõ rệt, hiện tượng này cho thấy thông qua
ảnh chụp tế vi vùng tiếp giáp của mẫu M3.
+ Các mẫu hàn với dòng điện ở mức cao như
mẫu M7, M8 cho thấy sự liên kết giữa vùng kim
loại hàn với vùng kim loại nền cũng rất tốt. Tuy
nhiên các mẫu này có xuất hiện vết màu đen nhiều
hơn. Đặc biệt ở mẫu số M8 rất khó phân biệt ranh
giới vùng và xuất hiện các vết đen nhiều nhất. Hiện

tượng này có thể được giải thích bởi ngun nhân
khi hàn dịng cao, tốc độ thấp và lực ép trung bình,
tức nhiệt cung cấp dư thừa với một lực ép lớn sẽ
tạo ra hiện tượng kim loại chảy tràn sang các vùng
chưa hàn nhiều hơn, bắn tóe kim loại nhiều và đó
là một nguyên nhân làm giảm chất chất lượng của
liên kết hàn.
3.2. Cơ tính mối hàn
a) Độ bền liên kết lớp hàn đắp với nền trục
cơ bản
Kết quả độ bền liên kết lớp hàn đắp với nền
được thể hiện trên Hình 10 và Bảng 6 như sau:

Hình 10. Bề mặt chốt đã tách khỏi lớp hàn

8
9

8,5
2,0
1,5
451
8,5
2,3
1,75
430
Hình 8 cho thấy bề mặt chốt nón sau khi
được tách khỏi lớp hàn không phải là hiện tượng
bong tách lớp mà là bị xé đứt nó cho thấy độ bền
liên kết cao của phương pháp hàn nghiên cứu.

Bảng 6 cho thấy khi tăng dòng điện hàn,
giảm lực ép và giảm tốc độ hàn độ bền có xu hướng
tăng lên. Các mẫu có dịng hàn ở mức thấp, lực ép
và tốc độ hàn ở mức trung bình và cao thì độ bền
liên kết lớp hàn đắp với nền đạt kết quả thấp hơn
tương đối nhiều (M2, M3) so với các mẫu hàn khác.
Khi hàn với dòng hàn ở mức trung bình, lực ép ở
mức thấp và trung bình có kết quả liên kết lớp hàn
đắp với nền là cao nhất (M4, M5).
Các kết quả độ bền liên kết lớp hàn đắp với
nền cũng được phản ánh sự phù hợp thông qua các
ảnh chụp tổ chức thô đại đã trình bày ở Hình 7. Các
mẫu hàn M4, M5, M6 có vùng chuyển tiếp giữa
lớp đắp với kim loại nền có sự ổn định tốt, cịn các
mẫu M2, M3 có phần kém ổn định hơn. Độ bền liên
kết lớp hàn đắp với nền càng được thể hiện rõ hơn
thông qua ảnh chụp tổ chức tế vi ở hình 9. Bề mặt
liên kết tiếp giáp các mẫu hàn M2, M3 không ổn
định, liên kết có sự phân vùng tách biệt giữa vùng
hàn với nền. Cịn lại các mẫu khác có sự liên kết ổn
định và đồng đều hơn rất nhiều.
Độ bền liên kết lớp hàn đắp với nền trục cơ
bản khá cao đạt từ 80÷95% độ bền kéo của kim loại
cơ bản (488N/mm2).
b) Độ cứng kim loại mối hàn
Khi phục hồi chi tiết dạng trục sử dụng công
nghệ hàn lăn tiếp xúc vật liệu phụ dây thép thì độ
cứng bề mặt hàn đắp phụ thuộc chính vào các yếu tố
như chế độ nhiệt tác động, lưu lượng nước làm mát,
bước tiến hàn, thành phần hóa học của lớp hàn đắp.

