bài báo cáo đo độ cứng kim loại

2 Làm quen và biết cách sử dụng các máy đo độ cứng thông dụng.3 Kiểm tra độ cứng của vật liệu để thiết kế, chế tạo, gia công các chi tiết máy và cải thiện độ cứng bằng các phương pháp cơ

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

KHOA CƠ KHÍ – BỘ MÔN THIẾT BỊ & CNVL CƠ KHÍ

GVHD: BÙI DUY KHÁNH SVTH:

MSSV:

TP HCM, THÁNG 12 NĂM 2020

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CƠ KHÍ

BỘ MÔN THIẾT BỊ & CNVL CƠ KHÍ

BÀI BÁO CÁO

ĐO ĐỘ CỨNG KIM LOẠI

HỌ TÊN SINH VIÊN : MSSV

BÀI THÍ NGHIỆM NHÓM THỰC HÀNHNGÀY THÍ NGHIỆM

: : 1: A08: Buổi sáng, ngày 20/11/2020

GV LÝ THUYẾT : Nguyễn Hải ĐăngNHÓM HỌC LÝ THUYẾT : A02

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

3) Kiểm tra độ cứng của vật liệu để thiết kế, chế tạo, gia công các chi tiết máy và cải thiện độ cứng bằng các phương pháp cơ, nhiệt luyện

2 TÓM TẮT LÝ THUYẾT

2.1 Đặc điểm và các phương pháp đo độ cứng

Độ cứng là khả năng chống lại biến dạng dẻo cục bộ của kim loại, dưới tácdụng của tải trọng thông qua mũi đâm

Phương pháp đo độ cứng có ưu điểm:

- Từ giá trị độ cứng đo được, có thể suy ra độ bền của kim loại dẻo

- Đo độ cứng đơn giản, thời gian ngắn (từ vài giây đến vài phút) Mẫuthử 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 (cáclớp mạ, thấm…)

Các phương pháp đo :

a) Phương pháp đâm:

-Phương pháp đo độ cứng Brinell

-Phương pháp đo độ cứng Rockwell

-Phương pháp đo độ cứng Vicker b) Phương pháp nảy lại

c) Phương pháp đo độ xước

2.2 Phương pháp đo độ cứng

Brinell

lõm hình chỏm cầu

Các bi thường dùng có đường kính D = 10; 5; 2,5 mm và tải trọng tươngứng là 30000; 7500 và 1875 N.

Giá trị độ cứng được tính theo công thức:

2.3 Phương pháp đo độ cứng Rockwell

Cách tiến hành: ấn mũi đâm kim cương hoặc hợp kim cứng hình côn, có góc

ở đỉnh là 120o, hoặc viên bi thép có đường kính 1/16”, 1/8”, 1/4”, 1/2” lên bềmặt vật liệu Số đo độ cứng Rockwell được xác định bằng hiệu số chiều sâu, khitác dụng tải trọng sơ bộ Po = 100N và tải trọng chính P1

Sơ đồ đo độ cứng Rockwell:

Giá trị độ cứng được tính theo công thức:

/ 0,002

HR k h 

Tùy theo dạng mũi đâm và tải trọng ta chia ra các

thang đo sau đây:

- Độ cứng HRC: mũi kim cương, tải trọng

1500 N

- Độ cứng HRA: mũi kim cương, tải trọng 600 N

2.4 Phương pháp đo độ cứng Vicker

Cách tiến hành: ấn mũi bi kim cương hình tháp, cógóc giữa hai mặt bên là 136o lên bề mặt mẫu dưới tảitrọng P = 50 ÷ 1500N, thường dùng đo độ cứng các vật mỏng, các lớp thấm…Giá trị độ cứng được tính theo công thức:

Hình 1: S ơ đồ đo độ cứng đồ đo độ cứng đ độ cứng ứng o c ng Brinell.

a) Khi chưa tác dụng tải trọng; b) Khi có tác dụng của tải trọng P0 (100N);

c) Khi tác động thêm tải trọng P1 (P = P0 + P1); d) Khi bỏ tải trọng P1

Tiến hành đo HRA trên máy đo (số 1) 3 lần và lấy giá trị

trung bình Lấy giá trị trung bình so sánh 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

-HRA < 60 thì tạm gọi là vật mềm, sau đó tiến hành đo HRB 3 lần và chuyểnqua đo HB 3 lần

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

hoặc HB lý thuyết

2.3 Thao tác thực hành

-Đặt phôi lên đế đặt phôi

-Kiểm tra núm đặt lực, mũi đo phù hợp với chế độ đo (HRA, HRB, HRC)

-Quay tay quay cùng chiều kim đồng hồ, nâng lên sao cho phôi chạm vàomũi đo Tiếp tục quay lên thì kim nhỏ bắt đầu quay sao cho kim nhỏquay sang điểm màu đỏ thì ngừng lại Xoay mặt đồng hồ sao cho kim lớnchỉ ngay C-B

-Ấn nút Start vào chờ máy đo trong 10s Sau khi đồng hồ thời gian đếm

về 0 thì kim dài chỉ ở đâu thì đó là giá trị đo của chế độ đang đo Vòngđen bên ngoài là giá trị của HRA, HRC còn màu đỏ bên trong là HRB Cácgiá trị làm tròn 0,5

-Quay ngược tay quay lại để lấy phôi và tiếp tục đo ở vị trí khác cho đủ 3 lần đo

-Thay đổi chế độ đo chỉ cần thay lực trên núm điều chỉnh lực và thực hiện

đo tương tự (Nếu đo HRB thì thay luôn mũi đo)

b Đo HV, HB: thao tác đo tương tự như với đo HR

(nêu trên)

-Đặt phôi lên đế để phôi

Hình 4: Sơ đồ đo Vicker

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

-Hạ nhẹ nhàng cần lực đến hết cần lực và chờ khoảng 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 (3 mũi đo trên phôi)

3 SỐ LIỆU THU ĐƯỢC

Phương pháp đo của nhóm:

- Tiến hành đo HRA 3 lần cho kết quả HRA > 60;

- Tiếp tục tiến hành đo HRC 3 lần;

- Sau đó, đo 3 lần HV; đem 3 lỗ cuối soi trên kính hiển vi và tiến hành đo các kích thước D1 và D2 của lỗ

Các giá trị đo được ghi lại trong bảng 1

Bảng 1:Số liệu đo được

Hình 1: Hình ảnh kích thước D1 và D2 thực tế của các lỗ hiển thị trên máy tính.

4 Xử lý số liệu đo

Tra bảng và sử dụng nộ cứng i suy để tìm ra HV lý thuyết , HRC lý thuyết

HRC HRC

452,15

lt HV

do

HV HV

và ngược lại

- Phương pháp đo độ cứng Rockwell HR tiện lợi hơn do nhanh, kết quả đo hiển thị ngay trên máy

và đo được vật liệu từ tương đối mềm đến cứng Khác với HB và HV, HR là loại độ cứng quy ước(không có thứ nguyên), còn HB và HV là loại độ cứng có thứ nguyên ứng suất (kG/mm2 )

5.2 Kết quả đo và sai số

T k t qu đo đo đ c ta có th nh n th y k t qu gi a tính toán d a theo HRA và phépừ ế ả ượ ể ậ ấ ế ả ữ ự

đo tr c ti p HV có sai s nh ng không đáng k và ch p nh n đ c.ự ế ố ư ể ấ ậ ượ

Nguyên nhân sai s có nhi u lý do nh :ố ề ư

- Do thiết bị : thiết bị không chính xác, mũi đo mòn, rơ …

- Do người vận hành : trong quá trình đo bằng thước hiển vi vẫn còn sai số.

- Trong quá trình đo HV việc nâng cần hạ cần không đều tay nhịp nhàng sẽ ảnh

hưởng tới quá trình đo

- Bề rộng lỗ đo có thể thay đổi gia tốc.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CƠ KHÍ

BỘ MÔN THIẾT BỊ & CNVL CƠ KHÍ

BÀI BÁO CÁO XEM CẤU TRÚC TẾ VI

HỌ TÊN SINH VIÊN : Nguyễn Quang TrườngMSSV

BÀI THÍ NGHIỆM NHÓM THỰC HÀNHNGÀY THÍ NGHIỆM

: 1814572: 2

: A08: Buổi sáng, ngày 04/12/2020

GV LÝ THUYẾT : Nguyễn Hải ĐăngNHÓM HỌC LÝ THUYẾT : A02

TP HCM, THÁNG 12 NĂM 2020

BÀI 2 XEM CẤU TRÚC TẾ VI

1 MỤC TIÊU THÍ NGHIỆM

Sinh viên nắm được:

- Phương pháp làm mẫu để nghiên cứu tổ chức tế vi gồm các khâu: chọn mẫu, cắt mẫu, mài, đánh bóng và tẩm thực

- Tầm quan trọng của công tác chuẩn bị mẫu và ảnh hưởng của nó đến kết quả nghiên cứu

- Làm quen với những vật liệu và thiết bị cần thiết cho công việc làm mẫu

- Chọn dung dịch tẩm thực cho thích hợp

2 TÓM TẮT LÝ THUYẾT

-Để nghiên cứu tổ chức tế vi của kim loại, người ta dùng một thiết bị quang học đặc biệt gọi là kính hiển vi kim tương Phương pháp dùng kínhhiển vi kim tương để đánh giá, phân tích tổ chức tế vi gọi là phương phápphân tích kim tương

-Nhờ kính hiển vi, ta có thể quan sát được tổ chức của các pha, sự phân

- 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

2.2 Mài mẫu.

Mài thô:

- Mẫu sau khi cắt được mài thô trên giấy nhám từ thô đến mịn

- Các giấy nhám thường được đánh số từ nhỏ đến lớn Ví dụ: 80, 100, 150,180…400 là các số thông dụng.

