Nghiên cứu về độ cứng và tôi của kim loại

NGHIÊN CỨU VỀ ĐỘ CỨNG VÀ TÔI CỦA KIM LOẠI Tóm tắt: Làm cứng tơi luyện thép kỹ thuật thực để cung cấp thành phần có đặc tính học phù hợp với dịch vụ dự kiến chúng Thép nung nóng đến nhiệt độ cứng thích hợp chúng {thường từ 800-900 ° C), giữ nhiệt độ, sau "làm nguội" (làm nguội nhanh), thường dầu nước Tiếp theo ủ (ngâm nhiệt độ thấp hơn) để phát triển đặc tính học cuối làm giảm ứng suất Các điều kiện thực tế sử dụng cho ba bước xác định thành phần thép, kích thước thành phần đặc tính cần thiết Làm cứng tơi luyện thực lị "hở" (trong khơng khí sản phẩm cháy), mơi trường bảo vệ (khí quyển, muối nóng chảy chân khơng) bề mặt khơng bị đóng cặn khử bụi (mất carbon) (" làm cứng trung tính ", cịn gọi là" làm cứng ") Thực số thí nghiệm để làm rõ vấn đề Từ khóa : tơi thép ủ thép I) ĐỘ CỨNG -Độ cứng: Là khả chống lại biến dạng dẻo cục vật liệu tác dụng tải trọng thông qua mũi đâm Vật liệu có độ cứng cao khả chống biến dạng tốt độ bền nén, phá hủy nén tốt Có loại mũi đâm phổ biến nay: hình cầu ( có đường kính 2.5 ; 10 mm) mũi đâm kim cương( có góc tiêu chuẩn 120 ° Có phương pháp đo độ cứng phổ biến Brinell( sử dụng số công ty), Vickers( sử dụng phịng thí nghiệm), Rockwell( thường dùng thực tế): nguyên lý giống nhau, mũi đâm khác nhau, tải trọng đặt vào khác nhau, thang đo khác nhau, đơn vị khác 1) phương pháp Brinell ( HB) -Sử dụng mũi đâm bi thép có đường kính phổ biến 2.5, 5, 10 mm -Tải trọng tương ứng P = 1875; 7500; 30000 (N); P đo kilogram lực (KG) -Nguyên lý đo: Ấn viên bi thép cứng lên bề mặt mẫu, tác dụng tải trọng tương ứng với đường kính bi định trước Trên mặt mẫu có vết lõm hình chỏm cầu Số đo Brinell tính cơng thức sau: HB = P S × 0,1 (KG/mm2) [P : N] = P × 0.1 πDh = P ×0.1 πD 2 (D−√ D −d ) ( Đơn vị: kg/ mm2 N/ mm2 ) Thép với gang thường có P=3000kg, D= 10mm Giải thích: P (N) tải trọng tác dụng S (mm2) diện tích vết lõm D (mm) đường kính viên bi( mũi đâm bi thép) d (mm) đường kính vết lõm h(mm) chiều sâu vết lõm -Điều kiện đo:  Chỉ đo vật liệu mềm, kim loại màu( đồng, nhôm, niken ), hợp kim màu, thép sau ủ, loại gang graphite Không đo vật liệu mỏng ( δ < 10h)  Chiều dày mẫu thí nghiệm khơng nhỏ 10 lần chiều sâu vết lõm  Bề mặt mẫu thử phải sạch, phẳng, khơng có khuyết tật  Chiều rộng, dài mẫu khoảng cách vết đo phải lớn 2D  Thời gian tác động ảnh hưởng đến kết đo Thơng thường thời gian tra theo bảng 4.1 Bảng điều kiện sử dụng thang đo độ cứng Brinell -Máy đo độ cứng Brinell 2) Phương pháp Rockwell ( HRA, HRB, HRC) -Sử dụng mũi đâm bi thép, kim cương (hoặc hợp kim cứng) hình cơn, có góc đỉnh 1200 , bi thép, có đường kính d = 16 '' = 1,588 mm -Nguyên lý đo: Mũi đâm xuống 0,002mm độ cứng giảm đơn vị Khoảng cách giữ vết lõm vết lõm với cạnh mẫu không nhỏ 1,5mm dùng mũi kim cương, 4mm dùng mũi bi thép Mỗi mẫu đo lần lấy trung bình cộng Số đo độ cứng Rockwell xác định: HR = K −¿ Trong : K số ứng với mũi đâm h chiều sâu vết lõm (mm) 0,002mm giá trị vạch đồng hồ so Bảng giới