Kết quả đo độ cứng được thực hiện trên 05 vị
trí đo khác nhau trên bề mặt của mỗi mẫu hàn thực
nghiệm, giá trị độ cứng chung của mỗi mẫu thực
nghiệm là giá trị trung bình sau 05 lần đo, được thể
hiện trong Bảng 7.
Bảng 7. Độ cứng thô đại bề mặt lớp hàn đắp

Bảng 6. Kết quả đo độ bền liên kết lớp hàn đắp với
nền trục cơ bản
Mẫu
1
2
3
4
5
6
7

Ih
(kA)
6,5
6,5
6,5
7,5
7,5
7,5
8,5

F
(kN)

1,7
2,0
2,3
1,7
2,0
2,3
1,7

Vh
(cm/s)
1,5
1,75
2
1,75
2
1,5
2

σb
(N/mm2)
440
424
393
467
446
443
438

Khoa học & Cơng nghệ - Số 20/Tháng 12 - 2018

STT
1
2
3
4
5
6
7
8
9

Tên
Ih
F
Vh
Trungbình
Mẫu (kA) (kN) (cm/s)
(HRC)
Mẫu 01 6,5 1,7
1,5
53
Mẫu 02 6,5 2,0
1,75
49
Mẫu 03 6,5 2,3
2,0
47
Mẫu 04 7,5 1,7
1,75
51

Mẫu 05 7,5 2,0
2,0
50
Mẫu 06 7,5 2,3
1,5
52
Mẫu 07 8,5 1,7
2,0
54
Mẫu 08 8,5 2,0
1,5
55
Mẫu 09 8,5 2,3
1,75
51

Journal of Science and Technology

13


ISSN 2354-0575
Kết quả đo độ cứng thô đại cho thấy, khi hàn
với dòng điện ở mức cao, tốc độ hàn chậm tức mối
hàn bị tác động nhiệt cao và được giữ trong thời
gian dài thì độ cứng bề mặt tăng lên mẫu M1, M7,
M8. Ngược lại khi hàn với dòng nhỏ tốc độ hàn
nhanh, mức tác động nhiệt nhỏ thì độ cứng mối hàn
thấp hơn như mẫu M2, M3.
Yếu tố ảnh hưởng mạnh đến độ cứng lớp hàn

đắp là do yếu tố tôi bề mặt đắp được diễn ra ngay
trong quá trình hàn bởi tốc độ làm nguội nhanh của
con lăn điện cực và nguồn nước làm mát trục từ
bên ngoài. Do vậy tổ chức nhận được sau khi hàn là
mactenxit có độ cứng cao, điều này cũng đã được
giải thích bởi các hình ảnh chụp tổ chức tế vi lớp
hàn ở Hình 8.
Với việc lựa chọn vật liệu dây hàn, thơng số
cơng nghệ của q trình thực nghiệm cho thấy các
mẫu thực nghiệm đều đạt độ cứng khá cao, cơ bản
đảm bảo được yêu cầu độ cứng chung đặt ra cho
các chi tiết phục hồi là 45÷55HRC. Dựa trên kết
quả độ cứng đạt được thì chi tiết trục phục hồi có
thể khơng cần phải gia cơng nhiệt luyện sau hàn,
đây là ưu điểm nổi trội mà công nghệ mang lại, chi
tiết sẽ tránh được các hiện tượng biến dạng nhiệt,
bong tróc lớp đắp do q trình nhiệt luyện sau hàn
có thể xảy ra.
c) Độ bền mịn kim loại mối hàn
Lượng mài mòn của mẫu thử hàn được kiểm
tra và cho giá trị trong Bảng 8:
Bảng 8. Kết quả kiểm tra mài mòn mẫu thử các mẫu
hàn thực nghiệm
TT

Ih
F
Vh
ΔP (g)
(kA) (kN) (cm/s)

1
M1
6,5
1,7
1,5
0.0144
2
M2
6,5
2,0
1,75
0.0164
3
M3
6,5
2,3
2,0
0.0163
4
M4
7,5
1,7
1,75
0.0150
5
M5
7,5
2,0
2,0
0.0154

6
M6
7,5
2,3
1,5
0.0148
7
M7
8,5
1,7
2,0
0.0140
8
M8
8,5
2,0
1,5
0.0143
9
M9
8,5
2,3
1,75
0.0151
Kết quả ở Bảng 8 cho thấy độ bền mịn của
các mẫu hàn có sự tương quan với độ cứng lớp hàn
đắp. Các mẫu có độ cứng cao như M1, M6, M7, M8
có độ bền mịn tương đương cũng cao, các mẫu có
độ cứng thấp tương quan về độ bền mòn cũng thấp.
Kết quả kiểm tra mài mòn cho thấy mẫu thử có độ

cứng cao nhất (M8) lại khơng phải là mẫu có độ
bền mịn cao nhất, cịn mẫu M7 có độ bền mịn lớn
nhất nhưng có độ cứng khơng phải cao nhất, mẫu
M3 có độ cứng thấp nhất nhưng có độ bền mịn cao
hơn mẫu M2. Các ngun nhân này có thể được
giải thích bởi tổ chức lớp hàn khơng thể có sự đồng

