Tạo lớp phủ thép hợp kim trên bề mặt chi tiết dạng trụ bằng công nghệ hàn nổ

T¹p chÝ Khoa häc & C«ng nghÖ - Sè 4(48) Tập 2/N¨m 2008 
45 
TẠO LỚP PHỦ THÉP HỢP KIM TRÊN BỀ MẶT CHI TIẾT DẠNG TRỤ 
BẰNG CÔNG NGHỆ HÀN NỔ 
Hà Minh Hùng - Phạm Văn Quế (Viện Nghiên cứu Cơ khí) 
1. Đặt vấn đề: 
 Sử dụng năng lượng nổ trong gia công kim loại bằng áp lực là một trong các phương 
pháp biến dạng tạo hình tiên tiến để tạo phôi, hoặc phục hồi các chi tiết máy có hình thù từ đơn 
giản đến phức tạp mà không cần phải đầu tư thiết bị tạo áp lực lớn nhờ có nhiều ưu điểm và tính 
chất đặc biệt của quá trình nổ, và do vậy đã được nghiên cứu ứng dụng rộng rãi tại các nước 
công nghiệp tiên tiến như Mỹ, Liên Xô trước đây, Nhật Bản và nhiều nước khác, trong đó đã có 
một vài nghiên cứu ứng dụng tại Việt Nam. 
Ở Mỹ, người ta đã sử dụng năng lượng nổ để hàn các tấm kim loại kích thước lớn có diện 
tích đến 34 m2 với nhau bằng một lần nổ mà không cần thiết bị tạo áp lực nào có thể thay thế được. 
Năng lượng nổ cũng được ứng dụng trong việc tạo phôi hợp kim nhiều lớp đồng thời kết hợp với 
nhiều phương pháp công nghệ truyền thống như: phun nổ tạo lớp phủ kim loại lên bề mặt kim loại 
nền, ép nổ tạo hình vật liệu bột kim loại, dập nổ biến dạng tạo hình các hợp kim khó biến dạng dẻo, 
gia công biến cứng chi tiết bằng thép hợp kim tại những vùng cục bộ chịu tải trọng lớn... 
Hàn bằng năng lượng nổ đã được các nhà khoa học trên thế giới, trong đó có Liên Xô 
trước đây, đặc biệt quan tâm và đầu tư nghiên cứu ứng dụng trong lĩnh vực phục hồi các chi tiết 
máy có kích thước và khối lượng lớn ngay tại hiện trường sử dụng, ví dụ như: hàn phục hồi các 
chỗ hư hỏng trên đường ống dẫn dầu khí, tạo phôi để làm các bể chứa chịu ăn mòn hoá học, chế 
tạo vật liệu hợp kim nhiều lớp từ những kim loại và hợp kim khó biến dạng dẻo ở điều kiện 
thông thường dùng trong công nghiệp hàng không và vũ trụ. Một lĩnh vực ứng dụng năng lượng 
nổ khác trên thế giới là phục hồi các chi tiết từ vật liệu bằng thép và hợp kim mầu khác có dạng 
ống như xy lanh thuỷ lực, dạng cánh tuốc bin thuỷ khí, các gối tựa chịu lực dạng cầu... cũng rất 
có hiệu quả kinh tế [1]. 
3. Cách tiếp cận 
- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết hàn nổ để biến dạng dẻo tóp ống chi tiết dạng hình trụ để từ 
đó tính toán lượng thuốc nổ sử dụng cần thiết để thí nghiệm phục hồi một số xy lanh thuỷ lực 
bằng thép trong bộ giảm xóc xe ô tô vận tải mỏ tại Quảng Ninh; 
- Nghiên cứu thực nghiệm phát triển công nghệ hàn nổ tóp ống để tạo phôi bimetal dạng 
trụ từ vật liệu lõi thép bên trong là thép chế tạo máy thông thường (thép 45), và lớp phủ bề mặt 
làm việc của một số chi tiết máy bằng thép hợp kim chịu mòn cao (thép ШХ15); 
- Nghiên cứu tính chất biên giới hai lớp bimetal thép 45 + thép ШХ15 sau hàn nổ theo một 
số phương pháp ở các công trình [1÷5]. 
