Báo cáo vật liệu cơ khí và thí nghiệm cơ học nhiệt luyện, phân tích cấu trúc và đo độ cứng 2

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA CƠNG NGHỆ CƠ KHÍ BÁO CÁO VẬT LIỆU CƠ KHÍ VÀ THÍ NGHIỆM CƠ HỌC Giảng viên: Huỳnh Xuân Khoa Nhóm : Lớp học phần : 422000135601 NHÓM: STT HỌ VÀ TÊN Trần MSSV Nguyễn Tuấn Quốc Đỗ Doãn Nhật Minh 18044221 Trương Cơng Hậu 18042151 Nguyễn Thế Tồn 18057221 Vũ Đức Cường 18036481 Nguyễn Anh Khoa 18033061 KÝ TÊN 18092431 TP Hồ Chí Minh, tháng 11 năm 2020 MỤC LỤC Bài Nhiệt luyện, phân tích cấu trúc đo độ cứng2I Cơ sở lý thuyết 2I.1 Định nghĩa nhiệt luyện 2I.2 Phân tích tổ chức 6I.3 Phương pháp đo độ cứng HRA 8II Thực hành 8II.1 Nhiệt luyện 8II.2 Phân tích tổ chức 11II.3 Đo độ cứng, kết 15Bài Thực nghiệm đo tính thép 15I Phương pháp xác định độ dai va đập 15I.1 Cơ sở lý thuyết 15I.2 Thực hành 16II Phương pháp căng kéo 20II.1 Cơ sở lý thuyết 20II.2 Thực hành 21 Bài Nhiệt luyện, phân tích cấu trúc đo độ cứng I Cơ sở lý thuyết I.1 Đn Nhiệt luyện Nhiệt luyện dạng gia cơng khí cách nung nóng kim loại đến nhiệt dộ định, giữ nhiệt thời gian làm nguội với tốc độ định nhằm mục đích làm thay đổi tổ chức cấu tạo bên thay đổi tính chất lý kim loại I.1.1 Quy trình nhiệt luyện Một quy trình nhiệt luyện bao gồm giai đoạn: Nung, giữ nhiệt, làm nguội Khi nung, tổ chức vật liệu thay đổi theo nhiệt độ, tuỳ thời điểm nâng, hạ nhiệt với tốc độ khác mà nhiệt luyện với phương pháp khác cho tính chất vật liệu mong muốn Hình 1.1 I.1.2 XĐ Nhiệt độ nhiệt luyện dựa Giản đồ pha Fe-Fe3C Hinh 1.2 Ferit (ký hiệu ∝, F, hay 𝐹𝑒𝛼): Là dung dịch rắn xen kẻ cacbon 𝐹𝑒𝛼có kiểu mạng lập phương tâm khối Là pha dẻo, dai, mềm bền, nhiệt độ nhỏ 768°C có từ tính Austenit [ ký hiệu ɣ, As, feɣ(C)]: Là dung dịch rắn xen kẻ cacbon feɣ có mạng lập phương tâm mặt Là pha dẻo dai Nó khơng có từ tính khơng tồn nhiệt độ < 727° C Xêmentit (ký hiệu Xê, Ce, Fe3C): Là pha xen kẻ có kiểu mạng phức tạp, chứa 6,67%C công thức Fe3C, tương đương đường DFKL Xêmentit pha cứng dòn, nhiệt độ nhỏ 217°C có từ tính, cao nhiệt độ từ tính Cùng với ferit, tạo nên tổ chức khác hợp kim Fe-C Xêmentit xuất phát từ tên gọi cément có nghĩa cứng Ta phân biệt loại xêmentít:  Xêmentít thứ nhất: (Xê1, Fe3CI): Được hình thành từ hợp kim lỏng giảm nồng độ cacbon hợp kim lỏng theo đường CD nhiệt độ giảm Nó có hợp kim chứa > 4,3 %C Do tạo thành hợp kim lỏng nhiệt độ cao nên có dạng thẳng thơ to  Xêmentít thứ hai: (XêII, Fe3CII): Được hình thành giảm nồng độ cacbon austentit theo đường ES hạ nhiệt độ từ 1139°C đến 727°C, sinh hợp kim có > 0,8%C thấy rõ hợp kim chứa từ 0,8 đến 2,4%C Do tạo thành nhiệt độ khơng cao từ trạng thái rắn nên kích thước nhỏ mịn, thường có dạng lưới bao quanh hạt peclit (austentit)  