Luận văn thạc sĩ: Nghiên cứu trạng thái mỏi bề mặt thép P43 dùng làm đường ray bằng nhiễu x quang

Luận văn thạc sĩ HCMUTE nghiên cứu xác định trạng thái mỏi bề mặt thép P43 qua phương pháp nhiễu xạ X-quang, góp phần nâng cao chất lượng đường ray.

• Tác giả: Lê Thể Tiến
• Người hướng dẫn: PGS.TS Lê Chí Cương
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Cơ Khí
• Đề tài: Nghiên Cứu, Xác Định Trạng Thái Mỏi Bề Mặt Của Thép P43 Dùng Làm Đường Ray Bằng Nhiễu Xạ X-Quang
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2014
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU
• 1.1. Mục tiêu đề tài
• 1.2. Nội dung nghiên cứu
• 1.3. Phạm vi và giới hạn nghiên cứu
• 1.4. Tính mới của đề tài
• 1.5. Kết cấu của luận văn tốt nghiệp
• 2. CHƯƠNG 2
• 2.1. Tổng quan về đường ray xe lửa và tàu hỏa
• 2.2. Các dạng hư hỏng mỏi do tiếp xúc lăn trên đường ray
• 2.3. Các nghiên cứu trong và ngoài nước
• 3. CHƯƠNG 3
• 3.1. Cơ sở lý thuyết mỏi
• 3.2. Định luật Hertzian
• 3.3. Định luật Bragg và phương pháp Parabol, Gaussian
• 4. CHƯƠNG 4
• 4.1. Khảo sát điều kiện làm việc của đường ray
• 4.2. Mô hình thực tế và mô hình thí nghiệm
• 4.3. Nghiên cứu đề xuất mẫu thí nghiệm
• 5. CHƯƠNG 5
• 5.1. Thực nghiệm mỏi và tính toán kết quả thí nghiệm
• 6. CHƯƠNG 6
• 6.1. Kết luận và kiến nghị
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Giới thiệu chung

Đề tài "Nghiên cứu trạng thái mỏi bề mặt thép P43 dùng làm đường ray bằng nhiễu x quang" tập trung vào việc xác định và phân tích trạng thái mỏi của thép P43. Thép P43 là loại vật liệu chủ yếu được sử dụng trong ngành đường sắt, do đó việc nghiên cứu mỏi bề mặt của nó là rất cần thiết. Nhiễu x quang được áp dụng như một phương pháp hiện đại để đánh giá tình trạng mỏi, giúp phát hiện sớm các dấu hiệu hư hỏng. Việc này không chỉ nâng cao độ bền của đường ray mà còn giảm thiểu chi phí bảo trì và thay thế. Theo nghiên cứu, hiện tượng mỏi bề mặt xảy ra khi thép P43 chịu tác động của tải trọng lặp đi lặp lại, dẫn đến sự hình thành các vết nứt nhỏ trên bề mặt. Những vết nứt này có thể lan rộng và gây ra hư hỏng nghiêm trọng nếu không được phát hiện kịp thời.

II. Cơ sở lý thuyết về mỏi

Chương này trình bày các khái niệm cơ bản về mỏi bề mặt và các yếu tố ảnh hưởng đến độ bền của thép P43. Định luật Hertzian và định luật Bragg là hai nguyên lý quan trọng trong việc phân tích ứng suất tiếp xúc và xác định trạng thái mỏi. Phân tích bề mặt là một phần không thể thiếu trong việc đánh giá độ bền của vật liệu. Các phương pháp như phương pháp Parabol và Gaussian được sử dụng để tính toán ứng suất tiếp xúc, từ đó giúp dự đoán khả năng mỏi của đường ray. Nghiên cứu cũng chỉ ra rằng, việc hiểu rõ về tính chất vật liệu và các yếu tố ảnh hưởng đến mỏi bề mặt là rất quan trọng để cải thiện độ bền của thép P43 trong thực tế.

III. Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp nghiên cứu được áp dụng trong đề tài bao gồm việc chế tạo mẫu thí nghiệm và thực hiện thí nghiệm mỏi bề mặt trên máy thí nghiệm mỏi đa năng. Mẫu thí nghiệm được thiết kế để mô phỏng điều kiện làm việc thực tế của đường ray. Sau khi thực hiện thí nghiệm, nhiễu x quang được sử dụng để phân tích kết quả, giúp xác định các vết nứt và tình trạng mỏi của thép P43. Kết quả thu được từ thí nghiệm sẽ được so sánh với các tiêu chuẩn hiện có để đánh giá độ tin cậy và hiệu quả của phương pháp. Việc áp dụng nhiễu x quang trong nghiên cứu này không chỉ mang lại những hiểu biết mới về mỏi bề mặt mà còn mở ra hướng đi mới cho các nghiên cứu tiếp theo trong lĩnh vực vật liệu.

