BÁO CÁO THỰC HÀNH VẬT LIỆU KỸ THUẬT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI KHOA CƠ KHÍ BỘ MƠN CƠNG NGHỆ CƠ KHÍ BÁO CÁO THỰC HÀNH VẬT LIỆU KỸ THUẬT Họ tên: Mã số SV: Lớp: Hà Nội, 2022 I QUY ĐỊNH VỀ AN TOÀN THỰC HÀNH, THÍ NGHIỆM TẠI PHỊNG THÍ NGHIỆM VẬT LIỆU, TRUNG TÂM CƠ HỌC MÁY THỦY LỢI Sinh viên giáo viên hướng dẫn an toàn thực hành lớp Việc trang bị kiến thức an toàn cho sinh viên trước thí nghiệm khâu bắt buộc nhằm tránh rủi ro, tai nạn đáng tiếc ảnh hưởng tới sức khỏe, tâm lý vấn đề liên quan Ngoài việc tuân thủ quy định chung Trung tâm học Máy thủy lợi, sinh viên cần phải tuyệt đối tuân theo quy định an toàn phịng thí nghiệm Vật liệu kỹ thuật Một số quy định không dép lê, không mang đồ ăn, đồ uống vào phịng thí nghiệm, khơng sử dụng thiết bị chưa đào tạo, …và đặc biệt không gian lận báo cáo kết thí nghiệm II NỘI DUNG THÍ NGHIỆM A NỘI DUNG HƯỚNG DẪN LÝ THUYẾT TRÊN LỚP Sinh viên hướng dẫn nội dung thí nghiệm bao gồm 02 thí nghiệm đây: BÀI ĐO ĐỘ CỨNG CỦA THÉP VÀ GANG I- Mục đích yêu cầu - Nắm vững nguyên lý đo độ cứng theo phương pháp Brinell, Rockwell Vicker - Làm quen biết cách sử dụng máy đo độ cứng thông dụng II- Cơ sở lý thuyết Đo độ cứng Độ cứng khả chống lại biến dạng dẻo cục kim loại, tác dụng tải trọng thông qua mũi đâm Độ cứng đặc trưng tính quan trọng vật liệu, dễ dàng đo thông qua thiết bị đo mà không cần phải phá hủy mẫu Một số phương pháp đo độ cứng thường sử dụng: - Phương pháp đâm: dùng tải trọng xác định đặt lên mũi đâm (hình cơn, hình tháp, hình cầu ) có độ cứng cao (kim cương, hợp kim cứng, thép ) để mũi đâm tác dụng lên bề mặt mẫu, gây biến dạng vị trí đâm Căn cào diện tích chiều sâu vết lõm bề mặt mẫu ứng với tải trọng tác dụng để tính số đo độ cứng Phương pháp dùng phổ biến - Phương pháp nảy lại: dùng để đo độ biến dạng đàn hồi cách thả viên bi từ độ cao xác định lên bề mặt vật liệu Sau đó, vào chiều cao trước sau thả bi mà tính số đo độ cứng - Phương pháp đo độ xước: phương pháp đo khả chống lại phá hoại bề mặt vật liệu Với phương pháp mũi kim cương vừa ấn lên bề mặt mẫu, vừa bị kéo chuyển động với tốc độ xác định, để tạo thành vết xước Căn vào lực ấn, chiều sâu, chiều rộng vết xước để tính số đo độ cứng Trong thí nghiệm này, tiến hành đo độ cứng kim loại phương pháp đâm như: Phương pháp đo độ cứng Brinell Nguyên lý phương pháp ấn viên bi thép cứng, lên bề mặt mẫu tác dụng tải trọng P, bề mặt mẫu có vết lõm hình chỏm cầu Số đo Brinell tính biểu thức: HB  2P  πD  D  D  d   0.5   Trong đó: D: Đường kính viên vi, mm d: Đường kính vết lõm, mm Hình 1: Đo độ cứng Brinell Phương pháp cho phép đo vật liệu có độ cứng nhỏ 450 HB để tránh biến dạng cho viên bi Độcứng viên bi theo thang Vicker không bé 850 HV Phương pháp đo độ cứng Rockwell Phương pháp tiến hành cách dùng mũi đâm kim cương có dạng hình nón, góc đỉnh 120 dùng