báo cáo thực hànhmôn học vật liệu cơ khí và thí nghiệm cơ học vật liệu bài 1 nhiệt luyện phân tích cấu trúc và đo độ cứng 10đ

Định nghĩa nhiệt luyện: Là nung nóng thép đến nhiệt độ xác định, giữ nhiệtmột thời gian thích hợp rồi sau đó làm nguội với tốc độ để nhận được đổ chức, dotính chất theo yêu cầu I.1.1 Quy

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP HỒ CHÍ MINH

KHOA CÔNG NGHỆ CƠ KHÍ

BÁO CÁO THỰC HÀNH MÔN HỌC: VẬT LIỆU CƠ KHÍ VÀ THÍ NGHIỆM

CƠ HỌC VẬT LIỆULỚP HỌC PHẦN: DHCK17A - 420300063502

GVHD: ThS HUỲNH XUÂN KHOA

1 Nguyễn Trí Bảo Trung 21000061

2 Nguyễn Tuấn Thanh 21001771

3 Nguyễn Quốc Đẳng 21106801

4 Nguyễn Đức Thiện 21006661

5 Trần Lưu Gia Thế 21003011

DANH SÁCH THÀNH VIÊN NHÓM 1

THVLCK GVHD: ThS.Huỳnh Xuân Khoa

NỘI DUNG BÁO CÁO THỰC HÀNH VẬT LIỆU CƠ KHÍ Bài 1 Nhiệt luyện, phân tích cấu trúc và đo độ cứng (10đ)

I Cơ sở lý thuyết (2đ)

1.1 Định nghĩa nhiệt luyện: Là nung nóng thép đến nhiệt độ xác định, giữ nhiệt

một thời gian thích hợp rồi sau đó làm nguội với tốc độ để nhận được đổ chức, dotính chất theo yêu cầu

I.1.1 Quy trình nhiệt luyện:

Hình 1: Sơ đồ công nghệ của một quy trình vật liệu

 Nhiệt độ nung (Tn): là nhiệt độ cao nhất phải đạt đến khi nung nóng.(nhiệt độ nung chọn dựa vào bản đồ)

 Thời gian giữ nhiệt (Tgn): là thời gian cần thiết để duy trì kim loại ởnhiệt độ nung (thời gian phụ thuộc vào kích thước chi tiết)

 Tốc độ nguội (Vng): là độ giảm của nhiệt độ theo thời gian sau thờigian giữ nhiệt, tính ra 0C/s (nguội chọn dựa vào bản đồ)

1.1.2 XĐ vùng Nhiệt độ nhiệt luyện cho các pp nhiệt luyện khác nhau dựa và Giản đồ pha Fe-C:

THVLCK GVHD: ThS.Huỳnh Xuân KhoaTheo giản đồ pha Fe-Fe3C ta phân loại các phương pháp dựa vào %C vànhiệt độ 0 độ C:

- Khoảng thấp hơn A1 là phương pháp ủ cầu hóa

- Khoảng từ A3-Acm là phương pháp thường hóa

- Khoảng từ cao hơn A1 và sau Acm là phương pháp ủ và tôi

- Dựa vào giản đồ pha Fe-Fe3C ta chọn được nhiệt độ nung luyện cho thép

I.1.3 Xác định tốc độ nguội dựa vào giản đồ T-T-T (giản đồ 2C):

Hinh 3: Giản đồ T-T-T

- Nhiệt độ (T) – thời gian (T) và chuyển biến (T) Vì có dạng chữ “C”→ đườngcong chữ “C” khi bị nguội (tức thời ) dưới 727ºC nó chưa chuyển biến ngayđược gọi là quá nguội, không ổn định Giản đồ có 5 vùng:

- Trên 727ºC là khu vực tồn tại của ổn định 

- Bên trái chử “C” đầu tiên - vùng quá nguội 

- Giữa hai chữ “C” - đang chuyển biến ( tồn tại cả ba pha , F và Xe) 

