Ống thép chịu thời tiết Corten ASTM A709-50W

Tháng một 16, 2026

Phân tích khuỷu tay thép không gỉ WP304 uốn nóng

Phân tích nguyên nhân nứt thành trong của khuỷu thép không gỉ WP304 trong quá trình uốn ép nóng

trừu tượng: Thép không gỉ WP304, như một vật liệu thép không gỉ austenit được sử dụng rộng rãi, được áp dụng rộng rãi trong các thành phần khuỷu tay của hóa dầu, vũ trụ, và các lĩnh vực kỹ thuật hàng hải do tính xuất sắc của nó sự ăn mòn điện trở, tính chất cơ học, và ổn định nhiệt độ cao. Tạo hình uốn đẩy nóng là quy trình sản xuất chủ đạo cho khuỷu tay bằng thép không gỉ, có hiệu quả sản xuất cao, chất lượng hình thành tốt, và khả năng thích ứng mạnh mẽ với các hình dạng phức tạp. Tuy nhiên, nứt tường bên trong thường xảy ra trong quá trình tạo hình uốn đẩy nóng của khuỷu tay inox WP304, ảnh hưởng nghiêm trọng đến tỷ lệ chất lượng sản phẩm, làm tăng chi phí sản xuất, và thậm chí còn gây ra những mối nguy hiểm tiềm ẩn về an toàn đối với hoạt động tiếp theo của khuỷu tay. Để giải quyết vấn đề kỹ thuật này, Bài báo này tiến hành nghiên cứu chuyên sâu về nguyên nhân gây ra vết nứt thành trong của khuỷu thép không gỉ WP304 trong quá trình tạo hình uốn đẩy nóng.

Trước hết, bài báo trình bày chi tiết về đặc tính vật liệu của thép không gỉ WP304, bao gồm cả thành phần hóa học của nó, vi, và tính chất cơ học ở nhiệt độ cao, đặt nền tảng lý thuyết cho việc phân tích cơ chế crack. thứ hai, nó giới thiệu nguyên lý cơ bản và các thông số quy trình chính của quy trình tạo hình uốn đẩy nóng, và làm rõ định luật phân bố ứng suất - biến dạng của khuỷu trong quá trình tạo hình, đặc biệt là hiện tượng tập trung ứng suất lên thành trong. Sau đó, thông qua sự kết hợp nghiên cứu văn học, phân tích thực nghiệm, và mô phỏng phần tử hữu hạn, nguyên nhân chính gây ra vết nứt tường bên trong được phân tích một cách có hệ thống, trong đó có yếu tố vật chất (chẳng hạn như sự bao gồm, Kích thước hạt, và căng thẳng dư), yếu tố quá trình (chẳng hạn như nhiệt độ hình thành, tốc độ đẩy, thiết kế khuôn, và sưởi ấm đồng đều), và các yếu tố môi trường (chẳng hạn như quá trình oxy hóa và khử cacbon). cuối cùng, các biện pháp phòng ngừa và kiểm soát tương ứng được đề xuất dựa trên nguyên nhân gây nứt, chẳng hạn như tối ưu hóa thành phần hóa học của vật liệu, cải thiện quá trình xử lý nhiệt, tối ưu hóa các thông số quá trình uốn đẩy nóng, và cải thiện cấu trúc khuôn.

Kết quả nghiên cứu cho thấy hiện tượng nứt thành trong của khuỷu inox WP304 trong quá trình tạo hình uốn đẩy nóng là kết quả toàn diện của nhiều yếu tố. Trong số họ, sự kết hợp không hợp lý của nhiệt độ hình thành và tốc độ đẩy, sự gia nhiệt không đều của phôi, cấu trúc khuôn không hợp lý dẫn đến sự tập trung ứng suất quá mức vào thành trong, và sự tồn tại của các tạp chất có hại trong vật liệu là những yếu tố chính gây ra nứt. Các biện pháp phòng ngừa được đề xuất trong bài viết này có thể làm giảm hiệu quả sự xuất hiện vết nứt của tường bên trong, nâng cao tỷ lệ chất lượng sản phẩm của khuỷu tay thép không gỉ WP304, và hỗ trợ kỹ thuật để doanh nghiệp sản xuất ổn định và hiệu quả. Nghiên cứu này có ý nghĩa quan trọng về mặt lý thuyết và giá trị ứng dụng thực tiễn nhằm nâng cao trình độ sản xuất khuỷu tay thép không gỉ WP304 và đảm bảo vận hành an toàn các thiết bị kỹ thuật..

Từ khóa: Thép không gỉ WP304; khuỷu tay; uốn ép nóng; nứt tường bên trong; phân tích nguyên nhân; biện pháp phòng ngừa

1. Giới thiệu

1.1 Bối cảnh nghiên cứu và ý nghĩa

Trong những năm gần đây, với sự phát triển nhanh chóng của ngành hóa dầu toàn cầu, điện hạt nhân, vũ trụ, và ngành kỹ thuật hàng hải, nhu cầu về hiệu suất cao đường ống dẫn thành phần ngày càng tăng. Là thành phần kết nối quan trọng trong hệ thống đường ống, khuỷu tay đóng một vai trò quan trọng trong việc thay đổi hướng dòng chất lỏng và đảm bảo đường ống vận hành trơn tru. Thép không gỉ WP304 là thép không gỉ austenit với hệ hợp kim Cr-Ni, có khả năng chống ăn mòn tuyệt vời (đặc biệt là chống lại khí quyển, nước, và phương tiện hóa học), độ bền nhiệt độ cao và độ dẻo dai tốt, và khả năng định hình và khả năng hàn tuyệt vời. vì thế, Khuỷu tay inox WP304 được sử dụng rộng rãi trong môi trường làm việc khắc nghiệt như nhiệt độ cao, áp lực cao, và ăn mòn mạnh.

Tạo hình uốn đẩy nóng là một quy trình hoàn thiện và hiệu quả để sản xuất khuỷu tay bằng thép không gỉ. So với các quá trình tạo hình khác như tạo hình dập và tạo hình rèn, tạo hình uốn đẩy nóng có ưu điểm là quy trình xử lý đơn giản, hiệu quả sản xuất cao, chi phí khuôn thấp, và độ đồng đều tốt của độ dày thành khuỷu hình thành. Nó đặc biệt thích hợp cho việc sản xuất hàng loạt khuỷu tay với đường kính và bán kính uốn khác nhau. Tuy nhiên, trong quá trình sản xuất thực tế, do những thay đổi vật lý và hóa học phức tạp và trạng thái căng thẳng của vật liệu trong quá trình gia công nóng, các khuyết tật khác nhau có thể xảy ra ở khuỷu tay được hình thành, trong đó nứt tường bên trong là một trong những khuyết tật thường gặp và có hại nhất.

Vết nứt thành trong của khuỷu tay inox WP304 không chỉ làm giảm tính chất cơ học (chẳng hạn như sức mạnh, sự dẻo dai, và khả năng chống mệt mỏi) của khuỷu tay mà còn cung cấp các kênh cho sự xâm nhập của môi trường ăn mòn, đẩy nhanh quá trình ăn mòn của khuỷu tay. Trong trường hợp nặng, nó thậm chí có thể dẫn đến rò rỉ đường ống, gây tai nạn lớn về an toàn và thiệt hại về kinh tế. Ví dụ, trong một nhà máy hóa dầu ở 2022, xảy ra tai nạn rò rỉ đường ống do khuỷu tay thép không gỉ WP304 bị nứt trong quá trình vận hành, dẫn đến rò rỉ phương tiện truyền thông độc hại và có hại, không chỉ gây thiệt hại trực tiếp về kinh tế hơn 5 triệu nhân dân tệ nhưng cũng gây ra mối đe dọa nghiêm trọng đối với môi trường xung quanh và sự an toàn của nhân viên. Các cuộc điều tra sau đó cho thấy nguyên nhân sâu xa của vết nứt khuỷu là sự tồn tại của các vết nứt nhỏ trên thành trong được hình thành trong quá trình tạo hình uốn đẩy nóng, dần dần mở rộng dưới tác động của ứng suất sử dụng lâu dài và môi trường ăn mòn.

vì thế, tiến hành nghiên cứu chuyên sâu về nguyên nhân gây nứt thành trong của khuỷu thép không gỉ WP304 trong quá trình tạo hình uốn đẩy nóng, và đề xuất các biện pháp phòng ngừa có mục tiêu, có ý nghĩa thiết thực to lớn trong việc nâng cao chất lượng sản phẩm khuỷu tay, giảm chi phí sản xuất, đảm bảo vận hành an toàn hệ thống đường ống, và thúc đẩy sự phát triển lành mạnh của các ngành liên quan. Cùng một lúc, Nghiên cứu này còn có thể làm phong phú thêm hệ thống lý thuyết gia công nóng thép không gỉ austenit., cung cấp tài liệu tham khảo cho việc nghiên cứu các vấn đề nứt trong các quá trình tạo hình nóng tương tự khác.

1.2 Tình trạng nghiên cứu trong và ngoài nước

Hiện tại, nhiều học giả trong và ngoài nước đã thực hiện các nghiên cứu liên quan về quá trình tạo hình nóng và kiểm soát khuyết tật của khuỷu tay thép không gỉ. Về quá trình tạo hình uốn đẩy nóng, các học giả nước ngoài đã tiến hành nghiên cứu chuyên sâu về cơ chế tạo hình và tối ưu hóa thông số quy trình. Ví dụ, Smith và cộng sự. (2020) sử dụng phần mềm mô phỏng phần tử hữu hạn để mô phỏng quá trình tạo hình uốn đẩy nóng của các khuỷu thép không gỉ austenit, đã phân tích quy luật phân bố ứng suất - biến dạng của khuỷu trong quá trình tạo hình, và phát hiện ra rằng thành trong của khuỷu chịu ứng suất nén và thành ngoài chịu ứng suất kéo, và sự tập trung ứng suất rõ ràng nhất ở cung trong của khuỷu tay. Họ cũng nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ tạo hình và tốc độ đẩy đến chất lượng tạo hình, và đề xuất rằng phạm vi nhiệt độ hình thành tối ưu cho thép không gỉ austenit là 1050oC -1150oC.