mũi đâm bi thép có đường kính d = (1.6  12.7) mm đâm lên bề mặt vật liệu Số đo độ cứng Rockwell xác định hiệu số chiều sâu công thức đây: HRX  M  h 0.002 X: Chỉ thang đo sử dụng (A, B, C, D, E, R, M) M: Giới hạn thang đo M = 100 → mũi đâm kim cương (thang A, C, D) M = 130 → mũi đâm bi thép (thang B, E, R, M) h = h2 – h1: Chiều sâu vết lõm, mm (Hiện đo máy → kết ngay) h1: Độ sâu tải phụ, mm h2: Độ sâu tải chính, mm Hình 2: Đo độ cứng Rockwell Đo phương pháp Rockwell cho phép đo mẫu có độ cứng cao 450 HB mẫu mỏng, nhỏ 1.2 mm Phương pháp cho phép thay đổi tải trọng pham vi rộng mà không làm thay đổi giá trị đo độ cứng, bảo đảm quy luật đồng dạng mũi đâm Ngoài thời gian đo nhanh (từ – 10 giây) Phương pháp đo độ cứng Vicker Phương pháp Vicker nguyên lý đo giống phương pháp Brinell, thay mũi bi mũi kim cương hình tháp, có góc hai mặt bên 136 Tải trọng sử dụng P = ÷ 1500N, phụ thuộc vào chiều dày mẫu đo Đo theo phương pháp Vicker áp dụng cho chi tiết cứng mềm, số đo độ cứng không phụ thuộc vào tải trọng HV  2P  1.854P sin  kG / mm 2 2 d d Trong đó: d: Đường chéo vết lõm, mm Hình 3: Đo độ cứng Vicker Đo phương pháp Vicker thường dùng để đo độ cứng vật mỏng, lớp thấm… BÀI QUAN SÁT CẤU TRÚC TẾ VI CỦA CÁC LOẠI GANG, THÉP I- Mục đích yêu cầu - Thực hành mài mẫu, đánh bóng, tẩm thực quan sát tổ chức tế vi mẫu gang kính hiển - Tầm quan trọng công tác chuẩn bị mẫu ảnh hưởng trình đến kết thu - Nhận biết phân biệt loại gang - Phân biệt tổ chức tế vi thép sau nhiệt luyện nhiệt độ khác II- Cơ sở lý thuyết Phân biệt loại gang Gang hợp kim sắt với Cacbon với thành phần Cacbon lớn 2,14% Ngồi cịn ngun tố thường gặp Mn, Si, P, S + Si Mn hai nguyên tố có tác dụng điều chỉnh tạo thành graphit tính gang + Cịn P S nguyên tố có hại gang nên tốt Các đặc tính gang: + Nhiệt độ chảy thấp, nên dễ nấu chảy thép + Dễ nấu luyện + Tính đúc tốt + Dễ gia công cắt (trừ gang trắng) + Chịu nén tốt Phân loại gang Theo tổ chức tế vi, người ta phân gang làm loại gang trắng gang grafít  Gang trắng: có tổ chức tế vi gang hoàn toàn phù hợp với giản đồ trạng thái Fe-C chứa hỗn hợp tinh Ledeburit; - Gang trắng trước tinh có: + %C < 4,3% + Tổ chức là: Le + P + XeII Gang trắng trước tinh tinh Gang trắng tinh Gang trắng sau - Gang trắng tinh có: %C = 4,3% tổ chức Le - Gang trắng sau tinh có: + %C > 4,3% + Tổ chức Le + XeI Gang có grafít: loại gang phần lớn tồn lượng cacbon nằm dạng tự – graphit Trong tổ chức loại gang khơng có Ledeburit nên tổ chức tế vi không phù hợp với giản đồ trạng thía Fe-C Tuỳ theo hình dạng graphit, lại chia thành loại: gang xám, gang dẻo gang cầu - Gang xám Gang xám Ferit Gang xám Ferit – Peclit Gang xám Peclít + Gang xám Ferit: Có tổ chức tế vi grafit phân bố Ferit; + Gang xám Ferit - Peclit: Có tổ chức tế vi gồm grafit phân bố kim loại Ferit + Peclit, lượng Fe3C (khoảng 0,1 - 