Tổng quan luận án

Hợp kim titan Ti6Al4V (thuộc nhóm hợp kim $\alpha$-$\beta$) chiếm khoảng 45% tổng sản lượng titan tiêu thụ trên toàn thế giới nhờ các đặc tính cơ học gồm tỷ trọng thấp, độ bền cao và khả năng chống ăn mòn. Vật liệu này được ứng dụng trong công nghiệp hàng không vũ trụ (các bộ phận máy nén, cánh quạt, đĩa quay động cơ turbo làm việc dưới 600 °C), công nghiệp ô tô và thiết bị y tế. Tuy nhiên, việc chế tạo các chi tiết dạng trục hoặc khối từ phôi ban đầu bằng phương pháp cắt gọt gây lãng phí vật liệu. Việc sử dụng các phương pháp hàn nóng chảy truyền thống (như hàn TIG, MIG) đối với hợp kim titan gặp nhiều hạn chế do kim loại phản ứng mạnh với oxy, nitơ và hydro ở trạng thái lỏng tạo độ xốp, đồng thời tính dẫn nhiệt kém dễ dẫn đến nứt tế vi khi nung và làm nguội nhanh. Đối với các chi tiết dạng trụ đặc, hàn nóng chảy không phải là giải pháp phù hợp. Hàn ma sát quay (Rotary Friction Welding - RFW) là phương pháp hàn ở trạng thái rắn, nhiệt độ mối hàn không vượt quá nhiệt độ nóng chảy, cho phép hạn chế khuyết tật và duy trì cơ tính của vật liệu.

Khoảng trống nghiên cứu được luận án chỉ ra là: các công bố về hàn ma sát quay trên vật liệu Ti6Al4V còn hạn chế; chưa có các báo cáo tổng thể khảo sát đồng thời sự ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến cơ tính mối hàn; các nghiên cứu mô phỏng số liên hợp cơ - nhiệt để dự báo ứng suất, biến dạng và định hướng thử nghiệm chưa được thực hiện đầy đủ; đặc biệt, hiện tượng cơ tính mối hàn suy giảm theo phương hướng tâm ở các chi tiết trụ đặc chưa được phân tích và xử lý một cách hệ thống.

Mục tiêu nghiên cứu của luận án được xác định gồm:

  1. Nghiên cứu đặc điểm, tính chất của mối hàn ma sát quay hợp kim Ti6Al4V và ảnh hưởng của các thông số công nghệ chính đến chất lượng mối hàn.
  2. Xây dựng mô hình số cơ - nhiệt mô phỏng quá trình hàn ma sát quay Ti6Al4V nhằm dự đoán trường nhiệt độ, biến dạng và ứng suất.
  3. Khảo sát thực nghiệm tổ chức tế vi và cơ tính (độ bền kéo, độ cứng, độ dai va đập) theo cả hai phương dọc trục và hướng tâm.
  4. Tìm ra miền thông số công nghệ làm việc phù hợp, tối ưu hóa các thông số hàn để đảm bảo chất lượng mối hàn đồng đều.

Đối tượng nghiên cứu là quá trình hàn ma sát quay trên các chi tiết trụ đặc làm từ hợp kim titan Ti6Al4V. Phạm vi nghiên cứu bao gồm mô hình hóa cơ - nhiệt trên phần mềm kỹ thuật (CAE/ABAQUS), phân tích thực nghiệm trên thiết bị hàn ma sát chuyên dụng, kiểm tra tổ chức tế vi quang học, đo độ cứng vi mô Vickers (HV), thử nghiệm kéo theo tiêu chuẩn TCVN 197-1:2014, thử nghiệm độ dai va đập và quy hoạch thực nghiệm theo phương pháp Taguchi kết hợp phương trình hồi quy bậc hai.

Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án

Nguyên lý sử dụng nhiệt ma sát để hàn kim loại được J. Bevington đề xuất năm 1891 tại Hoa Kỳ và Chudikov thực hiện thành công mối hàn chất lượng cao vào năm 1956. Từ đó, công nghệ hàn ma sát được mở rộng trên nhiều nhóm vật liệu kim loại, gốm, composite và nhựa.

Về phương pháp mô phỏng số quá trình hàn ma sát:

  • C. Cheng xây dựng mô hình 1D bằng phương pháp sai phân hữu hạn (FDM) cho thép hợp kim AISI 4140, xem xét lớp kim loại dẻo, sự rút ngắn trục và tính chất cơ - nhiệt phi tuyến.
  • Nagapan phân tích trường nhiệt độ trong hàn ma sát quán tính thép AISI 1020 bằng mô hình FDM 2D.
  • A. Sahin và cộng sự mô phỏng FEM 2D hàn đồng với thép, chỉ ra nhiệt độ cực đại đạt được ở ngoại vi chứ không phải ở tâm.
  • Massoni đề xuất mô hình cơ - nhiệt cho siêu hợp kim niken NK17CDAT sử dụng phương trình trạng thái Norton-Hoff.
  • Balasubramanian và cộng sự phân tích nhiệt trên ABAQUS cho thép AISI 1045 với hệ số ma sát phụ thuộc nhiệt độ, tải dọc trục và tốc độ quay.
  • Lee và cộng sự, Fu và cộng sự, Wang và cộng sự áp dụng phần mềm DEFORM để mô phỏng hàn ma sát cho thép ống 36CrNiMo4 và siêu hợp kim niken RR1000.
  • D'Alvise và cộng sự viết mã trên FORGE2 mô phỏng liên hợp cơ - nhiệt cho hai vật liệu khác nhau.
  • Zhang và cộng sự thực hiện mô phỏng 3D hàn ma sát quay trên DEFORM.
  • Bendzsak và cộng sự, Poslinski áp dụng mô hình thủy động lực học Navier-Stokes để khảo sát dòng chảy nhớt tại giao diện hàn.

Về các nghiên cứu thực nghiệm trên hợp kim titan:

  • Đối với hàn ma sát thẳng (LFW): Y. Turner khảo sát công suất nhiệt cần thiết theo tần số và biên độ dao động; Wanjara và cộng sự quan sát sự chuyển pha $\alpha$-$\beta$ và kết tinh lại tại vùng trung tâm khi nhiệt độ vượt quá 995 °C; Romero và cộng sự phát hiện sự hình thành pha mactenxit $\alpha'$; Ma và cộng sự xác định cơ chế hồi phục động trong biến dạng nhiệt của Ti6Al4V.
  • Đối với hàn ma sát quay (RFW): Nessler và cộng sự khảo sát ảnh hưởng của áp lực dọc trục và tốc độ quay đến độ cứng và độ bền kéo; Y. Pardhi nghiên cứu hàn quán tính hợp kim Ti6246 ghi nhận độ cứng vùng tâm đạt 460 HV (cao hơn vật liệu gốc 380 HV) nhưng vùng biên HAZ giảm xuống 340 HV; A. Yates phân tích ảnh hưởng của áp lực; Guo khảo sát mối quan hệ giữa tổ chức tế vi hai pha $\alpha+\beta$ và cơ tính; Huihong Liu và Hidetoshi Fujii (Đại học Osaka) hàn thành công Ti6Al4V với thép không gỉ SUS316L ở tốc độ 40 rpm và áp lực 450 MPa.
  • Tại Việt Nam: Các nghiên cứu trước tập trung trên thép C45 (Đại học Sư phạm Kỹ thuật Hưng Yên) hoặc mối hàn thép không gỉ AISI 304 với thép carbon AISI 1020 (Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM).
Hướng tiếp cận Tác giả tiêu biểu Đối tượng vật liệu Phương pháp / Công cụ Phát hiện / Đóng góp chính
Mô phỏng giải tích & FDM C. Cheng, Nagapan Thép AISI 4140, AISI 1020 FDM 1D / 2D Mô hình hóa lớp kim loại dẻo, rút ngắn trục và phân bố nhiệt
Mô phỏng phần tử hữu hạn Balasubramanian, Fu, Wang, D'Alvise Thép AISI 1045, 36CrNiMo4, RR1000 ABAQUS, DEFORM, FORGE2 Dự báo trường nhiệt, ứng suất dư và hình dạng ba via
Mô hình thủy động lực học Bendzsak, Poslinski Hợp kim nhôm, kim loại dẻo Phương trình Navier-Stokes Mô tả dòng chảy vật liệu và màng nóng chảy tại vùng tiếp xúc
Thực nghiệm LFW titan Turner, Wanjara, Romero, Ma Hợp kim Ti6Al4V Hàn ma sát thẳng, soi vi cấu trúc Cơ chế hồi phục động, biến đổi pha $\beta$ và hình thành mactenxit $\alpha'$
Thực nghiệm RFW titan Nessler, Pardhi, Yates, Liu & Fujii Ti6Al4V, Ti6246, Ti6Al4V-SUS316L Hàn ma sát quay, đo kéo, đo HV Khảo sát cơ tính vi mô, độ cứng vùng tâm cao hơn vùng biên