- Để tránh làm rách giấy nhám khi mài, người ta thường vát mép mẫu

- Giấy nhám phải được đặt trên bề mặt thật phẳng hoặc một tầm kính dày Bề mặt mẫu phải áp sát vào giấy Khi mài tiến hành theo 1 chiều Yêu cầu là tạo trên bề mặt tương đối phẳng, có các vết xước song song vàđều nhau Sau đó, ta quay mẫu đi 90o và mài tiếp, cho đến khi tạo ra bề mặt phẳng mới, hệ xước mới xóa hết các vết của hệ xước cũ Mỗi loại giấynhám, ta mài nhu thế 3-5 lần, và lặp lại ở các số giấy nhám mịn hơn, cứ như vậy, cho đến tờ giấy nhám mịn nhất

- Mài thô cũng có thể tiến hành trên máy Máy đơn giản là một môtơ thẳng đứng, trên có gắn 1 đĩa kim loại phẳng Người ta lần lượt dán các giấy nhám có số từ thô đến mịn lên đĩa cho môtơ quay rồi mài Chú ý không để nhiệt độ tăng quá nhiệt độ chuyển biến pha của mẫu mài

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, khi đánh bóng, người ta phải cho dung dịch mài nhỏ liên tục lên miếng nỉ

-Đánh bóng kéo dài cho dến khi bề mặt không còn vết xước nào Không nên đánh bóng quá lâu, dễ làm tróc các pha quá cứng hoặc quá mềm Sau khi đánh bóng, đem rửa sạch và sấy khô Nếu quan sát trên kính hiển vi thấy vẫn còn nhiều vết xước, thì phải đánh bóng lại

2.3 Tẩm thực.

- Mẫu sau khi đánh bóng, đem rửa sạch, thấm và sấy khô rồi quan sát trên kính hiển vi Ta có thể thấy trên mẫu có cá vết xước nhỏ do đánh bóng chưa tốt, các vết nứt tế vi, rỗ khí, xỉ tạp chất, một số pha và tổ chức như cacbit, graphit, chì…

- Muốn nghiên cứu nền kim loại, phải tẩm mực mẫu Tẩm thực là quá trình

ăn mòn bề mặt mẫu bằng các dung dịch háo 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 sẽlồi, 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

Mẫu peclit tấm trước và sau khi tẩm thực

- Khi tẩm thực, có thể nhúng bề mặt mẫu vào dung dịch, hoặc lấy que tre,đục thủy tinh có quấn bông ở đầu rồi nhúng vào dung dịch tẩm thực và bôi đều lên bề mặt mẫu Thời gian tẩm thực tùy thuộc vào tổ chức và trạng thái của vật liệu, có thể từ vài giây cho đến vài giờ Tẩm thực xong phải rửa lại bằng nước sạch sau đó rửa lại bằng cồn và đem sấy khô

- Nếu quan sát sau tẩm thực, ta thấy các đường biên giới nhỏ, đứt đoạn làtẩm thực chưa đủ thời gian, phải đem tẩm thực lại Ngược lại, các đường biên giới quá to, đậm, độ tương phản bề mặt kém, đó là do thời gian tẩm thực quá dài, hoặc nồng độ dung dịch cao Ta phải đem đánh bóng và tẩm thực lại

3 NỘI DUNG THÍ NGHIỆM

- Nhận mẫu

- Sử dụng giấy nhám các cấp độ : 80 ,320, 400, 600,800,1000,1200 để mài mẫu, đi từ cấp độ nhám 80 đến 1200, mỗi cấp độ mài mẫu 5 phút Mài mẫu theo 1 chiều (mài xong 1 chiều thì nhấc mẫu lên để lại vị trí cũ và mài tiếp)

- Sau khi mài mẫu, ta tiến hành đánh bóng:

+ Dung dịch dùng để đánh bóng là Al2O3

+ Ta di chuyển mẩu ngược chiều quay của đĩa, đi theo vòng tròn Cứ hết 3 vòng thì ta thêm dung dịch Al2O3 vào đĩa để đánh bóng tốt

+ Nếu thấy đĩa đánh bóng có nhiều đốm trắng, ta cho nước vào.