0,6%); + Gang xám Peclít: Có tổ chức tế vi gồm grafit phân bố kim loại Peclit, lượng Fe 3C (khoảng 0,6 – 0,8%) Gang cầu: - Gang cầu: Gang cầu Ferit Gang cầu Ferit – Peclit Gang cầu Peclít - Gang dẻo: Grafit có hình dạng cụm cụm bơng Gang xám Ferit Gang xám Ferit – Peclit Phân biệt tổ chức tế vi thép sau nhiệt luyện Gang xám Peclít Thép Carbon thép thơng thường gồm nguyên tố: + C ≤ 2,14%; Mn ≤ 0,8%; Si ≤ 0,4%; P ≤ 0,05%; S ≤ 0,05% + Cr, Ni, Cu ≤0,3%; Mo, Ti ≤ 0,05% Ảnh hưởng Carbon đến tổ chức tế vi: - C < 0,76% tổ chức Ferit + Peclit – thép trước tích - C = 0,76% tổ chức Peclit – thép tích - C > 0,76% tổ chức Peclit + XeII – thép sau tích Sau nhiệt luyện nhiệt độ khác cho tổ chức tế vi khác B NỘI DUNG THÍ NGHIỆM TẠI PHỊNG THÍ NGHIỆM VẬT LIỆU KỸ THUẬT Sinh viên hướng dẫn trình tự thí nghiệm cách sử dụng thiết bị thí nghiệm Máy mài đánh bóng mẫu tay, Thiết bị đo độ cứng Rockwell, Brinell, Vicker, kính hiển vi soi tổ chức tế vi, đo đạc, thu nhận kết quả, xử lý số liệu tổng hợp báo cáo Mục đích: Sinh viên cần nắm vững ảnh hưởng phương pháp nhiệt luyện tới tổ chức tế vi, độ cứng thép gang, từ vận dụng kiến thức vào học tập môn học khác thực tế Sinh viên cần hiểu sử dụng thiết bị, tiến hành tất bước chế tạo mẫu trước đo đạc BÀI ĐO ĐỘ CỨNG CỦA THÉP VÀ GANG Đo độ cứng sử dụng máy HR 400 - Đo độ cứng phương pháp Brinell (HB) Rockwell (HR) - Sử dụng mẫu thép C45 40Cr: trước xử lý nhiệt sau xử lý nhiệt (tôi 850℃) - Mài đánh bóng mẫu trước đo - Sử dụng đầu đo kim cương - Tiến hành đo: + Đặt mẫu lên đế + Cài đặt chương trình đo + Đo lần lấy giá trị trung bình Đo độ cứng sử dụng máy HM 200 - Đo độ cứng phương phápVicker (HV) - Sử dụng mẫu thép C45 40Cr: trước xử lý nhiệt sau xử lý nhiệt (tôi 850℃) - Sử dụng đầu đâm kim cương - Mài đánh bóng mẫu trước đo - Tiến hành đo: + Đặt mẫu lên đế + Cài đặt chương trình đo + Đo lần lấy giá trị trung bình BÁO CÁO THÍ NGHIỆM BÀI 1 Đo HRA, HRC: Mẫu thép: ……….(trước xử lý nhiệt) Tải trọng (kg) Lần Lần Lần Trung bình Lần Trung bình HRA HRC (quy đổi từ HRA) Mẫu thép: ……… (sau xử lý nhiệt (tôi 850℃)) Tải trọng (kg) HRA HRC (quy đổi từ HRA) Nhận xét: Lần Lần 2 Đo HV: Mẫu thép: ……….(trước xử lý nhiệt) Tải trọng (kg) Lần Lần Lần Trung bình Lần Trung bình d1 (µm) d2 (µm) Tính HV theo công thức: Mẫu thép: ……… (sau xử lý nhiệt (tôi 850℃)) Tải trọng (kg) d1 (µm) d2 (µm) Tính HV theo cơng thức: Nhận xét: Lần Lần BÀI QUAN SÁT CẤU TRÚC TẾ VI CỦA CÁC LOẠI GANG, THÉP Chuẩn bị mẫu thí nghiệm Mài mẫu Chuẩn bị mẫu: - Gang: gang xám, gang cầu - Thép: C45 40Cr (trước xử lý nhiệt sau xử lý nhiệt (tôi 850℃)) a) Mài thô - Sử dụng máy mài - Sử dụng loại giấy nhám từ P120 đến P800 để mài mẫu từ thô đến mịn - Khi mài tiến hành theo chiều Yêu cầu tạo bề mặt tương đối phẳng, có vết xước song song Sau đó, ta quay mẫu 90 mài tiếp, tạo bề mặt phẳng mới, hệ xước