Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường: Nghiên cứu ứng dụng phương pháp sai phân hữu hạn giải các bài toán khuếch tán khi hàn thép không gỉ với thép cacbon

- Tổ chức kim loại mối hàn khi hàn nóng chảy.
- Truyền nhiệt trong quá trình hàn nóng chảy.
- Sự khuếch tán chất trong quá trình hàn nóng chảy.
- Định luật khuếch tán.
- Cơ chế khuếch tán.
- CHƯƠNG II: PHƯƠNG PHÁP SAI PHÂN HỮU HẠN TRONG CÁC BÀI TOÁN KHUẾCH TÁN.
- Giải bài toán khuếch tán nhiệt.
- Bài toán khuếch tán chất.
- 2.2.1.Phương trình khuếch tán.
- CHƯƠNG III: ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP SAI PHÂN HỮU HẠN ĐỂ GIẢI CÁC BÀI TOÁN KHUẾCH TÁN KHI HÀN THÉP KHÔNG GỈ VỚI THÉP CACBON.
- Bài toán khuếch tán nhiệt.
- 3.2.1.Bài toán.
- 3.3.1.Bài toán.
- Bài toán khuếch tán của cacbon từ phía thép cacbon vào vũng hàn.
- Bài toán khuếch tán của crom từ phía vũng hàn vào thép cacbon.
- Cơ tính và chất lượng của mối hàn phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố, tuy nhiên điều đầu tiên ta cần chú ý đến chính là sự khuếch tán nhiệt và chất diễn ra trong suốt quá trình hàn..
- Quá trình khuếch tán chất xảy ra khi có sự chênh lệch nồng độ các nguyên tố hợp kim ở các vùng.
- Đối với mối hàn thép không gỉ và thép cacbon, do sự chênh lệch về nồng độ của các nguyên tố hợp kim như cacbon, crom, niken nên sẽ có sự khuếch tán trong suốt quá trình hàn.
- Như vậy, để dự đoán, đánh giá hay điều khiển chất lượng sau cùng của mối hàn, ta cần phải đi xây dựng bài toán khuếch tán nhiệt và khuếch tán chất diễn ra trong quá trình hàn..
- Trên thế giới, các nghiên cứu có rất nhiều nghiên cứu về truyền nhiệt và khuếch tán của các nguyên tố trong suốt quá trình hàn.
- Đối với quá trình khuếch tán chất, các nghiên cứu tập trung chủ yếu vào cơ chế của quá trình khuếch tán, sự phân bố khuếch tán của các nguyên tố và ảnh hưởng của sự khuếch tán tới chất lượng mối hàn.
- Arnold Matthys Meyer [8] nghiên cứu sự khuếch tán của các nguyên tố hợp kim từ kim loại có bản vào trong vùng HAZ ở nhiệt độ cao trong mối hàn của thép 11 – 12%Cr.
- Trong đó tác giả tập trung vào ảnh hưởng sự khuếch tán của cacbon và nito tới sự phát triển hạt trong vùng HAZ và sự thay đổi cơ tính của mối hàn..
- Xác định đường cong khuếch tán của các nguyên tố hợp kim sử dụng phương pháp sai phân hữu hạn..
- Đề tài dựa trên cơ sở nghiên cứu lý thuyết về sai phân hữu hạn để ứng dụng giải bài toán khuếch tán cho một đối tượng cụ thể.
- Chương 2: Phương pháp sai phân hữu hạn trong các bài toán khuếch tán Chương 3: Ứng dụng phương pháp sai phân hữu hạn để giải các bài toán khuếch tán khi hàn thép không gỉ với thép cacbon..
- Đề tài đã tính toán được sự khuếch tán nhiệt của mối hàn ở hai phía là thép không gỉ và thép cacbon thay đổi theo thời gian và theo khoảng cách.
- Bên cạnh đó, đề tài cũng tính được sự khuếch tán của nguyên tố cacbon và crom khi có sự chênh lệch gradien nồng độ..
- Nhiệt độ lớn hơn 570 0 C: Fe + O 2  Fe 3 O 4.
- Tổ chức của kim loại trong vùng ảnh hưởng nhiệt phụ thuộc vào nhiệt độ của từng vùng (căn cứ vào giản đồ trạng thái Fe - C) bao gồm:.
- Vùng thường hoá (IV): là vùng có nhiệt độ C.
- Vùng kết tinh lại (VI): là vùng có nhiệt độ C.
- Vùng dòn xanh (VII): là vùng có nhiệt độ <.
