TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM BÀI 4 ĐO ĐỘ CỨNG VÀ NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH TÔI THÉP I MỤC ĐÍCH YÊU CẦU Phân biệt được các phương pháp đo độ cứng Brinell, Rockwell và Vicker Đo được độ cứng kim lo[.]
BÀI 4: ĐO ĐỘ CỨNG VÀ NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH TƠI THÉP I MỤC ĐÍCH U CẦU - Phân biệt phương pháp đo độ cứng Brinell, Rockwell Vicker - Đo độ cứng kim loại phương pháp Brinell, Rockwell - Nghiên cứu q trình tơi thép - Tôi thép nhiệt độ khác II CƠ SỞ LÝ THUYẾT Độ cứng 1.1 Định nghĩa: Là khả chống lại biến dạng dẻo cục vật liệu tác dụng tải trọng thông qua mũi đâm Hình 4.1 Nguyên lý đo 1360 a) Bi thép b) Hình c) Hình tháp Hình 4.2 - Hình dạng mũi đâm 1.2 Các phương pháp đo độ cứng 1.2.1 Phương pháp đo độ cứng Brinell (HB) Mũi đâm bi thép (Hình4.2 a), có đường kính sau: D = 2,5; 5; 10 (mm) Tải trọng tương ứng P = 1875; 7500; 30000 (N); P đo kilogram lực (KG) P Mối quan hệ P D: 30 D Nguyên lý đo phương pháp: 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 Gọi P (N) tải trọng tác dụng, S (mm 2) diện tích vết lõm, số đo Brinen P tính cơng thức sau:HB = x 0,1 (KG/mm2) [P : N] S Mũi đâm Vật liệu Hình 4.3 - Kích thước mũi đâm vật mẫu Nếu gọi D đường kính viên bi; chiều sâu vết lõm h Ta có: S = Dh Tuy nhiên việc đo đường kính d vết lõm lại dễ dàng nhiều so với độ sâu h nên diện tích chỏm cầu tính cơng thức: D2 d ) P 0,1 P 0,1 HB D (KG/mm2) Dh (D D d ) Đối với thép gang thường dùng P = 3000kG, D = 10mm Để xác định độ cứng HB cần phải đo đường kính vết lõm dùng cơng thức để tính (song dùng bảng tính sẵn để tra bảng – Bảng 4.1) Điều kiện đo độ cứng Brinell + 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 Thông thường thời gian tra theo bảng 4.1 Bảng 4.1 Điều kiện sử dụng thang đo độ cứng Brinell Thời gian tác Vật liệu Độ cứng HB Chiều dày bé (mm) P/D2 D(mm) P(N) dụng (s) >6 30 10 30000 10 140 - 450 3–6 30 7500 10 6 30 10 30000 30 < 140 3–6 30 7500 30 6 10 10 10000 30 Hợp kim 31,8 – 130 3–6 10 2500 30 đồng 6 2,5 10 2500 60 Hợp kim - 35 3–6 2,5 625 60 nhôm 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 tơi) Hình 4.9 – Thép C45 2.2 Chọn nhiệt độ tôi: Nhiệt độ 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 Cửa Cơng tắc Đồng hồ nhiệt 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 + 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 AC3 AC1 cách dựa vào giản đồ trạng thái Fe-C tra sổ tay nhiệt luyện Hình 4.11 – Khoảng nhiệt độ nhiệt luyện thép cacbon 2.3 Thời gian giữ nhiệt : 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 dạng Trịn Vng Tấm chi tiết Thời gian nung (phút) Nhiệt độ nung 600 700 800 900 1000 Cho mm đường kính 1,5 