- Bên phải chữ “C” thứ hai – các sản phẩm phân hóa đẳng nhiệt quá nguội là hỗnhợp: F- Xê với mức độ mịn khác nhau

- Giữ nguội ở sát A1: (T 700ºC, ΔTº nhỏ , 25ºC): Peclit (tấm), HRC 10 15+(T 650ºC, ΔTº 75ºC): Xoocbot tôi, HRC 25 35

+ T đỉnh lồi chữ “C” (khoảng 500 600ºC): Trôtit, HRC 40

Cả 3 chuyển biến trên đều là chuyển biến peclit, X, T là peclic phân tán

THVLCK GVHD: ThS.Huỳnh Xuân Khoamột lượng nhỏ (dư), trung gian (Giữa P và M).

Từ peclit ( tấm), xoocbit, trôxtit cho tới bainit độ quá nguội tăng lên → mầm càng nhiều → tấm càng nhỏ mịn hơn và độ cứng càng cao hơn

Tóm lại : Chuyển biến ở sát A1 được peclit, ở phần lồi được trôxtit, ở giữa hai mứcxoocbit, phí a dưới được bainit Làm nguội đẳng nhiệt nhận được tổ chức đồng nhất trên tiết diện

I.1.4 Tôi – Ram thép%

a Tôi thép

Định nghĩa tôi thép: Tôi là nguyên công nhiệt luyện rất thông dụng gồm nungnóng thép lên nhiệt độ xác định, giữ ở nhiệt độ đó một thời gian cần thiết vàlàm nguội nhanh trong môi trường thích hợp Mục đích của tôi nhằm nhậnđược độ cứng và độ chịu mài mòn cao của thép

 Mục đích của tôi thép là:

+ Nhận được độ cứng và độ chịu mài mòn cao của thép

+ Nắm được quá trình tôi thép: cách chọn nhiệt độ tôi, thời gia nung và môitrường làm nguội

+ Xác định được mối quan hệ của nhiệt độ tôi, tốc độ làm nguội đến độ cứngcủa thép

 Chọn nhiệt độ tôi:

- Đối với thép trước cùng tích ( 0,8%C): 

+ Tºt = Ac3 + (30-50ºC); trạng thái hoàn toàn ; 

+ Tổ chức sau tôi là (mactenxic) + (Austenite dư) + ứng suất dư; M + Tôi hoàn toàn

Đối với thép sau cùng tích ( 0,8.%C) 

+ Tºt = Ac1 + (30+50ºC); trạng thái ( + XeII) 

+ Tổ chức sau tôi là M + XeII + dư+ ƯS dư

+ Tôi không hoàn toàn

Giữ nhiệt và làm nguội nhanh hợp lý (làm nguội trong nhiều môi trườngkhác nhau) Chi tiết cứng cả trong lẫn ngoài Để đánh giá hiệu quả của cácphương pháp tôi người ta đưa vào chỉ tiêu độ thấm tôi

 Cấu trúc mong muốn đạt được sau tôi: Cấu trúc Mactenxit

Too long to read on your phone? Save

to read later on your computer

Save to a Studylist

THVLCK GVHD: ThS.Huỳnh Xuân Khoa

 Định nghĩa: Ram là phương pháp nhiệt luyện nung nóng thép đã tôi dưới cácnhiệt độ nhiệt độ tới hạn (AC1), giữ nhiệt độ ở một thời gian và làm nguội.Nhằm để mactenxit và austenit dư phân hóa thành các tổ chức thách hợp phùhợp với điều kiện làm việc quy định

 Mục đích của ram thép: là làm giảm hoặc làm mất các ứng suất dư, khônggây ra nứt, cong vênh gẫy và hư hỏng khi làm việc

 Lựa chọn nhiệt độ ram:

- Ram thấp (150250ºC): 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 chịumòn cao

- Ram trung bình (300450ºC): Tổ chức đạt được là trustit ram Có độ

cứng cao (40-50 HRC) ứng suất giảm mạnh, độ dẻo dai tăng, giới hạn đànhồi đạt giá trị lớn nhất