IV. Kết quả và thảo luận

Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng thép P43 có khả năng chịu mỏi tốt trong điều kiện làm việc bình thường. Tuy nhiên, khi chịu tải trọng lớn và lặp đi lặp lại, mỏi bề mặt bắt đầu xuất hiện. Các vết nứt nhỏ được phát hiện thông qua nhiễu x quang cho thấy sự cần thiết phải theo dõi và bảo trì định kỳ. Việc đánh giá trạng thái mỏi không chỉ giúp kéo dài tuổi thọ của đường ray mà còn đảm bảo an toàn cho hệ thống giao thông. Nghiên cứu cũng chỉ ra rằng, việc áp dụng các công nghệ hiện đại như nhiễu x quang trong việc đánh giá tình trạng mỏi là rất cần thiết, giúp phát hiện sớm các vấn đề tiềm ẩn và đưa ra các biện pháp khắc phục kịp thời.

V. Kết luận và kiến nghị

Đề tài đã xác định được trạng thái mỏi của thép P43 thông qua việc áp dụng nhiễu x quang. Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng, việc theo dõi và đánh giá tình trạng mỏi là rất quan trọng trong việc bảo trì và nâng cao độ bền của đường ray. Đề xuất các nghiên cứu tiếp theo nên tập trung vào việc phát triển các phương pháp mới để cải thiện độ bền của thép P43 và áp dụng công nghệ hiện đại trong việc giám sát tình trạng mỏi. Việc này không chỉ giúp nâng cao hiệu quả sử dụng đường ray mà còn góp phần vào sự phát triển bền vững của ngành giao thông vận tải.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong ngành giao thông vận tải đường sắt, thép ray đóng vai trò then chốt trong việc đảm bảo an toàn và độ bền của hệ thống đường ray. Thép P43 là loại thép được sử dụng phổ biến cho đường ray tại Việt Nam, tuy nhiên hiện nay Việt Nam chưa sản xuất được loại thép này, dẫn đến việc phải nhập khẩu với chi phí lớn. Theo ước tính, hàng năm có hàng chục km thanh ray P43 được thay thế để đảm bảo an toàn vận hành. Hiện tượng mỏi bề mặt do tiếp xúc lăn là nguyên nhân chính gây ra các dạng hư hỏng như vết nứt, tróc vảy, vết lồi lõm trên bề mặt thép ray, ảnh hưởng nghiêm trọng đến tuổi thọ và độ bền của đường ray.

Mục tiêu nghiên cứu của luận văn là sử dụng phương pháp nhiễu xạ X-quang để xác định trạng thái mỏi bề mặt của thép P43 dùng làm đường ray, từ đó dự báo thời hạn sử dụng và đề xuất các giải pháp nâng cao độ bền. Nghiên cứu tập trung vào việc chế tạo mẫu thí nghiệm mỏi dạng trụ, thực hiện thí nghiệm mỏi do tiếp xúc lăn trên máy thí nghiệm đa năng tại phòng thí nghiệm REME, đồng thời phân tích ứng suất dư và biến dạng mạng tinh thể bằng kỹ thuật nhiễu xạ tia X. Phạm vi nghiên cứu giới hạn trong vật liệu thép ray P43 chưa qua sử dụng, với các mẫu thí nghiệm được chế tạo và thử nghiệm trong khoảng thời gian từ năm 2012 đến 2014 tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh.

Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc nâng cao hiệu quả sử dụng thép ray, giảm lượng nhập khẩu, đồng thời góp phần phát triển ngành đường sắt Việt Nam theo hướng hiện đại và bền vững. Kết quả nghiên cứu cũng cung cấp cơ sở khoa học cho việc bảo trì, sửa chữa và dự báo tuổi thọ đường ray, góp phần giảm thiểu rủi ro tai nạn do hư hỏng mỏi.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình nghiên cứu sau:

• Hiện tượng mỏi kim loại: Mỏi là hiện tượng phá hủy vật liệu dưới tác dụng của ứng suất biến đổi theo thời gian, dù ứng suất này nhỏ hơn giới hạn bền hoặc giới hạn đàn hồi. Các chỉ tiêu đánh giá mỏi bao gồm giới hạn mỏi, đường cong mỏi Wöhler, và các chỉ tiêu về ứng suất, biến dạng, năng lượng và vết nứt mỏi.

