báo cáo thực hành môn học vật liệu cơ khí và thí nghiệmvật liệu cơ học

Định nghĩa nhiệt luyện: là nung nóng thép đến nhiệt độ xác định, giữ nhiệt mộtthời gian thích hợp rồi sau đó làm nguội với tốc độ để nhận được đổ chức, do tínhchất 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

VẬT LIỆU CƠ HỌCLỚP HỌC PHẦN: DHCK17A - 420300063502

GVHD: GV HUỲNH XUÂN KHOA

Nguyễn Đức Thiện 210066615

Trần Lưu Gia Thế 21003011

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, do tínhchất 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 thời giangiữ 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:

Theo giản đồ pha Fe-Fe3C ta phân loại các phương pháp dựa vào %C và nhiệt

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”→ đường cong 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

+Khi giữ austenit quá nguội ở nhiệt: 450 250ºC: Bainit, HRC 50 55, được coi là chuyển biến trung gian vì: F hơi quá bão hòa cacbon (0,10%), Xê là Fe2,4-3 C, có một 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 mức xoocbit, 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 và làmnguội nhanh trong môi trường thích hợp Mục đích của tôi nhằm nhận được độcứng 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 môi trườnglàm nguội

+ Xác định được mối quan hệ của nhiệt độ tôi, tốc độ làm nguội đến độ cứng của 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 trường khácnhau) Chi tiết cứng cả trong lẫn ngoài Để đánh giá hiệu quả của các phươngpháp 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

b Ram thép:

 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, không gây

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 chịu mòncao

- 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 đàn hồi đạtgiá trị lớn nhất

- Ram cao (500 650ºC):  Tổ chức đạt được là Xoocbit ram, tạo cơ tính tổnghợp 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 sát được

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 hợpkim khác nhau ta có những sự ăn mòn bề mặt khác nhau từ đó có sự tươngphản

 Ngoài ra khi ta đánh bóng và xử lý bề mặt bằng dung dịch tới một mức độnhất định ta có thể thông qua phản xạ ánh sáng quan sát được ranh giớigiữa các hạt kim loại.

 Kính hiển vi quang học là một loại kính hiển vi sử dụng ánh sáng khả kiến

để quan sát hình ảnh các vật thể nhỏ được phóng đại nhờ một hệ thống cácthấu kính Kính hiển vi quang học là dạng kính hiển vi đơn giản, lâu đờinhất và cũng là phổ biển nhất Các kính hiển vi quang học cũ thưởng phảiquan sát hình ảnh trực tiếp bằng mắt nhìn qua thị kính, nhưng các kính hiệnđại hiện nay còn được gắn thêm các CCD camera hoặc các phim ảnh quanghọc 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 bước mài

và đánh bóng tiếp theo Quá trình mài có thể thực hiện bằng cách ướt hoặckhô bằng cách sử dụng giấy nhám trên các đĩa quay Trong giai đoạn này đểđạt hiệu quả tốt nhất cần phải chọn đúng loại giấy mài và bột 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 thiểu cácvết xước để quá trình đánh bóng tinh đạt hiệu quả tốt và nhanh hơn, sửdụng 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 rồi quantrên kính hiển vi Ta có thể thấy trên mẫu có các vết xước nhỏ do đánhbóng chưa tốt, các vết nứt tế vị, rỗ khí, xỉ tạp chất, một số pha và tổ chứcnhư 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 tẩmthực bề mặt mẫu sẽ lồi, lõm tương ứng với các pha và tổ chức Do đó, cóthể nhận biết được hình dáng, kích thước và sự phân bố của các pha

1.3 Phương pháp đo độ cứng

a Phương pháp đo độ cứng Rockwell

 Rockwell (HR) là một phương pháp đo nhanh, được phát triển để sử dụngtrong kiểm soát sản xuất và đọc kết quả trực tiếp Độ cứng

 Rockwell (HR) được tính toán bằng cách đo chiều sâu của vết lõm, sau khi mũi

đo tác động vào vật liệu mẫu ở một tải nhất định Mũi đo đầu vào là một viênkim cương hình nón, hoặc đầu bi Carbide, tùy thuộc vào cấu trúc kim loại và

 Sau khi tác dụng tải sơ bộ, một tải bổ sung, gọi là tải trọng lớn, được thêm vào

để đạt được tổng tải thử nghiệm yêu cầu Lực này được giữ trong một khoảngthời gian xác định trước (thời gian dừng) để cho phép hồi phục đàn hồi Tảitrọng chính này sau đó được quay trở về tải sơ bộ Sau khi giữ lực thử sơ bộtrong một khoảng thời gian dừng xác định, độ sâu cuối cùng của vết lõm đượcđo

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 cứngRockwell thông thường) Lực thử nghiệm dao động từ 15kgf đến 150 kgf

đo độ cứng Rockwell thường xuyên) đến 500 đến 3000 kgf đo độ cứng lớn

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

- Ưu điểm:

 Không cần hệ thống quang học

 Nhanh chóng và dễ dàng

 Không phụ thuộc vào người vận hành

 Ít bị ảnh hưởng bởi độ nhám bề mặt

 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 khi tiếnhành thử nghiệm

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

 Áp lực viên cứng: Áp lực được áp dụng lên viên cứng để xâm nhập vào bềmặt của mẫu vật Thông thường, áp lực này được kiểm soát và duy trì cốđịnh 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 bằng mộtkính hiển vi Kích thước này thường được tính bằng đơn vị nanomet (nm)

 Tính toán độ cứng Vickers: Độ cứng Vickers (HV) được tính bằng côngthức sau:

 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.