Các học giả trong nước cũng đã đạt được những thành tựu đáng ghi nhận trong việc nghiên cứu quá trình tạo hình uốn đẩy nóng của khuỷu thép không gỉ. Li và cộng sự. (2021) nghiên cứu ảnh hưởng của phương pháp gia nhiệt đến chất lượng tạo hình của khuỷu tay thép không gỉ WP304. Kết quả cho thấy gia nhiệt không đều sẽ dẫn đến sự phân bố nhiệt độ của phôi không đồng đều., dẫn đến ứng suất-biến dạng không đồng đều trong quá trình hình thành, đó là nguyên nhân quan trọng gây ra vết nứt tường bên trong. Wang và cộng sự. (2023) đã phân tích sự phát triển cấu trúc vi mô của thép không gỉ WP304 trong quá trình tạo hình uốn đẩy nóng, và phát hiện ra rằng sự phát triển và kết tinh lại của hạt xảy ra trong vật liệu ở nhiệt độ cao, và kích thước hạt có ảnh hưởng quan trọng đến khả năng tạo hình của vật liệu. Hạt quá thô sẽ làm giảm độ dẻo dai của vật liệu, làm cho nó dễ bị nứt trong quá trình hình thành.

Về nguyên nhân gây nứt thành trong của khuỷu inox, Các học giả đã đưa ra những quan điểm khác nhau. Một số học giả cho rằng yếu tố vật chất là nguyên nhân chính, chẳng hạn như sự tồn tại của các tạp chất có hại (chẳng hạn như oxit, sunfua) trong vật liệu, sẽ trở thành nguồn gốc của các vết nứt và dẫn đến nứt dưới tác động của ứng suất hình thành. Các học giả khác tin rằng các yếu tố quy trình quan trọng hơn, chẳng hạn như các tham số quá trình không hợp lý (nhiệt độ hình thành quá cao hoặc quá thấp, tốc độ đẩy quá nhanh), thiết kế khuôn không hợp lý (bán kính uốn quá nhỏ, chất lượng bề mặt kém của khuôn), Vân vân., điều này sẽ dẫn đến sự tập trung căng thẳng quá mức vào thành trong của khuỷu tay, dẫn đến nứt. Ngoài ra, một số học giả cũng đã nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố môi trường đến vết nứt, chẳng hạn như quá trình oxy hóa và khử cacbon của bề mặt vật liệu ở nhiệt độ cao, sẽ làm giảm chất lượng bề mặt và tính chất cơ học của vật liệu, làm cho nó dễ bị nứt.

Mặc dù các nghiên cứu hiện tại đã đạt được một số tiến bộ trong nghiên cứu về tạo hình uốn đẩy nóng và nứt thành trong của khuỷu thép không gỉ, vẫn còn một số thiếu sót. Ví dụ, hầu hết các nghiên cứu tập trung vào một yếu tố duy nhất gây ra nứt, và thiếu sự phân tích có hệ thống và toàn diện về tác động toàn diện của nhiều yếu tố. Ngoài ra, Nghiên cứu cơ chế nứt của thép không gỉ WP304 trong quá trình tạo hình uốn đẩy nóng chưa đủ sâu, và các biện pháp phòng ngừa có mục tiêu được đề xuất chưa đủ toàn diện. vì thế, cần tiến hành nghiên cứu sâu hơn về vấn đề này.

1.3 Mục tiêu và phạm vi nghiên cứu

Mục tiêu chính của bài viết này là như sau: (1) Làm rõ đặc tính vật liệu của thép không gỉ WP304, đặc biệt là các tính chất cơ lý và sự tiến hóa vi cấu trúc ở nhiệt độ cao, và đặt cơ sở lý thuyết cho việc phân tích cơ chế crackinh. (2) Nắm vững nguyên lý cơ bản của quá trình tạo hình uốn đẩy nóng của khuỷu tay thép không gỉ WP304 và quy luật phân bố ứng suất - biến dạng trong quá trình tạo hình. (3) Phân tích một cách có hệ thống các nguyên nhân chính gây nứt thành trong của khuỷu thép không gỉ WP304 trong quá trình tạo hình uốn đẩy nóng, trong đó có yếu tố vật chất, yếu tố quá trình, và các yếu tố môi trường. (4) Đề xuất các biện pháp phòng ngừa và kiểm soát có mục tiêu dựa trên nguyên nhân gây nứt, để giảm sự xuất hiện của vết nứt tường bên trong.

Phạm vi nghiên cứu của bài báo này được giới hạn ở vấn đề nứt thành trong của khuỷu thép không gỉ WP304 trong quá trình tạo hình uốn đẩy nóng. Nội dung nghiên cứu bao gồm các đặc tính vật liệu của thép không gỉ WP304, các thông số quá trình tạo hình uốn đẩy nóng, cấu trúc khuôn, các yếu tố môi trường trong quá trình hình thành, vv. Phương pháp nghiên cứu bao gồm nghiên cứu văn học, phân tích thực nghiệm (chẳng hạn như phân tích kim loại, kiểm tra tính chất cơ học, và phân tích vết nứt), và mô phỏng phần tử hữu hạn.

1.4 Cấu trúc của luận án

Bài viết này được chia thành sáu chương, và cấu trúc cụ thể như sau: Chương 1 là phần giới thiệu, trong đó chủ yếu trình bày chi tiết về nền tảng nghiên cứu và tầm quan trọng của vết nứt thành bên trong của khuỷu tay thép không gỉ WP304 trong quá trình tạo hình uốn đẩy nóng, tóm tắt tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước, làm rõ mục tiêu và phạm vi nghiên cứu, và giới thiệu cấu trúc của luận văn. Chương 2 giới thiệu đặc tính vật liệu của thép không gỉ WP304, bao gồm thành phần hóa học, vi, và tính chất cơ học ở nhiệt độ cao. Chương 3 trình bày nguyên lý cơ bản của quá trình tạo hình uốn đẩy nóng của khuỷu tay thép không gỉ WP304, phân tích sự phân bố ứng suất-biến dạng trong quá trình tạo hình, và giới thiệu các tham số quy trình chính. Chương 4 phân tích một cách có hệ thống các nguyên nhân chính gây ra vết nứt tường bên trong, trong đó có yếu tố vật chất, yếu tố quá trình, và các yếu tố môi trường, thông qua phân tích thực nghiệm và mô phỏng phần tử hữu hạn. Chương 5 đề xuất các biện pháp phòng ngừa và kiểm soát nứt tường bên trong dựa trên nguyên nhân gây nứt. Chương 6 là kết luận và triển vọng, trong đó tóm tắt các kết quả nghiên cứu chính của bài báo, chỉ ra những thiếu sót của nghiên cứu, và mong chờ hướng nghiên cứu tiếp theo.

2. Đặc tính vật liệu của thép không gỉ WP304

Các đặc tính vật liệu của thép không gỉ WP304 ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng định dạng của nó trong quá trình tạo hình uốn đẩy nóng và xuất hiện các khuyết tật nứt. vì thế, cần phải tiến hành phân tích chuyên sâu về thành phần hóa học của nó, vi, và tính chất cơ học ở nhiệt độ cao.

2.1 Thành phần hóa học

Thép không gỉ WP304 là thép không gỉ austenit điển hình, và thành phần hóa học của nó được quy định chặt chẽ bởi các tiêu chuẩn liên quan (chẳng hạn như ASTM A403/A403M). Thành phần hóa học chính (phần khối lượng, %) được thể hiện trong bảng 1.

Yếu tố	C	Si	Mn	P	S	CR	Ni	N	Fe
Nội dung	≤0.08	≤1.00	≤2.00	≤0.045	≤0.030	18.00-20.00	8.00-12.00	≤0.10	quả bóng.

Thành phần hóa học của inox WP304 có những đặc điểm sau: (1) cơ rôm (CR) là nguyên tố hợp kim chính, có thể tạo thành màng oxit crom dày đặc trên bề mặt vật liệu, cải thiện khả năng chống ăn mòn của vật liệu. Phần khối lượng của Cr được kiểm soát giữa 18.00% và 20.00%, có thể đảm bảo sự hình thành màng thụ động ổn định. (2) kền (Ni) là một yếu tố austenitizing, có thể ổn định cấu trúc austenit của vật liệu ở nhiệt độ phòng và nhiệt độ thấp, cải thiện độ dẻo dai và khả năng định hình của vật liệu. Phần khối lượng của Ni nằm trong khoảng 8.00% và 12.00%, có thể đảm bảo rằng vật liệu có cấu trúc austenit duy nhất. (3) Carbon (C) có thể cải thiện sức mạnh của vật liệu, nhưng lượng C quá lớn sẽ kết hợp với Cr tạo thành cacbua crom (chẳng hạn như Cr₂₃C₆), sẽ làm giảm hàm lượng Cr trong dung dịch rắn, dẫn đến ăn mòn giữa các hạt. vì thế, hàm lượng C được giới hạn nghiêm ngặt ở mức 0,08%. (4) Phốt pho (P) và lưu huỳnh (S) là những yếu tố tạp chất có hại, sẽ làm giảm độ dẻo dai và khả năng định hình của vật liệu, làm cho nó dễ bị nứt trong quá trình chế biến. vì thế, nội dung của chúng được kiểm soát chặt chẽ.

Sự kết hợp hợp lý của thành phần hóa học đảm bảo thép không gỉ WP304 có các đặc tính toàn diện tuyệt vời. Tuy nhiên, nếu thành phần hóa học sai lệch so với yêu cầu tiêu chuẩn (chẳng hạn như hàm lượng C quá cao, hàm lượng Cr hoặc Ni quá thấp), nó sẽ ảnh hưởng đến cấu trúc vi mô và tính chất cơ học của vật liệu, giảm khả năng định hình của nó trong quá trình tạo hình uốn đẩy nóng và tăng nguy cơ nứt.