- Ram cao (500 650ºC):  Tổ chức đạt được là Xoocbit ram, tạo cơ tínhtổng hợp cao, độ bền, độ dẻo, độ dai đều cao, còn độ cứng giảm mạnh

 Kết quả ram mong muốn:

Hình 6: Cấu trúc của ram mactenxit, ram trustit và ram xoocbit

1.2 Phân tích tổ chức

1.2.1 Nguyên lý phản xạ ánh sáng quan sát tổ chức kim loại bằng HV

 Kim loại hợp kim không cho ánh sáng xuyên qua nên muốn quan sátđược ta phải quan sát ánh sáng phản xạ bề mặt

 Muốn quan sát được phản xạ ánh sáng bề mặt ta phải mài, đánh bóng bềmặt sau đó xử lý bề mặt bằng dung dịch ăn mòn, tùy vào từng kim loại.hợp kim khác nhau ta có những sự ăn mòn bề mặt khác nhau từ đó có sựtương phản

THVLCK GVHD: ThS.Huỳnh Xuân Khoa

 Ngoài ra khi ta đánh bóng và xử lý bề mặt bằng dung dịch tới một mức

độ nhất định ta có thể thông qua phản xạ ánh sáng quan sát được ranhgiới giữa các hạt kim loại

 Kính hiển vi quang học là một loại kính hiển vi sử dụng ánh sáng khảkiến để quan sát hình ảnh các vật thể nhỏ được phóng đại nhờ một hệthống các thấu kính Kính hiển vi quang học là dạng kính hiển vi đơngiản, lâu đời nhất và cũng là phổ biển nhất Các kính hiển vi quang học

cũ thưởng phải quan sát hình ảnh trực tiếp bằng mắt nhìn qua thị kính,nhưng các kính hiện đại hiện nay còn được gắn thêm các CCD camerahoặc các phim ảnh quang học để chụp ảnh

1.2.2 Quá trình chuẩn bị mẫu để quan sát tổ chức (mài, đánh bóng, tẩm

thực)

 Mài mẫu: Đây là bước làm cần thiết để loại bỏ các tổn hại cấu trúc mẫutrước đó Quy trình mài thô mẫu giúp tiếp cận nhanh đến vị trí cần phảiphân tích trên mẫu, tạo ra bề mặt phảng ban đầu cần thiết cho các bướcmài và đánh bóng tiếp theo Quá trình mài có thể thực hiện bằng cáchướt hoặc khô bằng cách sử dụng giấy nhám trên các đĩa quay Trong giaiđoạn này để đạt hiệu quả tốt nhất cần phải chọn đúng loại giấy mài vàbột mài phù hợp

 Đánh bóng mẫu: Quá trình đánh bóng được chia thành hai giai đoạn làđánh bóng thô và đánh bóng tinh

 Đánh bóng thô: Quá trình đánh bóng thô giúp xử lý bề mặt giảm thiểucác vết xước để quá trình đánh bóng tinh đạt hiệu quả tốt và nhanh hơn,

sử dụng các hạt tinh thể kim cương

 Đánh bóng tinh: thông dụng nhất là sử dụng nhôm oxit để mài mòn mẫu

vì độ cứng và độ bền cao của nó

 Tẩm thực: Mẫu sau khi đánh bóng, đem rửa sạch, thấm và sấy khô rồiquan trên kính hiển vi Ta có thể thấy trên mẫu có các vết xước nhỏ dođánh bóng chưa tốt, các vết nứt tế vị, rỗ khí, xỉ tạp chất, một số pha và tổchức như cacbit, graphit, chì, sát

 Tẩm thực là quá trình ăn mòn bề mặt mẫu bằng các dung dịch hóa họcthích hợp, gọi là dung dịch tẩm thực khi tẩm thực, biên giới các pha, cácvùng tổ chức sẽ bị ăn mòn nhưng với những tốc độ khác nhau Sau khi

THVLCK GVHD: ThS.Huỳnh Xuân Khoaviên kim cương hình nón, hoặc đầu bi Carbide, tùy thuộc vào cấu trúc kimloại và điều kiện bề mặt, giá trị độ cứng được tính theo công thức.