14

Tên mẫu

đều như các tổ chức đúc, ngồi ra trong q trình
hàn có xảy ra các vùng ram kim loại sau mỗi vịng
xoắn trục.
• Đánh giá độ bền mòn trục hàn phục hồi với
trục chế tạo mới làm từ thép C45 tôi cải thiện
Để đánh giá độ bền mòn của trục hàn phục
hồi bằng hàn lăn tiếp xúc dây thép phụ C70, tiến
hành so sánh độ mài mòn của mẫu hàn với mẫu
được làm từ vật liệu C45 tơi bề mặt bằng dịng cao
tần cùng độ cứng (đặc trưng cho chi tiết trục chế tạo
mới và tôi cải thiện).
Mẫu thép C45 tôi cứng bề mặt đạt độ cứng 54
HRC được chế tạo và kiểm tra mài mòn với chế độ và
thiết bị giống như mẫu hàn. Kết quả kiểm tra thử mòn
của mẫu thử từ thép C45 tôi cao tần đưa ở Bảng 9.
Bảng 9. Kết quả kiểm tra mài mòn mẫu thử các mẫu
thép C45 tơi cao tần
TT
1

2

Tên mẫu Độ cứng (HRC)
M1c
54
M2c
54
Trung bình

ΔP (g)
0.0205
0.0199
0,0202

Từ bảng kết quả 7, 8 và 9 chỉ ra lượng mịn
của mẫu thử lấy từ mẫu hàn M7 có độ cứng 54HRC
có lượng mịn là 0.0140 (g), nhỏ hơn 1,44 lần so
với lượng mịn trung bình mẫu thử mịn từ thép C45
tơi cao tần có cùng độ cứng. Mẫu hàn có độ cứng
thấp nhất M3 lượng mịn là 0,0163 (g), cũng nhỏ
hơn 1,24 lần so với mẫu thử mòn C45. Tức độ bền
mòn của mẫu M7 gấp khoảng 1,44 lần còn M3 gấp
khoảng 1,24 lần so với mẫu thép C45 tơi cao tần.
Độ bền mịn của kim loại lớp hàn đắp đạt mức cao,
trong khi độ bền liên kết lớp hàn với nền vẫn đạt
ở mức cao (80÷95% độ bền của kim loại cơ bản).
Ngoài ra, kết quả đánh giá độ mịn của mẫu hàn và
mẫu thép C45 tơi cao tần cịn được thể hiện thơng
qua hình ảnh chụp SEM trên Hình 11.

a,c- mẫu hàn M7 độ phóng đại 2000x và 5000x;
b,d- mẫu M1c độ phóng đại 2000x và 5000x
Hình 11. Ảnh chụp SEM bề mặt mẫu thử sau kiểm
tra mài mịn

Khoa học & Cơng nghệ - Số 20/Tháng 12 - 2018

Journal of Science and Technology


ISSN 2354-0575
Trên hình ảnh chụp SEM bề mặt mẫu thử
mịn cho thấy mẫu thử được lấy ra từ mẫu thép C45
tơi cao tần có vết mài mịn rộng và sâu hơn rất nhiều
so với mẫu thử mòn lấy ra từ mẫu hàn M7.
Thông qua kết quả độ bền liên kết, độ cứng
và độ bền mòn đã khẳng định được chất lượng của
phương pháp hàn lăn tiếp xúc phục hồi chi tiết dạng
trục vật liệu phụ dây thép C70 là tương đối cao.
4. Kết luận
- Các mẫu hàn với dòng điện lớn, tốc độ
chậm tức chế độ nhiệt tác động ở mức cao trong
thời gian dài thì tổ chức lớp hàn đắp có mật độ pha
mactenxit dày đặc hơn và cho độ cứng trung bình
lớp đắp cao hơn.