3. Nội dung báo cáo 
3.1. Bài toán biến dạng tóp ống kim loại bằng năng lượng nổ 
 Chúng ta quan sát một ống kim loại hình trụ có bán kính ngoài R1 và bán kính trong R2, 
chịu áp lực p phân bố đều ở mặt ngoài (hình 1). Khi p đạt một giá trị p1 nào đó thì ống kim loại 
Héi th¶o Khoa häc toµn quèc C«ng nghÖ vËt liÖu vµ bÒ mÆt - Th¸i Nguyªn 2008 
46 
bắt đầu biến dạng dẻo và các phân tố của ống bị dịch chuyển vào phía tâm một cách đối xứng. 
Để đơn giản hóa quá trình tính toán, chúng tôi giới hạn ống kim loại có chiều dầy nhỏ so với 
bán kính của ống. Từ đó cho phép có thể bỏ qua ảnh hưởng của chiều dài ống trong phép tính, 
và ta có thể coi như bài toán phẳng. Khi đó, phương trình cân bằng ứng suất tại một phần tử nhỏ 
của ống khi chưa chuyển động trong tọa độ cực có dạng: 
0=
−
+
rdr
d rr ϕσσσ
 (1) 
Theo điều kiện dẻo Misses: 
Tr σσσ ϕ 3
2
=−
 (2) 
trong đó: σr, σϕ - ứng suất hướng tâm và ứng suất tiếp tuyến tương ứng; 
 σT - ứng suất chảy của vật liệu. 
 Đặt biểu thức (2) vào (1) và lấy tích phân phương trình (1) ta có: 
crTr +
−
= ln
3
2σ
σ
 (3) 
Khi ống bắt đầu biến dạng dẻo, hằng số tích phân được xác định bởi điều kiện sau: 
 σr (r = R2) = 0; 2ln3
2
Rc T
σ
= (4) 
Đặt biểu thức (4) vào (3) ta có: 
R
rT
r ln3
2σ
σ
−
= (5) 
Giới hạn áp suất p1 đủ để xy lanh biến dạng dẻo dưới tác dụng của tải trọng tĩnh được xác định 
theo biểu thức: 
( )
2
1
11 ln3
2
R
RRrp Tr
σ
σ
−
==+= (6) 
ở đây: dấu “−” biểu thị áp suất nén. 
 Trong trường hợp ống thép biến dạng dưới tác dụng của tải trọng động xung cao tốc khi nổ 
thì σT không thể là ứng suất chảy tĩnh của vật liệu, mà khi đó ta phải lấy giới hạn chảy động σtd: 
2
1ln
3
2
R
Rp tdtd σ
−
=
 (7) 
 Sau đây ta hãy xét trường hợp ống bị tóp co lại theo hướng kính (vật liệu thành 
ống chuyển động hướng vào tâm) dưới tác dụng của áp lực xung nổ. Nhà khoa học 
người Nga nghiên cứu trong lĩnh vực hàn nổ Đeribas A. A. giả thiết coi hình trụ bị biến 
dạng rất nhanh như một chất lỏng lý tưởng. Khi đó, nếu gọi ro là khoảng cách của một 
phần tử nhỏ của ống đối với tâm trước lúc biến dạng: r(ro, t) là khoảng cách của chính 
điểm đó ở thời điểm t (sau khi nổ) trong quá trình dịch chuyển. Phương trình liên tục 
của phần tử trên thành ống có dạng: 
),(
),(
0
0
0
0
trr
r
r
trr
=
∂
∂
 (8) 
T¹p chÝ Khoa häc & C«ng nghÖ - Sè 4(48) Tập 2/N¨m 2008 
47 
 Phương trình chuyển động của phần tử có dạng: 
0
0
10
0
2
0
2 ),(1),(),(
r
trP
r
trr
t
trr
∂
∂
−=
∂
∂
ρ (9) 
trong đó: p - áp suất của chất lỏng; ρ1 - khối lượng riêng của vật liệu được coi như chất lỏng. 
Lấy tích phân phương trình (8) theo r0: )(20 tCrr += (10) 
ở đây: C (t) - hằng số tích phân phụ thuộc vào biến số (t). 