• Định luật Hertzian: Mô tả ứng suất tiếp xúc giữa bánh xe và đường ray, giúp tính toán ứng suất tiếp xúc và phân bố lực trên bề mặt thép ray trong quá trình vận hành.

• Định luật Bragg và phương pháp nhiễu xạ X-quang: Cơ sở vật lý để xác định cấu trúc mạng tinh thể và ứng suất dư trong vật liệu. Phương pháp này cho phép phát hiện sớm các biến dạng do mỏi trên bề mặt thép ray thông qua phân tích đường nhiễu xạ và vị trí đỉnh nhiễu xạ.

• Phương pháp Parabol và Gaussian: Các kỹ thuật xử lý dữ liệu nhiễu xạ X-quang nhằm hiệu chỉnh nền và xác định chính xác vị trí đỉnh nhiễu xạ, từ đó đánh giá mức độ biến dạng và ứng suất tồn dư.

Các khái niệm chính bao gồm: mỏi tiếp xúc lăn (Rolling Contact Fatigue), ứng suất dư, biến dạng mạng tinh thể, vết nứt mỏi, và các dạng hư hỏng mỏi như tróc vảy, vết lồi lõm, vết nứt dọc và ngang.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính là các mẫu thép ray P43 chưa qua sử dụng được chế tạo thành mẫu thí nghiệm dạng trụ, mô phỏng điều kiện tiếp xúc lăn thực tế giữa bánh xe và đường ray. Thí nghiệm mỏi được thực hiện trên máy thí nghiệm mỏi đa năng tại phòng thí nghiệm REME, với tải trọng trục 700N, nhằm tạo ra các chu kỳ mỏi lăn tương ứng với điều kiện vận hành thực tế.

Cỡ mẫu gồm nhiều mẫu thí nghiệm được chọn ngẫu nhiên từ thép ray P43 nhập khẩu, đảm bảo tính đại diện. Phương pháp chọn mẫu dựa trên tiêu chí đồng nhất về thành phần hóa học và đặc tính cơ học để giảm thiểu sai số.

Phân tích dữ liệu sử dụng kỹ thuật nhiễu xạ X-quang với máy X’Pert Pro (Panalytical, Hà Lan) và máy nhiễu xạ cầm tay AXFG3005. Dữ liệu nhiễu xạ được xử lý bằng phương pháp Parabol và Gaussian để hiệu chỉnh nền và xác định vị trí đỉnh nhiễu xạ, từ đó tính toán ứng suất dư và biến dạng mạng tinh thể.

Timeline nghiên cứu kéo dài từ tháng 5/2012 đến tháng 4/2014, bao gồm các giai đoạn: tổng quan lý thuyết, thiết kế và chế tạo mẫu thí nghiệm, thực hiện thí nghiệm mỏi, phân tích dữ liệu nhiễu xạ X-quang, và tổng hợp kết quả.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Xây dựng được đường cong mỏi Wöhler cho thép ray P43: Kết quả thí nghiệm mỏi cho thấy giới hạn mỏi của thép P43 nằm trong khoảng 500-600 MPa, với số chu kỳ mỏi đạt tới khoảng 10^6 chu kỳ dưới tải trọng trục 700N. Đường cong mỏi thể hiện rõ sự giảm ứng suất giới hạn khi số chu kỳ tăng lên, phù hợp với các nghiên cứu quốc tế về thép ray.

2. Phát hiện ứng suất dư và biến dạng mạng tinh thể qua nhiễu xạ X-quang: Phân tích đường nhiễu xạ X-quang cho thấy sự dịch chuyển vị trí đỉnh nhiễu xạ theo số chu kỳ mỏi, phản ánh sự tích tụ ứng suất dư và biến dạng mạng tinh thể do mỏi lăn. Bề rộng đường nhiễu xạ tăng dần theo số chu kỳ, cho thấy mức độ biến cứng bề mặt tăng lên.

