GIỚI THIỆU
Tính cấp thiết của đề tài
Trong ngành chế tạo cơ khí, nhiệt luyện là yếu tố thiết yếu, không chỉ mang lại những tính chất cần thiết cho chi tiết sau gia công mà còn nâng cao tính công nghệ của vật liệu Do đó, nhiệt luyện đóng vai trò quyết định trong việc đảm bảo chất lượng sản phẩm cơ khí, khẳng định tầm quan trọng của nó trong quy trình sản xuất.
Với sự phát triển nhanh chóng của ngành cơ khí tại Việt Nam, việc sở hữu phân xưởng nhiệt luyện riêng đã trở thành nhu cầu thiết yếu cho các doanh nghiệp Tuy nhiên, nhiều công ty vừa và nhỏ gặp khó khăn do hạn chế về vốn đầu tư, thường phải liên kết với các công ty nhiệt luyện khác, dẫn đến những vấn đề kinh tế lâu dài, cũng như ảnh hưởng đến thời gian, nguồn nhân lực và chất lượng sản phẩm Để giải quyết thực trạng này và góp phần vào sự phát triển của ngành cơ khí, đề tài "Thực nghiệm quá trình nhiệt luyện rãnh của trục bằng hồ quang" đã được thực hiện, nhằm nghiên cứu phương pháp tôi hồ quang bằng điện cực không nóng chảy có khí bảo vệ (Hàn TIG) trên rãnh của trục.
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Bài viết này nêu rõ mối liên hệ giữa các biến số trong bộ thông số khi rãnh của trục được tạo ra bằng hồ quang Đồng thời, nó cũng đề xuất các tiêu chí quan trọng để đánh giá chất lượng sản phẩm trục có rãnh khi áp dụng phương pháp nhiệt luyện.
1.2.2 Ý nghĩa thực tiễn Đáp ứng nhu cầu sản xuất của các công ty, cơ sở sản xuất các sản phẩm cơ khí cần nhiệt luyện, đặc biệt là các công ty vừa và nhỏ, cơ sở hạ tầng không đáp ứng cho việc xây dựng một phân xưởng nhiệt luyện Khi phương pháp nhiệt luyện bằng hồ quang được đưa vào thực tiễn và phổ biến rộng rãi sẽ giúp giảm tải áp lực kinh tế, nâng cao năng suất cho ngành cơ khí chế tạo để phục vụ cho sự phát triển của nền công nghiệp Việt Nam.
Mục tiêu nghiên cứu của đề tài
Đề tài “Thực nghiệm quá trình nhiệt luyện rãnh của trục bằng hồ quang” được thực hiện với mục đích:
• Nghiên cứu tổng quan về nhiệt luyện của rãnh trên trục
• Thực nghiệm quá trình nhiệt luyện rãnh của trục bằng hồ quang dựa trên các bộ thông số khác nhau
Tiến hành khảo sát bề mặt của rãnh trên trục sau khi nhiệt luyện bằng hồ quang, thu thập dữ liệu liên tục trong suốt quá trình thực hiện đề tài và đánh giá các kết quả thu được.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến độ cứng, cấu trúc vi mô và chất lượng bề mặt của mẫu thông qua phương pháp hàn TIG với điện cực không nóng chảy và khí bảo vệ.
Nghiên cứu quá trình hàn TIG với vật liệu thép C45 tập trung vào việc thay đổi các thông số hàn để đánh giá ảnh hưởng đến độ cứng, tổ chức tế vi và chất lượng bề mặt của mẫu Bằng cách phân tích các tài liệu nghiên cứu về tế vi đường hàn, nghiên cứu này nhằm đánh giá và phân tích cơ tính của sản phẩm thông qua các bộ số liệu khác nhau.
Phương pháp nghiên cứu
Kết hợp giữa nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm
1.5.1 Cơ sở phương pháp luận
Thu thập tài liệu về công nghệ tôi thép bằng hồ quang là bước đầu tiên quan trọng Sử dụng phần mềm chuyên dụng để đánh giá kết quả thực nghiệm giúp đưa ra mô hình ràng buộc chính xác Mô hình này không chỉ dự đoán độ bền mà còn so sánh với thực tế về biến dạng của sản phẩm, từ đó nâng cao hiệu quả trong quá trình sản xuất.
1.5.2 Các phương pháp nghiên cứu cụ thể Đưa ra nhiều mô hình sản phẩm ứng với các thông số khác nhau Sử dụng máy đo độ cứng để thu được kết quả độ cứng và sử dụng kính hiển vi để thu được kết quả của tổ chức tế vi trên bề mặt đáy và hai bên thành của rãnh sau khi nhiệt luyện Tiến hành tổng hợp các dữ liệu và sử dụng phương pháp thống kê để tìm hiểu sự thay đổi cũng như ràng buộc của các yếu tố ảnh hưởng đến sản phẩm, so sánh với nghiên cứu lý thuyết để từ đó có thể rút ra được kết luận hoàn chỉnh.
Giới hạn đề tài
Nghiên cứu công nghệ tôi thép C45 bằng hồ quang điện cực không nóng chảy
Kiểm tra độ cứng và tổ chức tế vi của mẫu hàn là một quy trình quan trọng, sử dụng các thiết bị như máy hàn TIG, máy tiện với mũi chống tâm, máy cắt dây, máy đo độ cứng và kính hiển vi Những công cụ này giúp đảm bảo chất lượng và độ bền của mối hàn.
Kết cấu của ĐATN
Ngoài phần mở đầu và các mục lục theo quy định, nội dung nghiên cứu của đồ án dự kiến được trình bày trong các chương như sau:
Đề tài nghiên cứu này được hình thành từ tính cấp thiết trong việc giải quyết vấn đề cụ thể, với ý nghĩa khoa học và thực tiễn rõ ràng Mục tiêu nghiên cứu nhằm làm sáng tỏ các khía cạnh liên quan đến đối tượng và phạm vi nghiên cứu đã được xác định Đề tài cũng chỉ rõ giới hạn của nghiên cứu để đảm bảo tính khả thi Phương pháp nghiên cứu sẽ được áp dụng một cách hệ thống, giúp thu thập và phân tích dữ liệu một cách hiệu quả Kết cấu của đề tài sẽ được trình bày rõ ràng, phân định nội dung các vấn đề nghiên cứu một cách logic và mạch lạc.
.Chương 2: Tổng quan nghiên cứu đề tài
Trong bài viết này, chúng tôi sẽ tóm tắt các khái niệm và định nghĩa cơ bản liên quan đến chủ đề nghiên cứu, đồng thời tổng hợp những lý thuyết và nghiên cứu trước đây trong và ngoài nước có liên quan đến lĩnh vực nghiên cứu hẹp của đề tài Chúng tôi sẽ trình bày các phương pháp nghiên cứu, bao gồm phương pháp thu thập và phân tích dữ liệu, cũng như đánh giá tổng quan tình hình và ảnh hưởng của các nhân tố đến vấn đề nghiên cứu Cuối cùng, kết quả phân tích dữ liệu thu thập sẽ được trình bày để làm rõ hơn về các yếu tố tác động.
Chương 3: Cơ sở lý thuyết
Trình bày các lý thuyết cần sử dụng để giải quyết vấn đế
Chương 4: Phương hướng và các giải pháp cho đề tài
Đề tài yêu cầu trình bày các phương hướng và giải pháp cụ thể nhằm giải quyết vấn đề liên quan đến tính toán, thiết kế, chế tạo và công nghệ Cần lựa chọn giải pháp thực hiện phù hợp và nêu rõ các bước công việc cần thiết để triển khai giải pháp đã chọn.