hạn đo thang Rockwell - Máy đo độ cứng Rockwell h 0.002 3) Phương pháp đo độ cứng Vicker -Sử dụng mũi kim cương hình tháp, có góc hai mặt bên 136 ° Tải trọng sử dụng P = (50 ÷ 1500)N, phụ thuộc chiều dày mẫu đo -Nguyên lý đo: Ấn mũi kim cương lên bề mặt mẫu, tác dụng tải trọng tương ứng với đường kính định trước Trên mặt mẫu có vết lõm hình chỏm tháp Số đo Vicker tính cơng thức : HV= P = S Trong đó: P sin d α = 1.854 P d ; α = 136° P tải trọng (N hay KG) S diện tích bề mặt vết lõm (mm2) d chiều rộng lớn phần lõm (mm)  Ưu điểm phương pháp đo độ cứng: -Độ cứng chống lại biến dạng dẻo cục độ bền chống lại biến dạng dẻo tồn Nên thơng qua tính độ cứng để suy độ bền kim loại -Đo độ cứng tương đối đơn giản, tốn thời gian (trên phút/1 mũi đo) -Có thể đo chi tiết dày mỏng -Biết khả làm việc chi tiết  Độ cứng thông dụng chi tiết sau: -Độ cứng phù hợp cho cắt gọt: (160 ÷ 180) HB -Các chi tiết lị xo, khn dập nóng: (40 ÷ 45) HRC -Các bánh chịu tải trọng nhỏ, vận tốc chậm (các loại máy cơng cụ): (52÷58) HRC -Mọi bánh chịu tải trọng lớn, vận tốc cao; dụng cụ cắt gọt; khuôn dập nguội; ổ lăn; đĩa ma sát, chi tiết khác bị mài mịn tương tự… độ cứng lớn (60 ÷ 62) HRC II) TƠI THÉP Tơi thép phương pháp nhiệt luyện gồm có nung nóng chi tiết thép đến trạng thái γ, giữ nhiệt thời gian τ làm nguội nhanh vnguội ≥ vtới hạn Hình 4.8 - Sơ đồ cơng nghệ q trình nhiệt luyện + Tốc độ nguội tới hạn tốc độ nguội nhỏ mà chi tiết chuyển biến hoàn toàn thành Maxtensit (Mt) + Thép khác có tốc độ nguội tới hạn khác + Vnguội: Tốc độ nguội môi trường nguội Thép C45 (đã ủ) Thép C45 (sau tôi) 1) Chọn nhiệt độ Nhiệt độ tơi ảnh hưởng trực tiếp đến tính thép sau tơi Để tơi thép cacbon, dựa vào giản đồ trạng thái sắt - cacbon %C để chọn nhiệt độ tơi Hình 4.10 - Lị nhiệt luyện  Đối với thép trước tích thép tích (%C ≤ 0,8%) Chọn nhiệt độ tơi cao AC3, nghĩa nung nóng thép đến trạng thái hồn tồn Austenite Phương pháp gọi tơi hồn tồn t0tơi = AC3 + (30 ÷ 50)0C Trong khoảng 0,1 ÷ 0,8%C điểm AC3 thép giảm xuống Nung nóng chậm AC3 = A3  Đối với thép sau tích (0,8% < %C ≤ 2,14%) Nhiệt độ tơi cao AC1, thấp Accm, nghĩa nung lên trạng thái khơng hồn tồn austenite Tổ chức nung để γ + CeII Đây phương pháp tơi khơng hồn tồn t0tơi = AC1 + (30 ÷ 50)0C Thép sau tích nhiệt độ tơi giống Nung nóng chậm A C1 = A1, khoảng (760÷780)0C, khơng phụ thuộc vào thành phần cacbon  Có thể xác định A C3 AC1 cách dựa vào giản đồ trạng thái Fe-C tra sổ tay nhiệt luyện 2) Thời gian giữ nhiệt τ: Phụ thuộc vào nhiều yếu tố:  Khoảng nhiệt độ nung  Môi trường nung  Kích thước chi tiết  Hình dạng chi tiết  Cách xếp chi tiết Kinh nghiệm: tính theo chiều dày nhỏ tiết diện lớn nhất, tra theo bảng sau: Bảng 4.4 Bảng thời gian nung mẫu Hình Trịn Vng Tấm Thời gian nung (phút) dạng chi tiết Cho đường kính Nhiệt nung 600 700 mm Cho mm chiều dày độ 1,5 2,2 800 900 1000 1,0 0,8 0,4 1,5 1,2 0,6 1,6 0,8 3) Chọn mơi trường nguội: Mơi trường nguội cần có khả làm nguội lớn tốc độ nguội tới hạn để thép đạt độ cứng tốt Nếu tốc độ nguội nhỏ tốc độ nguội tới hạn độ cứng bị suy giảm Một số môi trường nguội thường dùng: nước nóng (40 ÷ 60) 0C, nước thường (25 ÷ 30) 0C, nước lạnh (5 ÷ 15)0C, dung dịch NaOH NaCl, dầu nhớt, khơng khí, muối nóng chảy, emusi: dầu + nước Thông thường thép cacbon chọn môi trường nguội nước; thép hợp kim môi trường nguội dầu nhớt Chọn vận tốc nguội: Vnguội = Vtới hạn + (30 ÷ 50)0C 4) Mài mẫẫu Quy trình tơi thép Nung Đo HRB Mài mẫẫu Đo HRC III) THÍ NGHIỆM Nhận mẫu sau ủ (C45 mẫu thép hợp kim) Đóng số AB A: Số thứ tự nhóm B: Số thứ tự mẫu Đo độ cứng HB HRB mẫu  Đo HB mẫu C45 Báo cáo  Các mẫu lại đo HRB Lưu ý: Đo lần mẫu tính trung bình Mẫu số Thép 100Cr 12 C45 C45 C45 C45 C45 bình Trung Trung (sau ủ) 116HRB 151 HB 81 HRB 79 HRB 77 HRB 80 HRB bình (sau tơi) 60 HRC 20 HRC 34 HRC 56 HCR 30 HRC 22 HRC Tôi mẫu thép Mẫu Loại số thép Đồ thị 100 Cr12 C45 C45 C45 C45 C45 Nhiệt độ (0C) Tốc độ Thời gian Môi trường làm giữ nhiệt làm nguội nguội 780 730 780 830 830 830 Dầu nhớt Phút /1 mm Nước thường Nước thường Nước thường Dầu nhớt Khơng khí (oC/s) 150 600 600 600 150 30 Nhận xét tốc độ nguội độ cứng: Cùng nhiệt độ thời gian giữ nhiệt môi trường làm nguội khác ta thấy độ cứng mẫu thép C45 đo khác rõ ràng thể qua biểu đồ mối quan hệ độ cứng tốc độ nguội chi tiết Độ cứng mẫu làm nguội môi trường nước cao đến khơng khí cuối dầu nhớt Từ biểu đồ ta khẳng định mơi trường tơi thép C45 ngành công nghiệp chi tiết cồng kềnh, đơn giản ta nên chọn môi trường tơi mơi trường nước Vì mơi trường dễ sử dụng, khơng địi hỏi nhân cơng cần có tay nghề cao, lại khơng gây độc hại sức khỏe người lao động, giá thành sản phẩm sau gia công rẻ Đây yếu tố đặc biệt chọn môi trường làm nguôi chi tiết Kết luận Cùng nhiệt độ thời gian giữ nhiệt môi trường làm nguội khác ta thấy độ cứng mẫu thép C45 đo khác rõ ràng thể qua đồ thị biểu diễn mối quan hệ độ cứng tốc độ nguội Từ đồ thị khẳng định môi trường thép C45 ngành công nghiệp chi tiết cồng kềnh, đơn giản ta nên chọn môi trường môi trường nước Vì mơi trường dễ sử dụng, khơng địi hỏi nhân cơng cần có tay nghề cao, lại không gây độc hại sức khỏe người lao động, giá thành sản phẩm sau gia công rẻ Đây yếu tố đặc biệt chọn môi trường làm nguội chi tiết Tài liệu tham khảo : https://www.wallworkht.co.uk/content/harden_and_temper/ https://drive.google.com/drive/folders/1yHTAZDyNdRCuJ3ksjg3psEZI pH73dQC?usp=sharing ... (mm)  Ưu điểm phương pháp đo độ cứng: -Độ cứng chống lại biến dạng dẻo cục độ bền chống lại biến dạng dẻo tồn Nên thơng qua tính độ cứng để suy độ bền kim loại -Đo độ cứng tương đối đơn giản, tốn... tốc độ nguội độ cứng: Cùng nhiệt độ thời gian giữ nhiệt môi trường làm nguội khác ta thấy độ cứng mẫu thép C45 đo khác rõ ràng thể qua biểu đồ mối quan hệ độ cứng tốc độ nguội chi tiết Độ cứng. .. trị vạch đồng hồ so Bảng giới hạn đo thang Rockwell - Máy đo độ cứng Rockwell h 0.002 3) Phương pháp đo độ cứng Vicker -Sử dụng mũi kim cương hình tháp, có góc hai mặt bên 136 ° Tải trọng sử