Luận án lựa chọn giải quyết khoảng trống về việc tích hợp mô phỏng số ABAQUS cơ - nhiệt cho Ti6Al4V với khảo sát thực nghiệm cơ tính hai phương (hướng tâm và dọc trục), giải thích nguyên nhân gây mất đồng đều cơ tính và tối ưu hóa bộ thông số công nghệ.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Luận án dựa trên cơ sở lý thuyết biến đổi pha của hợp kim titan và lý thuyết nhiệt - cơ học biến dạng dẻo trong hàn ma sát:

  • Đặc tính pha của Ti6Al4V: Ở nhiệt độ phòng, titan có cấu trúc mạng sáu phương xếp chặt (HCP - pha $\alpha$, tỷ lệ $c/a = 1,587$). Khi nung nóng đến nhiệt độ chuyển pha $\beta$-transus ($980 - 995$ °C), cấu trúc chuyển hoàn toàn sang lập phương tâm khối (BCC - pha $\beta$). Tốc độ làm nguội quyết định cấu trúc vi mô: làm nguội chậm tạo cấu trúc phiến $\alpha+\beta$, làm nguội nhanh tạo pha mactenxit $\alpha'$ (HCP) hoặc $\alpha''$ (mặt thoi), làm tăng độ cứng nhưng có thể làm giảm độ dẻo.
  • Cơ chế sinh nhiệt và truyền nhiệt: Nhiệt sinh ra do ma sát tiếp xúc và biến dạng dẻo tại bề mặt. Phương trình bảo toàn năng lượng có dạng: $$\rho C_p \frac{\partial T}{\partial t} = \nabla \cdot (k \nabla T) + \dot{S}$$ Trong đó $C_p$ là nhiệt dung riêng, $k$ là hệ số dẫn nhiệt phụ thuộc nhiệt độ, $\dot{S}$ là công suất nhiệt biến dạng dẻo. Mật độ dòng nhiệt ma sát trung bình tại mặt tiếp xúc bán kính $R$ được tính theo mô men xoắn $M$: $$\frac{q_0}{A} = \frac{2}{3} \mu P v_{max} = \frac{2}{3} \mu P \omega R$$ Với $\mu$ là hệ số ma sát, $P$ là áp lực dọc trục, $\omega$ là vận tốc góc.
  • Chu kỳ nhiệt hàn chia làm ba giai đoạn: giai đoạn gia nhiệt ($t_h$), giai đoạn ổn định ($t_s$) và giai đoạn làm nguội khi chi tiết ngừng quay và tăng áp lực ép.
  • Mô hình phân vùng biến dạng trong vùng ảnh hưởng nhiệt (HAZ): Vùng tiếp xúc ($Z_{cs}$), vùng biến dạng dẻo hoàn toàn ($Z_{pl}$), vùng biến dạng bán phần ($Z_{pd}$) và vùng không biến dạng ($Z_{ud}$).
  • Phân vùng mối hàn thực tế: Vùng hàn trung tâm (CWZ/CZ), vùng ảnh hưởng nhiệt cơ học (TMAZ), vùng ảnh hưởng nhiệt (HAZ) và kim loại cơ bản (PM).