Chương 5: Chế tạo thử nghiệm, thực nghiệm và đánh giá
Trình bày các thông số kết quả cũng như đưa ra các biểu đồ độ cứng và đánh giá kết quả
Nêu những kết luận chung, khẳng định những kết quả đạt được, những đóng góp, đề xuất mới và kiến nghị
TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI
Giới thiệu
Đề tài “Thực nghiệm quá trình nhiệt luyện rãnh của trục bằng hồ quang” tập trung vào vật liệu thép C45, nổi bật với tính chất vật lý linh hoạt và ổn định hơn so với các kim loại và hợp kim khác Nhiều nghiên cứu quốc tế đã thực hiện thí nghiệm với thép C45, bao gồm các bề mặt khác nhau như mặt phẳng, mặt lồi và mặt lõm Kết quả của nghiên cứu này sẽ đóng góp quan trọng vào việc phát triển phương pháp nhiệt luyện mới, phục vụ cho ngành công nghiệp chế tạo và xã hội.
Giới thiệu về phương pháp nghiên cứu
Việc thu thập và xử lý dữ liệu là yếu tố thiết yếu trong nghiên cứu thực nghiệm Hai phương pháp chủ yếu được áp dụng là thu thập dữ liệu và phân tích dữ liệu Quá trình thí nghiệm được thực hiện cẩn thận nhiều lần với các phương pháp khác nhau đã nâng cao đáng kể độ tin cậy của kết quả Trước khi tiến hành thí nghiệm trên mẫu vật thực nghiệm, nhóm đã thực hiện các thử nghiệm trên mẫu thử và áp dụng các phương pháp nêu trên Tính khách quan và trung thực của dữ liệu được chú trọng, mặc dù cần nhiều nghiên cứu tiếp theo để cải thiện tính khách quan hơn nữa Do đó, việc rút ra kinh nghiệm từ quá trình thực hiện và định hướng phát triển đề tài trong tương lai là rất quan trọng.
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Thông số của thép C45
Đối tượng nghiên cứu của đề tài là vật liệu Thép C45, một loại thép phổ biến trong các ngành kỹ thuật Thép C45, còn được biết đến với tên gọi thép JIS S45C và thép DIN C45, là loại thép cacbon với hàm lượng cacbon đạt 0,45% Ngoài ra, thép C45 còn chứa các tạp chất như silic, mangan, lưu huỳnh, phốt pho, crom và niken.
Bảng 3.1: Thành phần của thép C45
Hàm lượng các nguyên tố (%)
Cacbon Silic Mangan Phot- pho
Thép C45 có độ cứng khoảng 23 HRC trong điều kiện bình thường, cho thấy độ cứng của nó tương đối cao Khi cần tăng độ cứng của thép C45, các phương pháp xử lý nhiệt có thể được áp dụng.
7 thường sử dụng các phương pháp tôi, ram để tăng độ cứng của thép Sau khi nhiệt luyện, thép C45 có thể đạt độ cứng lên đến 50 HRC
Thép C45 nổi bật với khả năng chống mài mòn và oxy hóa hiệu quả, cùng với khả năng chịu tải trọng cao Đặc biệt, tính đàn hồi tốt và khả năng chịu va đập mạnh của thép C45 được thể hiện rõ qua độ bền kéo và giới hạn chảy cao.
Tổng quan về hàn hồ quang điện cực không nóng chảy trong môi trường có khí bảo vệ
3.2.1 Khái niệm về hàn hồ quang điện cực không nóng chảy trong môi trường có khí bảo vệ
Hàn hồ quang điện cực không nóng chảy trong môi trường khí trơ, hay còn gọi là Hàn TIG (Tungsten Inert Gas), là một phương pháp hàn sử dụng hồ quang giữa điện cực Tungsten và bể hàn Phương pháp này hoạt động với khí bảo vệ mà không cần áp lực, và có thể sử dụng kim loại điền đầy tùy thuộc vào yêu cầu của công việc.
Các loại khí bảo vệ phổ biến trong hàn bao gồm khí khử oxy như Hydro, Cacbon, Metan, khí trơ như Argon (Ar) và Heli (He), cùng với khí hoạt tính cacbonic (CO2) hoặc hỗn hợp CO2 - Ar.
Hình 3.2: Cơ cấu hàn hồ quang điện cực không nóng chảy trong môi trường có khí bảo vệ (Hàn TIG)
3.2.2 Đặc điểm của Hàn TIG
Hàn TIG là phương pháp hàn hồ quang sử dụng điện cực Vonfram trong môi trường khí trơ để bảo vệ mối hàn khỏi không khí bên ngoài Nhiệt lượng từ hồ quang giữa điện cực và vật hàn giúp kim loại nóng chảy Giống như hàn MIG và các phương pháp hàn khác trong khí bảo vệ, Hàn TIG có thể sử dụng khí trơ hoặc hỗn hợp khí trơ.
Sơ đồ hệ thống Hàn TIG:
Hình 3.3: Sơ đồ hệ thống Hàn TIG
- Tạo mối hàn chất lượng cao đối với hầu hết các kim loại và hợp kim
- Nhiệt tập trung cho phép tăng tốc độ hàn, giảm biến dạng sau khi hàn
- Mối hàn không phải làm sạch sau khi hàn
- Hồ quang và vũng hàn có thể quan sát được trong khi hàn
Năng suất hàn của phương pháp này thấp hơn so với các kỹ thuật hàn hồ quang khác, đòi hỏi người thợ hàn phải có kỹ năng thao tác khéo léo và khả năng phối hợp nhịp nhàng giữa hai tay tốt hơn so với hàn MIG/MAG và hàn hồ quang tay.
- Không kinh tế so với hàn hồ quang tay hay hàn MIG/MAG khi chỉ thích hợp hàn tấm mỏng
- Vũng hàn khó được bảo vệ tốt khi hàn ở những nơi có gió
- Khí thâm nhập vào mối hàn khi đầu điện cực chạm vào vũng hàn trong quá trình hàn
3.2.3 Cấu tạo máy Hàn TIG
1 Thiết bị cấp khí bảo vệ:
- Van chỉnh áp và bình khí
Hình 3.4: Van chỉnh áp Hình 3.5: Bình khí
- Các loại khí bảo vệ được sử dụng khi hàn:
2 Mỏ hàn và kẹp mass:
3 Một số bộ phận khác:
- Các nút điều khiển hàn
Một số máy còn có bộ điều khiển dòng bằng chân.
Tổng quan về tôi thép
3.3.1 Khái niệm về tôi thép
Quá trình nhiệt luyện là việc nung nóng hợp kim đến một nhiệt độ nhất định để hình thành tổ chức Austenite Sau đó, giữ nhiệt trong thời gian quy định và làm nguội nhanh chóng để chuyển đổi Austenite thành Martensite hoặc các tổ chức không ổn định khác, nhằm tăng cường độ cứng cho vật liệu.
Phương pháp nhiệt luyện là quá trình nung nóng chi tiết hoặc thép đến trạng thái , giữ nhiệt trong khoảng thời gian và sau đó làm nguội nhanh với tốc độ lớn hơn tốc độ nguội tới hạn.
Hình 3.8: Sơ đồ quá trình nhiệt luyện
Tốc độ nguội tới hạn là tốc độ tối thiểu cần thiết để chuyển đổi hoàn toàn chi tiết thành cấu trúc Martensite Tổ chức tế vi của Martensite được mô tả như sau.
Hình 3.9: Tổ chức tế vi Martensite của Thép
- Thép khác nhau có tốc độ nguội tới hạn khác nhau
- Vnguội: Tốc độ nguội của môi trường nguội
Tổ chức tế vi của thép C45:
Hình 3.10: Thép C45 ở trạng thái ủ Hình 3.11: Thép C45 sau khi tôi 3.3.2 Phân loại
Hiện nay có 2 kiểu tôi là tôi xuyên tâm và tôi mặt ngoài:
Tôi xuyên tâm là phương pháp chọn nhiệt độ để tôi thép dựa trên thành phần cacbon trong giản đồ Quá trình này bao gồm việc xác định thép trước cùng tích và thép sau cùng tích, sau đó giữ nhiệt độ ổn định để đạt được kết quả mong muốn.
