Báo cáo thí nghiệm vật liệu học và xử lý báo cáo đo độ cứng kim loại

ĐO ĐỘ CỨNG KIM LOẠI Độ cứng là một đặc trưng cơ tính quan trọng của vật liệu, chống lại biến dạng dẻo cục bộ của kim loại, có thể dễ dàng đo được thông qua các thiết bị đo mà không cần p

MỤC TIÊU THÍ NGHIỆM

- Nắm vững nguyên lý đo độ cứng theo các phương pháp Brinell, Rockwell và Vicker

- Làm quen và biết cách sử dụng các máy đo độ cứng thông dụng.

NỘI DUNG THÍ NGHIỆM

a Nhận mẫu, mài nhẵn mặt cần đo và mài sơ mặt còn lại b Đo HRA 3 lần rồi lấy giá trị trung bình

- Đặt phôi lền đế đặt phôi

- Kiểm tra núm đặt lực, mũi đo phù hợp với chế độ đo (HRA, HRB, HRC) Ở đây chế độ đo là HRA nên P là 60kg và mũi đo kim cương hình côn

Thang đo Loại mũi đâm Tải trọng Giới hạn đo cho phép

HRC Kim cương hình côn 1500 20 – 67

HRA Kim cương hình côn 600 70 – 85

- Quay tay quay cùng chiều kim đồng hồ nâng lên sao cho phôi chạm vào mũi đo Tiếp tục quay sao cho kim nhỏ bắt đầu quay sang điểm màu đỏ thì ngừng lại Xoay mặt đồng hồ xoa sao cho kim lớn chỉ ngay C-B

- Ấn nút Start chờ máy đo trong 10 giây (thời gian giữ lực) Sau khi đồng hồ thời gian đếm về 0 và trở lại 10 sẽ phát ra tiếng “Bíp” Khi đó kim dài chỉ giá trị đo của

BÁO CÁO THÍ NGHIỆM VẬT LIỆU HỌC VÀ XỬ LÝ chế độ đang đo (Vòng đen ngoài: HRA, HRC; Vòng đỏ: HRB) Các giá trị làm tròn đến 0.5

- Quay ngược tay quay để lấy phôi và tiếp tục đo ở vị trí khác cho đủ 3 lần đo (Các vị trí đo phải nằm cách nhau một khoảng nhất định để tránh hiện tượng biến cứng cục bộ sau biến dạng của vật liệu) c So sánh HRA với 60

- Nếu HRA > 60 thì tạm gọi là vật cứng, sau đó tiến hành đo HRC 3 lần và chuyển qua đo HV 3 lần

- Nếu HRA < 60 thì tạm gọi là vật mềm, sau đó tiến hành đo HRB 3 lần và chuyển qua đo HB 3 lần d Đo HB hoặc HV

- Đặt phôi lên đế để phôi

- Quay tay quay cùng chiều kim đồng hồ để phôi đi lên chạm vào mũi đo, tiếp tục quay sau cho cây thước trên mặt hiển thị di chuyển đến cuối cây thước

- Hạ nhẹ nhàng cần lực đến hết cần lực và chờ khoản 10s sau đó nâng cần lực lên nhẹ nhàng,

- Quay tay quay ngược lại để lấy phôi ra Lưu ý điểm vừa đo, lấy viết đánh dấu lại vị trí lỗ vừa đo Tương tự như vậy đo 3 lần

- Đem các lỗ vừa đo đến kính hiển vi quang học tiến hành xác định chiều dài đường chéo D đối với HV hoặc đường kính lõm D đối với HB Đo bằn kính hiển vi quang học D 1 , D 2 tương tự, xoay lỗ đo hoặc 90 0

SỐ LIỆU ĐO ĐƯỢC

- Tiến hành đo HRA 3 lần và lấy giá trị trung bình

- Lấy giá trị trung bình so sánh với 60 Nếu:

+ Lớn hơn 60 tạm gọi là vật cứng, sau đó tiến hành đo HRC 3 lần và chuyển qua đo

+ Nhỏ hơn 60 tạm gọi là vật mềm, sau đó tiến hành đo HRB 3 lần và chuyển qua đo

- Lấy giá trị HRA trung bình làm chuẩn, tra bảng để có giá trị HV lý thuyết hoặc

BÁO CÁO THÍ NGHIỆM VẬT LIỆU HỌC VÀ XỬ LÝ

BẢNG 1 SỐ LIỆU ĐO ĐƯỢC

LẦN 1 LẦN 2 LẦN 3 TRUNG BÌNH

HV ĐƯỜNG CHÉO LỖ 1 LỖ 2 LỖ 3

XỬ LÝ SỐ LIỆU ĐO

Lấy giá trị HRA trung bình làm chuẩn, tra bảng để có giá trị HV lý thuyết hoặc HB lý thuyết

So sánh các giá trị đo và giá trị tra bảng sau đó tính sai số

Tra bảng độ cứng tại HRA = 65.667 (kg/cm 2 ):

→ HV lý thuyết = 307.872 (kg/cm 2 )

Tính phần trăm sai số giữa thực tế và lý thuyết:

➔ D 1 và D 2 Lỗ 1 → HV/HB 1 = 304.61 (kg/cm 2 )

➔ D 1 và D 2 Lỗ 2 → HV/HB 2 03.30 (kg/cm 2 )

➔ D 1 và D 2 Lỗ 3 → HV/HB 3 = 304.47 (kg/cm 2 )

Tính phần trăm sai số giữa thực tế và lý thuyết:

NHẬN XÉT – RÚT RA KẾT LUẬN

Chọn và cắt mẫu

Khi cắt mẫu, có thể dùng các máy cắt kim loại như tiện, phay… hoặc cưa máy, cưa tay… Các mẫu quá cứng, có thể dùng đá mài để cắt Với các thép và gang đã qua nhiệt luyện, yêu cầu đối với nhiệt độ nơi cắt không quá 100 o C

Mẫu có dạng hình trụ với kích thước Ф 10 ÷ 15mm, chiều cao h= 15 ÷20mm, hoặc hình hộp có kích thước 10 x 10 x 10mm và 15 x 15 x 15mm

Nếu mẫu có kích thước nhỏ, mỏng, phải nhiên cứu lớp bề mặt (thấm cacbon, ăn mòn bề mặt…) thì mẫu cần phải được kẹp vào các gá hoặc đổ khuôn bao quanh Chất đổ khuôn thường là các hợp kim có nhiệt độ chảy thấp như hợp kim, hoặc các chất nhựa dẻo, bakelit…

Mài mẫu

- Mẫu sau khi cắt được mài thô trên đá mài hoặc giấy nhám từ thô đến mịn Các giấy nhám thường được đánh số từ nhỏ đến lớn Số càng lớn thì độ hạt của giấy càng mịn

Ví dụ: 80, 100, 150, 180… là các số thông dụng

- Đề tránh làm rách giấy nhám khi mài, người ta thường vát mép mẫu Đánh bóng:

- Để đánh bóng mẫu, người ta tiến hành trên máy đánh bóng

- Cũng tương tự như ở máy mài thô, thay vì dán tờ giấy nhám lên đĩa, người ta gắn một miếng dạ hay nỉ lên trên, phải cho dung dịch mài nhỏ liên tục lên miếng nỉ.

Tẩm thực

Tẩm thực là quá trình ăn mòn bề mặt mẫu bằng các dung dịch hoá học thích hợp, gọi là dung dịch tẩm thực Khi tẩm thực, biên giới các pha, các vùng tổ chức sẽ bị ăn mòn, nhưng với những tốc độ khác nhau Sau khi tẩm thực bề mặt mẫu sẽ lồi, lõm tương ứng với các pha và tổ chức Do đó, có thể nhận biết được hình dáng, kích thước và sự phân bố của các pha

- Nhận mẫu thép dạng trụ tròn (đã được mài và tẩm thực)