3. Mối liên hệ giữa biến cứng do mỏi và bề rộng đường nhiễu xạ: Kết quả cho thấy bề rộng đường nhiễu xạ có tương quan thuận với mức độ biến cứng bề mặt, cho phép dự báo thời hạn phục vụ của thanh ray dưới tải xác định. Ví dụ, khi bề rộng đường nhiễu xạ đạt giá trị nhất định, thép ray bắt đầu xuất hiện các vết nứt mỏi sớm.

4. So sánh phương pháp nhiễu xạ X-quang với soi kim tương: Phương pháp nhiễu xạ X-quang cho phép phát hiện sớm các biến dạng mỏi bề mặt trước khi các vết nứt có thể quan sát bằng soi kim tương, nâng cao hiệu quả kiểm tra và bảo trì đường ray.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của hiện tượng mỏi bề mặt thép ray P43 là do ứng suất tiếp xúc lăn lớn và lặp đi lặp lại trong quá trình vận hành tàu hỏa. Ứng suất này gây ra biến dạng mạng tinh thể và tích tụ ứng suất dư, dẫn đến sự hình thành và phát triển vết nứt mỏi. Kết quả thí nghiệm phù hợp với các lý thuyết về mỏi kim loại và các nghiên cứu trước đây trên thép ray và vật liệu kim loại khác.

Việc sử dụng phương pháp nhiễu xạ X-quang giúp phát hiện sớm các biến dạng mỏi, cung cấp dữ liệu định lượng về mức độ biến cứng và ứng suất dư, từ đó dự báo chính xác hơn tuổi thọ của thép ray. So với các phương pháp truyền thống như soi kim tương hay siêu âm, phương pháp này có ưu điểm là không phá hủy mẫu, độ nhạy cao và khả năng phân tích cấu trúc tinh thể.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ đường cong mỏi Wöhler, biểu đồ biến đổi bề rộng đường nhiễu xạ theo số chu kỳ, và bảng so sánh ứng suất dư giữa các mẫu thí nghiệm. Những biểu đồ này minh họa rõ ràng mối quan hệ giữa tải trọng, số chu kỳ và mức độ mỏi bề mặt.

Kết quả nghiên cứu góp phần nâng cao hiểu biết về cơ chế mỏi tiếp xúc lăn trên thép ray P43, đồng thời cung cấp cơ sở khoa học cho việc thiết kế, chế tạo và bảo trì đường ray nhằm kéo dài tuổi thọ và giảm chi phí vận hành.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Áp dụng phương pháp nhiễu xạ X-quang trong kiểm tra định kỳ đường ray: Đề nghị các đơn vị quản lý đường sắt triển khai sử dụng kỹ thuật này để phát hiện sớm các dấu hiệu mỏi bề mặt, từ đó có kế hoạch bảo trì và thay thế kịp thời, giảm thiểu rủi ro tai nạn. Thời gian thực hiện trong vòng 1-2 năm, chủ thể là các phòng thí nghiệm chuyên ngành và đơn vị bảo trì đường sắt.

2. Phát triển tiêu chuẩn kỹ thuật cho thép ray P43 dựa trên kết quả nghiên cứu mỏi: Cập nhật các tiêu chuẩn về thành phần hóa học, đặc tính cơ học và giới hạn mỏi nhằm nâng cao chất lượng thép ray sản xuất trong nước hoặc nhập khẩu. Thời gian thực hiện 3 năm, chủ thể là Bộ Giao thông Vận tải phối hợp với các viện nghiên cứu và nhà sản xuất thép.

3. Thiết kế và chế tạo mẫu thí nghiệm mỏi chuẩn cho đánh giá chất lượng thép ray: Xây dựng quy trình chuẩn trong phòng thí nghiệm để đánh giá khả năng chịu mỏi của thép ray trước khi đưa vào sử dụng. Thời gian thực hiện 1 năm, chủ thể là các trường đại học và trung tâm nghiên cứu vật liệu.

4. Tăng cường đào tạo và nâng cao năng lực kỹ thuật cho cán bộ bảo trì đường sắt: Tổ chức các khóa đào tạo về kỹ thuật phân tích mỏi, sử dụng thiết bị nhiễu xạ X-quang và các phương pháp kiểm tra hiện đại khác. Thời gian thực hiện liên tục, chủ thể là các cơ sở đào tạo và đơn vị quản lý đường sắt.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành kỹ thuật cơ khí, vật liệu: Luận văn cung cấp kiến thức chuyên sâu về hiện tượng mỏi kim loại, phương pháp thí nghiệm và phân tích ứng suất bằng nhiễu xạ X-quang, hỗ trợ nghiên cứu và học tập chuyên ngành.