Phương pháp nghiên cứu kết hợp ba trụ cột:

  1. Mô phỏng số (CAE): Sử dụng phần mềm ABAQUS thiết lập mô hình cơ - nhiệt liên hợp, áp dụng mô hình vật liệu Johnson-Cook (JC) phản ánh tính chất dẻo phụ thuộc vào nhiệt độ và tốc độ biến dạng, cập nhật thông số dẫn nhiệt $k(T)$ và nhiệt dung riêng $C_p(T)$.
  2. Thực nghiệm cơ tính và tổ chức tế vi: Sử dụng máy hàn ma sát quay; camera nhiệt hồng ngoại Flus-866 kiểm soát nhiệt độ tiếp xúc; kính hiển vi quang học và máy mài bóng tự động Struers Labopol-5 để phân tích cấu trúc hạt; máy đo độ cứng vi mô Vickers; máy kéo nén vạn năng thử độ bền kéo theo tiêu chuẩn TCVN 197-1:2014; thiết bị thử va đập Charpy.
  3. Quy hoạch thực nghiệm: Sử dụng phương pháp Taguchi mảng trực giao $L_9(3^4)$ kết hợp phân tích phương sai ANOVA và phương trình hồi quy bậc hai (Response Surface Methodology) để tìm miền tối ưu của ba thông số: tốc độ quay ($n$), thời gian gia nhiệt ($t$) và áp lực hàn ($P$).

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Nghiên cứu tổng quan về hàn ma sát và vật liệu Ti6Al4V

Chương 1 hệ thống hóa các đặc tính vật lý, cơ học và cơ chế chuyển pha $\alpha \leftrightarrow \beta$ của hợp kim titan Ti6Al4V (chứa khoảng 6% Al ổn định pha $\alpha$ và 4% V ổn định pha $\beta$). Tác giả phân tích tính hàn của vật liệu, chỉ ra nhược điểm của các phương pháp hàn nóng chảy và lợi thế của hàn trạng thái rắn RFW. Chương này tổng quan chi tiết các công trình mô phỏng số và thực nghiệm trong và ngoài nước, từ đó xác định khoảng trống nghiên cứu về sự phân bố cơ tính không đồng đều theo phương hướng tâm trong mối hàn RFW chi tiết trụ đặc Ti6Al4V.

Chương 2: Cơ sở lý thuyết hàn ma sát quay

Chương 2 trình bày nguyên lý chuyển đổi cơ năng thành nhiệt năng và cơ chế hàn ma sát quay qua hai giai đoạn: gia nhiệt và ép hàn. Tác giả xây dựng mô hình toán học giải tích mô tả sự phân bố trường nhiệt độ theo thời gian và khoảng cách trục $z$: $$T(z, t) - T_0 = \frac{q_0 \sqrt{t}}{A \rho c \sqrt{\pi a}} \left[ \exp\left(-\frac{z^2}{4at}\right) - \frac{z\sqrt{\pi}}{\sqrt{4at}} \operatorname{erfc}\left(\frac{z}{\sqrt{4at}}\right) \right]$$ Chương này phân tích động học dòng chảy vật liệu dẻo qua trường vận tốc hướng tâm $v_r$ và vận tốc vòng $v_\theta$, thiết lập công thức xác định tốc độ biến dạng tương đương $\dot{\bar{\varepsilon}}$, đồng thời phân loại các vùng cấu trúc vi mô (CWZ, TMAZ, HAZ, PM) và tổng hợp dãy thông số công nghệ tham khảo từ các nghiên cứu quốc tế.