 Lấy đạo hàm biểu thức (10) theo (t) và đặt vào phương trình (9) ta có: 
( ) ( )[ ]21
120
2
10
2
10
2
2'
20
2
10
2" 1111
8
ln
4
RpRp
cRcRcR
c
cR
cRC
−−=



+
−
+
−
+
+
+
+
ρ (11) 
trong đó: p (R2) = 0; p(R1) = t; R12 = R210 + C ; R22 = R220 + C 
Ta có: 
dc
RdC )(
2
1'
=
 ; 2
2
1
2
"
)(
dt
RdC = (12) 
Thay C' và C" vào phương trình (11) ta nhận được: 
[ ] 





−−=
−




− )(ln)(1
)()(8
)(
)(
)(ln)(
4
1
22
2
2
1
12
2
2
1
2
20
2
10
2
2
12
2
2
12
12
2
tp
R
R
Ktp
tRtR
RR
tR
dt
d
tR
tR
tR
dt
d
ρ 
ϕσσ −= rK (13) 
 Vì nếu coi vật liệu trong trường hợp biến dạng ở tốc độ và áp suất cao khi nổ như một 
chất lỏng lý tưởng không nén được, nên ta có thể viết: 
2
20
2
10
2
2
2
1 RRRR −=− ; 
2
10
2
20
2
1
2
2 RRRR −+= 
 Áp lực sinh ra do quá trình nổ tác dụng lên ống hình trụ được xác định như sau: 
3
11100 )(
/
)(
27
16)( 



+
+
−+
=
dt
tdR
DHt
tRRH
D
tp ρ (14) 
trong đó: ρo, D - khối lượng riêng và tốc độ nổ của thuốc nổ tương ứng; 
 H - chiều dày lớp thuốc nổ. 
 Trong thực tế ống kim loại bằng thép bị biến dạng không hoàn toàn như một chất lỏng lý 
tưởng. Do đó, trong quá trình dịch chuyển vào phía trong, tại các phần tử của ống thép sẽ phát 
sinh phản lực chống lại hiện tượng biến dạng dẻo (trở kháng biến dạng). Vì thế, ống thép chỉ 
duy trì sự biến dạng của nó sau một thời gian nhất định và đạt một giá trị nào đó. Vì ống kim 
loại bị biến dạng với tốc độ rất nhanh dưới tác dụng của áp suất nổ cực cao, nên trong trường 
hợp này ta phải lấy K = K0 là ứng suất tiếp động. Giải phương trình vi phân (13) với hai điều 
kiện: 02 =R ; 0
)0(2
=
dt
dR
 và chúng ta sẽ xác định được quy luật chuyển động của ống kim loại 
dưới tác dụng của áp lực xung nổ. 
Héi th¶o Khoa häc toµn quèc C«ng nghÖ vËt liÖu vµ bÒ mÆt - Th¸i Nguyªn 2008 
48 
• Kết quả tính toán và thử nghiệm ứng dụng phục hồi xy lanh thuỷ lực: 
Dưới đây chúng tôi giới thiệu kết quả tính toán áp dụng cho bài toán như sau: Vật liệu ống 
biến dạng dẻo dưới tác dụng của năng lượng nổ là ống xy lanh thuỷ lực bằng thép tương đương 
mác thép 45 trong bộ phận giảm xóc của xe ô tô vạn tải mỏ KOMASHU –320 (Nhật Bản).Vật 
liệu này có cơ tính như sau: mật độ ρ1 = 7,85g/cm3; trở kháng chống biến dạng Kd = 610,7 
MPa; ống có kích thước ban đầu R10 = 56 mm; R20 = 50 mm (trước khi biến dạng tóp). Thuốc 
nổ được dùng là loại Amônít 6ЖB của Nga có mật độ rải bằng ρ0 = 0,9 g/cm3 và chiều dầy lớp 
thuốc nổ tối thiểu bằng H = 9 mm. Trên hình 3 thể hiện sơ đồ khối để lập chương trình máy tính 
cho việc tính toán bài toán nổ tóp ống xy lanh thuỷ lực nói trên. Kết quả tính toán được cho 
trong bảng 1. 
