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

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: 2-2 Lớp học phần: 422000123412 STT HỌ VÀ TÊN Nguyễn Đình Thiên Phúc Nguyễn Tấn Phát Bùi Thanh Xuân Nguyễn Nhật Triều Phan Vũ MSSV 20060361 20008001 20014171 20119231 20076161 TP Hồ Chí Minh, Tháng 10 năm 2022 KÝ TÊN Mục lục Bài .2 Nhiệt luyện, phân tích cấu trúc đo độ cứng Cơ sở lý thuyết 1.1 Định nghĩa nhiệt luyện .2 1.2 Phân tích tổ chức 1.3 Phương pháp đo độ cứng HRA Thực hành .10 2.1 Nhiệt luyện 10 Bài Nhiệt luyện, phân tích cấu trúc đo độ cứng Cơ sở lý thuyết 1.1 Định nghĩa 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 1.1.1 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 XĐ Nhiệt độ nhiệt luyện giản đồ pha Fe- Fe3 C Hình 1.1.3 XĐ tốc độ nguội giản đồ T-T-T (giản đồ 2C) Hình Giản đồ T-T-T (Time –Temperature- Transformnation Curve) + Đường A (full aneal ) ủ hoàn toàn, tốc độ nguội chậm ( nguội lò ), đạt tổ chức tế vi Peclit thô Ferit gần Fe nguyên chất, có độ dẻo cao nhất, có độ cứng thấp: + Đường B thường hoá, tốc độ nguội chậm, đạt tổ chức tế vi Peclit hạt mịn + Đường C làm nguội dầu, tốc độ nguội nhanh, đạt tổ chức tế vi Mactennxit Peclit + Đường D làm nguội nước, tốc độ nguội nhanh nhất, đạt tổ chức tế vi Mactenxit, có độ cứng cao 1.1.4 Tôi-Ram thép  Tôi: (hay 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= AC3 + ( 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 hoá thành tổ chức thích hợp làm nguội  Chọn nhiệt độ ram Ram thấp phương pháp nhiệt luyện nung nóng thép 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 tơi 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 cịn 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 lò 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 1.2 Phân tích tổ chức 1.2.1 Nguyên lý phản xạ ánh sáng 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 Hình Trên hình nêu lên sơ đồ phản xạ ánh sáng thép tích peclit trước (H4a) sau (H4b) 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 khơng 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 Hình 1.2.2 Quá trình chuẩn bị mẫu để quan sát tổ chức (mài, đánh bóng, tẩm thực) * Mài Đây bước cần thiết để loại bỏ tổn hại cấu trúc mẫu trước Quy trình mài thơ mẫu giúp tiếp cận nhanh đến vị trí cần phải phân tích mẫu Bước tạo bề mặt phẳng ban đầu cần thiết cho bước mài đánh bóng 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 thông dụng Trong giai đoạn để đạt hiệu tốt cần phải chọn loại giấy mài bột mài phù hợp * Đánh bóng Đánh bóng mẫu q trình hồn thiện cuối Q trình đánh bóng chia thành hai giai đoạn đánh bóng thơ đánh bóng tinh Đánh bóng miếng nỉ bơi kem đánh bóng Đánh bóng kéo dài cho dến bề mặt khơng cịn vết xước Khơng nên đánh bóng lâu, dễ làm tróc pha cứng mềm Sau đánh bóng, đem rửa sấy khơ 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 1.3 Phương pháp đo độ cứng HRA Rockwell (HR) phương pháp đo nhanh, phát triển để sử dụng kiểm soát sản xuất đọc kết trực tiếp Độ cứng Rockwell (HR) tính toán cách đo chiều sâu vết lõm, sau mũi đo tác động vào vật liệu mẫu tải định Mũi đo đầu vào viên kim cương hình nón, đầu biCarbide, tùy thuộc vào cấu trúc kim loại điều kiện bề mặt Phương pháp Rockwell theo tiêu chuẩn EN ISO 6508 đo độ sâu vết lõm cố định tạo lực đầu đo Đầu tiên, lực thử nghiệm sơ (thường gọi tải trước tải phụ) Quá trình tải trước xuyên qua bề mặt kim loại để giảm tác động lớp vỏ bề mặt Sau giữ lực thử sơ cho khoảng thời gian dừng xác định, độ sâu đường sở vết lõm đo Sau tác dụng tải sơ bộ, tải bổ sung, gọi tải trọng lớn, thêm vào để đạt tổng tải thử nghiệm yêu cầu Lực giữ khoảng thời gian xác định trước (thời gian dừng) phép hồi phục đàn hồi Tải trọng sau