Xêmentít thứ ba: (XêIII, Fe3CIII): Được hình thành giảm nồng độ cacbon peclit theo đường PQ hạ nhiệt độ từ 727°C, thấy rõ hợp kim chứa 0,02%C Do tạo thành nhiệt độ khơng cao nên kích thước nhỏ mịn, thực tế bỏ qua Peclít [ký hiệu P hay (Feα + Fe3C)]: Là hỗn hợp tích pherit xêmentit tạo từ chuyển biến tích austenit 7270C I.1.3 XĐ tốc độ nguội dựa vào giản đồ T-T-T (giản đồ 2C) Hinh 1.3 Giải thích: Đường A: Full anneal - ủ lị để đạt cấu trúc peclit thơ Đường B: Normalizing – thường hóa để đạt cấu trúc peclit mịn Đường C: Oil quench - dầu để đạt cấu trúc martensite pearlite Đường D: Water quench - nước để đạt cấu trúc martensite I.1.4 Tơi – Ram thép Tơi: tơi (hay cịn gọi trui) nung nòng thép đến nhiệt đọ cao nhiệt độ Ac1 hay Ac3, sau giữ nhiệt, làm nguội thật nhanh để tổ chức gọi mactenxit có đọ cứng cao Chọn nhiệt độ tơi Thép trước tícht otơi= AC + ( 30 ÷ 50 ) ° C Thép trước tích sau tích t otơi= AC + ( 30 ÷ 50 ) ° C Ram phương pháp nhiệt luyện các kim loại và hợp kim gồm nung nóng chi tiết tơi đến nhiệt độ thấp nhiệt độ tới hạn (Ac1), sau giữ nhiệt thời gian cần thiết để mactenxit austenit dư phân hố thành tổ chức thích hợp làm nguội Chọn nhiệt độ ram Ram thấp phương pháp nhiệt luyện nung nóng thép tơi khoảng 150 đến 250 độ C Ram trung bình phương pháp nung nóng thép tơi khoảng 300-450 độ C Ram cao phương pháp nung nóng thép khoảng 500-650 độ C, cấu trúc đạt Ram thấp tổ chức đạt mactenxit ram Ram trung bình tổ chức đạt trustit ram Ram cao tổ chức đạt xoocbit ram Cơ tính Ram thấp độ cứng khơng thay đổi (có thay đổi ít: từ 1-3 HRC) Ram trung bình độ cứng thép tơi có giảm cao, khoảng 40-45 HRC, ứng suất bên giảm mạnh, giới hạn đàn hồi đạt giá trị cao nhất, độ dẻo, độ dai tăng lên Ram cao độ cứng thép giảm mạnh ,giảm khoảng 15-25 HRC, ứng suất bị khử bỏ, độ bền giảm độ dẻo, độ dai tăng lên mạnh Áp dụng Ram thấp thường áp dụng cho dụng cụ chi tiết máy có dộ cứng làm việc cao (>50HRC) dụng cụ cắt gọt (dũa, khoa, tiện, cưa, tarô, bàn ren, ) khuôn dập nguội, khuôn kéo, bánh răng, ngỗng trục, cam, đầu xupap, Ram trung bình thường áp dụng cho chi tiết lị xo, nhíp tơ, dây cót, loại khn rèn, khn dập nóng Ram cao thường áp dụng cho trục bánh quan trọng sau nhiệt luyện hóa tốt, đem gia cơng khí sau tơi cao tần ram thấp I.2 Phân tích tổ chức I.2.1 Nguyên lý quan sát tổ chức kim loại HVQH Mẫu sau đánh bóng, đem rửa sạch, thấm sấy khô quan sát kính hiển vi Ta thấy mẫu có cá vết xước nhỏ đánh bóng chưa tốt, vết nứt tế vi, rỗ khí, xỉ tạp chất, số pha tổ chức cacbit, graphit, chì… Muốn nghiên cứu kim loại, phải tẩm mực mẫu Tẩm thực tŕnh ăn ṃn bề mặt mẫu dung dịch háo học thích hợp, gọi dung dịch tẩm thực Khi tẩm thực, biên giới pha, vùng tổ chức bị ăn ṃn, với tốc độ khác Sau tẩm thực bề mặt mẫu lồi, lõm tương ứng với cácpha tổ chức Do đó, nhận biết h́ nh dáng, kích thước phân bố pha Trên h́ nh nêu lên sơ đồ phản xạ ánh sáng thép tích peclit trước (H2a) sau (H2b) tẩm thực Khi tẩm thực, nhúng bề mặt mẫu vào dung dịch, lấy que tre, đục thủy tinh có quấn bơng đầu nhúng vào dung dịch tẩm thực bôi lên bề mặt mẫu Thời gian tẩm thực tùy thuộc vào tổ chức trạng thái vật liệu, từ vài giây vài Cũng tẩm thực dựa vào kinh nghiệm Sau bôi dung dịch tẩm thực, bề mặt mẫu ngả từ màu sáng sang màu xám th́ ta kết thúc tẩm thực Để lâu quá, mẫu có màu đen không quan sát Tẩm thực xong, phải dùng nơn rửa bề mặt ṿi nước chảy, sau rửa lại cồn đem sấy khô Nếu quan sát sau tẩm thực, ta thấy 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 kém, thời gian tẩm thực dài, nồng độ dung dịch cao Ta phải đem đánh bóng tẩm thực lại Thường quan sát với độ phóng đại bé th́ thời gian dài quan sát với độ phóng đại lớn Thành phần chế độ tẩm thực nêu bảng I.2.2 Quá trình chuẩn bị mẫu để quan sát tổ chức (mài, đánh bóng, tẩm thực) Mài: Mẫu mài giấy nhám từ thô đến mịn Các giấy nhám thường đánh số từ nhỏ đến lớn Số lớn độ hạt giấy mịn Đề tránh làm rách giấy nhám mài, người ta thường vát mép mẫu Giấy nhám phải đặt bề mặt thật phẳng tầm kính dày Bề mặt mẫu phải áp sát vào giấy Khi mài tiến hành theo chiều Yêu cầu tạo bề mặt tương đối phẳng, có vết xước song song Sau đó, ta quay mẫu 90o mài tiếp, tạo bề mặt phẳng mới, hệ xước xóa hết vết hệ xước cũ Mỗi loại giấy nhám, ta mài nhu 3-5 lần, lặp lại số giấy nhám mịn hơn, vậy, tờ giấy nhám mịn Ví dụ: 400, 800, 1200, 2000 số thơng dụng Đánh bóng Đánh bóng miếng nỉ bơi kem đánh bóng Đánh bóng kéo dài cho dến bề mặt khơng cịn vết xước Khơng nên đánh bóng q lâu, dễ làm tróc pha cứng mềm Sau đánh bóng, đem rửa sấy khô Nếu quan sát kính hiển vi thấy cịn nhiều vết xước, phải đánh bóng lại Tẩm thực Mẫu sau đánh bóng, đem rửa sạch, thấm sấy khơ quan sát kính hiển vi Ta thấy mẫu có cá vết xước nhỏ đánh bóng chưa tốt, vết nứt tế vi, rỗ khí, xỉ tạp chất, số pha tổ chức cacbit, graphit, chì… Muốn nghiên cứu kim loại, phải tẩm mực mẫu Tẩm thực tŕnh ăn ṃn bề mặt mẫu dung dịch háo học thích hợp, gọi dung dịch tẩm thực Khi tẩm thực, biên giới pha, vùng tổ chức bị ăn ṃn, với tốc độ khác Sau tẩm thực bề mặt mẫu lồi, lơm tương ứng với cácpha tổ chức Do đó, nhận biết hình dáng, kích thước phân bố pha I.3 Phương pháp đo độ cứng HRA II Thực hành II.1 Nhiệt luyện II.1.1 Vật liệu sử dụng, phân cơng nhóm Nhóm Mẫu Điều kiện xử lí nhiệt Ủ 8800 C/ lò Thép C45 10 Tơi 8800 C/nước Tơi 8800 C/nước Thường hóa 8800 C/KK Ram thấp 8800 C/nước + 1500 C/15p Tôi 8800C/ dầu Tơi 8800C/ dầu Ram trung bình 8800 C/nước + 1500 C/15p Ram trung bình 8800 