- Dùng nhíp kẹp mẫu nhúng vào dung dịch xà phòng (chỉ tiếp xúc 1 mặt đáy đã quá định) đồng thời dùng bông gòn lau bề mặt đó

- Tiếp tục đưa mẫu qua rửa trong nước, đồng thời nhỏ nước cất lên bề mặt để đánh trôi hết các tạp chất còn bám trên bề mặt

- Dùng máy sấy để làm khô bề mặt mẫu thép

- Đưa mẫu thép qua quan sát bằng kính đo hiển vi, ta soi bề mặt mẫu thép ở các mức x100, x200, x400

- Sau khi soi bề mặt và nhận dữ liệu hình ảnh, dùng nhớt nhỏ lên bề mặt để bảo quản

HÌNH THÍ NGHIỆM

Hình ảnh sau khi tẩm thực:

NHẬN XÉT – RÚT RA KẾT LUẬN

Hình ảnh tương phản “Đen – Trắng”:

Hình ảnh thể hiện mật độ hạt và kích thước hạt

Từ phần mềm ImageJ, ở hình x200 với diện tích đang xét khoảng 310,74 inch 2 có 823 hạt, nếu đưa về x100 thì với diện tích không đổi số hạt tăng xấp xỉ gấp đôi tầm 1646 hạt, lúc này mật độ tương đương mức 5,297 hạt/inch 2 Xét theo tiêu chuẩn kích thước hạt theo bảng trên với mật độ ứng với 5,66 hạt/inch 2 sẽ có diện tích trung bỡnh của 1 hạt khoảng 11405 àm 2 , đường kớnh trung bỡnh của 1 hạt tầm 106,8 àm

Mẫu là thép trước cùng tích với tỉ lệ cacbon vào khoảng 0,6% Theo tính toán từ qui tắc đòn bẩy, khi lượng cacbon tăng lên thì tỷ lệ phần Peclit (màu tối) trong tổ chức tăng lên, còn ferric (phần sáng) giảm đi Nếu không chứa cacbon hay quá ít cacbon (0,02-0,05) tức là màu sáng hoàn toàn Với 0,1% C thì tỷ lệ phần tối là 1/8, với 0,4% C thì tỷ lệ phần sáng là 1/2 và với 0,6% C là 3/4, cuối cùng với 0,8% là tối hoàn toàn

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

BỘ MÔN THIẾT BỊ & CNVL CƠ KHÍ

BÀI BÁO CÁO TÔI VÀ RAM THÉP

GV LÝ THUYẾT : NGUYỄN HẢI ĐĂNG

NHÓM HỌC LÝ THUYẾT : L03 NGÀY THỰC HÀNH : 12&19/04/2023

2 TÓM TẮT LÝ THUYẾT 1 a Tôi 1 b Ram 3

3 NỘI DUNG THÍ NGHIỆM 4 a Tôi 4 b Ram 4

4 CÁC SỐ LIỆU ĐO ĐƯỢC 5 a Tôi 5 b Ram 5

5 MỐI QUAN HỆ 6 a Mối quan hệ trước và sau khi tôi 6 b Mối quan hệ giữa độ cứng và tốc độ nguội 7 c Mối quan hệ độ cứng sau khi ram 8

6 NHẬN XÉT – RÚT RA KẾT LUẬN 9

BÀI 3 TÔI VÀ RAM THÉP

- Nắm được quá trình tôi thép: cách chọn nhiệt độ tôi, thời gian nung và môi trường làm nguội

- Xác định được mối quan hệ của tốc độ làm nguội tức môi trường làm nguội đến độ cứng của thép

- Biết cách thực hiện nguyên công ram, chọn chế độ ram thép cacbon (nhiệt độ và thời gian)

- Xác định ảnh hưởng của nhiệt độ ram đến độ cứng

2 TÓM TẮT LÝ THUYẾT a Tôi

- Là nguyên công nhiệt luyện rất thông dụng gồm nung nóng thép lên nhiệt độ xác định, giữ ở nhiệt độ đó một thời gian cần thiết và làm nguội nhanh trong môi trường thích hợp Mục đích của tôi nhằm nhận được độ cứng và độ chịu mài mòn cao của thép