Chương 3: Mô phỏng số quá trình hàn ma sát quay

Chương 3 thiết lập mô hình phần tử hữu hạn trên phần mềm ABAQUS với mô hình vật liệu Johnson-Cook cho Ti6Al4V. Kết quả mô phỏng thể hiện:

  • Biến thiên nhiệt độ: Nhiệt độ tại mặt tiếp xúc ($z = 0$) tăng nhanh và đạt giá trị cực đại trong giai đoạn gia nhiệt. Nhiệt độ tại vùng biên ngoài cao hơn vùng tâm do vận tốc dài lớn hơn ($v = \omega r$).
  • Rút ngắn chiều dài và hình thành ba via: Sự rút ngắn chiều dài chi tiết và kích thước ba via tăng khi áp lực dọc trục tăng.
  • Phân bố ứng suất von-Mises: Vùng tiếp xúc và vùng lân cận chịu ứng suất dư lớn do biến dạng dẻo và gradient nhiệt độ cao trong quá trình nguội.
Thông số / Đại lượng mô phỏng Giá trị / Phạm vi khảo sát Quy luật / Kết quả ghi nhận từ mô hình FEM
Trường nhiệt độ cực đại ($T_{max}$) $950 - 1150$ °C tại giao diện Đạt nhiệt độ chuyển pha $\beta$; nhiệt độ tăng dần từ tâm ra biên ngoài
Lượng rút ngắn trục (Upset) Biến thiên theo $P$ và $t$ Tỷ lệ thuận với áp lực hàn $P$ và thời gian gia nhiệt $t$
Ứng suất dư von-Mises Phân bố theo bán kính $r$ và trục $z$ Ứng suất tập trung cao tại vùng chuyển tiếp TMAZ/HAZ
Kích thước vùng biến dạng dẻo ($h$) Hẹp theo phương dọc trục Phù hợp với tính dẫn nhiệt thấp ($k$) của hợp kim Ti6Al4V

Chương 4: Thực nghiệm hàn ma sát và tối ưu hóa các thông số công nghệ

Chương 4 thực hiện các nội dung thực nghiệm và tối ưu hóa:

  • Khảo sát tổ chức tế vi: Vùng CWZ xuất hiện tổ chức hạt mịn đẳng trục kết tinh lại; vùng TMAZ chứa các hạt bị kéo dài theo hướng dòng chảy dẻo; vùng HAZ có cấu trúc tấm $\alpha+\beta$ biến đổi.
  • Khảo sát độ cứng Vickers (HV): Độ cứng đạt giá trị cao nhất tại vùng tâm mối hàn (CWZ) do mật độ pha biến tính mịn, sau đó giảm dần khi đi ra vùng HAZ và kim loại cơ bản. Theo phương hướng tâm, độ cứng giảm dần từ tâm ra biên ngoài.
  • Thử nghiệm độ bền kéo: Mối hàn ma sát quay đạt độ bền kéo tương đương hoặc cao hơn kim loại gốc. Các lát cắt thử kéo ở vị trí biên có độ bền thấp hơn các lát cắt ở vị trí tâm. Khi tăng áp lực hàn $P$, sự chênh lệch cơ tính giữa tâm và biên giảm rõ rệt.
  • Quy hoạch thực nghiệm Taguchi $L_9$: Phân tích ANOVA chỉ ra áp lực hàn $P$ là thông số có mức độ ảnh hưởng lớn nhất đến độ bền kéo, tiếp theo là thời gian gia nhiệt $t$ và tốc độ quay $n$.
  • Phương trình hồi quy bậc hai và tối ưu hóa: Luận án xây dựng biểu thức tương quan giữa giới hạn bền kéo $\sigma_b$ với ba thông số $n, t, P$. Miền thông số tối ưu được xác định: tốc độ quay $n = 1350\text{ rpm}$, thời gian gia nhiệt $t = 5\text{ s}$, áp lực hàn $P = 62,5\text{ MPa}$.
  • Thực nghiệm kiểm chứng: Mẫu hàn ở chế độ tối ưu đạt tổ chức hạt mịn đồng đều, độ bền kéo và độ dai va đập đạt yêu cầu kỹ thuật cao hơn vật liệu gốc.