2. Các kỹ sư và chuyên gia bảo trì đường sắt: Thông tin về cơ chế mỏi và kỹ thuật phát hiện sớm giúp nâng cao hiệu quả công tác bảo trì, giảm thiểu sự cố và kéo dài tuổi thọ đường ray.

3. Các nhà sản xuất thép và vật liệu xây dựng: Kết quả nghiên cứu giúp cải tiến quy trình sản xuất thép ray, nâng cao chất lượng sản phẩm đáp ứng yêu cầu kỹ thuật và tuổi thọ sử dụng.

4. Cơ quan quản lý và hoạch định chính sách giao thông vận tải: Cung cấp cơ sở khoa học để xây dựng tiêu chuẩn kỹ thuật, chính sách bảo trì và phát triển hạ tầng đường sắt bền vững.

Câu hỏi thường gặp

1. Phương pháp nhiễu xạ X-quang có ưu điểm gì trong nghiên cứu mỏi thép ray?
   Phương pháp này không phá hủy mẫu, cho phép phát hiện sớm biến dạng mạng tinh thể và ứng suất dư trên bề mặt thép ray. Ví dụ, nó giúp phát hiện các vết nứt mỏi trước khi có thể quan sát bằng mắt thường hoặc soi kim tương.

2. Giới hạn mỏi của thép P43 là bao nhiêu?
   Theo kết quả thí nghiệm, giới hạn mỏi của thép P43 nằm trong khoảng 500-600 MPa dưới tải trọng trục 700N, với số chu kỳ mỏi đạt tới khoảng 10^6 chu kỳ.

3. Tại sao hiện tượng mỏi tiếp xúc lăn lại quan trọng đối với đường ray?
   Hiện tượng này gây ra các dạng hư hỏng như vết nứt, tróc vảy, vết lồi lõm trên bề mặt thép ray, ảnh hưởng trực tiếp đến tuổi thọ và an toàn vận hành của đường ray.

4. Phương pháp thí nghiệm mỏi được thực hiện như thế nào?
   Mẫu thí nghiệm dạng trụ được chế tạo từ thép ray P43, sau đó chịu tải trọng lăn trên máy thí nghiệm mỏi đa năng để mô phỏng điều kiện vận hành thực tế, tạo ra các chu kỳ mỏi lăn.

5. Làm thế nào để dự báo thời hạn sử dụng của thanh ray?
   Dựa trên mối quan hệ giữa biến cứng do mỏi và bề rộng đường nhiễu xạ X-quang, có thể dự báo thời hạn phục vụ của thanh ray dưới tải xác định, giúp lập kế hoạch bảo trì và thay thế hợp lý.

Kết luận

• Luận văn đã xây dựng thành công đường cong mỏi Wöhler cho thép ray P43, xác định giới hạn mỏi và số chu kỳ chịu tải tương ứng.
• Phương pháp nhiễu xạ X-quang được áp dụng hiệu quả để phát hiện sớm biến dạng và ứng suất dư do mỏi trên bề mặt thép ray.
• Mối liên hệ giữa biến cứng do mỏi và bề rộng đường nhiễu xạ cho phép dự báo chính xác thời hạn sử dụng của thanh ray.
• Kết quả nghiên cứu góp phần nâng cao hiệu quả sử dụng thép ray, giảm chi phí nhập khẩu và tăng cường an toàn vận hành đường sắt.
• Đề xuất triển khai ứng dụng kỹ thuật nhiễu xạ X-quang trong kiểm tra định kỳ và phát triển tiêu chuẩn kỹ thuật cho thép ray P43.

Tiếp theo, cần mở rộng nghiên cứu áp dụng phương pháp này cho các loại thép ray khác và phát triển hệ thống kiểm tra tự động tại hiện trường. Các đơn vị quản lý và nghiên cứu được khuyến khích phối hợp triển khai ứng dụng kết quả nghiên cứu nhằm nâng cao chất lượng và tuổi thọ hệ thống đường sắt quốc gia.

Trích đoạn nội dung tài liệu

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ LÊ THỂ TIẾN NGHIÊN CỨU, XÁC ĐỊNH TRẠNG THÁI MỎI BỀ MẶT CỦA CỦA THÉP P43 DÙNG LÀM ĐƯỜNG RAY BẰNG NHIỄU XẠ X-QUANG S K C 0 0 3 9 5 9 NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ - 60520103 S KC 0 0 4 2 2 4 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 4 năm 2014 Luan van BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ LÊ THỂ TIẾN NGHIÊN CỨU, XÁC ĐỊNH TRẠNG THÁI MỎI BỀ MẶT CỦA CỦA THÉP P43 DÙNG LÀM ĐƯỜNG RAY BẰNG NHIỄU XẠ X-QUANG NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ - 60520103 HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS LÊ CHÍ CƯƠNG Tp. Hồ Chí Minh, tháng 4 năm 2014 Luan van BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT Độc lập – Tự Do – Hạnh Phúc THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH XÁC NHẬN CỦA CÁN BỘ HƢỚNG DẪN (Học viên đóng kèm xác nhận này vào quyển LVTN) Họ và tên học viên: Lê Thể Tiến MSHV: 1202520103013 Chuyên ngành: Kĩ thuật cơ khí Khóa : 2012 – 2014 A Tên đề tài: “Nghiên cứu, xác định trạng thái mỏi bề mặt của thép P43 dùng làm đường ray bằng nhiễu xạ X-quang” Học viên đã hoàn thành LVTN theo đúng yêu cầu về nội dung và hình thức (theo qui định) của một luận văn thạc sĩ. Hồ Chí Minh, ngày tháng 04 năm 2014 Giảng viên hƣớng dẫn (Ký & ghi rõ họ tên) i Luan van LÝ LỊCH KHOA HỌC (Dùng cho nghiên cứu sinh & học viên cao học) I.

LÝ LỊCH SƠ LƢỢC Họ & tên: Lê Thể Tiến Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 24/11/1988 Nơi sinh: Quy Nhơn Quê quán: Nhơn Phúc – An Nhơn – Bình Định Dân tộc: Kinh Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc: 118/13 – Man Thiện – Quận 9 - TP.HCM Điện thoại cơ quan: Điện thoại di động: [phone] Fax: E-mail: thetien88@gmail. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO 1. Đại học: Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian đào tạo : 09/2006 đến 08/2011 Nơi học (trƣờng, thành phố): Đại học Sƣ phạm Kỹ Thuật TP. HCM Ngành học: Cơ khí chế tạo máy 2.

Thạc sĩ: Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian đào tạo : 05/2012 đến 05/ 2014 Nơi học (trƣờng, thành phố): Đại học Sƣ phạm Kỹ Thuật TP. HCM Ngành học: Kỹ Thuật Cơ Khí Tên luận văn: “ Nghiên cứu, xác định trạng thái mỏi bề mặt của thép P43 dùng làm đƣờng ray bằng nhiễu xạ X-quang ” Ngày & nơi bảo vệ luận văn: 26/04/2014 tại Trƣờng Đại học Sƣ phạm Kỹ Thuật TP. Ngƣời hƣớng dẫn : PGS.Lê Chí Cƣơng 3. Trình độ ngoại ngữ (biết ngoại ngữ gì, mức độ): Anh Văn B1(Khung Châu Âu).

Ngày tháng 04 năm 2014 Ngƣời khai ký tên Lê Thể Tiến ii Luan van LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn tốt nghiệp này là công trình do chính tôi nghiên cứu và thực hiện. Tôi không sao chép từ bất kỳ một bài viết nào đã đƣợc công bố mà không trích dẫn nguồn gốc. Nếu có bất kỳ một sự vi phạm nào, tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm”. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chƣa từng đƣợc ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác.

Hồ Chí Minh, ngày tháng 04 năm 2014 Lê Thể Tiến iii Luan van LỜI CẢM ƠN Đề tài luận văn tốt nghiệp: “Nghiên cứu xác định trạng thái mỏi bề mặt của thép P43 dùng làm đường ray bằng nhiễu xạ X-quang” sau một thời gian nhất định để thực hiện đã hoàn thành. Ngoài sự nỗ lực và cố gắng của bản thân, trong quá trình nghiên cứu và thực hiện tôi đã gặp không ít khó khăn. Nhờ có sự hƣớng dẫn giúp đỡ tận tình của quý thầy cô, bạn bè, gia đình tôi đã vƣợt qua và hoàn thành luận văn của mình. Để tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc, tôi xin chân thành cảm ơn:  Thầy hƣớng dẫn khoa học PGS.TS Lê Chí Cƣơng đã dành nhiều thời gian, tâm huyết và nhiệt tình hƣớng dẫn, định hƣớng, góp ý, động viên tôi trong suốt quá trình thực hiện luận văn.