xóa hết vết hệ xước cũ - Mỗi loại giấy nhám, ta mài 3-5 lần, lặp lại số giấy nhám mịn hơn, tờ giấy nhám mịn - Chú ý không để nhiệt độ tăng nhiệt độ chuyển biến pha mẫu mài b) Đánh bóng - Sử dụng nỉ để đánh bóng mẫu - Khi đánh bóng, sử dụng dung dịch đánh bóng nhỏ liên tục lên miếng nỉ Thành phần dung dịch đánh bóng trình bày Bảng Bảng 1: Dung dịch dùng đánh bóng Hóa chất Dung dịch oxit crơm (%) Mịn Trung bình Thơ Dung dịch oxit nhơm (%) Mịn Trung bình Thơ Cr2 O3 Al2 O3 Paraphin Axit ôleic C17H33CO2H Dầu hỏa Na2 CO3 72 24 1,8 0,2 76 20 1,8 0,2 86 12 - 32 32 30 35 35 24 2 37 37 20 - Đánh bóng bề mặt khơng cịn vết xước (khơng nên đánh bóng q lâu, dễ làm tróc pha cứng mềm) - Sau đánh bóng, mẫu rửa sấy khơ - Nếu quan sát kính hiển vi thấy cịn nhiều vết xước, phải đánh bóng lại Tẩm thực Tẩm thực q trình ăn mịn bề mặt mẫu dung dịch hóa học phù hợp (hay gọi dung dịch tẩm thực) Khi tẩm thực biên giới pha, vùng tổ chức bị ăn mòn với tốc độ khác Sau tẩm thực bề mặt mẫu lồi, lõm tương ứng với pha tổ chức Do vậy, nhận biết hình dáng, kích thước phân bố pha Một số loại dung dịch tẩm thực thường dùng cho gang thép trình bày Bảng Bảng 2: Các dung dịch tẩm thực thông dụng sử dụng cho gang thép Thành phần dung dịch % dung dịch axit HNO3 cồn Axit HCl/Axit HNO3 tỷ lệ 3/1 Công dụng Gang, thép cacbon Thép hợp kim - Khi tẩm thực, sử dụng kẹp để kẹp bơng gịn nhúng vào dùng dịch tẩm thực, sau qt nhẹ lên bề mặt mẫu - Sau tiếp xúc với dung dịch tẩm thực, bề mặt mẫu ngả từ màu sáng sang màu xám kết thúc tẩm thực Tránh để mẫu lâu, mẫu có màu đen khơng quan sát - Tẩm thực xong, sử dụng bơng gịn rửa bề mặt vịi nước chảy, sau rửa lại cồn đem sấy khô Quan sát tổ chức tế vi gang, thép Quan sát tổ chức tế vi loại gang kính hiển vi soi kim tương nghịch đảo có camera chụp ảnh tổ chức tế vi: Model GX41-Olympus-Philipin Quan sát mẫu trước sau tẩm thực kính hiển vi với độ phóng đại 50X, 100X, 200X Mẫu xuất đường biên giới nhỏ, đứt đoạn tẩm thực chưa đủ thời gian, phải đem tẩm thực lại Ngược lại, đường biên giới to, đậm, độ tương phản bề mặt thời gian tẩm thực dài, nồng độ dung dịch cao nên phải đem đánh bóng tẩm thực lại BÁO CÁO THÍ NGHIỆM BÀI (Sử dụng ảnh tổ chức tế vi chụp nhận xét) KẾT LUẬN CHUNG VỀ BÀI THÍ NGHIỆM ...I QUY ĐỊNH VỀ AN TỒN THỰC HÀNH, THÍ NGHIỆM TẠI PHỊNG THÍ NGHIỆM VẬT LIỆU, TRUNG TÂM CƠ HỌC MÁY THỦY LỢI Sinh viên giáo viên hướng dẫn an toàn thực hành lớp Việc trang bị kiến thức... phịng thí nghiệm Vật liệu kỹ thuật Một số quy định không dép lê, không mang đồ ăn, đồ uống vào phịng thí nghiệm, khơng sử dụng thiết bị chưa đào tạo, …và đặc biệt không gian lận báo cáo kết thí nghiệm... bóng lại Tẩm thực Tẩm thực q trình ăn mịn bề mặt mẫu dung dịch hóa học phù hợp (hay gọi dung dịch tẩm thực) Khi tẩm thực biên giới pha, vùng tổ chức bị ăn mòn với tốc độ khác Sau tẩm thực bề mặt