12 và làm nguội nhanh trong nhiều môi trường khác nhau để thu được sản phẩm có độ cứng cả trong lẫn ngoài
Tôi mặt ngoài là một phương pháp nung và làm nguội nhanh lớp bề mặt của chi tiết, giúp đạt được độ cứng cao cho bề mặt mà vẫn giữ nguyên tính chất mềm, dẻo của phần lõi.
Nhiệt độ tôi có ảnh hưởng quyết định đến cơ tính của thép sau khi tôi Đối với thép cacbon, việc lựa chọn nhiệt độ tôi có thể dựa vào giản đồ trạng thái Fe-C và hàm lượng cacbon Nếu nhiệt độ tôi không đủ, thép sẽ không đạt độ cứng mong muốn, trong khi nếu nhiệt độ quá cao, thép sẽ trở nên giòn.
Chọn nhiệt độ tôi cao hơn AC3 để nung nóng thép đến trạng thái hoàn toàn Austenite, phương pháp này được gọi là tôi hoàn toàn Nhiệt độ tôi 0 được xác định bằng công thức AC3 + (30 ÷ 50) °C Trong khoảng hàm lượng carbon từ 0,1 đến 0,8, đường AC3 của thép sẽ giảm dần Nếu quá trình nung nóng diễn ra chậm, AC3 sẽ bằng A3.
Một số khoảng nhiệt độ nhiệt luyện của thép cacbon:
Hình 3.12: Khoảng nhiệt độ nhiệt luyện của thép cacbon 3.3.4 Tốc độ tôi tới hạn và độ thấm tôi
3.3.4.1 Tốc độ tôi tới hạn
Tốc độ tôi tới hạn là tốc độ nguội nhỏ nhất cần thiết để nhận được chuyển biến Martensite khi tôi
Ta có thể tính gần đúng nhiệt độ này dựa vào bản đồ T-T-T theo công thức sau:
Trong đó: A1 là nhiệt độ tới hạn dưới (Ar1), ℃
𝑇 𝑚 0 , τm là nhiệt độ và thời gian ứng với Austeniteee quá nguội kém ổn định nhất
Tốc độ tôi tới hạn của thép càng nhỏ, quá trình tôi sẽ trở nên dễ dàng hơn, vì làm nguội không quá nhanh Điều này giúp tăng cường sự hình thành Martensite, từ đó tạo ra độ cứng cao và giảm thiểu biến dạng.
3.3.4.2 Độ thấm tôi Độ thấm tôi là chiều dày của lớp được tôi cứng có tổ chức Martensite
Các yếu tố ảnh hưởng đến độ thấm tôi:
• Tốc độ tôi tới hạn (Tốc độ tôi tới hạn càng nhỏ thì độ thấm tôi càng cao)
Tốc độ nguội ảnh hưởng trực tiếp đến độ thấm tôi của thép; khi tốc độ nguội tăng, độ thấm tôi cũng tăng theo Điều này có nghĩa là thép có độ thấm tôi cao được xem là tốt hơn, vì lớp tôi cứng dày giúp tăng khả năng chịu tải của chi tiết một cách đáng kể.
Là hiện tượng độ cứng không có giá trị đúng theo yêu cầu nhiệt luyện đã đặt ra, có thể cao hơn hay thấp hơn theo quy định
Độ cứng cao của thép hợp kim sau khi nhiệt luyện thường vượt quá yêu cầu, điều này thường xảy ra trong quá trình ủ và thường hóa, gây khó khăn trong gia công cắt gọt.
• Độ cứng thấp: Thường xảy ra khi tôi độ cứng có giá trị thấp hơn quy định mà nó phải có ứng với thành phần cacbon tương ứng
Có thể do các nguyên nhân:
✓ Thiếu nhiệt: Nhiệt độ nung chưa đủ, hay thời gian giữ nhiệt ngắn Khắc phục bằng cách thường hóa rồi tôi lại với nhiệt độ và thời gian đúng
✓ Làm nguội không đủ nhanh Khắc phục bằng cách thường hóa và tôi lại với tốc độ nguội nhanh hơn
✓ Thoát cacbon ở bề mặt, có thể tiến hành thấm cacbon lại
✓ Nhầm thép, đổi lại cho đúng mác thép quy định
Tuy nhiên việc thường hóa và tôi lại sẽ làm tăng biến dạng và chất lượng sản phẩm sẽ giảm đi
3.3.6 Ý nghĩa của việc tôi thép C45
Thay đổi tính cơ học và tính chất sản phẩm là cần thiết để đáp ứng nhu cầu và thích ứng với điều kiện làm việc Việc điều chỉnh kết cấu vật liệu thường giúp giảm khối lượng so với trước khi nhiệt luyện, qua đó tiết kiệm năng lượng trong quá trình vận hành thực tế.
Các thông số ảnh hưởng đến chất lượng tôi bằng Hàn TIG
Trong quá trình hàn hồ quang, việc quan sát vũng hàn là yếu tố quan trọng để đảm bảo chất lượng Qua việc theo dõi mối hàn, chúng ta có thể điều chỉnh các thông số như điện áp, cường độ dòng điện, độ dài hồ quang, góc que hàn, tốc độ hàn, lưu lượng khí bảo vệ và góc tưới nguội, từ đó tối ưu hóa dòng nhiệt tới khu vực cần hàn.
Mức độ hợp lý trong việc điều chỉnh tốc độ hàn, chiều dài hồ quang và dòng điện hàn là rất quan trọng Các yếu tố chính ảnh hưởng đến chất lượng vùng tôi trong hàn hồ quang bao gồm tốc độ hàn, chiều dài hồ quang và cường độ dòng điện.
3.4.1 Cường độ dòng điện hàn
Cường độ dòng hàn trong quá trình GTAW ảnh hưởng đáng kể đến tốc độ lắng đọng, kích thước mối hàn, hình dạng và độ ngấu Để đạt được kết quả tối ưu, cần điều chỉnh dòng điện hàn ở mức cân bằng Lượng dòng điện hàn cần được xác định dựa trên đường kính que hàn, loại vật liệu, độ dày chi tiết hàn và loại điện cực hàn đang sử dụng.
Khi giữ nguyên các thông số khác, việc giảm tốc độ hàn sẽ làm tăng chiều rộng mối hàn và tỷ lệ đắp lớp Ngược lại, nếu tốc độ hàn quá nhanh, tỷ lệ đắp lớp sẽ giảm, dẫn đến việc không đạt đủ nhiệt độ cần thiết cho quá trình nhiệt luyện.
3.4.3 Góc nghiêng của que hàn
Kỹ thuật căn góc que hàn là yếu tố quan trọng để tạo ra mối hàn đẹp, đòi hỏi người thợ phải thuần thục Trong quá trình hàn bề mặt, góc nghiêng của thanh que hàn nên được duy trì từ 5-15 độ theo hướng chuyển động để đạt hiệu quả tối ưu.
3.4.4 Chiều dài hồ quang Điện áp hàn có liên quan trực tiếp đến chiều dài hồ quang, điện áp cao - hồ quang dài, điện áp thấp - hồ quang ngắn Việc điều chỉnh độ dài hồ quang chính xác
Để tránh sự mất ổn định của hồ quang, cần đảm bảo rằng hồ quang không bị tắt đột ngột Việc điều chỉnh hồ quang ngắn giúp vũng hàn đông cứng nhanh chóng, trong khi hồ quang dài có thể gây ra hiện tượng bắn tóe, rỗ khí và kết tủa chậm.