 Quý thầy cô Khoa Cơ khí đã tạo mọi điều kiện thuận lợi để tôi hoàn thành tốt luận văn.  Quý thầy cô Ban Giám hiệu, Phòng Đào tạo trƣờng Đại học Sƣ phạm Kỹ thuật Tp. Hồ Chí Minh đã tạo điều kiện tốt nhất giúp tôi hoàn thành đề tài.  Các anh, chị, bạn bè, trong và ngoài lớp đã động viên, giúp đỡ tôi tận tình trong suốt thời gian thực hiện luận văn.

 Gia đình, ngƣời thân đã ủng hộ về tinh thần, vật chất và tạo điều kiện cho tôi trong suốt những năm học vừa qua.p Hồ Chí Minh, tháng 04 năm 2014 iv Luan van TÓM TẮT Nhu cầu thực tế về thí nghiệm mỏi các loại thép ray để tăng độ bền sử dụng trong ngành cơ khí, giao thông vận tải ở Việt Nam với độ tin cậy cao là cấp thiết. Đề tài: “Nghiên cứu xác định trạng thái mỏi bề mặt của thép P43 dùng làm đường ray bằng nhiễu xạ X - quang” nghiên cứu, đề xuất và chế tạo mẫu thí nghiệm mỏi nhằm nghiên cứu khả năng kéo dài thời gian sử dụng thanh ray.Qua đó, cho phép sử dụng hiệu quả thanh ray giảm lƣợng nhập khẩu. Quá trình thực hiện đề tài bao gồm các nội dung sau: a. Giới thiệu tổng quan về đƣờng ray xe lửa và tàu hỏa.

Tìm hiểu về cơ sở lý thuyết mỏi, định luật Hertzian, định luật Bragg và phƣơng pháp Parabol, Gaussian là cơ sở để tính toán ứng suất tiếp xúc, chế tạo mẫu thí nghiệm và đánh giá kết quả sau khi thí nghiệm. Khảo sát chế độ làm việc của đƣờng ray và nghiên cứu đề xuất mẫu thí nghiệm mỏi. Thực hiện thí nghiệm mỏi do tiếp xúc lăn sau đó nhiễu xạ X – quang so sánh với soi kim tƣơng nhằm dự đoán sự mỏi sớm của bề mặt thép ray P43. v Luan van ABSTRACT Actual needs of new experimental steel rails used to increase durability in mechanical engineering, transportation in Vietnam with high reliability is imperative.

Topic : "Study to determine the status of surface fatigue P43 steel rails used by diffracted X - ray " study , propose and prototype new experiments aimed at studying the possibility of prolonged use rails. Thereby , allowing efficient use of rails, reducing imports. The process to implement the project include: a. Overview of train tracks and trains.

Learn about the theoretical basis of fatigue , Hertzian law , Bragg 's law and parabolic methods , Gaussian calculation basis for stress exposure , prototyping and experimental evaluation results after the experiment. Survey modes of rail work and study proposes new sample. Perform laboratory rolling contact fatigue then diffracted X - ray compare with hypodermic needle relative to the early prediction of surface strain P43 steel rails. vi Luan van MỤC LỤC TRANG TỰA QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI XÁC NHẬN CỦA CÁN BỘ HƢỚNG DẪN.

i LÝ LỊCH KHOA HỌC. ii LỜI CAM ĐOAN. iii LỜI CẢM ƠN. vii DANH SÁCH CÁC HÌNH.

xii DANH SÁCH CÁC BẢNG. xvi Chƣơng 1. Mục tiêu đề tài. Nội dung nghiên cứu.

Phạm vi và giới hạn nghiên cứu .Tính mới của đề tài. Kết cấu của luận văn tốt nghiệp. Chức năng đƣờng ray xe lửa/ tàu hỏa .Đƣờng ray xe lửa .Hình dạng và kích thƣớc hình học của ray[9] .Phụ tùng nối giữ ray .Phụ kiện giữ ray với tà vẹt gỗ[9]. 11 vii Luan van 2.Phụ kiện giữ ray với tà vẹt bê tông[9] .Mối nối ray và phụ kiện mối nối[9].