- Tổ chức nhận được sau khi tôi là mactenxit Kết quả sau khi tôi phụ thuộc vào nhiều yếu tố, sau đây ta xét mấy yếu tố cơ bản:

- Nhiệt độ tôi có ảnh hưởng trực tiếp đến cơ tính của thép sau khi tôi Đối với thép cacbon, có thể dựa vào giản đồ trạng thái sắt cacbon để chọn nhiệt độ tôi Đối với thép cùng tích và thước cùng tích (%C≤ 0.8%)

- Ta chọn nhiệt độ tôi cao hơn AC3, tức nung nóng thép đến trạng thái hoàn toàn ôstenit Cách này gọi là tôi hoàn toàn

- Trong khoảng 0,1-0,8%C điểm AC3 của thép giảm xuống Ta có thể xác định trực tiếp điểm AC3 của thép căn cứ vào giản đồ trạng thái sắt cacbon hoặc tra cứu trong các sổ tay nhiệt luyện

- Như ta đã biết, nhiệt độ tôi càng cao, thì hạt ôstenit nhận được khi nung càng thô và sau khi tôi, ta nhận được các kim mactenxit thô, dài, vì vậy, ta không nên nung cao quá AC3

- Còn nếu nung thấp hơn AC3, ta sẽ có tổ chức α + γ, khi làm nguội, chỉ có γ→M, còn ferit vẫn giữ nguyên, và như vậy, ta không thể nhận được độ cứng cao

- Đối với thép sau cùng tích (%C > 0,8%), nhiệt độ tôi cao hơn AC1, nhưng thấp hơn ACcm, tức nung lên trạng thái không hoàn toàn ôstenit Tổ chức nung để tôi là γ + XeII Đây là phương pháp tôi không hoàn toàn Nhiệt độ tôi được chọn:

- Như vậy, tất cả các thép sau cùng tích đều có nhiệt độ tôi giống nhau, khoảng 760 ÷780°C, không phụ thuộc vào thành phần cacbon Sở dĩ ta không nung lên cao quá

Acm vì cacbon hòa tan nhiều, nhiệt độ tôi cao, sau khi tôi, nhận được nhiều austenit dư, kim mactenxit lớn, ứng suất nhiệt cao Trong khi đó, nếu chỉ nung lên trạng thái γ + XeII, ta không cần nhiều nhiệt, sau khi làm nguội, vẫn được tổ chức là mactenxit

+ XeII, tận dụng được độ cứng của XeII, chi tiết ít bị ứng suất nhiệt làm cong vênh, oxy hóa bề mặt

Bao gồm thời gian nung đến nhiệt độ tôi và thời gian giữ để hoàn tất các chuyển biến và đồng đều nhiệt dộ trên toàn bộ chi tiết Thời gian nung có thể chọn theo các định mức kinh nghiệm tra trong các sổ tay nhiệt luyện, với các hệ số hiệu chỉnh về hình dáng chi tiết, cách sắp xếp và môi trường nung Cũng có thể tính thời gian nung theo các công chức về truyền nhiệt

- Phải bảo đảm nhận được mactenxit sau khi tôi, nghĩa là khả năng làm nguội của môi trường phải bằng hoặc lớn hơn tốc độ nguội tới hạn

- Nếu tốc độ nguội nhỏ hơn tốc độ nguội tới hạn, một phần ôstenit sẽ bị phân hủy thành các tổ chức khác, độ cứng sau khi tôi bị giảm Mỗi số hiệu thép có tốc độ nguội tới hạn khác nhau, và nó cũng đòi hỏi mội trường tôi khác nhau Tốc độ nguội tới hạn của thép có thể tìm trong các giản đồ chữ “C” của chúng Các môi trường tôi thường dùng là nước, dung dịch muối, xút, dầu khoáng và polymer b Ram