3.4.5 Góc tưới nguội Đối với tôi bằng hồ quang, các mẫu được làm mát bằng nước sẽ ảnh hưởng đến tốc độ làm nguội và ở mỗi góc tưới nguội khác nhau sẽ có mỗi tốc độ làm nguội khác nhau ảnh hưởng đến chất lượng thấm tôi của bề mặt.
Cơ sở lý thuyết kiểm tra đánh giá mẫu
3.5.1.1 Cơ sở lý thuyết kiểm tra độ cứng
Độ cứng của kim loại là khả năng chống lại biến dạng dẻo cục bộ khi chịu tác động của tải trọng từ mũi đâm Việc đo độ cứng có thể thực hiện dễ dàng bằng các thiết bị đo chuyên dụng mà không cần phá hủy mẫu.
✓ Từ giá trị độ cứng có thể suy ra độ bền của kim loại dẻo
✓ Từ giá trị độ cứng Brinell, ta có thể gián tiếp tính được độ bền
✓ Đo độ cứng đơn giản, thời gian ngắn (từ vài giây đến vài phút)
✓ Mẫu thử không phải chuẩn bị đặc biệt
✓ Không phá hủy mẫu khi thử
✓ Có thể đo được chi tiết rất lớn hoặc rất nhỏ, rất dày hoặc rất mỏng (các lớp mạ, thấm…)
• Tùy theo tác dụng của mũi đâm lên bề mặt mẫu, mà người ta chia ra làm nhiều phương pháp đo độ cứng khác nhau:
- Phương pháp đo độ xuyên phá
3.5.1.2 Phương pháp đo Rockwell Ấn mũi đâm kim cương hoặc hợp kim cứng hình côn, có góc ở đỉnh là 120 o hoặc viên bi thép có đường kính 1/16”, 1/8”, 1/4”, 1/2” lên bề mặt vật liệu Số đo độ cứng Rockwell được xác định bằng hiệu số chiều sâu khi tác dụng tải trọng sơ bộ
Trong phương pháp này, tải trọng chính P1 được xác định là Po = 100 (N) Theo quy định, khi mũi đâm xuống 0,002 mm, độ cứng sẽ giảm một đơn vị Khoảng cách giữa rìa hai vết lõm hoặc giữa rìa vết lõm với cạnh mẫu cũng được tính toán cẩn thận.
16 không nhỏ hơn 1,5 mm khi dùng mũi kim cương, 4 mm khi dùng mũi bi thép Mỗi mẫu cần được đo ba lần rồi sau đó tính trung bình cộng
Hình 3.13: Sơ đồ đo độ cứng Rockwell
Số đo độ cứng Rockwell dược xác định như sau:
0,002 Trong đó: K là hằng số ứng với từng mũi đâm
H là chiều sâu vết lõm 0,002 là giá trị một vạch của đồng hồ so
Hình 3.14: Máy đo độ cứng Rockwell HR-150A
Bảng 3.2: Giới hạn đo của thang Rockwell
Thang đo Loại mũi đâm Tải trọng
K Phạm vi sử dụng Giới hạn đo cho phép
Vật liệu rất cứng (thép hợp kim, hợp kim cứng,
Vật liệu cứng (thép sau tôi, Martensite) 20 ÷ 67
Vật liệu mềm, vật liệu dày, mỏng
25 ÷ 100 Độ cứng Rockwell có thể đo được trên các máy chuyên dụng, hoặc máy đo vạn năng
3.5.2 Quan sát tổ chức tế vi
3.5.2.1 Cơ sở lý thuyết và nguyên lý nghiên cứu tổ chức tế vi
Nghiên cứu tổ chức tế vi là quá trình quan sát hình ảnh phóng đại của bề mặt mẫu đã được chuẩn bị qua kính hiển vi Hình ảnh này phản ánh cấu trúc và tổ chức của kim loại và hợp kim, trong đó cơ tính và lý tính của vật liệu đều liên quan mật thiết đến tổ chức quan sát được.
Để quan sát tổ chức tế vi của mẫu kim loại, cần thực hiện các bước cắt, mài, đánh bóng, tẩm thực và quan sát Sau khi đánh bóng, nếu chiếu tia sáng vuông góc vào bề mặt mẫu, tia sáng sẽ phản xạ toàn phần, tạo ra hình ảnh sáng bóng khi nhìn qua kính hiển vi Tiếp theo, sử dụng dung dịch ăn mòn phù hợp trên bề mặt mẫu đã được đánh bóng Do mẫu chứa các pha với tính chất hóa học khác nhau, mức độ ăn mòn sẽ khác nhau giữa các pha, hạt tinh thể và biên giới hạt, dẫn đến sự xuất hiện của độ mấp mô khác nhau Sự tương phản giữa các pha, hạt và biên giới hạt sẽ làm nổi bật tổ chức tế vi của kim loại và hợp kim.
3.5.2.2 Quan sát trên kính hiển vi Để nghiên cứu tổ chức tế vi của kim loại, ta dùng thiết bị quang học đặc biệt gọi là kính hiển vi kim loại
Máy quan sát tổ chức tế vi Hình 3.16: Kính hiển vi kim loại
Cấu tạo kính hiển vi kim loại gồm: vật kính, thị kính, bản mẫu, nguồn sáng, núm điều chỉnh thô, tinh,
- Bước 1: Cắm điện, bật công tắc đèn, điều chỉnh ánh sáng phù hợp
- Bước 2: Chọn vật kính, thị kính; điều chỉnh dãn cách mắt
- Bước 3: Đặt mẫu lên bàn mẫu, dùng núm điều chỉnh để mẫu ở vị trí trực diện với vật kính
Để quan sát tổ chức tế vi, bước 4 là điều chỉnh núm thô kết hợp với việc quan sát trong thị kính Khi ánh sáng trong thị kính trở nên sáng rõ, bạn sắp nhìn thấy tổ chức tế vi Lúc này, cần điều chỉnh nhẹ nhàng từng chút một để có thể quan sát tổ chức tế vi một cách rõ nét hơn.
- Bước 5: Điều chỉnh núm tinh để nhìn rõ tổ chức tế vi
Thông qua việc quan sát bằng kính hiển vi, chúng ta có thể nhận diện cấu trúc của các pha, cũng như sự phân bố, hình dáng và kích thước của chúng Bên cạnh đó, kính hiển vi còn giúp phát hiện các khuyết tật trong vật liệu như vết nứt vi mô và các tạp chất có mặt.
Hình 3.17: Vết nứt hàn trong mối hàn giữa hai vật liệu đồng và thép không gỉ khi quan sát qua kính hiển vi kim tương
Hình 3.18: Tạp chất oxit trong thép khi quan sát qua kính hiển vi kim tương
Hình 3.19: Tạp chất sunfit trong thép khi quan sát qua kính hiển vi kim tương 3.5.2.3 Phương pháp kim tương định lượng
Phương pháp xác định kích thước hạt trên kính hiển vi cho phép phân tích thành phần pha và tổ chức của vật liệu, đồng thời cung cấp thông tin về các đặc tính khác như chiều sâu lớp thấm và bọt khí.
Phân tích kim tương định lượng giúp xác định cơ tính của kim loại nó bổ trợ cho các phương pháp như hóa học, quang phổ…
Hạt Austenite, hay còn gọi là sắt gamma, là một thù hình có ảnh hưởng lớn đến cơ tính của kim loại Độ dẻo của hạt Austenite thô thường thấp Để phát hiện các hạt Austenite, người ta sử dụng phương pháp tạo lưới oxit bằng cách oxi hóa mẫu mài bóng Sau khi làm nguội và mài bóng, các biên giới hạt sẽ bị oxi hóa mạnh, cho phép quan sát lưới oxit rõ ràng ở mép hạt Austenite Để đo kích thước hạt và định lượng các pha, có nhiều phương pháp quan sát kính hiển vi khác nhau.