- trước hết ta nghiên cứu nguồn nhiệt và sự phân bố nhiệt độ trong quá trình hàn hồ quang..
- α là khả năng khuếch tán nhiệt υ là độ nhớt động học của vũng hàn.
- T: Nhiệt độ.
- α: Khuếch tán nhiệt của phôi: 𝛼 = 𝑘.
- Sự khuếch tán chất trong quá trình hàn nóng chảy 1.4.1.
- Trong đó, có hai cơ chế quan trọng nhất của quá trình vận chuyển chất đó là khuếch tán và sự đối lưu..
- Sự khuếch tán chất tương tự như quá trình truyền nhiệt, nó xảy ra khi có sự chênh lệch nồng độ của các chất.
- Trong nghiên cứu, tác giả tập trung vào sự khuếch tán của các nguyên tố xảy ra trong mối hàn.
- Do vậy, trong phần dưới đây ta sẽ nghiên cứu sâu hơn sự khuếch tán của phân tử xảy ra trong dung dịch rắn..
- Định luật Fick 1: Định luật Fick 1 nêu lên mối quan hệ giữa dòng nguyên tở khuếch tán J qua một đơn vị bề mặt vuông góc với phương khuếch tán và gradient nồng độ dc/dx..
- c: nồng độ chênh lệch chất khuếch tán.
- D: hệ số khuếch tán (cm 2 /s).
- Định luật Flick I chỉ cho ta biết điều kiện và chiều hướng xảy ra sự khuếch tán.
- Tuy nhiên khi áp dụng vào công nghệ ta cần biết các quy luật khuếch tán theo thời gian, nhiệt độ (nhiệt động học) cụ thể, để có thể xây dựng được các hàm (giá trị) của nồng độ chất khuếch tán tại nhiệt độ và thời gian cụ thể C(x, τ).
- Biểu thức của định luật Fick II trong trường hợp hệ số khuếch tán không phụ thuộc vào nồng độ như sau:.
- Nghiệm của phương trình (1.10) trong trường hợp khuếch tán một chất có nồng độ c s trên bề mặt vào bên trong mẫu với nồng độ ban đầu c 0 (c s >.
- 𝑡), nếu c s và c 0 là hằng số, có nghĩa chiều sâu x của lớp khuếch tán với nồng độ c nào đó tỷ lệ thuận với √𝐷.
- Cơ chế khuếch tán a.
- Trong loại vật liệu này, các nguyên tử khuếch tán theo cơ chế nút trống, tức nguyên tử dịch chuyển đến nút trống bên cạnh.
- Như vậy, khả năng khuếch tán phụ thuộc vào xác suất của hai quá trình trên và hệ số khuếch tán có thể viết dưới dạng:.
- Hoạt năng khuếch tán Q liên quan đến năng lượng tách và dịch chuyển nguyên tử khỏi nút mạng, do đó Q sấp xỉ L nc sấp xỉ T nc.
- Khả năng tạo nút trống cạnh nguyên tử khác loại và cạnh nguyên tử dung môi là khác nhau, do đó hệ số khuếch tán của nguyên tử khác loại khác với hệ số khuếch tán của nguyên tử dung môi.
- Đó là khuếch tán theo cơ chế giữa nút mạng.
- Bên cạnh các nguyên tử xen kẽ luôn luôn có lỗ hổng và lượng các lỗ hổng trong mạng là xác định và nhiều hơn nguyên tử xen kẽ nên nồng độ lỗ hổng không ảnh hưởng đến hệ số khuếch tán.
- Giải bài toán khuếch tán nhiệt 2.1.1.
- Trường nhiệt độ..
- là gradient nhiệt độ tại điểm X  Ω .
- Xây dựng phương trình khuếch tán theo một phương..
- Coi D là hằng số theo trục x, phương trình mô tả chất được vận chuyển trong quá trình khuếch tán biểu diễn như sau:.
- b.Xây dựng phương trình khuếch tán theo 2 chiều và 3 chiều..
- Phương trình khuếch tán theo hai chiều có dạng.
- Phương trình khuếch tán theo ba chiều có dạng:.
- Cách khai triển và tính toán tương tự như bài toán khuếch tán nhiệt.
- Mô phỏng phương pháp sai phân hữu hạn trong bài toán khuếch tán Sơ đồ sai phân hiện chỉ ổn định khi:.
- CHƯƠNG III: ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP SAI PHÂN HỮU HẠN ĐỂ GIẢI CÁC BÀI TOÁN KHUẾCH TÁN KHI HÀN THÉP KHÔNG GỈ VỚI.