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

8 C45 (vuông) 875 ˚C Tôi dầu

7

C45 (dài) 875 ˚C Tôi dầu

Nhận 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 dài2.1.2 Quy trình thực hành tôi – ram thép

2.1.3 Mô tả quá trình thực hành nhiệt luyện:

1 Xếp phôi vàolò nung Mở cửa lò, xếp phôi theo thứ tựcác nhóm

2 Thiết lập nhiệtđộ

Mở công tắc điện, điều chỉnhnhiệt độ của máy: Phôi tròn C45 (875 độ C): Mẫu

0 và 5Phôi vuông C45 (875 độ C):

Mẫu 8

3 Giữ nhiệt

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

Mở cửa lò, gắp phôi ra theo thứ

tự các nhóm, thực hiện cácphương pháp nhiệt luyện tiếp

theo

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)

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

2.2 Phân tích tổ chức (3đ)

II.2.1 Thực hành quá trình chuẩn bị (mài, đánh bóng, tẩm thực)

- Mài: Mài thô trên giấy nhám P120, P400 để đánh gỉ và tạo phẳng bề mặt mẫu Khi đã mài thô xong, chúng ta tiếp tục mài tinh trên giấy nhám P800, P2000 để mẫu chỉ còn cái vết xước nhỏ

- Đánh bóng: Sử dụng dung dịch hóa học Al2O3 lên mảnh vải nhỏ sau đó chà xát lên bề mặt mẫu cho đến khi vết xước mờ dần

- Tẩm thực: Thực hiện quá trình ăn mòn bằng cách cho dung dịch HNO3 kết hợp với cồn(21 giọt cồn + 1 giọt HNO Tiếp đó, ta dùng tăm bông 3)

đã bôi hỗn hợp trên lên ½ bề mặt mẫu Khi đã bôi xong bề mặt mẫu, ta sẽrửa sạch mẫu rồi sấy khô

II.2.2 Chụp (đặt mẫu, lấy nét, chỉnh độ sáng, chọn vùng, chọn ống kính, -> chụp)

.1 1

M1 C45

23.23

61

1

62.43

56.7

56

9

56.63

13.7

Bài 2 Thực nghiệm đo cơ tính của thép (10đ)

I Phương pháp xác định độ dai va đập (5đ)

1.1 Cơ sở lý thuyết (1đ)

- Khái niệm: Độ dai va đập là khả năng hấp thụ năng lượng vật liệu trước khi

vật bị phá hủy

Ví dụ: Một người thợ rèn tác dụng một lực lên vật liệu, búa chuyển động từ trên cao

xuống khi chạm vào vật liệu thì nó dừng lại đột ngột và bị nảy lên Quá trình này làchuyển từ thế năng trên cao truyền động năng lên vật liệu -> biến mất do vật liệu hấpthụ năng lượng

- Ý nghĩa: Tìm hiểu việc xác định lượng năng lượng hấp thụ trong quá trình phá

vỡ của mẫu vật giúp chúng ta xác định được cơ tính (độ cứng, độ dẻo, độ đànhồi) của vật liệu từ chúng ta có thể dựa vào các thông số đó để sử với từng mụcriêng của vật liệu

- Nguyên lý phương pháp charpy xác định năng lượng phá hủy mẫu: Cho một

búa treo có trọng lượng [m] đã biết, chiều dài [l] Nảy búa lên một độ cao [H1],

ta tích năng lượng cho búa một năng lượng [Et] Đặt vật liệu, khi búa được thả

sẽ đập vào mẫu khi búa dư năng lượng [Es] chạy lên một độ cao [H2] mà nónâng lên sau khi làm biếng dạng mẫu vật Nếu lượng năng lượng mà vật hấpthụ càng lớn thì dao động hướng lên trên con lắc sẽ càng nhỏ và vật liệu càngnhỏ, điều ngược lại đúng cho trường hợp còn lại

- Tính độ dai va đập:

*Ghi chú:

l: Chiều dài con lắc (m)

α: Góc rơi

δ: Góc nâng

H: Chiều dài con lắc rơi (m)

h: Chiều cao nâng (m)

ak: Độ dai va đập (J/mm)

Et: Năng lượng búa lúc đầu (J)

Es: Năng lượng búa lúc sau (J)

ΔE: Năng lượng búa bị hấp thụ bởi vật liệu (J)

*Công thức tính

Công thức tính năng lượng búa:

Et= mgH

ΔE=mg(H-h) (J)Es=mgh

Công thức tính độ cao

H=l+lsin(α-90o) (m)

H=l-lsin(90o- α) (m)

Độ dai va đập

1.2 Thực hành (4đ):

1.2.1 Thiết bị và mẫu:

a Thiết bị: Máy kiểm tra va đập Charpy

b Các bộ phận của thiết bị