 Trong trường hợp chiều dày lớp thuốc nổ không lớn, tốc độ nổ được tính toán theo biểu 
thức sau [2]: 





−= 79,0
44,215,4
H
D
 (15) 
trong đó: D – tốc độ nổ của thuốc nổ, được biểu thị bằng mm/µs; H – chiều dày lớp thuốc nổ, 
được tính theo mm. 
PP
R2
R
1
1
2
3
4
5
6
7
Hình 1. Sơ đồ phân bố áp suất tác dụng 
lên mặt trụ ống thép khi biến dạng dẻo 
bằng năng lượng nổ. 
 Hình 2. Sơ đồ nổ tóp ống kim loại: 
1) - Kíp nổ; 2) - Chóp nón bằng gỗ; 3) – Ống kim loại 
cần tóp; 4) - Lõi thép cố định kích thước đường kính 
trong; 5) - Thuốc nổ; 6) - Ống bọc thuốc nổ bằng bìa 
giấy; 7) -Đế nổ. 
Bảng 1. Kết quả tính toán nổ tóp ống kim loại bằng thép 
r , µs R2, mm dR2/dt, mm/µs r , µs R2, mm dR2/dt, mm/µs 
0 50 0 8 49,40 0,126 
1 49,99 0,019 9 49,28 0,123 
2 49,96 0,037 10 49,16 0,120 
3 49,91 0,056 20 48,12 0,089 
.... ..... ..... 30 47,39 0,056 
 Kết quả tính toán trên đây cho thấy: dưới tác dụng của áp lực xung nổ các phần tử của 
ống dịch chuyển tăng dần đến một thời điểm nào đó và tốc độ dịch chuyển đạt giá trị cực đại. 
Tiếp sau đó, tốc độ dịch chuyển giảm dần và tiến tới bằng không và khi đó ống thép sẽ nhận giá 
trị thực sau khi bị biến dạng bằng năng lượng nổ. Với số liệu tính toán trong bảng 1 trên đây có 
T¹p chÝ Khoa häc & C«ng nghÖ - Sè 4(48) Tập 2/N¨m 2008 
49 
thể chỉ định các giá trị biên của miền khảo sát khi lập quy hoạch thực nghiệm nổ tóp các loại 
ống kim loại từ các vật liệu khác nhau để thực hiện thí nghiệm thăm dò công nghệ. Sau khi xác 
định được giá trị thực nghiệm ở các chế độ đó, cần thực hiện các thí nghiệm hiệu chỉnh để tìm 
các thông số công nghệ nổ tối ưu đảm bảo kích thước cuối cùng của ống thép sau khi nổ tóp. 
Hình 3. Sơ đồ khối lập trình tính toán bài toán nổ tóp ống kim loại. 
Tính cực trị Kd, VH 
Chu kỳ biến đổi R2 
Chu kỳ biến đổi lớn H2 
Thay đổi kích thước ống khác nhau 
Tính toán các thông số của phương trình (13) 
Chu kỳ biến đổi nhỏ dR2 Để giải PT vi phân 
Giải phương trình vi phân (13) 
Xác định dR2/dt; ∆R2 
In kết quả R2, H, V, ∆R 
Kết thúc chu kỳ R2 
Không 
Không 
Nhập số liệu vào máy 
NÕu dR2/dt 
Nếu dR2/dt -VH 
Kết thúc giải 
NÕu dR2/dt 
cùc ®¹i 
Héi th¶o Khoa häc toµn quèc C«ng nghÖ vËt liÖu vµ bÒ mÆt - Th¸i Nguyªn 2008 
50 
3.2. Bài toán nổ tóp ống để hàn với lõi thép ở giữa 
 Giả thiết cho rằng ống kim loại phía ngoài có khối lượng riêng ρ1 và có bán kính ban 
đầu là R10 và R20. Ống được bao quanh bằng thuốc nổ dạng ống có chiều dầy H. Thỏi hoặc ống 
thép bên trong có đường kính ngoài R30. Khe hở giữa ống thép ngoài và thỏi kim loại trong ∆R 
= R20 - R30. Dưới tác dụng của áp suất nổ, ống ngoài bị tóp lại với tốc độ v, tốc độ này sẽ đạt 
được giá trị cực đại sau một thời gian rất ngắn. Sau đó do trở lực chống biến dạng của kim loại 
tốc độ dịch chuyển giảm dần (bảng 1). Chúng ta sẽ xác định khoảng cách tối ưu ∆R của ống 
thép bên ngoài và thỏi kim loại bên trong nhằm mục đích đạt được giá trị cực đại của v tương 
ứng với dịch chuyển ∆R. Ống thép bên ngoài va đập vào thỏi thép bên trong với tốc độ v phát 
sinh ra một áp suất xung pv xác định theo biểu thức sau: 
2211
2121
CC
CCvp v ρρ
ρρ
+
= (16) 
trong đó: C1; ρ1; C2; ρ2 - tốc độ truyền sóng và khối lượng riêng của ống thép ngoài và lõi thép 
trong tương ứng. 