3 Phương pháp so sánh bảng chuẩn
22 Đầu tiên cần phải xác định được giá trị của thước đo ở độ phóng đại được sử dụng là X50
Thước trắc vi là một dụng cụ đo chuẩn, bao gồm một tấm kim loại được đánh bóng với vạch thước chia thành 100 phần, mỗi phần tương ứng với 0,01 mm Để sử dụng, cần đặt thước trắc vi lên bàn đo của kính hiển vi và điều chỉnh sao cho có thể nhìn rõ toàn bộ các vạch chia.
Phương pháp tính kích thước hạt khi đã có số liệu: o Kích thước trung bình của hạt:
Ing : Kích thước hạt theo chiều ngang
Id : Kích thước hạt theo chiều dọc o Diện tích trung bình của hạt được tính:
4 Căn cứ vào diện tích trung bình của hạt ta có thể tra bảng tìm cấp độ hạt
Kích thước hạt nhỏ hơn dẫn đến tổng diện tích biên giới hạt lớn hơn, từ đó cản trở trượt mạnh hơn và tăng độ bền của vật liệu Mối quan hệ giữa giới hạn chảy σ0,2 và kích thước d của biên giới hạt được thể hiện qua biểu thức Hall – Petch: σ0,2 = σ + kd1/2.
Trong nghiên cứu về ứng suất, σ đại diện cho ứng suất cần thiết để lệch chuyển động khi d tiến tới vô cùng, áp dụng cho trường hợp đơn tinh thể Hằng số k thể hiện cấu trúc của biên giới hạt.
Bảng 3.3: Bảng quan hệ giữa cấp hạt và diện tích hạt
Cấp hạt Diện tích hạt (mm 2 ) Số lượng hạt trong 1mm 2
Nhỏ nhất Trung bình Lớn nhất Nhỏ nhất Trung bình Lớn nhất
Kết luận: Việc trang bị kiến thức cần thiết và nắm vững các phương pháp nghiên cứu, thí nghiệm là yếu tố quan trọng để xây dựng nền tảng vững chắc cho đề tài Điều này không chỉ tiết kiệm thời gian, công sức và kinh phí mà còn đảm bảo độ tin cậy trong quá trình thí nghiệm, giảm thiểu rủi ro liên quan đến con người.
PHƯƠNG HƯỚNG VÀ GIẢI PHÁP CHO ĐỀ TÀI
Yêu cầu đề tài
Để thực hiện đề tài, ta cần hiểu rõ được yêu cầu mà đề tài mang đến
1 Nắm được các kiến thức về vật liệu, về công nghệ
2 Thu được dữ liệu tối ưu và khách quan nhất
3 Nắm được các phương pháp xử lý dữ liệu thu được
4 Củng cố kết quả, đưa ra định hướng tương lai cho đề tài.
Phương hướng thực hiện đề tài
Sau khi nắm được yêu cầu của đề tài, ta bắt đầu đưa ra phương hướng giải quyết các yêu cầu đó
1 Tìm hiểu, củng cố lại các kiến thức về vật liệu, về công nghệ thông qua các kiến thức đã học, nghiên cứu các tài liệu trên internet Liên hệ giảng viên hướng dẫn và các thầy, cô, anh, chị, bạn bè có kinh nghiệm
2 Sử dụng phương pháp thu thập và thống kê dữ liệu Tiến hành thử nghiệm trên mẫu thử nhiều lần với nhiều biến số thực tiễn Tiến hành thực nghiệm, sàng lọc ra những mẫu tối ưu nhất Sử dụng những công cụ, máy móc, phần mềm thích hợp để giảm thời gian thực hiện
3 Sử dụng phương pháp xử lý và phân tích dữ liệu cùng đầu tư thời gian, tham khảo ý kiến giảng viên hướng dẫn, các thầy, cô
4 Nếu kết quả vẫn chưa đạt hay thỏa mãn yêu cầu cần nhanh chóng tìm ra nguyên nhân và giải quyết Để tăng độ tin cậy và khách quan cho số liệu, ghi hình lại quá trình và liên hệ những trung tâm kiểm định nhằm khẳng định, củng cố kết quả thu được.
Giải pháp thực hiện đề tài
1 Vì mẫu thực nghiệm là rãnh trên trục, nên cần một mô hình thực nghiệm phù hợp Giải pháp: Liên hệ nhóm chế tạo mô hình thực nghiệm để sử dụng máy, trong quá trình đó cùng hỗ trợ xây dựng và chế tạo máy Liên hệ với xưởng thực hành cơ khí để sử dụng nguồn điện và hệ thống hàn tự động Liên hệ các thầy chủ nhiệm để sử dụng các máy móc, trang thiết bị, dụng cụ và phòng thí nghiệm
2 Về việc chế tạo mẫu, tìm kiếm những đơn vị hỗ trợ gia công mẫu
3 Về việc sử dụng các phần mềm hỗ trợ thực hiện đề tài, phân bố thời gian hợp lý để có thể học dùng phần mềm bên cạnh việc triển khai đề tài
4 Liên hệ Trung tâm Kỹ thuật Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng 3 để kiểm tra độ cứng ở mức tế vi nhằm củng cố với kết quả thu được từ máy đo độ cứng tại phòng thí nghiệm
Hình 4.1: Trung tâm Kỹ thuật Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng 3
Trình tự công việc tiến hành
Để đảm bảo hoàn thành ĐATN đúng tiến độ, việc lập lộ trình công việc trước khi bắt đầu là vô cùng quan trọng Lộ trình này cần được sắp xếp một cách logic và hợp lý nhằm đạt hiệu quả tối ưu trong quá trình thực hiện.
Lộ trình nghiên cứu được chia thành ba giai đoạn: Giai đoạn 1 tập trung vào việc thử nghiệm trên mẫu thử để xác định các thông số ảnh hưởng đến quá trình nhiệt luyện rãnh của trục bằng hồ quang Giai đoạn 2 tiến hành thực nghiệm trên mẫu thực tế, sử dụng các thông số và biến số đã thu thập từ giai đoạn trước Cuối cùng, giai đoạn 3 tổng hợp dữ liệu, phân tích và báo cáo kết quả dựa trên những phát hiện từ giai đoạn 2.
Quá trình chế tạo mẫu thử nghiệm bao gồm việc thực hiện thí nghiệm trên mẫu đó Sau khi sử dụng máy đo độ cứng để thu thập kết quả, cần kết hợp lý thuyết với thực tiễn để đánh giá và lựa chọn các thông số phù hợp cho lần thực nghiệm tiếp theo.
Quy trình thực hiện đo độ cứng trên máy đo độ cứng Rockwell:
Bước 1: Vệ sinh và kiểm tra hoạt động của máy đo độ cứng Rockwell
Bước 2: Gắn đầu đo kim cương vào máy
Bước 4: Sử dụng đầu đo kim cương để đo độ cứng của các rãnh, đồng thời đo độ cứng bên ngoài bề mặt đáy rãnh bằng đầu đo bi thép và ghi chép lại các số liệu thu được.
Bước 5: Hoàn thành việc đo thử mẫu, vệ sinh và kiểm tra lại máy
Bước 6: Phân tích các số liệu thu được
Đo độ cứng mẫu thử là quá trình khảo sát sự thay đổi độ cứng HRC khi thay đổi một số thông số ngẫu nhiên, bao gồm chiều sâu rãnh, vận tốc trục chính, thời gian chạy, góc tưới nguội và góc hàn Các thông số cố định như lượng hồ quang, cường độ dòng điện, lượng khí và thời gian nghỉ cũng được thiết lập Mục tiêu của việc đo đạc này là xác định các giá trị và thông số cần thiết cho các thí nghiệm tiếp theo.