Kết quả và những đóng góp mới

Các đóng góp mới của luận án bao gồm:

  1. Xây dựng mô hình số cơ - nhiệt mô phỏng quá trình hàn ma sát quay Ti6Al4V trên phần mềm CAE (ABAQUS), dự báo định lượng trường phân bố nhiệt độ, sự phát triển của ứng suất von-Mises, lượng rút ngắn chiều dài và hình thành ba via theo các thông số công nghệ.
  2. Khảo sát thực nghiệm và làm sáng tỏ quy luật phân bố cơ tính theo hai phương dọc trục và hướng tâm; chứng minh cơ tính (độ bền kéo và độ cứng) có xu hướng suy giảm theo phương bán kính từ tâm ra biên ngoài do gradient vận tốc dài và tốc độ biến dạng.
  3. Xác định vai trò chi phối của áp lực hàn dọc trục trong việc thúc đẩy quá trình kết tinh lại động tạo tổ chức hạt mịn đẳng trục, từ đó đề xuất giải pháp tăng áp lực hàn thích hợp để thu hẹp độ chênh lệch cơ tính giữa tâm và biên, nâng cao tính đồng đều của mối hàn.
  4. Xác lập bộ thông số công nghệ tối ưu cho quá trình hàn ma sát quay hợp kim Ti6Al4V ($n = 1350\text{ rpm}$, $t = 5\text{ s}$, $P = 62,5\text{ MPa}$) thông qua kết hợp phương pháp Taguchi và mô hình hồi quy bậc hai.

Kiến nghị kỹ thuật: Ứng dụng quy trình hàn ma sát quay để chế tạo các chi tiết trụ đặc chịu lực trong ngành hàng không vũ trụ và cơ khí chính xác thay thế phương pháp gia công cắt gọt nguyên khối; kiểm soát giới hạn bán kính chi tiết hàn để đảm bảo cơ tính vùng biên không bị suy giảm dưới ngưỡng cho phép.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của luận án:

  • Mô hình mô phỏng số chủ yếu tập trung trên bài toán đối xứng trục 2D/3D liên hợp nhiệt - cơ, chưa mô tả chi tiết tương tác vi mô của hiệu ứng xoắn phi tuyến đối với dòng chảy vật chất 3D tại thời điểm dừng quay đột ngột.
  • Kích thước chi tiết khảo sát thực nghiệm bị giới hạn ở đường kính mẫu trụ đặc xác định.
  • Chưa khảo sát độ bền mỏi chu kỳ cao và độ bền ăn mòn hóa học của mối hàn trong môi trường nhiệt độ cao kéo dài.

Hướng nghiên cứu phát triển tiếp theo:

  • Hoàn thiện mô hình mô phỏng 3D tích hợp quá trình chuyển pha tế vi động học trong giai đoạn nguội.
  • Mở rộng nghiên cứu hàn ma sát quay cho các chi tiết có đường kính lớn hơn hoặc các chi tiết dạng ống thành mỏng bằng hợp kim Ti6Al4V.
  • Nghiên cứu hàn ma sát giữa Ti6Al4V với các vật liệu dị chủng khác phục vụ kết cấu hỗn hợp trong công nghiệp hàng không.