- Là phương pháp nhiệt luyện nung nóng thép đã tôi có tổ chức mactenxit quá bão hòa và ôstenit dư chuyển thành các tổ chức ổn định hơn phù hợp với yêu cầu đặt ra

- Ram còn làm giảm hoặc khử hoàn toàn ứng suất, cũng như tăng độ dẻo dai cho chi tiết sau tôi

- Khi ram thép cabon, xảy ra sự chuyển biến của mactenxit tôi thành mactenxit ram, nghĩa là cacbon quá bão hòa được tiết ra khỏi mạng dưới dạng cacbit ε, độ chính phương c/a giảm dần và cacbit ε chuyển dần thành xementit Fe3C, còn ôstenit dư lại phân hủy thành mactenxit ram

- Tùy theo tổ chức nhỏ mịn của xementit và ferit tiết ra khi ram mà ta có các tổ chức trustit ram hoặc xoobit ram Các quá trình trên phụ thuộc vào nhiệt độ và thời gian ram Phụ thuộc vào nhiệt độ ram, người ta chia làm 3 loại ram:

- Tổ chức nhận được là mactenxit ram, độ cứng hầu như không thay đổi, ứng suất giảm chút ít, chi tiết có độ cứng và chịu mòn cao

CÁC SỐ LIỆU ĐO ĐƯỢC

MỐI QUAN HỆ

a Mối quan hệ trước và sau khi tôi

7 b Mối quan hệ giữa độ cứng và tốc độ nguội

- Với cùng nhiệt độ nung 850 o C và giữ nhiệt trong 30’, khi làm nguội ở các môi trường khác nhau thì độ cứng của mẫu khác nhau Cụ thể, tôi và làm nguội trong nước có độ cứng cao nhất, tiếp theo là nguội trong dầu khoáng và cuối cùng là nguội trong không khí ( HRAnước = 74.78 > HRAdầu = 71.11 > HRAkhông khí = 54.11)

- Trong quá trình làm nguội nhanh (trong nước) với tốc độ cao (600 0 C/s) hơn tốc độ tới hạn vth: austenit sẽ chuyển biến thành mactenxit

- Trong quá trình làm nguội vừa ( trong dầu khoáng) với tốc độ nguội khoảng

Pha austenit sẽ chuyển biến thành banit

- Trong quá trình làm nguội ngoài không khí tốc độ làm nguội chậm (30 0 C/s), austenit sẽ chuyển biến lại thành peclit

- Khi thực hiện tôi trong các môi trường, ta thấy đối với phương pháp tôi và làm nguội trong nước làm tăng 42.44% độ cứng HRA, phương pháp tôi và làm nguội trong dầu khoáng làm tăng 35.45% độ cứng HRA, còn đối với phương pháp tôi và

8 làm nguội ngoài không khí làm tăng 3.07% độ cứng HRA sao với độ cứng ban đầu trước tôi c Mối quan hệ độ cứng sau khi ram

- Sau khi tôi, thép có tổ chức Mactenxit tôi và Austenit dư (từ quá trình làm nguội trong nước và trong nước muối) Cả hai pha này đều không ổn định ở nhiệt độ thường

- Đối với ram cao, Mactenxit tôi phân hủy hoàn toàn thành Ferit và Xemantit Phụ thuộc kích thước của phân tử Xementit mà ta có được trustit xoặc xoocbit ram có độ cứng, độ bên thấp hơn Mactenxit, nhưng độ dẻo dai lại cao hơn Độ cứng sau tôi là 60.78 lớn hơn so với ram cao 37.33, chênh lệch độ cứng 38.58%

- Đối với ram thấp, Austenit dư sẽ bị phân hủy, sản phẩm tạo ra thành giống sản phẩm của chuyển biến trung gian Bainit Độ cứng sau tôi là 60.78 nhỏ hơn so với ram thấp 52.68, chênh lệch độ cứng

Định dạng
Số trang	31
Dung lượng	2,54 MB