HR = k -0.02hTrong đó:

h: chiều sâu vết lỏm do tải trọng chính tác dụng

k: hằng số

 Phương pháp Rockwell là đo độ sâu vết lõm cố định được tạo ra bởi một lựctrên một đầu đo Đầu tiên, một lực thử nghiệm sơ bộ (thường được gọi là tảitrước hoặc tải phụ) Quá trình tải trước này xuyên qua bề mặt kim loại đểgiảm tác động của lớp vỏ bề mặt Sau khi giữ lực thử sơ bộ cho một khoảngthời gian dừng xác định, độ sâu đường cơ sở của vết lõm được đo

 Sau khi tác dụng tải sơ bộ, một tải bổ sung, gọi là tải trọng lớn, được thêmvào để đạt được tổng tải thử nghiệm yêu cầu Lực này được giữ trong mộtkhoảng thời gian xác định trước (thời gian dừng) để cho phép hồi phục đànhồi Tải trọng chính này sau đó được quay trở về tải sơ bộ Sau khi giữ lựcthử sơ bộ trong một khoảng thời gian dừng xác định, độ sâu cuối cùng củavết lõm được đo

Hình 6: Phương pháp Rockwell

- A = Độ sâu đạt được bởi đầu đo sau khi tải trọng đặt trước (tải nhỏ)

- B = Vị trí của đầu đo tại thời điểm Tổng tải (Tải nhỏ cộng

- Tùy theo lực tác dụng mà người ta phân độ cứng Rockwell ra 3 thang A, B,

C tương ứng

- Có nhiều thang đo độ cứng Rockwell, kí hiệu là HRA, HRB, HRC tùythuộc vào loại và kích thước đầu đo cũng như giá trị lực tác dụng được sửdụng Tải thử nghiệm sơ bộ (tải trước) dao động từ 3 kgf (được sử dụng đo

độ cứng Rockwell trên bề mặt) đến 10 kgf (được sử dụng đo độ cứng

THVLCK GVHD: ThS.Huỳnh Xuân Khoa

 Ưu điểm và nhược điểm phương pháp đo độ cứng Rockwell:

 Không cần chuẩn bị bề mặt phẳng hoàn hảo

 Phù hợp với nhiều loại vật liệu

- Nhược điểm:

 Nhiều thang đo khác nhau với mũi đo và tải trong khác nhau

 Có sự ảnh hưởng từ nhiệt độ và môi trường

 Giới hạn cho các dạng hình đặc biệt

b Phương pháp đo độ cứng HV

Phương pháp đo độ cứng Vickers (HV) là một phương pháp thử nghiệm

độ cứng của vật liệu bằng cách sử dụng một viên cứng hình kim cương có góc trọng điểm 136 độ Phương pháp này đặc biệt thích hợp cho việc đo độ cứng của các vật liệu cứng, như kim loại, các vật liệu gốc khoáng chất, và các vật liệu khác có độ cứng tương tự

Để đo độ cứng Vickers (HV), bạn cần thực hiện các bước sau:

 Chuẩn bị mẫu vật cần kiểm tra: Bề mặt mẫu vật phải được chế tạo mịnmàng và phẳng Thường, bạn sẽ mài và đánh bóng mẫu vật trước khitiến hành thử nghiệm

 Sử dụng máy đo độ cứng Vickers: Máy đo độ cứng Vickers thường đikèm với một viên cứng hình kim cương có góc trọng điểm 136 độ Đặtviên cứng này lên bề mặt của mẫu vật

 Áp lực viên cứng: Áp lực được áp dụng lên viên cứng để xâm nhập vào

bề mặt của mẫu vật Thông thường, áp lực này được kiểm soát và duytrì cố định trong suốt quá trình thử nghiệm