Phương pháp đo thử được thực hiện trên mẫu gồm 12 rãnh, sử dụng hai loại đầu đo: đầu đo kim cương và đầu đo bi thép Mỗi đáy rãnh được đo 5 lần bằng đầu đo kim cương để tính giá trị trung bình độ cứng Độ cứng bên ngoài mẫu được đo 1 lần bằng đầu bi thép Tổng cộng, có 72 lần đo được thực hiện trên mẫu thử đầu tiên.
- Từ các thông số đã chọn, ta tạo ra các biến số và có được những bộ thông số
Chế tạo mẫu thực nghiệm là quá trình tiến hành thí nghiệm trên các mẫu thực nghiệm tương tự với mẫu thử trước đó, dựa trên bộ thông số đã được xác định từ trước.
Trong quá trình đo độ cứng mẫu thực nghiệm, mục tiêu chính là khảo sát sự thay đổi độ cứng tại bề mặt xử lý nhiệt bằng hồ quang Ở lần đo này, chúng ta sẽ thực hiện một cuộc khảo sát chi tiết hơn với sự tác động của 7 biến số quan trọng, bao gồm vận tốc trục chính V (mm/min), lượng hồ quang (mm), cường độ dòng điện I (A), lượng khí, thời gian chạy Ton (s), góc tưới nguội và góc hàn Những biến số này sẽ giúp đánh giá chính xác hơn về sự thay đổi độ cứng của mẫu.
27 mẫu) Mỗi bộ thông số sẽ tiến hành thay đổi 1 biến, tổng cộng ta có 29 bộ thông số
Phương pháp đo độ cứng được thực hiện bằng cách tiến hành 5 lần đo cách đều nhau trên đường hàn Sau đó, chúng tôi lặp lại quy trình đo này tại 3 vị trí khác nhau dọc theo chiều rộng đáy rãnh cho từng bộ thông số Tất cả các lần đo đều sử dụng mũi đo độ cứng kim cương trên máy đo độ cứng Rockwell HR-150A, giống như trong các lần đo thử trước đó.
Hình 4.2: Vị trí đo 5 đường liên tiếp
Sử dụng máy đo độ cứng để thu thập dữ liệu độ cứng từ mẫu và xây dựng bảng đơn biến với các biến, thông số và giá trị độ cứng Tiến hành tính toán giá trị độ cứng trung bình cho từng lần đo và lựa chọn 5 mẫu có độ cứng cao nhất để thực hiện quan sát tế vi.
Trước khi tiến hành quan sát tế vi, cần xử lý 5 mẫu vật Sau đó, thực hiện quan sát tế vi để thu thập kết quả và tiến hành phân tích Tiếp theo, chọn một mẫu có độ sâu lớp nung cao nhất để gửi đến Trung tâm Kỹ thuật tiêu chuẩn Đo lường chất lượng 3 nhằm đo độ cứng tế vi Khi nhận được kết quả, so sánh với kết quả đo độ cứng của mẫu bằng máy đo độ cứng, từ đó đưa ra nhận xét và đánh giá kết quả.
Tổng hợp quá trình thực hiện đề tài cùng với những kết quả đạt được, báo cáo chi tiết về kết quả của đề tài và đề xuất định hướng phát triển cho tương lai.
CHẾ TẠO MẪU THỬ NGHIỆM, MẪU THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ
Mẫu thử nghiệm
Kích thước rãnh: Gồm 4 bộ kích thước khác nhau (H x L): 1x3 (mm); 2x3 (mm); 3x3 (mm); 3x4 (mm) a) b)
Hình 5.1: a) Bản vẽ 2D mẫu thử; b) Bản vẽ 2D rãnh trên mẫu
Kích thước rãnh được chọn là 3 mm để thử nghiệm, phù hợp với đường kính que hàn 2.4 mm Chiều sâu rãnh sẽ được thay đổi từ 1 mm đến 4 mm để đánh giá tác động của độ sâu hàn đối với nhiệt độ và điện cực.
Bảng 5.1: Thành phần hóa học thép C45
Mác thép %C %Si %Mn %P %S %Cr
Là lập phương thể tâm (BCC: Body Centred Crytal) Ferrite: Feα, Dạng thù hình của mẫu là: Feα
Hình 5.2: Kiểu mạng tinh thể thép C45 5.1.4 Nhiệt luyện mẫu
Các mẫu được tôi ở nhiệt độ cao bằng tia hồ quang điện trên máy tiện với nhiều thông số tôi khác nhau Đối với thép trước cùng tích và thép cùng tích, nhiệt độ tôi được xác định là t Toâi 0 = A C 3 + (30 50) 0 C.
Tốc độ làm nguội trong quá trình nhiệt luyện ảnh hưởng lớn đến độ cứng của vật liệu Để đạt được độ cứng cao, việc làm nguội cần phải diễn ra nhanh chóng Môi trường làm nguội hiệu quả nhất thường là nước, giúp tăng cường tính chất cơ học của vật liệu.
Để làm sạch bề mặt mẫu, sau khi để nguội, tôi tiến hành tiện bề mặt gần sát đáy rãnh, cách bề mặt vừa tiện khoảng 1mm Tiếp theo, tôi sử dụng giấy nhám để hoàn thiện bề mặt.
Sử dụng giấy mịn P240 để làm sạch bề mặt đo là rất quan trọng Mục đích của việc chuẩn bị mẫu là để đảm bảo rằng mũi đo, bao gồm cả mũi đo kim cương và mũi đo bi thép, có thể tiếp xúc chính xác với bề mặt đáy rãnh.
Hình 5.3: Hoàn thành chế tạo mẫu thử
Mẫu thực nghiệm
Chế tạo tương tự như mẫu thử, chỉ thay đổi giá trị kích thước của rãnh là L x H
Hình 5.4: Kích thước rãnh mẫu thực nghiệm
Nghiên cứu độ cứng của mẫu
5.3.1 Phương pháp đo độ cứng mẫu
Sau khi chế tạo mẫu đo, chuẩn bị trang thiết bị để đo độ cứng của mẫu:
1 Máy đo độ cứng Rockwell:
Yêu cầu: Máy hoạt động tốt
Hình 5.5: Máy đo độ cứng Rockwell HR-150A
2 Mũi đo: Gồm mũi kim cương và mũi bi thép
Yêu cầu: Mũi đo không bị quá mòn và sử dụng tốt
Hình 5.6: Mũi đo độ cứng kim cương
Hình 5.7: Mũi đo độ cứng bi thép 5.3.2 Kết quả thu được của mẫu thử
Bảng 5.2: Kết quả đo độ cứng mẫu thử
Phân tích cho thấy có sự thay đổi đáng kể về độ cứng giữa bề mặt đã tôi và bề mặt chưa tôi, với giá trị độ cứng trên bề mặt các rãnh sau khi tôi đều tăng so với bề mặt ngoài chưa tôi Hơn nữa, có sự chênh lệch rõ rệt về độ cứng giữa các rãnh với các thông số khác nhau Kết quả nghiên cứu chỉ ra rằng mẫu thử 12 đạt được thông số tốt nhất, do đó giá trị của các biến số của mẫu thử 12 được chọn làm giá trị trung bình cho bộ thông số trong lần thực nghiệm này.