Giả sử ống thép ngoài sẽ hàn được với lõi thép bên trong nếu áp lực xung khi nổ đủ lớn 
để tạo ra ứng suất tiếp va đập lớn hơn ứng suất chảy động của vật liệu có độ bền cao cao 
hơn.Theo lý thuyết đường trượt của một tấm kim loại bị biến dạng chảy dẻo do va đập thì giới 
hạn của áp suất va đập phải đạt được là: 
dv Kp )2( pi+= (17) 
 ở đây: Kd - giới hạn ứng suất tiếp chảy dẻo ở trạng thái nóng của vật liệu có độ bền cao hơn 
(ống hoặc thỏi kim loại hàn). 
 Trị số Kd được xác định theo biểu thức:
3
d
dK
σ
= và Td σσ )43( ÷≅ 
 Từ đó suy ra: Tvp σ)129( ÷= (18) 
Từ biểu thức (17) và (16) xác định tốc độ va đập cần thiết để quá trình hàn được xNy ra: 
dH KCC
CC
v )2(
2121
2211 pi
ρρ
ρρ
+
+
=
 (19) 
 Sau khi xác định được vH ta giải phương trình (13) với các thông số chiều dày thuốc nổ 
thay đổi. Ứng với mỗi chiều dày thuốc nổ và kích thước cụ thể của ống kim loại bên ngoài mà 
xác định giá trị cực đại của tốc độ nổ và xác định trị số ∆R của dịch chuyển mặt trong của ống 
kim loại hàn nổ. So sánh giá trị cực đại này của tốc độ dịch chuyển sẽ nhận được với vH. Bài 
toán sẽ được hoán thánh khi đảm bảo được điều kiện sau: 
0)(
max
2 ≥Hvdt
tdR
 (20) 
Nếu dR2/dtmax ≤ vH thì cần phải tăng thêm chiều dầy lớp thuốc nổ và lặp lại các thí 
nghiệm. Cuối cùng, khi đã xác định được H, đồng thời ta sẽ xác định được ∆R tối ưu. 
T¹p chÝ Khoa häc & C«ng nghÖ - Sè 4(48) Tập 2/N¨m 2008 
51 
3.3. Kết quả thực nghiệm hàn nổ tạo phôi bimetal tại Viện Nghiên cứu Cơ khí 
Mẫu thí nghiệm sử dụng là lõi thép 45 và ống thép ШX15 lồng vào nhau để hàn nổ trước 
khi bọc thuốc nổ cho trên hình 4 a, nhóm nghiên cứu và NCS chuNn bị mẫu thí nghiệm tại 
trường nổ ngoài trời của Công ty Hoá chất 13 - Tổng cục Công nghiệp Quốc phòng sau khi khi 
bọc lớp thuốc nổ - hình 4 b. Chế độ nổ chọn sơ bộ trong khoảng: r = 1,4 ÷ 1,8 ; h = 0,1 ÷ 0,5 và 
C = 0,75 ÷ 1,0. Kết quả hàn nổ theo một số chế độ quy hoạch thực nghiệm tạo phôi bimetal 
dạng thanh thép 45 + thép ШX15 cho trên hình 5a. 