- Các mẫu hàn với mức dịng điện trung
bình, tốc độ hàn và lực ép điện cực ở mức thấp có
vùng tiếp giáp giữa kim loại lớp hàn với kim loại cơ
bản có sự chuyển tiếp tốt hơn và có giá trị độ bền

liên kết cao hơn.
- Độ cứng trung bình của các mẫu hàn cơ
bản đáp ứng yêu cầu của chi tiết phục hồi mà không
cần phải nhiệt luyện sau hàn.
- Các mẫu hàn có độ cứng cao, tương ứng
có độ bền mịn cũng cao. Độ bền mòn của trục hàn
phục hồi cao gấp khoảng 1,44 lần so với mẫu trục
mới làm từ thép C45 tơi cao tần có cùng độ cứng,
trong khi độ bền liên kết vẫn đạt ở mức cao khoảng
80÷95% độ bền kéo của kim loại cơ bản.

Tài liệu tham khảo
[1]. Hồng Tùng, Cơng nghệ phun phủ và ứng dụng, NXB Khoa học & Kỹ thuật, Hà Nội, 2006.
[2]. L. Pawlowski, The Science and Engineering of Thermal Spray Coatings, JohnWiley&Sons, Ltd.
ISBN: 978-0-471-49049-4, 2008.
[3]. Клименко, Ю.В. Электроконтакная наплавка, Ю.В. Клименко. - М.: Металлургия, 1978. - 128 с.
[4]. M.Z. Nafikov, A method for the determination of the plastic deformation resistance of filler
wires in electric resistance surfacing. Welding International, 2009, Vol. 23, No. 11, pp. 861–864.
[5]. M.Z. Nafikov, Formalized description of the process of formation of the welded joint in
resistance welding of wires. Welding International, 2015, Vol. 29, No. 6, pp. 466–470, DOI:
10.1080/09507116.2014.941670.
[6]. M.Z. Nafikov, Reconditioning of shafts by electric resistance welding of two steel wires. Welding
International, 2016, Vol. 30, No. 3, pp. 236–243, ISSN: 0950-7116.
[7]. V.A. Du brovskii, V.V. Bulychev and A.I. Ponomarev, Preventing splashing in electrical
resistance surfacing with a wire of 40Cr13 steel, Welding International, 2003, Vol. 17, No 11, pp.
895-898.
[8]. Y.u. V Klimenko, Electrical resistance surfacing of metals with melting of the boundary layer.
Svar Proiz, 1981, 8, pp. 20–21.
[9]. IWE, International Welding Engineer, Copyright by GSI SLV Duisburg, 2015.
[10]. ARO, User’s Manua Mos Machines Sing-Phase seam whel , ARO 1, avenue de Tours – 72500

Chateau-Du-Loir – France, 2003.
[11]. TCVN 1766-75, Thép các bon kết cấu chất lượng tốt, Tiêu chuẩn Quốc Gia Việt Nam.
[12]. TCVN 1767 – 75, Thép đàn hồi - Mác thép và yêu cầu kỹ thuật, Tiêu chuẩn Quốc Gia Việt Nam.
STUDY ON STRUCTURE AND MECHINCAL PROPERTIES OF WELD
FOR HARDFACING BY RESISTANCE SEAM WELDING
Abstract:
Present paper studies on structure and mechanical properties of metal weld on a C45 shaft by
resistance seam welding with C70 steel wire. Nine experiments with different welding parameters were
performed to evaluate the welded structure as well as mechanical properties. ARO 72500 welding machine
combined with fixtures was used in the experiemental process. Results show that welded microstructure
included needle-shaped martensite and rest austenite. In addition, it is observed that bonding between
welded and parent metal, and between welded layers after each electric pulse is quite stable through
macrostructure. Bonding strength of welding layer with base metal of the shaft reached about 80 ÷ 95%
tensile strength of base metal (488N/mm2); while average hardness of all welding specimens was quite large
ensuring the hardness requirement of recovery details (45÷55HRC). Besides, wear resistance of welding
samples was 1.24 ÷ 1.44 times higher than that of the new shaft made from C45 steel with high-frequency
hardening. From obtained results, it is confirmed that the quality of the resistance seam welding method for
recovering the shaft with C70 steel wire is relatively good and can be applied to other materials in the future.
Keywords: Resistance seam welding; bonding strength; wear resistance; hardness; micro structure.

Khoa học & Công nghệ - Số 20/Tháng 12 - 2018

Journal of Science and Technology

15