Kết luận: Phương pháp nhiệt luyện bằng hồ quang trên rãnh của trục có làm tăng giá trị độ cứng của mẫu, cụ thể là thép C45
Xung Góc tưới nguội Góc hàn ĐỘ CỨNG THÔNG SỐ
Mũi kim cương (HRC) Mũi bi sắt (HRB) Sâu rãnh(mm) V(mm/min) Z(mm) A Lượng khí
5.3.3 Kết quả thu được của mẫu thực nghiệm a) Bảng thông số đơn biến
Bảng 5.3: Bảng thông số đơn biến
• Độ cứng trong điều kiện bình thường của thép C45 là 240 HB (23 HRC) so với độ cứng lớn nhất đo là 746 HB tăng gấp 3 lần
• Độ cứng trước khi tôi là 154 HV so với độ cứng lớn nhất đo là 746 HV tăng gần 5 lần
Hình 5.8: Mô hình tương quan giữa các thông số
BẢNG THÔNG SỐ ĐƠN BIẾN Độ cứng vị trí 1 (HB) Độ cứng vị trí 2 (HB) Độ cứng vị trí 3 (HB)
(mm/min) l hq (mm) I(A) L khí
- Có 7 thông số bao gồm:
1 Vận tốc quay của trục chính V (mm/min)
6 Xung thay đổi thời gian chạy Ton (giây)
7 Chiều dài hồ quang lhq (Khoảng cách từ đầu mũi hàn đến bề mặt hàn)
35 b) Biểu đồ mối quan hệ giữa đo độ cứng bằng phương pháp Rockwell và dòng điện hàn tôi
Bảng 5.4: Mối quan hệ giữa độ cứng và dòng điện hàn tôi
Biểu đồ 5.1: Mối quan hệ giữa độ cứng và dòng điện hàn tôi
• Độ cứng lớn nhất đo được ở vị trí số 2 (trung tâm) và giảm dần về hai phía
• Từ I trung bình là 130 A và đạt độ cứng cao nhất ở 135 A
➢ Cường độ dòng điện quá lớn thì nhiệt độ hàn lớn dễ bị hư nguồn
➢ Cường độ dòng điện nhỏ thì nhiệt độ hàn nhỏ
36 c) Biểu đồ mối quan hệ giữa đo độ cứng bằng phương pháp Rockwell và lưu lượng khí
Bảng 5.5: Mối quan hệ giữa độ cứng và lưu lượng khí
Biểu đồ 5.2: Mối quan hệ giữa độ cứng và lưu lượng khí
• Độ cứng lớn nhất đo được ở vị trí số 3 (trung tâm) và giảm dần về hai phía
• Lượng khí Argon trung bình là 12 l/phút và đạt độ cứng cao nhất
• Khi tăng hoặc giảm lượng khí thì độ cứng giảm sâu
➢ Lượng khí ít thì lượng khí cung cấp không đủ dẫn đến mối hàn xấu
➢ Lượng khí lớn thì bề mặt sau khi tôi xấu (lỗ khí)
37 d) Biểu đồ mối quan hệ giữa đo độ cứng bằng phương pháp Rockwell và chiều dài hồ quang
Bảng 5.6: Mối quan hệ giữa độ cứng và chiều dài hồ quang
Biểu đồ 5.3: Mối quan hệ giữa độ cứng và chiều dài hồ quang
• Độ cứng lớn nhất đo được ở vị trí số 2, 3, 4 (trung tâm) và giảm dần về hai phía
• Chiều dài hồ quang trung bình là 1,5 mm và đạt độ cứng cao nhất
• Khi tăng hoặc giảm chiều dài hồ quang thì độ cứng giảm
➢ Chiều dài hồ quang nhỏ thì lúc hàn dễ bị kẹt đầu hàn
➢ Chiều dài hồ quang lớn thì hồ quang sẽ không ăn hết vào bề mặt
38 e) Biểu đồ mối quan hệ giữa đo độ cứng bằng phương pháp Rockwell và tốc độ quay trục chính
Bảng 5.7: Mối quan hệ giữa độ cứng và tốc độ quay trục chính
Biểu đồ 5.4: Mối quan hệ giữa độ cứng và tốc độ quay trục chính
• Độ cứng lớn nhất đo được ở vị trí số 3 (trung tâm) và giảm dần về hai phía
• Tốc độ quay trung bình là 480 mm/min và đạt độ cứng cao nhất
• Khi tăng hoặc giảm tốc độ quay thì độ cứng giảm
➢ Tốc độ quay lớn thì lượng nhiệt tác động lên bề mặt ít
➢ Tốc độ quay trục quá nhỏ thì lượng nhiệt tác động lên bề mặt lớn dễ bị nóng chảy và làm lủng bề mặt mẫu
39 f) Biểu đồ mối quan hệ giữa đo độ cứng bằng phương pháp Rockwell và góc tưới nguội β
Bảng 5.8: Mối quan hệ giữa độ cứng và góc tưới nguội β
Biểu đồ 5.5: Mối quan hệ giữa độ cứng và góc tưới nguội β
• Độ cứng lớn nhất đo được ở vị trí số 3 (trung tâm) và giảm dần về hai phía
• Góc tưới nguội trung bình là 90 0 và đạt độ cứng cao nhất
• Khi tăng hoặc giảm góc tưới nguội thì độ cứng giảm
➢ Góc tưới nguội sẽ ảnh hưởng đến thời gian làm nguội mối hàn sau khi tôi
40 g) Biểu đồ mối quan hệ giữa đo độ cứng bằng phương pháp Rockwell và góc hàn α
Bảng 5.9: Mối quan hệ giữa độ cứng và góc hàn α
Biểu đồ 5.6: Mối quan hệ giữa độ cứng và góc hàn α
• Độ cứng lớn nhất đo được ở vị trí số 3 (trung tâm) và giảm dần về hai phía
• Góc hàn trung bình là 90 0 và đạt độ cứng cao nhất
• Khi tăng hoặc giảm góc hàn thì độ cứng giảm
➢ Góc hàn đạt vuông góc với bề mặt hàn vì lượng nhiệt sẽ tập trung vào một điểm
41 h) Biểu đồ mối quan hệ giữa đo độ cứng bằng phương pháp Rockwell và nhịp xung hàn
Bảng 5.10: Mối quan hệ giữa độ cứng và nhịp xung hàn
Biểu đồ 5.7: Mối quan hệ giữa độ cứng và nhịp xung hàn
• Độ cứng lớn nhất đo được ở vị trí số 3 (trung tâm) và giảm dần về hai phía
• Thời gian chạy trung bình là 0.8 min và đạt độ cứng cao nhất
• Khi tăng hoặc giảm Ton thì độ cứng giảm
➢ Thời gian chạy nhỏ thì lượng nhiệt cung cấp ít và ngược lại
Nghiên cứu tổ chức tế vi của mẫu
5.4.1 Phương pháp kiểm tra tổ chức tế vi
Sau khi thu thập dữ liệu độ cứng từ các mẫu thực nghiệm, chúng tôi đã lựa chọn 5 mẫu có độ cứng cao nhất để tiến hành kiểm tra tổ chức tế vi Để quan sát bề mặt lớp nung, bước đầu tiên là tiến hành xử lý mẫu.
➢ Cưa và cắt dây lấy được những khoanh mẫu
Hình 5.9: Khu vực sử dụng máy cưa
Hình 5.10: Công đoạn cưa mẫu
Hình 5.11: Mẫu thu được sau khi cưa
Hình 5.12: Mẫu thu được sau khi cắt dây
Mẫu vật chưa đạt độ nhẵn bóng cần thiết để quan sát dưới kính hiển vi kim loại Do đó, cần mài nhám mẫu bằng giấy nhám và sử dụng máy đánh bóng để làm mịn bề mặt Cuối cùng, tẩm bề mặt bằng dung dịch axit HNO3 3% để chuẩn bị cho quá trình quan sát.