Từ các phôi bimetal sau hàn nổ nhận được, cắt lấy mẫu có dấu hiệu bám dính của ống 
thép ШХ15 và lõi thép 45 tương đối tốt. Để có đánh giá tổng quát về chất lượng phôi bimetal 
dạng trụ sau hàn nổ, quy định chia mỗi một phôi sau hàn nổ thành 03 vùng cục bộ theo hướng 
nổ như sau: phần đầu được tính từ mặt tiếp giáp trực tiếp của phần thuốc nổ phụ để kích nổ với 
phần thuốc nổ ống hình trụ bọc ngoài ống thép hợp kim (ký hiệu là vùng 1), tiếp đến là phần 
giữa (ký hiệu là vùng 2) và phần cuối tiếp giáp trực tiếp với đế nổ (ký hiệu là vùng 3). Mỗi một 
phôi bimetal nhận được sau hàn nổ được cắt thành 03 đoạn khác nhau 1 – 2; 2 – 3 (mỗi đoạn có 
chiều dài trung bình 60 mm) và 02 đoạn trung gian có chiều dài 10 mm tại nơi tiếp giáp giữa các 
đoạn nói trên để gia công thành các mẫu thử phá huỷ xác định độ bền bám dính 2 lớp (hình 5b) 
và mẫu nghiên cứu cấu trúc tế vi theo chiều ngang và dọc theo hướng nổ tương ứng (hình 6a,b). 
Kết quả thử và tính toán mô phỏng số độ bền bám dính 2 lớp bimetal thép 45 + thép 
ШX15 ngay sau khi hàn nổ cho trên hình 7. Tõ c¸c ¶nh ®å tÝnh to¸n m« pháng trªn h×nh 7 cã thÓ 
nhËn xÐt: ®é bÒn b¸m dÝnh 2 líp bimetal thÐp 45 + thÐp ШX15 chÞu ¶nh h−ëng cña c¸c th«ng sè 
ban ®Çu khi hµn næ theo quy luËt phi tuyÕn. §−êng cong thùc nghiÖm cho thÊy, trong ph¹m vi 
miÒn c¸c gi¸ trÞ lùa chän cña c¸c th«ng sè D, h, r khi hµn næ chÊt l−îng b¸m dÝnh 2 lớp bimetal 
nãi trªn nh×n chung ®¹t yªu cÇu sö dông và tiếp tục ép chảy để biÕn d¹ng t¹o h×nh đến kích 
thước s¶n phÈm cuèi cïng. 
a) 
b) 
Hình 4. ChuJn bị mẫu thí nghiệm hàn nổ bimetal dạng thanh thép 45+ thép шх15: 
a) – Pakét ống thép hợp kim bọc phía ngoài lõi thép 45; b) NCS.Phạm Văn Quế và 
nhóm nghiên cứu tại hiện trường nổ (Công ty hoá chất 13- TCCN Quốc phòng) 
Héi th¶o Khoa häc toµn quèc C«ng nghÖ vËt liÖu vµ bÒ mÆt - Th¸i Nguyªn 2008 
52 
 a) a) 
 b) 
 b) 
Hình 5. Mẫu thí nghiệm bimetal thép 45 + thép 
шх15 sau hàn nổ (a) và sơ đồ cắt mẫu giám định 
chất lượng vật liệu (b) 
Hình 6. Mẫu để khảo sát cấu trúc tế vi biên giới 
liên kết 2 lớp vật liệu bimetal thép 45 + thép 
шх15 sau hàn nổ cắt ngang (a) và cắt dọc 
theo hướng nổ (b) 
Hình 7. Kết quả tính toán mô phỏng số độ bền bám dính 2 lớp bimetal thép 45 + thép ШX15 
bằng phần mềm STATSTICA. 
