Ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến chiều sâu thấm nhiệt và độ cứng tế vi trong gia công tiện thép 9XC qua tôi có gia nhiệt bằng laser

50 750
s= 0,15mm/vg 750 735 740 750 750 743
660
680
700
720
740
760
780
800
820
D
o
c
u
n
g
 t
e
 v
i 
(H
V
) 
Khoang cach tu be mat (mm) 
Tạp chí Khoa học và Công nghệ 124 (2018) 019-025 
23 
 Với lượng tiến từ 0,06-0,12mm/vg, độ cứng tế 
vi từ bề mặt đến chiều sâu 0,05mm cao hơn so với độ 
cứng tế vi của phôi; hiện tượng này có thể do laser có 
năng lượng lớn làm nhiệt độ bề mặt phôi nóng lên 
trong thời gian ngắn, đồng thời tốc độ nguội của bề 
mặt phôi rất lớn làm cho một lớp mỏng vật liệu bề 
mặt phôi biến cứng do nguội nhanh của hạt mịn. Với 
chiều sâu cách bề mặt khoảng 0,1mm, độ cứng tế vi 
thấp hơn độ cứng tế vi của phôi là do xảy ra hiện 
tượng ram kim loại; khoảng cách từ 0,1mm độ cứng 
lại tăng dần đến khoảng cách 0,15mm thì độ cứng 
không thay đổi (hình 6). Với lượng tiến dao 
0,15mm/vg, chùm laser sau chiếu lên vết laser trước 
một phần nhỏ nhiệt độ bị phân tán nhanh, không đủ 
thời gian để làm thay đổi tổ chức vật liệu. 
3.2.2. Ảnh hưởng của tốc độ vòng quay 
 n = 355vg/ph n = 500vg/ph 
 n = 710vg/ph n = 1000vg/ph 
Hình 7. Ảnh hưởng của tốc độ vòng quay đến chiều 
sâu thấm nhiệt khi chưa cắt 
Các thông số s=0,06 mm/vg, P = 330W, tT = 
10s giữ không đổi; thay đổi tốc độ vòng quay. Các 
chi tiết sau khi gia nhiệt được đem đi chụp tổ chức 
tế vi để biết chiều sâu thấm nhiệt và đo độ cứng tế 
vi (hình 7) và đo độ cứng tế vi (hình 8). Tốc độ 
vòng quay chậm, công suất nguồn nhiệt laser và 
thời gian tương tác với vật liệu chi tiết như nhau, 
nhưng chiều dài chi tiết được nung nóng ngắn hơn, 
luồng khí xung quanh chi tiết nhỏ hơn, nhiệt tập 
trung và dẫn vào sâu phía trong chi tiết nhiều hơn, 
nên chiều sâu thấm nhiệt lớn hơn khi tốc độ vòng 
quay lớn. 
Hình 8. Ảnh hưởng của tốc độ vòng quay đến độ 
cứng tế vi khi chưa cắt 
Khi thay đổi tốc độ vòng quay, độ cứng lớp bề 
mặt trong khoảng 0,05mm cao hơn độ cứng của phôi 
là do chùm laser sau chiếu đè lên vết chùm laser 
trước khi lượng chạy dao nhỏ, nhiệt độ bề mặt tăng 
cao đồng thời bề mặt chi tiết bị biến cứng do tác động 
của khối khí nóng va đập. Ở tốc độ vòng quay thấp 
nhiệt độ ram cao hơn, độ cứng tại vị trí cách bề mặt 
chi tiết 0,1mm nhỏ hơn và chiều sâu có độ cứng thay 
đổi lớn hơn. Căn cứ vào kết quả này ta có thể tăng 
chiều sâu cắt để tăng năng suất cắt (hình 8). 
3.3. Ảnh hưởng của các thông số đến chiều sâu 
thấm nhiệt và độ cứng tế vi khi tiện có gia nhiệt 
bằng laser 
Mục tiêu cần hướng tới là sau khi tiện vật liệu 
cứng có gia nhiệt bằng laser, yêu cầu tính chất vật 
liệu chi tiết sau khi gia công không thay đổi đáng kể 
so với vật liệu phôi ban đầu; từ đó nghiên cứu tiến 
hành kiểm tra ảnh hưởng của các thông số đến chiều 
sâu thấm nhiệt và độ cứng tế vi của chi tiết sau khi 
gia công. 
3.3.1. Ảnh hưởng của chiều sâu cắt đến chiều sâu 
thấm nhiệt và độ cứng tế vi 
Để khảo sát sự ảnh hưởng của chiều sâu cắt đến 
chiều sâu thấm nhiệt và độ cứng tế vi, chọn các thông 
số n = 1000vg/ph, s = 0,06mm/vg, P = 330W, tT = 
10s cố định, chiều sâu cắt thay đổi từ 0,1 - 0,3mm. 
Sau khi tiện xong chi tiết, tiến hành chụp tổ chức tế vi 
để kiểm tra chiều sâu thấm nhiệt (Hình 9) và độ cứng 
tế vi (hình 10). 