Giá trị tham khảo

Luận án là tài liệu chuyên khảo hữu ích cho:

  • Nghiên cứu sinh, học viên cao học và giảng viên chuyên ngành Kỹ thuật Cơ khí, Công nghệ Vật liệu: Tham khảo phương pháp xây dựng mô hình cơ - nhiệt trên ABAQUS (Chương 3), cơ sở lý thuyết biến dạng dòng chảy trong vùng HAZ (Chương 2) và quy trình quy hoạch thực nghiệm Taguchi kết hợp hồi quy bậc hai (Chương 4).
  • Kỹ sư công nghệ tại các cơ sở chế tạo chi tiết hàng không, y tế, thiết bị năng lượng: Sử dụng bộ thông số công nghệ hàn ma sát quay tối ưu và giải pháp điều khiển áp lực hàn để chế tạo các chi tiết trục hợp kim titan Ti6Al4V đạt cơ tính đồng đều.

Câu hỏi thường gặp

  1. Tại sao phương pháp hàn nóng chảy truyền thống không phù hợp cho hợp kim Ti6Al4V dạng trụ đặc? Hợp kim titan phản ứng rất mạnh với oxy, nitơ và hydro trong không khí ở trạng thái nóng chảy tạo ra các pha giòn và độ xốp trong mối hàn. Bên cạnh đó, titan có độ dẫn nhiệt thấp dẫn đến tốc độ nung nóng và làm nguội cục bộ lớn gây ra các vết nứt tế vi. Đối với chi tiết trụ đặc, hàn nóng chảy không thể truyền nhiệt đồng đều vào sâu trong lõi trục mà không làm cháy rỗ bề mặt.

  2. Vì sao cơ tính của mối hàn ma sát quay Ti6Al4V lại suy giảm từ tâm ra biên ngoài theo phương hướng tâm? Vận tốc dài ma sát phụ thuộc vào bán kính ($v = \omega r$), do đó vùng biên ngoài có vận tốc dài và mật độ nhiệt sinh ra cao hơn nhưng đồng thời chịu sự mất nhiệt và biến dạng dẻo đẩy vật liệu ra ngoài tạo ba via mạnh hơn. Vùng trung tâm có nhiệt độ và tốc độ biến dạng phù hợp thúc đẩy quá trình kết tinh lại động tạo hạt mịn, trong khi vùng biên có tổ chức tế vi kém đồng đều hơn dẫn đến độ cứng và độ bền kéo suy giảm.

  3. Thông số công nghệ nào ảnh hưởng mạnh nhất đến chất lượng mối hàn ma sát quay Ti6Al4V? Theo kết quả phân tích phương sai ANOVA trong luận án, áp lực dọc trục (gồm áp lực gia nhiệt và áp lực hàn) là thông số có mức độ ảnh hưởng lớn nhất đến độ bền kéo và độ cứng. Áp lực hàn đủ lớn sẽ tạo ra tổ chức hạt mịn đẳng trục, thúc đẩy kết tinh lại và giảm thiểu sự chênh lệch cơ tính giữa tâm và biên ngoài.

  4. Bộ thông số công nghệ tối ưu được xác định trong luận án gồm các giá trị nào? Bộ thông số tối ưu xác định qua quy hoạch thực nghiệm là: Tốc độ quay $n = 1350\text{ rpm}$, thời gian gia nhiệt $t = 5\text{ s}$, áp lực hàn $P = 62,5\text{ MPa}$. Mối hàn chế tạo tại chế độ này có tổ chức tế vi mịn, độ bền kéo và độ dai va đập cao hơn kim loại cơ bản.

Kết luận

Luận án của nghiên cứu sinh Hồ Thị Mỹ Nữ đã giải quyết vấn đề công nghệ trong việc chế tạo mối hàn hợp kim titan Ti6Al4V dạng trụ đặc bằng phương pháp hàn ma sát quay. Bằng việc kết hợp mô hình mô phỏng số ABAQUS, phân tích thực nghiệm cơ tính hai phương và phương pháp tối ưu hóa Taguchi, công trình đã xác lập được quy luật biến thiên cơ tính hướng tâm và xác định miền thông số công nghệ tối ưu. Kết quả nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học và dữ liệu thực nghiệm phục vụ việc ứng dụng công nghệ hàn ma sát quay cho hợp kim titan trong công nghiệp cơ khí và hàng không vũ trụ.