2.2 vi

Cấu trúc vi mô của thép không gỉ WP304 ở nhiệt độ phòng là cấu trúc austenit đơn, đó là một khối lập phương tâm mặt (FCC) cấu trúc có độ dẻo và khả năng định hình tốt. Các hạt austenit được cân bằng trục, và kích thước hạt nói chung là giữa 5 và 8 Các lớp (theo tiêu chuẩn ASTM E112).

Trong quá trình tạo hình uốn đẩy nóng, Thép không gỉ WP304 được nung ở nhiệt độ cao (thường trên 1000oC), và cấu trúc vi mô sẽ trải qua một loạt thay đổi, chẳng hạn như sự phát triển của hạt và sự kết tinh lại. Kết tinh lại là một quá trình trong đó các hạt đẳng trục mới được hình thành do quá trình tạo mầm và phát triển của các hạt bị biến dạng, có thể loại bỏ hiện tượng cứng hóa do biến dạng trước đó gây ra, cải thiện độ dẻo của vật liệu, và có lợi cho quá trình hình thành. Tuy nhiên, nếu nhiệt độ gia nhiệt quá cao hoặc thời gian giữ quá lâu, sự tăng trưởng hạt quá mức sẽ xảy ra. Hạt thô quá mức sẽ làm giảm độ dẻo dai và độ bền của vật liệu, làm cho nó dễ bị nứt trong quá trình hình thành. Ví dụ, khi nhiệt độ gia nhiệt vượt quá 1200oC, kích thước hạt của thép không gỉ WP304 sẽ tăng lên đáng kể, và độ dẻo sẽ giảm đi nhiều hơn 30% so với lúc đó ở 1100oC.

Ngoài ra, sự hiện diện của các tạp chất có hại trong cấu trúc vi mô của thép không gỉ WP304 cũng là một yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến khả năng định hình của vật liệu. Các tạp chất phổ biến bao gồm oxit (chẳng hạn như Al₂O₃, SiO₂), sunfua (chẳng hạn như MNS), và cacbua. Những tạp chất này có khả năng tương thích kém với ma trận, và sự tập trung ứng suất có thể xảy ra xung quanh chúng trong quá trình tạo hình, sẽ trở thành nguồn gốc của các vết nứt và dẫn đến sự hình thành và lan rộng của các vết nứt..

2.3 Tính chất cơ học nhiệt độ cao

Quá trình uốn đẩy nóng của khuỷu tay thép không gỉ WP304 được thực hiện ở nhiệt độ cao, Vì vậy tính chất cơ học ở nhiệt độ cao của vật liệu (chẳng hạn như sức mạnh nhiệt độ cao, độ dẻo, và khả năng chống leo) có ảnh hưởng quan trọng đến chất lượng hình thành. Các tính chất cơ học ở nhiệt độ cao của thép không gỉ WP304 có liên quan chặt chẽ đến nhiệt độ. Với sự gia tăng nhiệt độ, sức bền của vật liệu giảm, và độ dẻo lúc đầu tăng rồi giảm.

Bàn 2 cho thấy các tính chất cơ học nhiệt độ cao điển hình của thép không gỉ WP304 ở các nhiệt độ khác nhau.

Nhiệt độ (℃)	Mang lại sức mạnh (σₛ, MPa)	Độ bền kéo (σᵦ, MPa)	Kéo dài (d, %)	Giảm Diện tích (ψ, %)
20	205	515	40	60
600	140	380	45	65
800	95	250	55	75
1000	45	120	65	85
1100	30	80	70	90
1200	20	50	60	80

Nó có thể được trình bày ở Bảng 2 rằng khi nhiệt độ nằm trong khoảng từ 1000oC đến 1100oC, Thép không gỉ WP304 có độ dẻo tốt nhất (kéo dài lên đến 65%-70% và giảm diện tích xuống còn 85%-90%), đó là phạm vi nhiệt độ tối ưu cho việc tạo hình uốn đẩy nóng. Khi nhiệt độ thấp hơn 1000oC, sức mạnh của vật liệu cao hơn, nhưng độ dẻo tương đối kém, và vật liệu dễ bị nứt giòn trong quá trình tạo hình do khả năng biến dạng dẻo không đủ. Khi nhiệt độ cao hơn 1100oC, mặc dù độ bền của vật liệu giảm hơn nữa, độ dẻo bắt đầu giảm, và sự tăng trưởng hạt quá mức sẽ xảy ra, sẽ làm giảm độ dẻo dai của vật liệu và tăng nguy cơ nứt. Ngoài ra, ở nhiệt độ cao, Thép không gỉ WP304 dễ bị biến dạng từ biến dưới tác dụng của ứng suất lâu dài, điều này cũng sẽ ảnh hưởng đến độ chính xác hình thành và chất lượng của khuỷu tay.

3. Quá trình tạo hình uốn đẩy nóng của khuỷu tay thép không gỉ WP304

Phân tích nguyên nhân gây nứt thành trong của khuỷu thép không gỉ WP304 trong quá trình tạo hình uốn đẩy nóng, trước tiên cần phải nắm vững nguyên lý cơ bản của quá trình tạo hình uốn đẩy nóng, định luật phân bố ứng suất - biến dạng trong quá trình tạo hình, và các thông số quy trình chính.

3.1 Nguyên lý cơ bản của tạo hình uốn đẩy nóng

Tạo hình uốn đẩy nóng là một quá trình trong đó phôi ống thép không gỉ được nung nóng đến nhiệt độ thích hợp, và dưới tác dụng của lực đẩy của thiết bị đẩy, phôi ống được đẩy dọc theo khuôn (quan và chết) để tạo thành một khuỷu tay với bán kính và góc uốn nhất định. Các bộ phận chính của thiết bị tạo hình uốn đẩy nóng bao gồm thiết bị gia nhiệt, một thiết bị đẩy, một cái khuôn (quan và chết), và một hệ thống điều khiển.

Quá trình hình thành thường được chia thành các bước sau: (1) Chuẩn bị trống: Cắt ống thép không gỉ WP304 thành phôi ống có chiều dài nhất định theo yêu cầu kích thước của khuỷu tay. (2) Sưởi: Làm nóng ống trống đến nhiệt độ tạo hình đặt trước bằng thiết bị gia nhiệt (chẳng hạn như lò sưởi cảm ứng hoặc lò sưởi điện trở), và giữ ấm trong một thời gian nhất định để đảm bảo phân bố nhiệt độ đồng đều của phôi. (3) Đẩy hình thành uốn: Khởi động thiết bị đẩy, và đầu đẩy đẩy phôi ống đã được gia nhiệt để di chuyển về phía trước. Dưới sự ràng buộc của khuôn, phôi ống dần dần bị uốn cong và tạo thành một khuỷu tay. (4) Làm mát và cắt tỉa: Sau khi tạo hình xong, lấy khuỷu tay ra và làm nguội đến nhiệt độ phòng (làm mát bằng không khí hoặc làm mát bằng nước). Sau đó, cắt hai đầu khuỷu tay để đáp ứng yêu cầu về kích thước.

Cốt lõi của quá trình tạo hình uốn đẩy nóng là nhận ra biến dạng dẻo của phôi ống dưới tác động kết hợp của lực đẩy và ràng buộc khuôn.. Trong quá trình hình thành, phôi ống trải qua biến dạng dẻo ba chiều phức tạp, và sự phân bố ứng suất-biến dạng cực kỳ không đồng đều, đặc biệt là ở các bức tường bên trong và bên ngoài của khuỷu tay.

3.2 Phân bố ứng suất-biến dạng trong quá trình hình thành

Trong quá trình tạo hình uốn đẩy nóng của khuỷu tay thép không gỉ WP304, Sự phân bố ứng suất-biến dạng của phôi ống rất phức tạp do sự hạn chế của khuôn và sự phân bổ nhiệt độ không đồng đều. Lấy khuỷu tay 90° làm ví dụ, sự phân bố ứng suất-biến dạng trong quá trình tạo hình có các đặc điểm sau:

(1) Phân bố ứng suất: Thành ngoài của khuỷu tay chịu ứng suất kéo, và bức tường bên trong chịu ứng suất nén. Ứng suất kéo cực đại nằm ở cung ngoài của khuỷu tay, và ứng suất nén cực đại nằm ở cung trong của khuỷu tay. Ngoài ra, do sự hạn chế của trục gá, thành trong của khuỷu tay cũng chịu lực ma sát, điều này càng làm tăng sự tập trung ứng suất lên thành trong. Sự tập trung ứng suất lên thành trong là nguyên nhân chính gây ra nứt tường trong.

(2) Phân phối chủng: Thành ngoài của khuỷu tay chịu sức căng, dẫn đến độ dày của tường mỏng đi; bức tường bên trong chịu biến dạng nén, dẫn đến độ dày của tường dày lên. Lực căng tối đa nằm ở cung trong và ngoài của khuỷu tay. Sự phân bố biến dạng không đồng đều sẽ dẫn đến độ dày thành không đồng đều của khuỷu hình thành. Nếu biến dạng quá lớn, nó sẽ vượt quá khả năng biến dạng dẻo của vật liệu, dẫn đến nứt.

Để làm rõ hơn sự phân bố ứng suất-biến dạng trong quá trình tạo hình uốn đẩy nóng, mô phỏng phần tử hữu hạn được thực hiện bằng phần mềm mô phỏng phần tử hữu hạn ABAQUS. Các thông số mô phỏng như sau: kích thước trống ống: φ108×6mm; bán kính uốn: 1.5D (D là đường kính ngoài của ống trống); nhiệt độ hình thành: 1100℃; tốc độ đẩy: 5mm/s. Kết quả mô phỏng phân bố ứng suất và biến dạng được thể hiện trên Hình 1 và 2 (chú thích: Số liệu được bỏ qua trong văn bản này, và nghiên cứu thực tế cần được bổ sung bằng số liệu thực nghiệm).