C/nước + 1500 C/15p Ủ 8800C/lị Tơi 8800 C/nước C45 CT38(mẫu kéo) C45 C45 CT38 (mẫu kéo) C45 C45 CT38 (mẫu kéo) CT38 CT38 II.1.2 Quy trình thực hành tơi – ram thép Tôi Chọn mẫu C45 mấu CT38 vào lò nung tới nhiệt đến 880°C Lấy mẫu làm nguội dầu phút (khuấy tay) Lấy mẫu 10 làm nguội nước 10 phút (khuấy tay) Ram Lấy mẫu 10 đẫ tơi Cài đặt lị nung nhiệt độ 300°C Đợi nhiệt độ lò 300°C bỏ mẫu 10 vào lò Sau 15 phút lấy mẫu khỏi lị I.1.3 Mơ tả q trình thực hành Bước 1: Bỏ mẫu vào lò nung Bước 2: Bật lò nung đặt nhệt độ lo tới 880°C Bước 3: lấy mẫu khỏi lị khuấy phơi dầu đến nguội Bước 4: lấy mẫu khỏi lò khuấy phôi nước đến nguội Bước 5: lấy mẫu 10 khỏi lị khuấy phơi nước đến nguội E1=m g H E2=m g h △ E=E1 −E2=m g ¿) I.2 Thực hành I.2.1 Thiết bị mẫu Máy tính độ va đập Mẫu phơi 18 I.2.2 Phân cơng nhóm Nhóm Mẫu 1 2 3 4 α 97 111 122 131 E1 I.2.3 Các bước tiến hành Bước 1: đánh đấu phôi Bước 2: đặt phôi vào gá đặt máy Quay tay quay ngược chiều kim đơng hồ đến máy kêu “rắc” dừng lại Quay tay theo chiều kim đồng hồ hở khoảng cách định Đặt canh chỉnh phần đánh dấu phôi lưỡi búa thẳng hàng 19 β E2 △E Bước 3: Quay búa chiều kim đồng hồ để kim đen máy đạt góc α = 122° Bước 4: Tiến hành va đập: gạt cần gạt phía bên phải để búa rơi tự vào phôi kéo thắng 20 Bước 5: kiểm tra lại máy lấy mẫu tiến hành đọc thông số kim đỏ để xác định góc β 21 I.2.4 Kết phân tích Nhóm Mẫu α 1 97 2 111 3 122 4 131 II Phương pháp căng kéo II.1 Cơ sở lý thuyết Khái niệm: E1 213,97 281 317 342 β 71,5 107,3 102 111,5 141 269 284 283 E2 △E 91 12 33 59 Độ bền kéo cuối vật liệu thuộc tính chuyên sâu ; do giá trị khơng phụ thuộc vào kích thước mẫu thử. Tuy nhiên, tùy thuộc vào vật liệu, phụ thuộc vào yếu tố khác, chẳng hạn việc chuẩn bị mẫu, diện khuyết tật bề mặt khác, nhiệt độ môi trường thử nghiệm vật liệu Một số vật liệu bị vỡ mạnh, khơng có biến dạng dẻo , gọi hỏng giịn. Những người khác, dễ uốn hơn, bao gồm hầu hết kim loại, trải qua số biến dạng dẻo là cổ thắt trước gãy xương Độ bền kéo định nghĩa ứng suất, đo bằng lực trên đơn vị diện tích. Đối với số vật liệu khơng đồng (hoặc thành phần lắp ráp), báo cáo lực lực đơn vị chiều rộng. Trong Hệ đơn vị quốc tế (SI), đơn vị là pascal (Pa) (hoặc bội số chúng, thường megapascal (MPa), sử dụng mega  tiền tố SI ); hoặc tương đương với mật khẩu, newton trên mét vuông (N / m²). Một bộ phận Hải quan Hoa Kỳ là pound inch vuông(lb / in² psi), kilopound inch vuông (ksi, kpsi), tương đương với 1000 psi; kilo-pound inch vuông thường sử dụng quốc gia (Hoa Kỳ), đo độ bền kéo Nguyên lý PP thử kéo giản đồ thử kéo Kiểm tra độ bền kéo , gọi là kiểm tra độ căng , [1] là một bài kiểm tra kỹ thuật và khoa học vật liệu cơ bản , trong mẫu phải chịu một lực căng có kiểm sốt cho đến hỏng. Thuộc tính đo trực tiếp thông qua kiểm tra độ bền kéo là sức mạnh cuối kéo , sức bền kéo đứt , tối đa kéo dài và giảm diện tích. Từ phép đo này, đặc tính sau xác định: Mơđun Young , tỷ lệ Poisson , độ bền chảy và các đặc điểm biến dạng cứng .