 Đo kích thước của ấn độ xâm nhập: Sau khi thực hiện thử nghiệm, bạn

sẽ đo kích thước của dấu vết xâm nhập trên bề mặt của mẫu vật bằngmột kính hiển vi Kích thước này thường được tính bằng đơn vịnanomet (nm)

THVLCK GVHD: ThS.Huỳnh Xuân Khoa

 Phương pháp đo độ cứng Vickers (HV) cho phép bạn đánh giá độ cứng của vật liệu một cách chính xác và đáng tin cậy, và nó thường được sử dụng trong ngành công nghiệp và nghiên cứu vật liệu

II Thực hành (8đ)

2.1 Nhiệt luyện (3đ)

2.1.1 Vật liệu sử dụng, phân công nhóm

0 C45 (tròn) 875 ˚C - Ủ (cùng lò)

4 C45 875 ˚C – Tôi nước + Ram thấp (200˚C/15’)

5 C45 875 ˚C – Tôi nước + Ram trung bình (350˚C/15’)

Xác định độ dai va đập

10 C45 (vuông) 875 ˚C - Ủ (lò)

12 C45 (vuông) 875 ˚C – Tôi nước + Ram trung bình (350˚C/15’)

Thử kéo

16 C45 (dài) 875 ˚C Tôi nước + Ram trung bình (giống mẫu 5)

THVLCK GVHD: ThS.Huỳnh Xuân KhoaNhận xét:

- Vật liệu: Cả hai loại thép là théo chế tạo trong đó

 Thép C45: Là thép chế tạo với 0.45% cacbon

 Thép C20: Là thép chế tạo với 0.2% cacbon

- Phương pháp nhiệt luyện: phương pháp tôi, phương pháp ram, phương pháp ủ

 Phương pháp tôi có: Tôi nước, tôi dầu

 Phước pháp ram: Ram trung bình, thấp

 Phương pháp ủ có: Ủ thường hóa, ủ cùng lò

- Các loại mẫu: Có ba loại mẫu là mẫu vuông, mẫu tròn và mẫu dài

2.1.2 Quy trình thực hành tôi – ram thép

2.1.3 Mô tả quá trình thực hành nhiệt luyện:

1 Xếp phôi vào

lò nung

Mở cửa lò, xếp phôi theo thứ tựcác nhóm

THVLCK GVHD: ThS.Huỳnh Xuân Khoa

Mẫu 8

3 Giữ nhiệt

Khi máy đến nhiệt độ thiết lậpchúng ta, đong cửa lò nung vàgiữ nhiệt khoảng 10 phút

4 Lấy phôi

Mở cửa lò, gắp phôi ra theo thứ

tự các nhóm, thực hiện cácphương pháp nhiệt luyện tiếp

theo

THVLCK GVHD: ThS.Huỳnh Xuân Khoa

5 Ủ lò (Mẫu 0 )

Sau khi giữ nhiệt ở 875 độ C thìtắt máy và tiệp tục để phôitrong lò cho phôi nguội dầncùng lò (tối thiểu ủ 20 tiếng)

6 Tôi nước (Mẫu5)

Sau khi lấy phôi ra khỏi lò nungthì cho ngay vào nước ngâmtrong nước (khoảng 10 giây)

THVLCK GVHD: ThS.Huỳnh Xuân Khoa

7 bình (Mẫu 5)Ram trung

Sau khi lấy ra khỏi nước, chúng

ta tiếp cho vào lò ram, thiết lậpnhiệt độ lên 350 độ C để ramtrung bình và để trong lòkhoảng 15 phút sau đó gắp ra

và để nguội ngoài không khí

8 Tôi dầu (Mẫu8)

Sau khi lấy phôi ra khỏi lò nungthì cho ngay vào dầu, ngâmtrong dầu (khoảng 1-3 phút),sau đó lấy phôi ra vệ sinh

THVLCK GVHD: ThS.Huỳnh Xuân Khoa

2.2 Phân tích tổ chức (3đ)

2.2.1 Thực hành quá trình chuẩn bị (mài, đánh bóng, tẩm thực)

Bước 1: Mài thô – P120:

THVLCK GVHD: ThS.Huỳnh Xuân Khoa

Bước 3: Mài tinh – P800 :

THVLCK GVHD: ThS.Huỳnh Xuân Khoa

Bước 6: Tẩm thực

Dùng dung dịch 4% HNO3

trong cồn tẩm vào tăm bông và

bôi lên bề mặt đã đánh bóng sau

đó dùng đầu tăm bông còn lại để

lau khô

Pha 21 giọt cồn + 1 giọt

axit, dùng tăm bông bôi lên ½ bề

mặt đã đánh bóng, rửa lại bằng

cồn sau đó sấy khô

THVLCK GVHD: ThS.Huỳnh Xuân Khoa

2.2.2 Chụp (đặt mẫu, lấy nét, chỉnh độ sáng, chọn vùng, chọn ống kính, -> chụp)

875 ˚C - Ủ (cùng lò)

875 ˚C – Tôi nước + Ram trung bình

(350˚C/15’)

2.2.3 Kết quả tổ chức tế vi, giải thích, phân tích

Mẫu Tổ chức tế vi (cỡ ảnh 6x6) Giải thích, phân tích

0

- Vật liệu: C45

- Xử lý nhiệt; m0-c45- 875 ˚C - Ủ (cùng lò) - mài 2000-db-tt-400x-bmp

- Tổ chức tế vi: gồm 2 phần Ferrit (vùng sáng) và Pratlite (vùng tối) Tinh thể to

THVLCK GVHD: ThS.Huỳnh Xuân Khoa

1

- Vật liệu: C45

- Xử lý nhiệt: m0-c45-875 ˚C - Thường hóa (không khí)- mài 2000-db-tt-400x-bmp

- Tổ chức tế vi: cấu trúc có tổ chứcPearlite (màng vùng đen mịn)Ferrit (vùng trắng ít) Do các hạttinh thể bị xé ra, nhỏ mịn hơnmẫu 0

2

- Vật liệu: C45

- Xử lý nhiệt: m0-c45-875 ˚C – Tôi dầu - mài 2000-db-tt-400x-bmp

- Tổ chức tế vi: Pearlite (nhữngvùng tối) và Mactenxic (dạnghình kim), Austenite dư (vùngsáng nhỏ)

3

- Vật liệu: C45

- Xử lý nhiệt: m3-c45-875 ˚C tôi nước- mài 2000-db-tt-400x-bmp

- Tổ chức tế vi: cấu trúc tổ chứcMactenxic tôi (dạng hình kim),Austenite dư (vùng sáng nhỏ)

- Vật liệu: C45

THVLCK GVHD: ThS.Huỳnh Xuân Khoa

5

- Vật liệu: C45

- Xử lý nhiệt: m5-c45-875 ˚C tôi nước - ram trung bình 350 15 phut- mài 2000-db-tt-400x-bm

- Tổ chức tế vi: cấu trúc tổ chứcTroxit ram (những hạt bị bo tròn)

7

- Vật liệu: C20

- Xử lý nhiệt: m7-c20-875 ˚C tôi nước - mài 2000-db-tt-400x-bmp

- Tổ chức tế vi: cấu trúc tổ chứcMactenxic tôi (dạng hình kim),Austenite dư (vùng sáng nhỏ).Nhưng cấu trúc Mactenxic thưa

và không mịn như M3 do sựchênh lệch lượng Cacbon

Phân tích cấu trúc:

- M0-M3: tốc độ nguội tăng dần từ ủ, không khí, dầu, sang nước tổ chức tế vibiến đổi Pratlite-thô -> Pratlite-mịn->xuất hiện Maxtenxit

- M3-M4-M5: là mẫu tôi nước và được nung với nhiệt độ khác nhau, cấu trúc

nó biến đổi từ Maxtenxit tôi, Maxtenxit ram, Troxit Hạt tinh thể sẽ tròn và

to dần

- M0-M6 : mẫu 0 là C45 và mẫu 6 là C20 Hai mẫu này có cùng phương pháp