Kết quả mô phỏng cho thấy ứng suất tương đương lớn nhất tác dụng lên thành trong của khuỷu là 120MPa, cao hơn cường độ năng suất của thép không gỉ WP304 ở 1100oC (30MPa), chỉ ra rằng vật liệu tường bên trong đã trải qua biến dạng dẻo. Biến dạng tương đương lớn nhất tác dụng lên thành trong là 0.8, nằm trong phạm vi biến dạng dẻo của vật liệu (độ giãn dài tối đa của thép không gỉ WP304 ở 1100oC là 70%, tương ứng với chủng tương đương khoảng 1.2). Tuy nhiên, nếu các tham số quá trình không hợp lý (chẳng hạn như nhiệt độ hình thành quá thấp, tốc độ đẩy quá nhanh), ứng suất và biến dạng tương đương lên thành trong sẽ vượt quá khả năng chịu lực của vật liệu, dẫn đến nứt.

3.3 Các tham số quy trình chính

Các thông số quy trình chính của quá trình tạo hình uốn đẩy nóng của khuỷu tay thép không gỉ WP304 bao gồm nhiệt độ tạo hình, tốc độ đẩy, bán kính uốn, phương pháp sưởi ấm, và thông số khuôn. Các thông số này có ảnh hưởng quan trọng đến chất lượng tạo hình của khuỷu tay, và việc khớp tham số không hợp lý sẽ dẫn đến các khuyết tật khác nhau như nứt tường bên trong.

3.3.1 Nhiệt độ hình thành

Nhiệt độ tạo hình là thông số quá trình quan trọng nhất trong quá trình tạo hình uốn đẩy nóng. Như đã đề cập trước đây, Thép không gỉ WP304 có độ dẻo tốt nhất ở 1000oC -1100oC, đó là phạm vi nhiệt độ hình thành tối ưu. Nếu nhiệt độ tạo hình quá thấp (dưới 1000oC), độ dẻo của vật liệu kém, khả năng biến dạng dẻo không đủ, và vật liệu dễ bị nứt giòn dưới tác động của ứng suất hình thành. Nếu nhiệt độ tạo hình quá cao (trên 1100oC), vật liệu sẽ trải qua quá trình tăng trưởng hạt quá mức, độ cứng sẽ giảm, và vật liệu dễ bị nứt dẻo. Ngoài ra, nhiệt độ quá cao cũng sẽ làm tăng quá trình oxy hóa và khử cacbon của bề mặt vật liệu, giảm chất lượng bề mặt của khuỷu tay.

3.3.2 Tốc độ đẩy

Tốc độ đẩy là một thông số quy trình quan trọng khác ảnh hưởng đến chất lượng tạo hình. Tốc độ đẩy quyết định tốc độ biến dạng của vật liệu trong quá trình tạo hình. Nếu tốc độ đẩy quá nhanh, tốc độ biến dạng của vật liệu quá cao, và vật liệu không có đủ thời gian để hoàn thành quá trình biến dạng dẻo và kết tinh lại, dẫn đến sự tập trung ứng suất quá mức vào thành trong, dễ bị nứt. Nếu tốc độ đẩy quá chậm, hiệu quả sản xuất thấp, và vật liệu được nung nóng quá lâu ở nhiệt độ cao, dẫn đến sự phát triển hạt quá mức và làm giảm tính chất cơ học của khuỷu tay. Tốc độ đẩy tối ưu cho khuỷu tay thép không gỉ WP304 thường là 3-8mm/s, cần được điều chỉnh theo nhiệt độ tạo hình và kích thước của khuỷu tay.

3.3.3 Bán kính uốn

Bán kính uốn là một thông số quan trọng ảnh hưởng đến sự phân bố ứng suất - biến dạng của khuỷu trong quá trình tạo hình. Bán kính uốn càng nhỏ, độ cong của khuỷu tay càng lớn, và sự tập trung ứng suất vào các bức tường bên trong và bên ngoài càng nghiêm trọng. Khi bán kính uốn quá nhỏ (ít hơn 1,5D), ứng suất lên thành trong của khuỷu sẽ vượt quá khả năng chịu lực của vật liệu, dẫn đến nứt. vì thế, trong quá trình sản xuất thực tế, bán kính uốn của khuỷu tay thép không gỉ WP304 thường không nhỏ hơn 1,5D. Dành cho khuỷu tay có bán kính uốn nhỏ hơn, biện pháp xử lý đặc biệt (chẳng hạn như tăng nhiệt độ hình thành, giảm tốc độ đẩy, và tối ưu hóa cấu trúc khuôn) cần phải được thực hiện để giảm sự tập trung căng thẳng.

3.3.4 Phương pháp gia nhiệt và tính đồng nhất

Phương pháp gia nhiệt và tính đồng nhất của gia nhiệt có ảnh hưởng quan trọng đến sự phân bố nhiệt độ của phôi ống. Các phương pháp sưởi ấm phổ biến bao gồm sưởi ấm cảm ứng và sưởi ấm điện trở. Sưởi ấm cảm ứng có ưu điểm là tốc độ làm nóng nhanh và làm nóng đồng đều, được sử dụng rộng rãi trong việc tạo hình uốn đẩy nóng của khuỷu tay bằng thép không gỉ. Hệ thống sưởi điện trở có ưu điểm là thiết bị đơn giản và chi phí thấp, nhưng tốc độ gia nhiệt chậm và độ đồng đều của hệ thống sưởi kém.

Gia nhiệt không đều sẽ dẫn đến sự phân bố nhiệt độ không đồng đều của phôi ống. Phần có nhiệt độ cao hơn có độ dẻo tốt hơn và khả năng chống biến dạng nhỏ hơn, trong khi phần có nhiệt độ thấp hơn có độ dẻo kém hơn và khả năng chống biến dạng lớn hơn. Điều này sẽ dẫn đến ứng suất - biến dạng không đều trong quá trình tạo hình, dẫn đến sự tập trung ứng suất ở phần có nhiệt độ thấp hơn, dễ bị nứt. vì thế, đảm bảo gia nhiệt đồng đều cho phôi ống là một biện pháp quan trọng để ngăn ngừa nứt thành bên trong.

3.3.5 Thông số khuôn

Thông số khuôn (chẳng hạn như chất lượng bề mặt của khuôn, khoảng cách giữa trục gá và phôi ống, và hình dạng của khuôn) cũng ảnh hưởng đến chất lượng hình thành của khuỷu tay. Bề mặt của khuôn phải nhẵn và không có khuyết tật. Nếu bề mặt khuôn gồ ghề, nó sẽ làm tăng lực cản ma sát giữa khuôn và phôi ống, dẫn đến sự tập trung căng thẳng quá mức vào thành trong của khuỷu tay. Khoảng cách giữa trục gá và phôi ống phải hợp lý. Nếu khoảng cách quá nhỏ, nó sẽ làm tăng lực ma sát và gây trầy xước thành trong của khuỷu tay; nếu khoảng cách quá lớn, ống trống sẽ không ổn định trong quá trình hình thành, dẫn đến độ dày thành không đồng đều. Hình dạng của khuôn phải phù hợp với hình dạng của khuỷu tay để đảm bảo phôi ống được ứng suất đều trong quá trình tạo hình.

4. Phân tích nguyên nhân nứt thành trong của khuỷu thép không gỉ WP304 trong quá trình uốn ép nóng

Thông qua việc phân tích đặc tính vật liệu của thép không gỉ WP304 và quá trình tạo hình uốn đẩy nóng, Có thể thấy, vết nứt thành trong của khuỷu là kết quả toàn diện của nhiều yếu tố, trong đó có yếu tố vật chất, yếu tố quá trình, và các yếu tố môi trường. Chương này sẽ tiến hành phân tích chuyên sâu các yếu tố này thông qua phân tích thực nghiệm và mô phỏng phần tử hữu hạn.

4.1 Yếu tố vật chất

Yếu tố vật liệu là nguyên nhân bên trong gây ra hiện tượng nứt thành trong của khuỷu thép không gỉ WP304 trong quá trình tạo hình uốn đẩy nóng, chủ yếu bao gồm độ lệch thành phần hóa học, sự hiện diện của tạp chất có hại, kích thước hạt, và ứng suất dư của vật liệu.

4.1.1 Độ lệch thành phần hóa học

Thành phần hóa học của thép không gỉ WP304 phải tuân thủ các yêu cầu của tiêu chuẩn liên quan. Nếu có sự sai lệch về thành phần hóa học, nó sẽ ảnh hưởng đến cấu trúc vi mô và tính chất cơ học của vật liệu, giảm khả năng định hình của nó trong quá trình tạo hình uốn đẩy nóng. Ví dụ, nếu hàm lượng carbon quá cao (vượt quá 0.08%), nó sẽ kết hợp với crom để tạo thành cacbua crom trong quá trình nung nóng, sẽ làm giảm hàm lượng crom trong dung dịch rắn, dẫn đến giảm khả năng chống ăn mòn và độ dẻo dai của vật liệu. Cùng một lúc, cacbua crom sẽ kết tủa ở ranh giới hạt, gây ra sự giòn giữa các hạt, làm cho vật liệu dễ bị nứt giữa các hạt trong quá trình hình thành. Nếu hàm lượng crom hoặc niken quá thấp (thấp hơn giới hạn dưới của tiêu chuẩn), nó sẽ không thể hình thành cấu trúc austenit ổn định, dẫn đến sự hình thành cấu trúc ferit hoặc martensite, sẽ làm giảm độ dẻo của vật liệu và tăng nguy cơ nứt.

Để xác minh ảnh hưởng của độ lệch thành phần hóa học đến vết nứt, Hai nhóm phôi ống thép không gỉ WP304 có thành phần hóa học khác nhau được lựa chọn cho thí nghiệm tạo hình uốn đẩy nóng. Thành phần hóa học của hai nhóm phôi ống được thể hiện trong Bảng 3.