Điều kiện hoạt động[9] .Thông số kỹ thuật thép ray .Kết cấu toa xe. Bộ phận chạy .3 Phân bố tải lên đƣờng ray .Các dạng hƣ hỏng mỏi do tiếp xúc lăn trên đƣờng ray. Độ nhấp nhô đƣờng sắt .Hƣ hỏng mỏi do tiếp xúc lăn trên đƣờng ray[22].Các nghiên cứu trong và ngoài nƣớc. Các nghiên cứu ngoài nƣớc.

Các nghiên cứu trong nƣớc. Hiện tƣợng mỏi của kim loại. Hiện tƣợng mỏi. Giới hạn mỏi.

Đƣờng cong mỏi. Những chỉ tiêu phá hủy mỏi. Chỉ tiêu về ứng suất và biến dạng. 50 viii Luan van 3.

Chỉ tiêu về năng lƣợng. Chỉ tiêu về vết nứt mỏi. Những yếu tố ảnh hƣởng tới độ bền mỏi. Vật liệu và quá trình xử lý nhiệt.

Trạng thái ứng suất. Kích thƣớc tuyệt đối. Hình dạng kết cấu. Công nghệ gia công cơ khí.

Oxi hóa và thoát cacbon. Ảnh hƣởng của hiện tƣợng Fretting (hiện tƣợng mỏi – mòn – rỉ). Cơ chế lan truyền vết nứt. Các pha trên đƣờng cong mỏi Wöhler.

Nghiên cứu bề mặt phá hủy mỏi của các tiết máy thực tế. Giải thích cơ chế của sự phá hủy mỏi. Các dạng phƣơng trình lan truyền vết nứt mỏi. Điều kiện ngừng lan truyền vết nứt mỏi.Giới thiệu về Hertz [29] .Định luật Hertz [29] .Phƣơng pháp nhiễu xạ tia X.

Nguồ n gố c tia x và ƣ́ng du ̣ng[8]. Nhiễu xa ̣ tia X. Công thức Bragg[8].Thông số máy nhiễu xạ[8].Các loại máy nhiễu xạ cầm tay:. Cơ sở cấ u trúc ma ̣ng tinh thể.

78 ix Luan van 3. Mạng không gian và ô cơ sở [12] .3 Hệ số xếp và số sắp xếp .Cấ u trúc ma ̣ng tinh thể của pha ferit và austenite [3]. Chỉ số Miller. Chỉ số Miller đƣợc định nghĩa nhƣ sau.

Để xác định chỉ số Miller cần phải theo trình tự sau. Các bề mặt nhiễu xạ của pha ferit và austennite: .Hiệu chỉnh đƣờng nhiễu xạ x-ray [31] .Phƣơng pháp xác định vị trí đỉnh[31] .1 Phƣơng pháp parabola. Phƣơng pháp đƣờng cong Gaussian[31] .Phƣơng pháp tiến hành xƣ̉ lý dữ liê ̣u đo đa ̣c[31]. Hiệu chỉnh nền nhiễu xạ.Chọn phạm vi bề rô ̣ng đáy nhiễu xạ X :.NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT THIẾT KẾ CHI TIẾT MẪU .Khảo sát điều kiện làm việc của đƣờng ray .Xét mô hình thực tế bánh xe lửa tiếp xúc với đƣờng sắt .Từ mô hình thực tế chuyển qua phù hợp với mô hình thí nghiệm.

Mô hình thí nghiệm .Nghiên cứu đề xuất mẫu thí nghiệm .Tính toán lực F khi con lăn tác dụng lên mẫu thí nghiệm.Xử lý kết quả thực nghiệm[16] .THỰC NGHIỆM VÀ TÍNH TOÁN KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM.KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .122 x Luan van TÀI LIỆU THAM KHẢO .127 xi Luan van DANH SÁCH CÁC HÌNH Hình 2.Bánh xe tiếp xúc đƣờng ray .Tuyến đƣờng ray .Đƣờng ray đặt trên bê tông .Hình dạng mặt cắt ray .Mặt cắt ray P43. Liên kết ray với tà vẹt gỗ .Hình dạng, kích thƣớc của đinh móc và đinh vít của Liên Xô .Các loại đinh đàn hồi.Phối kiện tia rơ phông cóc của Liên Xô. Mối nối đƣờng ray.Bố trí tà vẹt chỗ mối nối .