Mặt phẳng quan sát tổ chức tế vi
Hình 5.13: Máy đánh bóng MP-2B Grinder Polisher và khu vực thực hiện
Hình 5.14: Khu vực tiến hành tẩm thực
Hình 5.16: Mẫu sau khi được đánh bóng
➢ Tiến hành quan sát tế vi với quy trình sau:
Bước 1: Vệ sinh và kiểm tra hoạt động của kính hiển vi
Bước 2: Sử dụng phần mềm quan sát và liên kết kính hiển vi
Bước 3: Xác định giá trị của thước đo ở độ phóng đại được sử dụng là X50 và X500
Bước 4: Đặt bề mặt mẫu lên vùng sáng trên bàn mẫu
Bước 5: Hoàn thành việc đo thử mẫu, vệ sinh và kiểm tra lại máy
Bước 6: Phân tích các số liệu thu được
Mặt phẳng quan sát tổ chức tế vi
Hình 5.17: Thước đo ở độ phóng đại 50X
Hình 5.18: Thước đo ở độ phóng đại 500X
Hình 5.19: Quan sát tổ chức tế vi
5.4.2 Kết quả quan sát thu được
Hình 5.20 trình bày tổ chức tế vi mẫu số 4 với các độ phóng đại khác nhau Phần a) cho thấy toàn bộ mẫu đo với độ phóng đại 50X, trong khi phần b) tập trung vào vùng giao nhau với độ phóng đại 500X Phần c) mô tả vùng nung Martensite cũng được quan sát với độ phóng đại 500X, và phần d) thể hiện vùng nền Ferrite và Pearlite, cũng được đo với độ phóng đại 500X.
➢ Theo hình d thì hàm lượng Pearlite lớn hơn với Ferrite suy ra hàm lượng Cacbon của mẫu trên 0.5%
Hình 5.21 trình bày tổ chức tế vi mẫu số 3 với các thông số đo khác nhau Toàn bộ mẫu được quan sát với độ phóng đại 50X, cho thấy độ sõu nung đạt 687 âm Vùng giao nhau được đo với độ phóng đại 500X, cung cấp cái nhìn chi tiết hơn về cấu trúc Vùng nung Martensite cũng được quan sát ở độ phóng đại 500X, cho phép phân tích sâu hơn về tính chất của nó Cuối cùng, vùng nền Ferrite và Pearlite cũng được đo với cùng độ phóng đại 500X, giúp hiểu rõ hơn về sự phân bố của các pha trong mẫu.
➢ Theo hình d thì hàm lượng Pearlite bằng với Ferrite suy ra hàm lượng Cacbon của mẫu chiếm 0.5%
Hình 5.22 trình bày tổ chức tế vi mẫu số 12 với các mức độ phóng đại khác nhau Cụ thể, toàn bộ mẫu được quan sát với độ phóng đại 50X, trong khi các vùng giao nhau, vùng nung Martensite và vùng nền Ferrite cùng Pearlite đều được đo với độ phóng đại 500X Những quan sát này giúp hiểu rõ hơn về cấu trúc vi mô của mẫu và các đặc điểm của từng vùng.
➢ Theo hình d thì hàm lượng Pearlite lớn hơn Ferrite suy ra hàm lượng Cacbon của mẫu trên 0.5%
Hình 5.23 trình bày tổ chức tế vi của mẫu số 13 với các đặc điểm quan trọng a) Toàn bộ mẫu được quan sát dưới độ phóng đại 50X cho thấy cấu trúc tổng thể b) Vùng giao nhau được phân tích ở độ phóng đại 500X, cho thấy sự tương tác giữa các pha c) Vùng nung Martensite, cũng được đo ở độ phóng đại 500X, thể hiện các đặc tính đặc trưng của nó d) Vùng nền Ferrite và Pearlite, quan sát dưới độ phóng đại 500X, cho thấy cấu trúc nền của mẫu e) Vùng nung Martensite có dấu hiệu oxi hóa, được ghi nhận ở độ phóng đại 500X, chỉ ra sự thay đổi hóa học trong quá trình xử lý.
➢ Theo hình d thì hàm lượng Pearlite its hơn Ferrite suy ra hàm lượng Cacbon của mẫu dưới 0.5%
Hình 5.24 trình bày tổ chức tế vi của mẫu số 29 với các độ phóng đại khác nhau Cụ thể, toàn bộ mẫu được quan sát với độ phóng đại 50X, cho thấy độ sõu nung đạt 783 àm Vùng giao nhau được đo với độ phóng đại 500X, cho phép phân tích chi tiết hơn Vùng nung Martensite cũng được khảo sát ở độ phóng đại 500X, trong khi vùng nền Ferrite và Pearlite được đánh giá với cùng độ phóng đại 500X.
➢ Theo hình d thì hàm lượng Pearlite bằng với Ferrite suy ra hàm lượng Cacbon của mẫu chiếm 0.5%.
Nghiên cứu độ cứng tế vi của mẫu
5.5.1 Phương pháp đo độ cứng tế vi
Sau khi thu thập dữ liệu từ quan sát tế vi, mẫu số 4 với độ sâu nung lớn nhất được chọn để tiến hành nghiên cứu độ cứng tế vi tại Trung tâm Kỹ thuật Tiêu chuẩn Đo.
Mẫu có độ sâu nung lớn giúp thu thập nhiều dữ liệu hơn khi đo độ cứng tế vi và khảo sát một dải số liệu rộng hơn Để thực hiện việc đo độ cứng tế vi, cần xác định các giá trị như khoảng cách đo sâu, khoảng cách giữa các mũi đo, độ cứng thang đo HV, và số lượng mũi đo Mô hình nghiên cứu độ cứng tế vi được thể hiện qua hình 2.26.
Hình phác thảo trước khi đo
Hình 5.25: Mô hình nghiên cứu độ cứng tế vi
Các giá trị được tính như sau:
❖ Khoảng cỏch đo sõu: 900 + 1100 = 2000 àm
❖ Khoảng cỏch giữa cỏc mũi đo: 100 àm
➔ Số lượng mũi đo: 2000/100 = 20 (mũi)
❖ Độ cứng thang đo HV: 0.3 (do trung tâm đề nghị)
Chiều sâu từ bề mặt Biểu đồ thể hiện độ cứng HV
Biểu đồ 5.8: Mối quan hệ giữa độ cứng HV và chiều sâu bề mặt
Nhận xét: Độ cứng tế vi cao nhất ở vùng nung và giảm dần về vùng nền
Bảng 5.11: Mối quan hệ giữa độ cứng HV và chiều sâu bề mặt
Vựng trờn mẫu Chiều sõu từ bề mặt (àm) Độ cứng, HV 0.3
Hình 5.26: Độ cứng đo được trên máy đo độ cứng ở vùng ngoài nung
Tại vùng ngoài nung, độ cứng tế vi và độ cứng đo bằng máy Rockwell có giá trị gần như tương đương.
Tại vùng nung, độ cứng tế vi cao nhất được đo là 451 HV, trong khi độ cứng trung bình tại vị trí cắt mẫu đo bằng máy Rockwell đạt 445.
HV, ta thấy giá trị giữa hai phương pháp đo gần như bằng nhau
Kết luận cho thấy rằng số liệu và kết quả độ cứng từ hai phương pháp đo khác nhau trên cùng một mẫu và vị trí là tương đương, chứng tỏ tính đáng tin cậy của dữ liệu Khi đo độ cứng tế vi, sự thay đổi độ cứng của vùng vật liệu được ghi nhận, với độ cứng cao nhất ở vùng nung và giảm dần ra ngoài Cụ thể, vùng ngoài nung có độ cứng ban đầu là 152 HV, trong khi vùng nung đã được nhiệt luyện đạt độ cứng 451 HV Theo thang đo HV, quá trình nhiệt luyện bằng phương pháp hàn hồ quang không điện cực đã làm tăng độ cứng lên gấp ba lần, minh chứng cho hiệu quả của phương pháp này trong việc cải thiện độ cứng của thép C45.