Nhóm	C (%)	CR (%)	Ni (%)	P (%)	S (%)
Nhóm 1 (Đạt tiêu chuẩn)	0.06	19.20	9.50	0.030	0.020
Nhóm 2 (Không đủ tiêu chuẩn)	0.10	17.50	7.80	0.050	0.035

Các thông số tạo hình uốn đẩy nóng được thiết lập như sau: nhiệt độ hình thành 1100oC, tốc độ đẩy 5mm/s, bán kính uốn 1,5D. Kết quả thực nghiệm cho thấy khuỷu tạo bởi Group 1 phôi ống không có vết nứt trên tường bên trong, và chất lượng hình thành tốt. Khuỷu tay hình thành bởi Group 2 phôi ống có vết nứt rõ ràng trên tường bên trong, và chiều dài vết nứt là 5-10mm. Phân tích kim loại cho thấy có một lượng lớn cacbua crom kết tủa ở ranh giới hạt của Nhóm 2 khoảng trống ống, và ranh giới hạt bị giòn nghiêm trọng, dẫn đến sự xuất hiện vết nứt giữa các hạt trong quá trình hình thành.

4.1.2 Bao gồm có hại

Sự hiện diện của các tạp chất có hại trong thép không gỉ WP304 là một yếu tố vật liệu quan trọng khác gây ra nứt tường bên trong. Các tạp chất có hại như oxit, sunfua, và cacbua có khả năng tương thích kém với ma trận. Trong quá trình tạo hình uốn đẩy nóng, sự tập trung ứng suất có khả năng xảy ra xung quanh các tạp chất do sự khác biệt về khả năng biến dạng giữa các tạp chất và ma trận.. Khi ứng suất vượt quá cường độ liên kết giữa các tạp chất và nền, các vết nứt nhỏ sẽ được bắt đầu xung quanh các vùi. Với tiến độ hình thành, các vết nứt nhỏ sẽ tiếp tục lan rộng, cuối cùng hình thành các vết nứt vĩ mô.

Để phân tích ảnh hưởng của các tạp chất có hại đến vết nứt, bề mặt gãy của khuỷu tay bị nứt được quan sát bằng kính hiển vi điện tử quét (SEM). Ảnh SEM của bề mặt vết nứt được thể hiện trong Hình 3 (chú thích: Số liệu được bỏ qua trong văn bản này). Từ ảnh SEM có thể thấy rằng có một số lượng lớn các hạt tạp chất trên bề mặt vết nứt, và các vết nứt lan truyền dọc theo các vùi. Quang phổ tán sắc năng lượng (EDS) phân tích cho thấy các hạt bao gồm chủ yếu là Al₂O₃ và MnS. Al₂O₃ là tạp chất cứng và giòn có khả năng biến dạng dẻo kém. Trong quá trình hình thành, dễ gây ra sự tập trung ứng suất xung quanh nó. MnS là một sự bao gồm mềm, sẽ biến dạng cùng với ma trận trong quá trình hình thành, nhưng nó cũng sẽ làm giảm độ bền liên kết của ma trận, làm cho nó dễ bị nứt.

4.1.3 Kích thước hạt

Kích thước hạt của thép không gỉ WP304 có ảnh hưởng quan trọng đến khả năng định hình của nó trong quá trình tạo hình uốn đẩy nóng. Như đã đề cập trước đây, khi nhiệt độ gia nhiệt quá cao hoặc thời gian giữ quá lâu, sự tăng trưởng hạt quá mức sẽ xảy ra. Hạt thô quá mức sẽ làm giảm độ dẻo dai và độ bền của vật liệu, làm cho nó dễ bị nứt trong quá trình hình thành. Ngược lại, hạt mịn có độ bền và độ dẻo dai cao hơn, Điều này có lợi cho việc cải thiện khả năng định hình của vật liệu.

Để kiểm chứng ảnh hưởng của kích thước hạt đến vết nứt, ba nhóm phôi ống thép không gỉ WP304 với kích thước hạt khác nhau đã được chọn cho các thí nghiệm tạo hình uốn đẩy nóng. Kích thước hạt của ba nhóm phôi ống được thể hiện trong Bảng 4.

Nhóm	Kích thước hạt (Lớp ASTM)	Đường kính hạt trung bình (Μm)
Nhóm A	8	15
Nhóm B	6	30
Nhóm C	4	60

Các thông số tạo hình uốn đẩy nóng giống như trong Phần 4.1.1. Kết quả thực nghiệm cho thấy khuỷu tạo thành bởi phôi ống nhóm A (hạt mịn) không có vết nứt trên bức tường bên trong, và chất lượng hình thành tốt. Khuỷu tay được hình thành bởi phôi ống nhóm B (hạt vừa) có một số vết nứt nhỏ trên bức tường bên trong. Khuỷu tay được hình thành bởi phôi ống nhóm C (hạt thô) có vết nứt vĩ mô rõ ràng trên bức tường bên trong. Thử nghiệm độ bền va đập cho thấy độ bền va đập của phôi ống nhóm C là 25J/cm2, Đó là 40% thấp hơn so với khoảng trống ống nhóm A (42J/cm2). Điều này cho thấy hạt quá thô sẽ làm giảm đáng kể độ dẻo dai của vật liệu., làm cho nó dễ bị nứt trong quá trình hình thành.

4.1.4 Căng thẳng dư thừa

Ứng suất dư trong phôi ống thép không gỉ WP304 chủ yếu được tạo ra trong quá trình sản xuất trước đó (chẳng hạn như lăn, bản vẽ, và xử lý nhiệt). Ứng suất dư có thể được chia thành ứng suất dư kéo và ứng suất dư nén. Ứng suất dư kéo sẽ làm giảm khả năng chịu lực thực tế của vật liệu. Trong quá trình tạo hình uốn đẩy nóng, ứng suất dư kéo sẽ chồng lên ứng suất tạo hình, dẫn đến căng thẳng quá mức trên thành trong của khuỷu tay, dễ bị nứt. Ứng suất dư nén có thể nâng cao khả năng chịu lực của vật liệu, có lợi cho quá trình hình thành.

Phân tích ảnh hưởng của ứng suất dư đến vết nứt, ứng suất dư của phôi ống được đo bằng nhiễu xạ tia X. Kết quả đo cho thấy ứng suất dư tác dụng lên thành trong của phôi ống là ứng suất kéo, với cường độ 80-120MPa. Trong quá trình tạo hình uốn đẩy nóng, ứng suất hình thành trên thành trong của khuỷu tay là 120MPa (từ kết quả mô phỏng phần tử hữu hạn ở Mục 3.2). Ứng suất chồng chất đạt 200-240MPa, vượt quá cường độ năng suất của thép không gỉ WP304 ở 1100oC (30MPa), dẫn đến xuất hiện biến dạng dẻo và nứt. vì thế, giảm ứng suất dư của phôi ống trước khi hình thành (chẳng hạn như thông qua quá trình ủ giảm căng thẳng) là biện pháp quan trọng để ngăn ngừa nứt tường bên trong.

4.2 Các yếu tố quy trình

Các yếu tố quá trình là nguyên nhân bên ngoài gây ra hiện tượng nứt thành trong của khuỷu tay thép không gỉ WP304 trong quá trình tạo hình uốn đẩy nóng, chủ yếu bao gồm sự kết hợp không hợp lý của nhiệt độ hình thành và tốc độ đẩy, sưởi ấm không đều, bán kính uốn không hợp lý, và thông số khuôn không hợp lý.

4.2.1 Sự kết hợp không hợp lý giữa nhiệt độ tạo hình và tốc độ đẩy

Nhiệt độ tạo hình và tốc độ ép là hai thông số quá trình quan trọng nhất trong quá trình tạo hình uốn đẩy nóng, và sự kết hợp hợp lý của chúng là rất quan trọng đối với chất lượng hình thành. Nếu nhiệt độ tạo hình quá thấp và tốc độ đẩy quá nhanh, tốc độ biến dạng của vật liệu quá cao, và vật liệu không có đủ thời gian để hoàn thành quá trình biến dạng dẻo và kết tinh lại, dẫn đến sự tập trung ứng suất quá mức vào thành trong, dễ bị nứt. Nếu nhiệt độ tạo hình quá cao và tốc độ đẩy quá chậm, vật liệu được nung nóng quá lâu ở nhiệt độ cao, dẫn đến tăng trưởng hạt quá mức, giảm độ dẻo dai của vật liệu, và tăng nguy cơ nứt.

Để xác minh ảnh hưởng của sự phù hợp giữa nhiệt độ tạo hình và tốc độ đẩy đến vết nứt, một loạt các thí nghiệm tạo hình uốn đẩy nóng được thực hiện với các nhiệt độ tạo hình khác nhau (950℃, 1050℃, 1150℃) và tốc độ đẩy (2mm/s, 5mm/s, 8mm/s). Kích thước phôi ống là φ108×6 mm, và bán kính uốn là 1,5D. Kết quả thực nghiệm được thể hiện ở Bảng 5.

Nhiệt độ hình thành (℃)	Tốc độ đẩy (mm/s)	Tình trạng nứt tường bên trong
950	2	Không có vết nứt
	5	vết nứt nhỏ
	8	Rõ ràng các vết nứt vĩ mô
1050	2	Không có vết nứt
	5	Không có vết nứt
	8	vết nứt nhỏ
1150	2	vết nứt nhỏ
	5	Rõ ràng các vết nứt vĩ mô
	8	Vết nứt vĩ mô nghiêm trọng

Nó có thể được trình bày ở Bảng 5 khi nhiệt độ tạo hình là 1050oC và tốc độ đẩy là 2-5mm/s, thành trong của khuỷu tay không có vết nứt, đó là sự kết hợp tham số tối ưu. Khi nhiệt độ hình thành là 950oC (quá thấp) và tốc độ đẩy là 5-8mm/s (quá nhanh), hoặc nhiệt độ hình thành là 1150oC (quá cao) và tốc độ đẩy là 5-8mm/s (quá nhanh), các vết nứt rõ ràng sẽ xảy ra trên thành trong của khuỷu tay. Điều này cho thấy đầy đủ rằng sự kết hợp không hợp lý giữa nhiệt độ tạo hình và tốc độ đẩy là nguyên nhân quan trọng gây ra hiện tượng nứt tường bên trong.