quay trở tải sơ Sau giữ lực thử sơ khoảng thời gian dừng xác định, độ sâu cuối vết lõm đo Hình A = Độ sâu đạt đầu đo sau tải trọng đặt trước (tải nhỏ) B = Vị trí đầu đo thời điểm Tổng tải (Tải nhỏ cộng với Tải chính) C = Vị trí cuối đạt đầu đo sau vết lõm thu hồi lại lực đàn hồi vật liệu mẫu D = Chiều sâu đo đại diện cho khác biệt tải trước vị trí tải chính, sử dụng để tính độ cứng Rockwell Ưu điểm nhược điểm phương pháp đo độ cứng Rockwell: Ưu điểm: + Không cần hệ thống quang học + Nhanh chóng dễ dàng + Khơng phụ thuộc vào người vận hành + Ít bị ảnh hưởng độ nhám bề mặt Nhược điểm: + Nhiều thang đo khác với mũi đo tải khác Bảng đo độ cứng Rockwell: Hình Vật liệu thép C45 Xử lý nhiệt: Tôi (nước) 870C/nước Tổ chức tế vi: Cấu trúc có tổ chức Mactenxic ram Vật liệu: Thép C45 Xử lý nhiệt: 870- Tôi nước+ Ram thấp (200/15 phút) Tổ chức tế vi: cấu trúc có tổ chức Mactenxic Vật liệu: C45 Xử lý nhiệt: ủ 870/ nước +ram cao, mài 2000, đánh bóng, tẩm thực Chụp X400 Tổ chức tế vi: Cấu trúc có tổ chức Mactenxic Trước tẩm thực 22 Sau tẩm thực Vật liệu C20 Xử lý nhiệt : Ủ 870, mài 2000-đánh bóng-tẩm thực chụp X400 Tổ chức tế vi: Cấu trúc có tổ chức Pearlite(mảng vùng mịn) Ferrit( vùng trắng ít) Vật liệu :C20 Xử lý nhiệt : Ủ 870/ nước , mài 2000-đánh bóng-tẩm thực Chụp X400 Tổ chức tế vi : Cấu trúc có tổ chức Pearlite(vùng đen) , Ferrit( vùng trắng ) 23 Bài Thực nghiệm đo tính thép Phương pháp xác định độ dai va đập 1.1 Cơ sở lý thuyết -Khái niệm: phép thử biến dạng nhanh chuẩn hóa giúp xác định lượng hấp thụ vật liệu trình gãy vỡ Năng lượng hấp thụ giúp xác định độ dai vật liệu cơng cụ để nghiên cứu chuyển biến dịn-dẻo theo nhiệt độ Nó dùng rộng rãi cơng nghiệp quy trình chuẩn bị thực dễ dàng thu kết nhanh rẻ Tuy bất lợi lớn phương pháp kết tương đối - Nguyên lý PP charpy xác định lượng phá hủy mẫu: Bộ dụng cụ bao gồm búa lắc đập vào mẫu khắc Năng lượng truyền vào vật liệu tính tốn cách so sánh thay đổi độ cao búa trước sau gãy vỡ lớn Vết khắc mẫu ảnh hưởng tới kết phép thử va đập, vết khắc cần có kích thước hình dạng chuẩn Kích cỡ mẫu ảnh hưởng tới kết quả, định xem vật liệu có biến dạng phẳng hay khơng Sự khác biệt ảnh hưởng mạnh tới kết luận đưa "Phương pháp tiêu chuẩn kiểm tra va đập khắc vật liệu kim loại" tìm thấy tiêu chuẩn ASTM E23, ISO 148-1 hay EN 10045-1, chi tiết phép thử thiết bị mơ tả chi tiết - Tính độ dai va đập: 24 E1=m g H E2=m g h △ E=E1 −E2=m g ¿) ak= △E S 1.2 Thực hành 1.2.1 Thiết bị mẫu Hình 16 thiết bị xác định độ dai va đập 1.2.2 Phân cơng nhóm 25 α M 8/ủ 113 9/ tơi 119 dầu+ ram tb 10/ 95 nước 12/nước 125 + ram tb 1.2.3 Các bước tiến hành N E1 ε Bước 1: kiểm tra máy Bước 2: đặt phôi vào gá đặt máy - Quay tay quay ngược chiều kim đông hồ đến máy kêu “rắc” dừng lại - Quay tay theo chiều kim đồng hồ vòng hở khoảng cách định Đặt canh chỉnh phần đánh dấu phôi lưỡi búa thẳng hàng 26 E2 △E ak Bước 3: Quay búa lên góc α - Quay kim đỏ bên trái cần gạt - Quay tay quay kim đồng hồ góc α =119 ° + 7° - Sau nhả kim đỏ kiểm tra xem góc α =119 ° hay khơng Bước Tiến hành va đập gạt cần gạt phía bên phải để búa rơi tự vào phôi kéo thắng Bước 5: kiểm tra lại máy lấy mẫu tiến hành đọc thơng số kim đỏ để xác định góc β 27 1.2.4 Kết phân tích E1 E2 ak α ε △E M 8/ủ 113 288 47 66 444 2.8 9/ 119 307 56.5 93 214 2.7 dầu+ ram tb 10/ 95 225 63.5 115 110 1.4 nước 12/nước 125 325 85 189 136 1.7 + ram tb - Nhận xét: - Với loại vật liệu thép C45 có lượng cacbon trung bình với phương pháp xử lý nhiệt khác co độ dai khác - Với phương pháp Ủ lại có độ dẻo dau cao Đối với phương pháp tơi nước ví thời gian nguội nhanh nên có độ dẻo dai thấp Cịn phương pháp với dầu độ dai cao N Độ dai: Ủ>Dầu> Tôi nước+Ram trung bình> Tơi nước Độ cứng: Ủ