- Do vậy có sự khác nhau về cấu trúc tinh thể, đường kính nguyên tử, khả năng hòa tan, khuếch tán của nguyên tố kim loại ở trạng thái lỏng, rắn ...Làm cho tổ chức và tính chất tại vùng hàn và vùng ảnh hưởng nhiệt khác biệt với mối hàn thông thường..
- Trong chương này, ta sẽ đi nghiên cứu về bài toán khuếch tán nhiệt và bài toán khuếch tán chất sử dụng phương pháp sai phân hữu hạn..
- Bài toán khuếch tán nhiệt 3.2.1.Bài toán.
- Tại X = X N , nhiệt độ mối hàn bằng nhiệt độ môi trường.
- Nhiệt độ Thép không gỉ Thép cacbon.
- Nhiệt độ nóng chảy ( 0 C) 1773 1800.
- Nhiệt độ môi trường ( 0 C) 25 25.
- Hình 3.1.Mô hình bài toán khuếch tán nhiệt Phương trình tổng quát tính nhiệt độ tại nút thứ j (j = 2, n-1).
- Tính trường nhiệt độ cho phía thép không gỉ.
- Ta có bảng giá trị nhiệt độ tại các nút như sau.
- Giá trị nhiệt độ tại các nút T j k.
- Đồ thị biểu diễn sự thay đổi nhiệt độ của thép không gỉ 5.
- Tính trường nhiệt độ cho phía thép cacbon.
- Giá trị nhiệt độ tại các nút cho phía thép cacbon.
- Đồ thị biểu diễn sự thay đổi nhiệt độ của thép cacbon.
- Bài toán khuếch tán chất 3.3.1.Bài toán.
- Trong mối hàn giữa thép không gỉ và thép cacbon, điện cực sử dụng là E308 – 16, do sự chênh lệch nồng độ của các nguyên tố ở nhiệt độ cao nên sẽ có sự khuếch tán.
- các nguyên tố trong quá trình hàn.
- Khuếch tán của nguyên tố Cacbon từ phía thép cacbon vào trong vũng hàn - Khuếch tán của nguyên tố Crom từ phía vũng hàn vào thép cacbon.
- Khuếch tán của nguyên tố Niken từ phía vũng hàn vào thép cacbon.
- Bài toán khuếch tán của cacbon từ phía thép cacbon vào vũng hàn 1.
- Mô hình lưới bài toán khuếch tán chất Phương trình tổng quát tính nhiệt dộ tại nút thứ j (j = 2, n-1).
- Đồ thị biểu diễn sự khuếch tán cacbon từ ranh giới kim loại cơ bản (thép cacbon) vào vũng hàn.
- Bài toán khuếch tán của crom từ phía vũng hàn vào thép cacbon 1.
- Sơ đồ tính toán và cách làm tương tự bài toán khuếch tán cacbon, ta thu được kết quả sau:.
- Đồ thị biểu diễn sự khuếch tán crom từ ranh giới vũng hàn vào kim loại cơ bản (thép cacbon).
- Trong nội dung nghiên cứu của đề tài nhóm tác giả đã giải quyết được một số vấn đề: Dựa trên cơ sở lý thuyết cùng với các tham số đầu vào lấy từ kết quả thực nghiệm, nhóm tác giả đi xây dựng bài toán khuếch tán nhiệt và bài toán khuếch tán chất trong quá trình hàn nóng chảy.
- Bên cạnh đó, tác giả sử dụng phương pháp sai phân hữu hạn để tiến hành giải các bài toán khuếch tán ứng với trường hợp hàn thép không gỉ và thép cacbon.
- Thứ nhất, dựa vào kết quả của bài toán khuếch tán nhiệt, thì sự phân bố nhiệt độ của hai vùng phía thép không gỉ và thép cacbon là khác nhau.
- Thứ hai, đối với bài toán khuếch tán chất, khi sự chênh lệch nồng độ giữa các vùng càng lớn thì tốc độ khuếch tán càng mạnh.
- Cụ thể, khả năng khuếch tán của crom từ vũng hàn vào thép cacbon diễn ra mạnh hơn và bề rộng khuếch tán lớn hơn..
- Định hướng nghiên cứu tiếp theo của đề tài là sử dụng phần mềm để mô phỏng trường nhiệt độ trong mối hàn cũng như sự khuếch tán của các nguyên tố trong quá trình hàn.

Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn
hoặc xem Tóm tắt