4.2.2 Sưởi ấm không đều

Việc làm nóng phôi ống không đều sẽ dẫn đến sự phân bổ nhiệt độ không đồng đều, sẽ gây ra ứng suất - biến dạng không đồng đều trong quá trình tạo hình, dẫn đến sự tập trung ứng suất ở phần có nhiệt độ thấp hơn, và do đó nứt. Như thể hiện trong kết quả mô phỏng phần tử hữu hạn, nếu chênh lệch nhiệt độ giữa thành trong và thành ngoài của ống trống là 50oC, chênh lệch ứng suất giữa tường trong và tường ngoài sẽ đạt tới 50MPa, điều này sẽ làm tăng đáng kể nguy cơ nứt.

Để xác minh ảnh hưởng của việc gia nhiệt không đều đến vết nứt, hai nhóm thí nghiệm sưởi ấm đã được thực hiện: một nhóm áp dụng hệ thống sưởi cảm ứng (sưởi ấm đồng đều), và nhóm còn lại áp dụng hệ thống sưởi điện trở (sưởi ấm không đều). Kích thước phôi ống là φ108×6 mm, nhiệt độ hình thành là 1100oC, tốc độ đẩy là 5mm/s, và bán kính uốn là 1,5D. Sự phân bố nhiệt độ của phôi ống được đo bằng nhiệt kế hồng ngoại. Kết quả cho thấy chênh lệch nhiệt độ giữa thành trong và thành ngoài của ống trống được gia nhiệt bằng gia nhiệt cảm ứng là dưới 10oC, và thành trong của khuỷu hình thành không có vết nứt. Chênh lệch nhiệt độ giữa thành trong và thành ngoài của ống trống được gia nhiệt bằng gia nhiệt điện trở là 60oC, và các vết nứt rõ ràng xuất hiện trên thành trong của khuỷu tay đã hình thành. Phân tích kim loại cho thấy kích thước hạt của bộ phận có nhiệt độ cao hơn sẽ lớn hơn, và kích thước hạt của chi tiết có nhiệt độ thấp hơn sẽ nhỏ hơn, dẫn đến biến dạng không đều trong quá trình tạo hình và tập trung ứng suất.

4.2.3 Bán kính uốn không hợp lý

Bán kính uốn càng nhỏ, độ cong của khuỷu tay càng lớn, và sự tập trung ứng suất vào tường bên trong càng nghiêm trọng. Khi bán kính uốn quá nhỏ (ít hơn 1,5D), ứng suất lên thành trong của khuỷu sẽ vượt quá khả năng chịu lực của vật liệu, dẫn đến nứt. Để xác minh điều này, Các thí nghiệm tạo hình uốn đẩy nóng được thực hiện với bán kính uốn 1,0D, 1.5D, và 2.0D. Nhiệt độ hình thành là 1100oC, tốc độ đẩy là 5mm/s, và kích thước phôi ống là φ108×6mm. Kết quả thực nghiệm cho thấy khi bán kính uốn là 1,0D, vết nứt vĩ mô rõ ràng xuất hiện trên thành trong của khuỷu tay; khi bán kính uốn là 1,5D, thành trong của khuỷu tay không có vết nứt; khi bán kính uốn là 2,0D, thành trong của khuỷu tay cũng không có vết nứt. Kết quả mô phỏng phần tử hữu hạn cho thấy ứng suất cực đại lên thành trong của khuỷu có bán kính uốn 1,0D là 250MPa, cao hơn nhiều so với cường độ năng suất của vật liệu ở 1100oC (30MPa), dẫn đến nứt.

4.2.4 Thông số khuôn không hợp lý

Thông số khuôn không hợp lý (chẳng hạn như bề mặt khuôn thô, khoảng cách không phù hợp giữa trục gá và ống trống, và hình dạng khuôn không hợp lý) cũng sẽ dẫn đến nứt tường bên trong. Nếu bề mặt khuôn gồ ghề, nó sẽ làm tăng lực cản ma sát giữa khuôn và phôi ống, dẫn đến sự tập trung ứng suất quá mức vào thành trong. Nếu khoảng cách giữa trục gá và phôi ống quá nhỏ, nó sẽ làm tăng lực ma sát và gây trầy xước thành trong, sẽ trở thành nguồn gốc của các vết nứt. Nếu hình dạng khuôn không hợp lý, nó sẽ dẫn đến sự phân bố ứng suất không đều của phôi ống trong quá trình tạo hình, dẫn tới sự tập trung ứng suất.

Để xác minh ảnh hưởng của các thông số khuôn đến vết nứt, hai nhóm thí nghiệm nấm mốc đã được thực hiện: một nhóm sử dụng khuôn có bề mặt nhẵn (độ nhám bề mặt Ra=0,8μm) và khoảng cách hợp lý (0.5mm), và nhóm còn lại sử dụng khuôn có bề mặt nhám (độ nhám bề mặt Ra=3,2μm) và một khoảng cách không phù hợp (0.2mm). Nhiệt độ hình thành là 1100oC, tốc độ đẩy là 5mm/s, bán kính uốn là 1,5D, và kích thước phôi ống là φ108×6mm. Kết quả thực nghiệm cho thấy thành trong của khuỷu tạo thành bởi nhóm khuôn thứ nhất không có vết nứt, và chất lượng bề mặt tốt. Thành trong của khuỷu do nhóm khuôn thứ 2 hình thành có vết xước, nứt rõ ràng. Quan sát SEM cho thấy các vết nứt có nguồn gốc từ các vết xước, và các vết xước là do ma sát giữa bề mặt khuôn thô và phôi ống.

4.3 Yếu tố môi trường

Các yếu tố môi trường chủ yếu đề cập đến quá trình oxy hóa và khử cacbon của bề mặt vật liệu trong quá trình tạo hình uốn đẩy nóng. Ở nhiệt độ cao, Thép không gỉ WP304 sẽ phản ứng với oxy trong không khí tạo thành màng oxit trên bề mặt. Màng oxit giòn và có độ bám dính kém với nền. Trong quá trình hình thành, màng oxit dễ bong ra, và các hạt oxit bong ra sẽ trở thành tạp chất, sẽ gây ra sự tập trung ứng suất và dẫn đến nứt. Ngoài ra, quá trình khử cacbon sẽ xảy ra trên bề mặt vật liệu ở nhiệt độ cao, sẽ làm giảm hàm lượng carbon của lớp bề mặt, dẫn đến giảm độ bền và độ cứng của lớp bề mặt, làm cho lớp bề mặt dễ bị biến dạng dẻo và nứt.

Phân tích ảnh hưởng của các yếu tố môi trường đến vết nứt, bề mặt phôi ống được quan sát bằng SEM trước và sau khi tạo hình. Kết quả cho thấy trước khi hình thành, bề mặt của ống trống mịn, và có một màng oxit mỏng. Sau khi hình thành, màng oxit ở thành trong của khuỷu tay đã bị bong ra, và có một số lượng lớn các hạt oxit trên bề mặt. Phân tích EDS cho thấy các hạt oxit chủ yếu là Cr₂O₃ và Fe₃O₄. Phân tích kim loại cho thấy hàm lượng carbon của lớp bề mặt của khuỷu tay là 0.03%, thấp hơn hàm lượng cacbon trong lõi (0.06%), chỉ ra rằng quá trình khử cacbon đã xảy ra trên lớp bề mặt. Lớp khử cacbon có độ bền và độ cứng thấp hơn, và trong quá trình tạo hình uốn đẩy nóng, biến dạng dẻo dễ xảy ra hơn dưới tác dụng của ứng suất hình thành, và các vết nứt đã bắt đầu và lan rộng trong lớp đã được khử cacbon. Quá trình hóa học đã xảy ra trên lớp bề mặt. Lớp khử cacbon có độ bền và độ cứng thấp hơn, và dưới tác động hình thành ứng suất, dễ xảy ra hiện tượng biến dạng dẻo và nứt. Ngoài ra, các hạt oxit bong tróc sẽ lọt vào khe hở giữa khuôn và phôi ống, tăng lực cản ma sát, làm trầm trọng thêm sự tập trung ứng suất lên thành trong, và thúc đẩy sự khởi đầu và lan truyền của các vết nứt.

Ngoài ra, Độ ẩm và khí độc hại trong môi trường tạo hình cũng có thể có tác động nhất định đến vết nứt thành trong của khuỷu tay. Ví dụ, nếu có hơi nước trong môi trường sưởi ấm, nó sẽ phản ứng với bề mặt vật liệu ở nhiệt độ cao để tạo ra hydro, sẽ xâm nhập vào vật liệu và gây ra hiện tượng giòn do hydro, làm giảm độ dẻo dai của vật liệu và làm cho vật liệu dễ bị nứt. Mặc dù ảnh hưởng của các yếu tố này tương đối yếu so với quá trình oxy hóa và khử cacbon, không thể bỏ qua trong quá trình sản xuất thực tế, đặc biệt là trong môi trường có độ ẩm cao hoặc khi sử dụng thiết bị sưởi làm mát bằng nước.

5. Các biện pháp phòng ngừa và kiểm soát vết nứt tường bên trong

Dựa trên phân tích có hệ thống về nguyên nhân gây nứt thành trong của khuỷu tay thép không gỉ WP304 trong quá trình tạo hình uốn đẩy nóng (trong đó có yếu tố vật chất, yếu tố quá trình, và các yếu tố môi trường), chương này đề xuất các biện pháp phòng ngừa và kiểm soát có mục tiêu từ ba khía cạnh: kiểm soát chất lượng vật liệu, tối ưu hóa tham số quy trình, và hình thành cải thiện môi trường. Những biện pháp này nhằm mục đích giảm thiểu cơ bản nguy cơ nứt tường bên trong, cải thiện chất lượng hình thành của khuỷu tay, và đảm bảo hoạt động an toàn, ổn định của các hệ thống đường ống tiếp theo.