Phân tích kết quả thí nghiệm trên một số mẫu điển hình (hình 5) và ảnh đồ mô phỏng độ 
bền bám dính 2 lớp vật liệu bimetal thép 45 + thép ШХ15 sau hàn nổ (hình 7), ta có thể rút ra 
kết luận sau: 
T¹p chÝ Khoa häc & C«ng nghÖ - Sè 4(48) Tập 2/N¨m 2008 
53 
1) Hiện tượng ống thép hợp kim ШХ15 tại 03 vùng khác nhau của phôi bimetal sau hàn 
nổ bị biến dạng tóp vào trong theo chu vi đường kính của nó không đều dọc theo hướng nổ quan 
sát thấy trên toàn bộ các mẫu thí nghiệm, nhưng ở các mức độ co ngang tương đối khác nhau 
(3,0 ÷ 4,5 % so với kích thước danh nghĩa đường kính ngoài). Nguyên nhân có thể được giải 
thích bởi quan điểm của chúng tôi theo nguyên lý hình học trên sơ đồ nổ (hình 2) cho rằng: Mặt 
phân cách nổ theo đường sinh từ phần chóp nón của thuốc nổ phụ kích nổ ở thời điểm bắt đầu 
hàn ống thép hợp kim với lõi thép 45 (từ điểm kích nổ O đến điểm gãy uốn A) sang phần thuốc 
nổ chính có dạng ống hình trụ đã thay đổi khá rõ rệt (từ điểm gãy uốn A đến điểm bị chặn bởi đế 
nổ B), còn ở thời điểm cuối quá trình nổ - thay đổi rất đột ngột (tại điểm B tiếp giáp trực tiếp 
giữa phần cuối phôi nổ với đế nổ). Do vậy, có thể cho rằng quá trình nổ tại thời điểm bắt đầu đi 
vào vùng 1 và thời điểm đi ra khỏi vùng 3 của phôi nổ (hình 6 a) có sự mất ổn định nào đó, làm cho 
một phần vật liệu ống thép hợp kim bên ngoài không đạt được mức độ biến dạng dẻo hướng kính 
cao như tại vùng 2 ở phần giữa phôi nổ. Tại phần 2 của phôi nổ: quan điểm của chúng tôi cho rằng 
quá trình nổ xNy ra tương đối ổn định vì mặt phân cách nổ không bị ảnh hưởng của như tại các điểm 
đặc trưng A và B nói trên. Mặt khác, từ lý thuyết hàn nổ ta có với các chế độ nổ khác nhau, thì dưới 
tác dụng của năng lượng nổ va đập truyền vào ống thép hợp kim hình trụ và làm cho lượng biến 
dạng dẻo của nó theo hướng kính và dọc đường sinh hình trụ sẽ ở các mức độ khác nhau; 
2) Khi các thông số r và C tăng, khả năng bám dính của ống thép hợp kim ШХ15 với lõi 
thép nền 45 có xu hướng tăng tỷ lệ thuận so với r và C. Mức độ ảnh hưởng của chúng tới độ bền 
bám dính 2 lớp kim loại hàn có thể được xác định, nhờ việc xây dựng mô hình toán học mô tả sự 
ảnh hưởng tương tác đồng thời của 3 thông số hàn nổ đã chọn trong vùng biến thiên khảo sát 
trong lô thí nghiệm theo quy hoạch đầy đủ (N= 33); 
3) Khi thông số h tăng, khả năng bám dính của ống thép hợp kim ШХ15 với lõi thép nền 
45 có xu hướng tăng tỷ lệ nghịch so với h. Mức độ ảnh hưởng của nó tớí độ bền bám dính 2 lớp 
kim loại hàn có thể được xác định nhờ việc xác lập mô hình toán học mô tả sự ảnh hưởng của 3 
thông số hàn nổ đã chọn trong vùng biến thiên khảo sát trong lô thí nghiệm theo quy hoạch đầy 
đủ tương tự như đối với hai thông số r và C. 
Trên các hình 8 ÷ 11 thể hiện các ảnh chụp cấu trúc tế vi vùng biên giới liên kết bimetal 
thép 45 + thép ШХ15 nhận được ngay sau khi hàn nổ và chưa qua biến dạng dẻo (εΣ = 0 %), 
mẫu không qua nhiệt luyện được khảo sát theo mặt cắt ngang phôi nổ, còn trên hình 12 là ảnh 
chụp cấu trúc biên giới 2 lớp khảo sát dọc theo hướng nổ. 
↑ ThÐp 45↑ 
Biªn giíi 
← → 
↓ ШХ15 ↓ 
H×nh 8. Ảnh chụp cấu trúc biên giới hai lớp 
mẫu số 2 (MS: 020), hàn nổ ở chế độ 
r = 1,4; h = 0,5; C = 0,75. 