1,0 0,8 0,4 Cho mm chiều dày 2,2 1,5 1,2 0,6 1,6 0,8 2.4 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 III NỘI DUNG THÍ NGHIỆM Nhận mẫu sau ủ (C45 mẫu thép hợp kim) Đóng số AB 09 A: Số thứ tự nhóm B: Số thứ tự mẫu Đo độ cứng HB HRB mẫu - Đo HB mẫu C45 - Các mẫu lại đo HRB Lưu ý: Đo lần mẫu tính trung bình Mẫu số Thép Trung bình (sau ủ) hợp kim C45 C45 C45 C45 Trung bình (sau tơi) Tơi mẫu thép Loại thép hợp kim C45 C45 C45 C45 C45 Nhiệt độ (0C) 780 730 780 830 830 830 Thời gian giữ nhiệt 1phút/1mm Mẫu số Môi trường làm nguội Tốc độ làm nguội (oC/s) Dầu nhớt Nước thường Nước thường Nước thường Dầu nhớt Khơng khí Đo độ cứng sau (Dùng phương pháp Rockwell với thang đo HRC) 150 600 600 600 150 30 QUY TRÌNH TƠI THÉP MÀI MẪU - Bề mặt phẳng bề mặt song song - Lấy kết trung bình ghi bảng ĐO HRB NUNG - Nung 750-870°C , 10-15 phút - Làm nguội nước/dầu khơng khí MÀI MẪU - Sạch lớp oxit ĐO HRC - Lấy kết trung bình ghi bảng - Lấy số liệu theo nhóm Vẽ biểu đồ, nhận xét BÁO CÁO IV NỘI DUNG BÁO CÁO Nhiệt Độ (tº) G1 HRB/HRC 720 H2O 99/175 740 H2O 95/18.5 760 H2O 101/45.5 780 H2O 102/55 800 H2O 98/62 820 H2O 103/57.5 840 H2O 10 104/57 840 Khơng Khí 11 99/27.5 840 Nhớt 12 103/58 860 H2O 13 103/56.5 880 H2O 15 101/57 900 H2O 16 95/56 840 G2 17 18 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 HRB/HRC 100/22 103/22 97/25 101/56 101/55 100/57 101/60 103/28.5 99/55 100/55 102/57 102/58.5 Môi Trường H2O – Cứng – Tốt Nhớt – Tốt thứ Khơng khí – Gần khơng thay đổi So sánh sau u sau Sau ủ độ cứng mẫu thép mức trung bình – mềm – dẻo Sau nhiệt độ 760ºC HRC không thay đổi Nhiệt độ 780 – 840 độ cứng tang mạnh 870 – 900 ºC không nên nhiệt độ gây thời gian nứt thép Tổ chức tế vi ủ A) Tổ chức tế vi trước B) Tổ chức tế vi sau IV KẾT QUẢ Sau đo độ cứng mẫu thép C45 thu thập kết theo nhóm tơi thép với nhiệt độ khác mơi trường làm nguội khác ta có biểu đồ sau: Bảng 4.12 Biểu đồ thể HRB HRC theo nhiệt độ NHẬN XÉT: Sau nhiệt độ 760ºC cứng hơn, sau nhiệt độ 760ºC không đổi, môi trường làm nguội tốt môi trường nước ˃ nhớt ˃ khơng khí Cùng nhiệt độ tơi 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 nung chi tiết - Với nhiệt độ nung (840ºC) nung 10’, ta làm nguội môi trường khác độ cứng mẫu khác nhau, tăng giảm Làm nguội mơi trường dầu có độ cứng cao làm nguội khơng khí - Đối với mơi trường cịn lại, độ cứng mẫu tang theo thứ tự tăng dần là: khơng khí, dầu, nước -Trong trình làm nguội nhanh (trong nước) với tốc độ cao tốc độ tới hạn vth : ostenit chuyển biến thành mactenxit - Trong trình làm nguội vừa ( dầu) với tốc độ nguội khoảng 150oC/s Pha ostenit chuyển biến thành bainit - Trong q trình làm nguội đủ chậm ( khơng khí), ostenit chuyển biến lại thành peclit