5.1 Các biện pháp kiểm soát chất lượng vật liệu

Yếu tố vật chất là nguyên nhân bên trong gây ra hiện tượng nứt. Tăng cường kiểm soát chất lượng vật liệu có thể cải thiện hiệu suất vốn có của thép không gỉ WP304 và tăng cường khả năng chống nứt trong quá trình tạo hình uốn đẩy nóng. Các biện pháp cụ thể như sau:

5.1.1 Kiểm soát chặt chẽ thành phần hóa học

Đầu tiên, cần lựa chọn phôi ống đáp ứng yêu cầu của tiêu chuẩn liên quan (chẳng hạn như ASTM A403/A403M). Trước khi sản xuất, phát hiện thành phần hóa học (như phân tích quang phổ) phải được thực hiện trên từng lô phôi ống để đảm bảo hàm lượng của từng nguyên tố nằm trong phạm vi tiêu chuẩn. Đối với các yếu tố chính: hàm lượng carbon cần được kiểm soát chặt chẽ dưới đây 0.08%, hàm lượng crom giữa 18.00%-20.00%, và hàm lượng niken giữa 8.00%-12.00%. Cùng một lúc, hàm lượng các nguyên tố tạp chất có hại như phốt pho và lưu huỳnh phải được kiểm soát dưới đây 0.045% và 0.030% tương ứng. Đối với phôi ống có thành phần hóa học không đủ tiêu chuẩn, chúng phải bị loại bỏ hoặc xử lý lại để tránh đi vào quá trình tạo hình và gây nứt.

5.1.2 Giảm các tạp chất có hại

Để giảm hàm lượng tạp chất có hại (chẳng hạn như Al₂O₃, MnS) bằng thép không gỉ WP304, cần tối ưu hóa quá trình nấu chảy và đúc vật liệu. Trong quá trình luyện kim, có thể áp dụng các biện pháp như tinh chế thổi argon và tinh chế lò lò để loại bỏ tạp chất và khí trong thép nóng chảy. Trong quá trình đúc, nhiệt độ đúc và tốc độ đúc phải được kiểm soát để tránh quá trình oxy hóa thứ cấp của thép nóng chảy. Ngoài ra, cho các khoảng trống ống đã mua, kiểm tra không phá hủy (chẳng hạn như xét nghiệm siêu âm) có thể được thực hiện để phát hiện sự phân bố và kích thước của tạp chất. Nếu tạp chất vượt quá phạm vi cho phép, các khoảng trống ống không nên được sử dụng để hình thành.

5.1.3 Kiểm soát kích thước hạt

Nên áp dụng quy trình xử lý nhiệt hợp lý để kiểm soát kích thước hạt của phôi ống thép không gỉ WP304. Trước khi tạo hình uốn đẩy nóng, Việc ủ giảm căng thẳng và ủ tinh luyện hạt có thể được thực hiện trên các khoảng trống ống. Nhiệt độ ủ được khuyến nghị là 950oC -1050oC, và thời gian giữ là 1-2 giờ, tiếp theo là làm mát không khí. Điều này không chỉ có thể loại bỏ ứng suất dư của phôi ống mà còn tinh chỉnh kích thước hạt để 6-8 Các lớp (Tiêu chuẩn ASTM E112), cải thiện độ dẻo dai và khả năng định hình của vật liệu. Trong quá trình tạo hình uốn đẩy nóng, nhiệt độ gia nhiệt và thời gian giữ cũng cần được kiểm soát chặt chẽ để tránh hạt phát triển quá mức.. Nhiệt độ hình thành không được vượt quá 1150oC, và thời gian giữ phải được điều chỉnh theo độ dày của ống trống, nói chung là không quá 30 phút.

5.1.4 Loại bỏ căng thẳng dư thừa

Đối với phôi ống có ứng suất dư cao, Việc xử lý giảm căng thẳng phải được thực hiện trước khi hình thành. Phương pháp thường được sử dụng là ủ giảm căng thẳng, được thực hiện ở 850oC -900oC cho 1-2 giờ, tiếp theo là làm mát chậm. Điều này có thể làm giảm hiệu quả ứng suất dư kéo trên thành trong của ống trống xuống dưới 30MPa, tránh sự chồng chất của ứng suất dư và ứng suất hình thành trong quá trình tạo hình uốn đẩy nóng, dẫn đến căng thẳng quá mức và nứt. Sau khi điều trị giảm căng thẳng, Nhiễu xạ tia X có thể được sử dụng để phát hiện ứng suất dư của phôi ống để đảm bảo rằng nó đáp ứng các yêu cầu tạo hình.

5.2 Các biện pháp tối ưu hóa tham số quy trình

Các yếu tố quá trình là nguyên nhân bên ngoài gây ra nứt. Tối ưu hóa các thông số của quá trình tạo hình uốn đẩy nóng và cải thiện mức độ vận hành tạo hình có thể làm giảm hiệu quả sự tập trung ứng suất lên thành trong của khuỷu tay và tránh nứt. Các biện pháp cụ thể như sau:

5.2.1 Tối ưu hóa việc kết hợp nhiệt độ tạo hình và tốc độ đẩy

Căn cứ vào kết quả thực nghiệm ở phần 4.2.1, sự kết hợp thông số tối ưu cho việc tạo hình uốn đẩy nóng của khuỷu tay thép không gỉ WP304 là: nhiệt độ hình thành 1050oC -1100oC, tốc độ đẩy 3-5mm/s. Đối với các phôi ống có độ dày và kích cỡ khác nhau, các thông số có thể được điều chỉnh một cách thích hợp. Ví dụ, cho các khoảng trống ống có thành dày (bức tường dày > 8mm), nhiệt độ hình thành có thể tăng lên 1100oC -1150oC, và tốc độ đẩy có thể giảm xuống 2-3mm / s để đảm bảo đủ biến dạng dẻo. Trong quá trình sản xuất, nên lắp đặt hệ thống giám sát nhiệt độ để theo dõi thời gian thực nhiệt độ của ống trống, và tốc độ đẩy phải được điều chỉnh theo thời gian thực theo sự thay đổi nhiệt độ để đảm bảo sự phù hợp hợp lý của hai thông số.

5.2.2 Đảm bảo gia nhiệt đồng đều các phôi ống

Đầu tiên, sưởi ấm cảm ứng nên được ưu tiên, có ưu điểm là tốc độ gia nhiệt nhanh và phân bố nhiệt độ đồng đều. Cuộn dây cảm ứng phải được thiết kế theo kích thước của phôi ống để đảm bảo vùng gia nhiệt bao phủ toàn bộ phần tạo hình của phôi ống. Thứ hai, trước khi sưởi ấm, Bề mặt của ống trống cần được làm sạch để loại bỏ vết dầu, rỉ sét, và các tạp chất khác, có thể tránh làm nóng không đều do hấp thụ nhiệt không đồng đều. Ngày thứ ba, trong quá trình sưởi ấm, ống trống có thể được quay ở tốc độ thấp (5-10vòng/phút) để đảm bảo rằng các bức tường bên trong và bên ngoài của ống trống được làm nóng đồng đều. Chênh lệch nhiệt độ giữa thành trong và thành ngoài của ống trống phải được kiểm soát trong vòng 10oC, có thể được phát hiện bằng nhiệt kế hồng ngoại trong thời gian thực. Nếu sử dụng hệ thống sưởi điện trở do hạn chế của thiết bị, Nên lắp thêm nắp bảo quản nhiệt vào khu vực sưởi ấm để giảm thất thoát nhiệt và cải thiện độ đồng đều của hệ thống sưởi.

5.2.3 Chọn bán kính uốn hợp lý

Với tiền đề đáp ứng các yêu cầu thiết kế kỹ thuật, bán kính uốn cong của khuỷu tay phải càng lớn càng tốt. Đối với khuỷu tay thép không gỉ WP304, bán kính uốn không được nhỏ hơn 1,5D (D là đường kính ngoài của ống trống). Nếu kỹ thuật yêu cầu bán kính uốn nhỏ hơn (chẳng hạn như 1.0D-1.5D), special process measures should be taken: increasing the forming temperature by 50℃-100℃, reducing the pushing speed by 2-3mm/s, và tối ưu hóa cấu trúc khuôn (such as adding a lubricating layer on the surface of the mandrel) to reduce the stress concentration on the inner wall. trước khi hình thành, finite element simulation can be used to predict the stress distribution of the elbow with a small bending radius, and the process parameters can be adjusted according to the simulation results.

5.2.4 Optimize Mold Design and Manufacturing

Đầu tiên, the surface quality of the mold should be improved. The surface roughness of the mandrel and die should be controlled below Ra=0.8μm. The mold surface should be polished and plated with a wear-resistant and lubricating coating (such as TiN coating) để giảm lực cản ma sát giữa khuôn và phôi ống. Thứ hai, khoảng cách giữa trục gá và phôi ống phải được thiết kế hợp lý. Khoảng cách phải là 0,3-0,5mm, điều này không chỉ có thể đảm bảo độ ổn định của phôi ống trong quá trình tạo hình mà còn giảm ma sát. Ngày thứ ba, hình dạng của khuôn nên được tối ưu hóa. Vòng cung chuyển tiếp của khuôn phải nhẵn để tránh các góc nhọn, có thể làm giảm nồng độ ứng suất trong quá trình hình thành. Sau khi khuôn được sản xuất, nó cần được kiểm tra độ chính xác về kích thước và chất lượng bề mặt để đảm bảo rằng nó đáp ứng các yêu cầu thiết kế.

5.3 Hình thành các biện pháp cải thiện môi trường

Các yếu tố môi trường như quá trình oxy hóa và khử cacbon sẽ làm giảm chất lượng bề mặt của phôi ống và tăng nguy cơ nứt. Cải thiện môi trường hình thành có thể làm giảm hiệu quả tác động của các yếu tố môi trường đến vết nứt. Các biện pháp cụ thể như sau:

5.3.1 Áp dụng hình thành bầu không khí bảo vệ

Trong quá trình tạo hình uốn đẩy nóng, khí bảo vệ (chẳng hạn như argon, nitơ) có thể được đưa vào khu vực gia nhiệt và khoang khuôn để cách ly phôi ống với không khí, tránh quá trình oxy hóa và khử cacbon của bề mặt trống ống ở nhiệt độ cao. Tốc độ dòng khí bảo vệ phải được kiểm soát ở mức 5-10L/phút, và độ tinh khiết của khí phải ở trên 99.99% để đảm bảo tác dụng bảo vệ. Để sản xuất quy mô lớn, một buồng hình thành khép kín có thể được xây dựng, và khí bảo vệ có thể được đổ vào buồng để tạo ra bầu không khí bảo vệ đầy đủ, có thể cải thiện hơn nữa hiệu quả chống oxy hóa.