Chiều sâu cắt chọn t = 0,1mm tương ứng với 
điểm có độ cứng thấp nhất (hình 6), tại vị trí này do 
tương tác với nguồn laser nên nhiệt độ vẫn lớn cùng 
với đó là việc lưỡi cắt đang tham gia vào quá trình gia 
0,05 0,1 0,15 0,25 0,35 lõi
n=355vg/ph 822 801 679 710 725 756
n=500vg/ph 781 612 657 735 735 737
n=710vg/ph 781 712 735 743 750 750
n=1000vg/ph 801 717 748 750 753 750
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
D
o
 c
u
n
g
 t
e
 v
i 
(H
V
) 
Khoang cach tu be mat (mm) 
Tạp chí Khoa học và Công nghệ 124 (2018) 019-025 
24 
công làm phát sinh nhiệt cắt, tổng hợp của hai nguồn 
nhiệt này sẽ lớn, kết hợp với lực cắt dẫn đến sự xô 
lệch mạng tinh thể, làm biến cứng bề mặt; do đó độ 
cứng đến vị trí cách bề mặt chi tiết 0,1mm lớn (hình 
10). Khi chọn chiều sâu cắt từ 0,15-0,25mm, tức là vị 
trí có độ cứng gần như không đổi (hình 6) so với độ 
cứng của phôi. Vị trí này nguồn laser tác động để sinh 
nhiệt là không đáng kể, nhiệt cắt tại mũi dao lúc này 
là tương tự nhiệt cắt trong gia công thông thường, do 
đó nó không làm ảnh hưởng đến độ cứng bề mặt chi 
tiết sau gia công; nhưng vẫn đảm bảo là cắt được dễ 
dàng, vì phần lớn chiều sâu cắt đã được nguồn nhiệt 
laser nung nóng, làm liên kết kim loại yếu đi, tạo điều 
kiện thuận lợi cho quá trình cắt. Phương pháp gia 
công tiện vật liệu cứng có gia nhiệt bằng laser có thể 
nâng cao được năng suất với việc chọn chiều sâu cắt 
lớn mà không ảnh hưởng đến quá trình cắt. 
Hình 9. Ảnh hưởng của chiều sâu cắt đến chiều sâu 
thấm sau gia công tiện (t = 0,15mm) 
Hình 10. Ảnh hưởng của chiều sâu cắt đến độ cứng tế 
vi sau gia công tiện 
3.3.2. Ảnh hưởng của tốc độ vòng quay đến chiều sâu 
thấm nhiệt và độ cứng tế vi. 
Để khảo sát, các thông số s = 0,06mm/vg, t = 
0,15mm, P = 330W, tT = 10s được giữ cố định; tốc độ 
cắt được thay đổi từ 355-1000vg/ph. Kết quả được 
chỉ rõ trong hình 11 và 12. 
 n = 355vg/ph n = 500vg/ph 
Hình 11. Ảnh hưởng của tốc độ vòng quay đến chiều 
sâu thấm nhiệt sau khi tiện 
Hình 12. Ảnh hưởng của tốc độ vòng quay đến độ 
cứng tế vi sau khi tiện 
Với tốc độ 355vg/ph và 500vg/ph thì chiều sâu 
thấm nhiệt tương ứng là 0,35mm và 0,25mm (hình 
11). Như chỉ ra trong hình 12, khi chiều sâu cắt đạt 
0,15mm, nhiệt độ tại vị trí này cao do ảnh hưởng của 
laser, kết hợp cùng nhiệt cắt sinh ra tại mũi dao làm 
xô lệch mạng, độ cứng sẽ tăng lên. Với tốc độ vòng 
quay lớn hơn 710-1000vg/ph, độ cứng tế vi sau tiện 
thay đổi không đáng kể. Như vậy với phương pháp 
gia công tiện vật liệu cứng có gia nhiệt bằng laser có 
thể nâng cao năng suất bằng cách chọn tốc độ vòng 
quay lớn. 
0 0,05 0,1 0,15 lõi
t= 0,1mm 789 775 756 750 750
t= 0,15mm 759 759 756 756 756
t= 0,2mm 753 753 750 750 748
t= 0,25mm 756 756 753 750 750
720
730
740
750
760
770
780
790
800
D
o
c
u
n
g
 t
e
 v
i 
(H
V
) 
Khoang cach tu be mat (mm) 
0 0,05 0,1 0,15 lõi
n=355vg/ph 804 798 775 759 750
n=500vg/ph 798 775 756 756 750
n=710vg/ph 753 753 748 750 750
n=1000vg/ph 756 759 753 753 753
720
730
740
750
760
770
780
790
800
810
D
o
c
u
n
g
 t
e
 v
i 
(H
V
) 
Khoang cach tu be mat (mm) 
Tạp chí Khoa học và Công nghệ 124 (2018) 019-025 
25 
3.3.3. Ảnh hưởng của lượng tiến dao đến chiều sâu 
thấm nhiệt và độ cứng tế vi. 