[3] Thử nghiệm độ bền kéo đơn trục sử dụng phổ biến để thu đặc tính học củavật liệu đẳng hướng . Một số vật liệu sử dụng thử nghiệm độ bền kéo hai trục . Sự khác biệt máy thử nghiệm cách tải trọng áp dụng vật liệu 22 Biểu đồ quan hệ lực kéo biến dạng kéo Vật liệu dẻo Vật liệu dòn Cơ lý tính đạt sau thử kéo Nhờ tiêu phản ánh độ bền kim loại hợp kim mà ta đánh giá khả sử dụng kim loại hợp kim đó:  Khả chịu tải trọng tĩnh: chi tiết máy có hình dáng, kích thước, làm vật liệu khác thì:  Vật liệu có lớn có khả chịu tải trọng lớn mà đảm bảo tính đàn hồi  Vật liệu có lớn chịu tải trọng lớn mà không bị biến dạng  Vật liệu có lớn có khả chịu tải trọng lớn mà chưa bị phá hủy  Tuổi thọ sử dụng: chi tiết máy làm việc chịu tải trọng làm từ loại vật liệu khác vật liệu có độ bền cao có tuổi thọ lâu  Làm nhỏ gọn kết cấu: chi tiết máy có kết cấu chế tạo từ vật liệu khác chi tiết máy làm vật liệu có độ bền cao có kích thước nhỏ gọn 23 II.2 Thực hành II.2.1 Thiết bị mẫu thử Thiết bị: máy đo độ kéo máy tính nhập liệu Phôi thép CT38, 880°C/nước 24 II.2.2 Các bước tiến hành Bước 1: Gá đặt mẫu thử 25 Bước 2: xắp đặt thông số phần mềm 26 27 28 29 Bước 3: Test mẫu thử 30 Bước 4: lấy kết II.2.3 Kết phân tích Trình bày kết 31 Biên tập data, phân tích so sánh Chart Title 900 800 700 600 500 400 300 200 100 -100 0.05 0.1 US n4 Mpa 0.15 US n1 Mpa 0.2 US n2 Mpa 0.25 0.3 0.35 US n3 Mpa Nhận xét: Phân tích kết quả, so sánh Mẫu Có độ căng maximum theo trục tung của biểu đồ là 720 Mpa trước độ căng giảm xuống 190 Mpa và đứt gãy Mẫu Có độ căng maximum theo trục tung của biểu đồ là 460 Mpa trước độ căng giảm xuống 250 Mpa và đứt gãy Mẫu có đọ căng maximum theo trục tung của biểu đồ là 90 Mpa trước độ căng giảm xuống 460 Mpa và đứt gãy Mẫu Có độ căng maximum theo trục tung của biểu đồ là 635 Mpa trước độ căng giảm xuống 390 Mpa và đứt gãy 32 ... Bài Nhiệt luyện, phân tích cấu trúc đo độ cứng2 I Cơ sở lý thuyết 2I.1 Định nghĩa nhiệt luyện 2I .2 Phân tích tổ chức 6I.3 Phương pháp đo độ cứng HRA 8II Thực hành 8II.1 Nhiệt luyện 8II .2 Phân tích. .. góc β 21 I .2. 4 Kết phân tích Nhóm Mẫu α 1 97 2 111 3 122 4 131 II Phương pháp căng kéo II.1 Cơ sở lý thuyết Khái niệm: E1 21 3,97 28 1 317 3 42 β 71,5 107,3 1 02 111,5 141 26 9 28 4 28 3 E2 △E 91 12 33... Thực hành 21 Bài Nhiệt luyện, phân tích cấu trúc đo độ cứng I Cơ sở lý thuyết I.1 Đn Nhiệt luyện Nhiệt luyện dạng gia cơng khí cách nung nóng kim loại đến nhiệt dộ định, giữ nhiệt thời gian làm