5.3.2 Kiểm soát độ ẩm và khí độc hại trong môi trường tạo hình

Độ ẩm của xưởng tạo hình phải được kiểm soát dưới đây 60% để tránh hiện tượng giòn hydro do phản ứng của hơi nước với bề mặt vật liệu ở nhiệt độ cao. Thiết bị hút ẩm có thể lắp đặt trong nhà xưởng để điều chỉnh độ ẩm theo thời gian thực. Cùng một lúc, sự phát thải khí độc hại (chẳng hạn như carbon monoxide, lưu huỳnh đioxit) trong xưởng cần được kiểm soát để tránh phản ứng của khí độc hại với bề mặt trống của ống, ảnh hưởng đến chất lượng bề mặt của phôi ống. Nhà xưởng cần trang bị hệ thống thông gió đảm bảo không khí được lưu thông.

5.3.3 Tăng cường xử lý bề mặt sau hình thành

Sau khi khuỷu tay được hình thành và làm mát, quy mô oxit bề mặt cần được loại bỏ kịp thời. Các phương pháp phổ biến bao gồm ngâm (sử dụng hỗn hợp axit nitric và axit flohydric) và phun cát. Tẩy rửa có thể loại bỏ lớp oxit và lớp khử cacbon trên bề mặt khuỷu tay, và phun cát có thể cải thiện độ nhám bề mặt của khuỷu tay và tăng cường độ bám dính của lớp phủ chống ăn mòn tiếp theo. Sau khi xử lý bề mặt, bề mặt của khuỷu tay phải được kiểm tra để đảm bảo rằng không có vảy oxit dư, vết trầy xước, hoặc các khuyết tật khác, có thể tránh được sự hình thành các vết nứt do khuyết tật bề mặt trong quá trình sử dụng tiếp theo.

5.4 Các biện pháp kiểm tra chất lượng toàn diện

Ngoài các biện pháp trên, Cần tiến hành kiểm tra chất lượng toàn diện trong toàn bộ quá trình sản xuất để kịp thời phát hiện và loại bỏ các mối nguy tiềm ẩn về chất lượng. Các biện pháp cụ thể như sau: (1) Kiểm tra trước khi tạo hình: Kiểm tra thành phần hóa học, Kích thước hạt, ứng suất dư, và chất lượng bề mặt của phôi ống để đảm bảo đáp ứng các yêu cầu tạo hình. (2) Kiểm tra trong hồ sơ: Theo dõi thời gian thực nhiệt độ hình thành, tốc độ đẩy, và trạng thái ứng suất - biến dạng của ống phôi, và điều chỉnh kịp thời các thông số quy trình nếu phát hiện bất thường. (3) Kiểm tra sau tạo hình: Sử dụng các phương pháp kiểm tra không phá hủy (chẳng hạn như xét nghiệm siêu âm, kiểm tra hạt từ tính) để kiểm tra các bức tường bên trong và bên ngoài của khuỷu tay xem có vết nứt không, bao gồm, và các khuyết tật khác. Đối với khuỷu tay không đủ tiêu chuẩn, chúng phải được đánh dấu và xử lý một cách tập trung. Dành cho khuỷu tay đủ tiêu chuẩn, kiểm tra mẫu nên được thực hiện để kiểm tra tính chất cơ học của chúng (chẳng hạn như độ bền kéo, độ dai va đập) để đảm bảo rằng chúng đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật.

6. Kết luận và triển vọng

6.1 Phần kết luận

Bài báo này tiến hành nghiên cứu chuyên sâu về nguyên nhân gây ra hiện tượng nứt thành trong của khuỷu thép không gỉ WP304 trong quá trình tạo hình uốn đẩy nóng và đề xuất các biện pháp phòng ngừa, kiểm soát tương ứng.. Qua phân tích lý thuyết, nghiên cứu thực nghiệm, và mô phỏng phần tử hữu hạn, các kết luận chính như sau:

(1) Vết nứt thành trong của khuỷu thép không gỉ WP304 trong quá trình tạo hình uốn đẩy nóng là kết quả toàn diện của nhiều yếu tố, trong đó có yếu tố vật chất (độ lệch thành phần hóa học, tạp chất có hại, kích thước hạt quá mức, ứng suất dư cao), yếu tố quá trình (sự kết hợp không hợp lý của nhiệt độ hình thành và tốc độ đẩy, sưởi ấm không đều, bán kính uốn quá nhỏ, thông số khuôn không hợp lý), và các yếu tố môi trường (Quá trình oxy hóa, sự khử cacbon, sự giòn hydro do hơi nước).

(2) Trong số các yếu tố vật chất, sự kết tủa của cacbua crom do hàm lượng carbon quá mức, sự tập trung ứng suất gây ra bởi các tạp chất có hại (Al₂O₃, MnS), và việc giảm độ dẻo dai do kích thước hạt quá lớn là những yếu tố chính dẫn đến nứt. Trong số các yếu tố quá trình, sự kết hợp không hợp lý của nhiệt độ hình thành và tốc độ đẩy (nhiệt độ quá thấp + tốc độ quá nhanh, nhiệt độ quá cao + tốc độ quá nhanh) và gia nhiệt không đều là nguyên nhân chính gây ra hiện tượng nứt. Trong số các yếu tố môi trường, quá trình oxy hóa và khử cacbon trên bề mặt vật liệu là những yếu tố chính ảnh hưởng đến chất lượng bề mặt và dẫn đến nứt.

(3) Các biện pháp phòng ngừa và kiểm soát có mục tiêu được đề xuất từ ba khía cạnh: kiểm soát chất lượng vật liệu, tối ưu hóa tham số quy trình, và hình thành cải thiện môi trường. Các biện pháp kiểm soát chất lượng vật liệu bao gồm kiểm soát chặt chẽ thành phần hóa học, giảm tạp chất có hại, kiểm soát kích thước hạt, và loại bỏ ứng suất dư. Các biện pháp tối ưu hóa thông số quy trình bao gồm tối ưu hóa việc kết hợp nhiệt độ tạo hình và tốc độ đẩy, đảm bảo sưởi ấm đồng đều, lựa chọn bán kính uốn hợp lý, và tối ưu hóa thiết kế khuôn. Hình thành các biện pháp cải thiện môi trường bao gồm việc áp dụng hình thành bầu không khí bảo vệ, Kiểm soát độ ẩm môi trường và khí độc hại, và tăng cường xử lý bề mặt sau hình thành. Ngoài ra, kiểm tra chất lượng toàn diện trong toàn bộ quá trình sản xuất có thể đảm bảo hơn nữa chất lượng hình thành của khuỷu tay.

(4) Tổ hợp thông số quy trình tối ưu cho quá trình tạo hình uốn đẩy nóng của khuỷu thép không gỉ WP304 thu được qua thực nghiệm: nhiệt độ hình thành 1050oC -1100oC, tốc độ đẩy 3-5mm/s, bán kính uốn ≥1,5D, và phương pháp gia nhiệt cảm ứng. Sử dụng kết hợp thông số này và kết hợp với các biện pháp kiểm soát vật liệu và cải thiện môi trường tương ứng có thể làm giảm hiệu quả sự xuất hiện vết nứt của tường bên trong, và tỷ lệ khuỷu tay đủ điều kiện có thể đạt nhiều hơn 98%.

6.2 triển vọng

Mặc dù bài viết này đã đạt được những kết quả nghiên cứu nhất định, vẫn còn một số hạn chế cần tiếp tục nghiên cứu trong thời gian tới:

(1) Nghiên cứu trong bài viết này chủ yếu hướng tới khuỷu tay inox WP304. Đối với các loại thép không gỉ austenit khác (chẳng hạn như WP316, WP321) khuỷu tay, nguyên nhân gây nứt và biện pháp phòng ngừa có thể khác nhau. Nghiên cứu trong tương lai có thể mở rộng phạm vi nghiên cứu sang các loại khuỷu thép không gỉ khác để hình thành một hệ thống lý thuyết và phương pháp kỹ thuật phổ quát hơn.

(2) Bài báo này chủ yếu nghiên cứu vấn đề nứt trong quá trình tạo hình uốn đẩy nóng. Về quy luật tiến hóa của các vết nứt vi mô hình thành trong quá trình hình thành ở quá trình sử dụng tiếp theo (chẳng hạn như dưới nhiệt độ cao, áp lực cao, và môi trường ăn mòn), thiếu nghiên cứu chuyên sâu. Nghiên cứu trong tương lai có thể kết hợp môi trường dịch vụ để nghiên cứu cơ chế lan truyền của các vết nứt vi mô và đề xuất phương pháp kiểm soát chất lượng toàn bộ vòng đời cho khuỷu tay thép không gỉ.

(3) Với sự phát triển của công nghệ sản xuất thông minh, nghiên cứu trong tương lai có thể đưa trí tuệ nhân tạo và công nghệ dữ liệu lớn vào quá trình tạo hình uốn đẩy nóng của khuỷu tay thép không gỉ. Bằng cách xây dựng hệ thống giám sát và điều khiển thông minh, có thể thực hiện giám sát thời gian thực và tự động điều chỉnh các thông số quy trình, và chất lượng hình thành của khuỷu tay có thể được dự đoán và đánh giá, sẽ nâng cao hơn nữa hiệu quả sản xuất và chất lượng sản phẩm.

(4) Về mặt tối ưu hóa khuôn, nghiên cứu trong tương lai có thể áp dụng công nghệ sản xuất bồi đắp để sản xuất khuôn có cấu trúc phức tạp và chất lượng bề mặt tốt. Cùng một lúc, vật liệu bôi trơn và công nghệ phủ mới có thể được phát triển để giảm hơn nữa lực cản ma sát giữa khuôn và phôi ống, cải thiện chất lượng hình thành và tuổi thọ khuôn.