 Chọn thông số n = 1000vg/ph, t = 0,15mm, P = 
330W, tT = 10s giữ cố định, lượng tiến dao thay đổi 
từ 0,06mm/vg - 0,15mm/vg. Sau gia công tiện, đem 
chi tiết chụp tổ chức tế vi để xác định chiều sâu thấm 
nhiệt - kết quả năng lượng chùm laser không làm ảnh 
hưởng đến chiều sâu thấm nhiệt trong điều kiện thí 
nghiệm này. Khi lượng tiến dao thay đổi, độ cứng tế 
vi hầu như không thay đổi (bảng 4). 
Bảng 4. Ảnh hưởng của lượng tiến dao đến độ cứng 
tế vi 
S 
( 
mm/vg) 
Độ cứng tế vi cách bề mặt (HV) 
0 0,05 0,1 0,15 Lõi 
0,06 756 753 753 750 750 
0,09 753 753 753 753 750 
0,12 753 750 753 750 748 
0,15 750 753 750 748 745 
4. Kết luận 
 Nghiên cứu này đã đánh giá được ảnh hưởng 
của công suất laser đến nhiệt độ bề mặt phôi và đã chỉ 
ra rằng với công suất laser nhỏ hơn 255W không ứng 
dụng được vào để gia nhiệt khi tiện. Bên cạnh việc 
đánh giá được ảnh hưởng của nhiệt độ đến chiều sâu 
thấm tôi và ảnh hưởng của thời gian trễ, điểm đặt 
laser đến nhiệt độ bề mặt phôi còn đưa ra cơ sở để 
chọn các thông số hợp lý nhằm nâng cao năng suất 
gia công và thuận tiện cho quá trình gá đặt đầu laser. 
 Nghiên cứu cũng đã khảo sát, đánh giá ảnh 
hưởng của các thông số đến chiều sâu thấm nhiệt và 
độ cứng tế vi trong trường hợp chưa cắt gọt; căn cứ 
vào kết quả này để lựa chọn chế độ cắt thích hợp. 
 Đã phân tích ảnh hưởng của các thông số đến 
chiều sâu thấm nhiệt và độ cứng tế vi trong trường 
hợp tiện có gia nhiệt bằng laser. Kết quả cho thấy khi 
chiều sâu cắt lớn hơn 0,1mm và tốc độ vòng quay lớn 
hơn 500vg/ph thì độ cứng bề mặt và độ cứng tế vi của 
chi tiết sau gia công thay đổi không đáng kể. Ngoài 
ra, khi thay đổi lượng tiến dao thì độ cứng bề mặt và 
độ cứng tế vi của chi tiết sau gia công cũng không 
thay đổi. Vậy, phương pháp tiện vật liệu cứng có gia 
nhiệt bằng laser có thể nâng cao được năng suất gia 
công. 
Lời cám ơn 
Nghiên cứu này được tài trợ bởi Quỹ phát triển khoa 
học và công nghệ quốc gia (NAFOSTED) trong đề tài 
mã số “107.02-2016.01”. 
Tài liệu tham khảo 
[1]. Nghiêm Hùng, Vật liệu cơ sở, Nhà xuất bản Khoa học 
và Kỹ thuật, Hà Nội 2007. 
[2]. Banh Tien Long, Nguyen Huu Phan, Ngo Cuong, 
Nguyen Duc Toan, Surface quality analysis of die steels 
in powder-mixed electrical discharge machining using 
titan powder in fine machining, Advances in 
Mechanical Engineering 8(7) (2016) 
1687814016657732 
[3]. Shi, J., and Liu, C. R., On predicting chip morphology 
and phase transformation in hard machining, The 
International Journal of Advanced Manufacturing 
Technology, Vol. 27(7) (2006), 645-654. 
[4]. Shi, J. and Liu, C.R., “Flow stress property of hardened 
steel under high temperature with tempering effect” Int. 
J. Mech. Sci., Vol. 46(6) (2004), 891–906. 
[5]. S. Sun, M. Brandt, M.S. Dargusch, Thermally enhanced 
machining of hard-tomachine materials-a review, 
International Journal of Machine Tools and 
Manufacture 50 (2010) 663–680. 
[6]. William. M. Steen Jyotirmoy Mazumder, Laser 
Material Processing, Springer (2010). 
[7]. Hongtao Ding. Yung C. Shin, Improvement of 
machinability of Waspaloy via laser-assisted 
machining, International Journal Manufacture 
Technology (2013) 64:475-486. 
[8]. Bành Tiến Long, Trần Thế Lục, Trần Sỹ Túy, Nguyên 
lý gia công vật liệu, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ 
thuật (2001). 
[9]. Nguyễn Ngọc Đào, Trần Thế San, Hồ Viết Bình, Chế 
độ cắt gia công cơ khí, Nhà xuất bản Đà Nẵng (2002).