H×nh 9. Ảnh chụp cấu trúc biên giới hai lớp 
mẫu số 4 (MS: 122), hàn nổ ở chế độ: r = 
1,6; h = 0,5; C =1,0. 
Héi th¶o Khoa häc toµn quèc C«ng nghÖ vËt liÖu vµ bÒ mÆt - Th¸i Nguyªn 2008 
54 
↑ ThÐp 45↑ 
Biªn giíi 
← → 
↓ ШХ15 ↓ 
Hình 10. Ảnh chụp cấu trúc biên giới hai 
lớp mẫu số 5 (MS: 111), hàn nổ ở chế độ: 
r = 1,6; h = 0,3; C = 0,875. 
 Hình 11. Ảnh chụp cấu trúc biên giới hai lớp 
mẫu số 15 (MS: 121), hàn nổ ở chế độ: 
r = 1,6; h = 0,3; C = 0,875. 
↑ ThÐp 45↑ 
Biªn giíi 
← → 
↓ ШХ15 ↓ 
Phân tích kết quả nghiên cứu và chụp 
ảnh cấu trúc tế vi biên giới liên kết 2 lớp 
một số mẫu bimetal điển hình cho thấy: 
nhìn chung trong vùng lân cận mối hàn 
giữa lớp thép hợp kim ШХ15 và lớp thép 
nền 45 có quan sát thấy tương đối ít tạp 
chất đúc nóng chảy, nhưng ở mức độ ít 
hơn rất nhiều so với các mẫu thí nghiệm 
thăm dò công nghệ. Biên dạng sóng liên 
kết giữa 2 lớp kim loại hàn nổ có tính 
chất đặc trưng của công nghệ hàn nổ như 
đối với bimetal dạng tấm phẳng. 
Hình 12. Ảnh chụp cấu trúc biên giới hai lớp mẫu số 15 
(MS: 121), hàn nổ ở chế độ: r = 1,6; h = 0,3; 
C = 0,875 (dọc theo hướng nổ). 
Điều này có thể được giải thích bởi quan điểm cho rằng: do có tổng biến dạng co ngang theo 
hướng kính của ống thép hợp kim dưới tác dụng của áp suất va đập cao khi hàn nổ, ngoài sự va 
đập dọc theo hướng nổ (dọc đường sinh hình trụ) tạo ra thành phần biến dạng dọc hướng nổ, còn 
có thành phần biến dạng theo hướng kính. Xét trên mặt cắt ngang phôi nổ tại một thời điểm nào 
đó thì chính biến dạng co ngang này có thể là nguyên nhân chủ yếu thúc đNy sự gia tăng các 
thông số sóng liên kết do có sự trượt nén tương đối giữa bề mặt tiếp xúc ống thép hợp kim với 
bề mặt tiếp xúc lõi thép các bon. Biên độ và bước sóng liên kết 2 lớp kim loại hàn nổ trong mặt 
cắt ngang phôi nổ có xu hướng lớn hơn so với các thông số sóng liên kết tương ứng dọc theo 
hướng nổ (đường sinh hình trụ tại bề mặt phân cách 2 lớp). 
Cấu trúc tế vi biên giới liên kết giữa lớp thép 45 với lớp thép ШХ15 khảo sát trên mẫu 
cắt dọc theo hướng nổ tại phần giữa phôi nổ (hình 6 b) được thể hiện trên hình 12 có biên dạng 
sóng âm đều đặc trưng của công nghệ hàn nổ,điều này minh chứng cho mức chất lượng mối hàn 
là do quy định bởi độ ổn định quá trình nổ trong phân vùng 2 như đã nêu trên. Đối với các chế 
độ nổ thích hợp (mẫu số 5 và mẫu số 15) biên giới liên kết 2 lớp vật liệu bimetal sau hàn nổ rất 
ít tạp chất, điều đó đảm bảo chất lượng bám dính giữa chúng rất cao, vật liệu có thể sử dụng 
ngay ở trạng thái sau hàn nổ mà không cần qua gia công biến dạng dẻo.