+ Sau khi di chuyển mẫu được 15 vòng, ta tắt máy mài, vệ sinh mẫu bằng nước, sau đó rửa bằng cồn và sấy khô Tiến hành chụp hình cấu trúc tế vi của mẫu bằng kính hiển vi

- Sau đó ta tiến hành tẩm thực:

+ Ta tiến hành vệ sinh mẫu bằng nước, thấm và sấy khô

+ Sử dụng kẹp để kẹp bông gòn thấm dung dịch acid HNO3 4%, lau qua bề mặt của mẫu, chờ khoảng 7 – 10 giây thì rửa lại mẫu bằng nước, sau đó rửa lại bằng cồn và sấy khô

- Tiến hành chụp hình cấu trúc tế vi của mẫu bằng kính hiển vi

4 HÌNH ẢNH TRƯỚC VÀ SAU TẨM THỰC

Hình ảnh trước tẩm thực

Hình ảnh sau tẩm thực

5 NHẬN XÉT – RÚT RA KẾT LUẬN

- Dựa trên tổ chức tế vi của mẫu sau khi tẩm thực, ta có thể đưa ra kết quả như sau:

+ Mẫu là thép trước cùng tích với tỉ lệ cacbon vào khoảng 0.65%, tổ chức tế

vi bao gồm 2 phần: pha ferit màu sáng và tổ chức Peclit màu tối

+ Theo tính toán từ quy tắc đòn bẩy, khi lượng cacbon tăng lên thì tỉ lệ phầnPeclic (màu tối) trong tổ chức tăng lên và ngược lại 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 tỉ lệ phần tối là 1/8, với 0.4% C thì tỉ lệ phần tối là 1/2 và với 0.65% C là 3/4, cuối cùng với 0.8%C thì là tối hoàn toàn

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

KHOA CƠ KHÍ

BỘ MÔN THIẾT BỊ & CNVL CƠ KHÍ

BÀI BÁO CÁO TÔI VÀ RAM THÉP

GV LÝ THUYẾT : NGUYỄN HẢI ĐĂNGNHÓM HỌC LÝ THUYẾT : A02

NGÀY THỰC HÀNH : Buổi sáng thứ 6NHÓM THỰC HÀNH : 3

TP HCM, THÁNG 12 NĂM 2020

BÀI 3 TÔI VÀ RAM THÉP

 Thay đổi cơ tinh từ đó xác định sự thay đổi của vật liệu

 Lựa chọn vật liệu trong thiết kế, chế tạo, gia công

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 độchịu mài mòn cao của thép

 Cách chọn nhiệt độ tôi

Nhiệt độ tôi có ảnh hưởng trực tiếp đến

cơ tính của thép sau khi tôi Đối với thépcacbon, có thể dựa vào giản đồ trạngthai 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, tứcnung nóng thép đến trạng thái hoàntoàn ôstenit Cách này gọi là tôi hoàntoàn

T0tôi= AC3 + (30 - 50)0CTrong 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 tháisắt cacbonhoặc 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 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

Hình 1 Phạm vi nhiệt độ tôi thích hợp của thép cacbon

ôstenit Tổ chức nung để tôi là γ + XeII Đây là phương pháp tôi không hoàn toàn Nhiệt độ tôi được chọn: t0tôi = AC1+ ( 30 + 50)0C.

 Thời gian nung nóng

Bao gồm thời gian nung đến nhiệt độ tôi và thời gian giữ để hoàn tất các chuyển biến và đồng đều nhiệt độ 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 trườngnung Cũng có thể tính thời gian nung theo các công chức về truyền

nhiệt Dưới đây, giới thiệu định mức thời gian nung và giữ nhiệt trong các

lò thí nghiệm

 Chọn môi trường tôi

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

b) Ram

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

Khi ram thép cacbon, 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 dàn thành xementit Fe3C, còn ostenit dư lại phân hủy thành mactenxit ram Tùy theo tổ chức nhỏ mịn của xementit và ferit tiết ra khi ram mà ta cócác tổ chức trustit ram hoặc xoobit ram Các quá trình trên phụ thuộc vàonhiệt độ và thời gian ram Phụ thuộc vào nhiệt độ ram, người ta chia làm

Tổ chức nhận được là trustit ram Độ cứng còn khá cao (40 – 45HRC), ứng suất giảm mạnh, độ dẻo dai tăng, giới hạn đàn hồi đạt giá trị lớn nhất.

Ram cao (500÷6500C)

Tổ chức nhận được là xoocbit ram Độ cứng giảm rất mạnh, ứng suất bị khử hoàn toàn, đạt được chỉ tiêu cao nhất về độ bền, độ dẻo, độ dai

3 NỘI DUNG THÍ NGHIỆM

Nhóm được nhận 12 mẫu thép C45 và 2 thanh thép dẹt C45 Sau đó nhôm được chia thanh 6 nhóm nhỏ

 Nhóm 1: Mài sơ các mẩu và đem đo độ cứng HRA của 3 mẩu bất kì Sau

đó đem vào lò nung ở nhiệt độ 8800C trong vòng 30p Sau đó đến lượt cácnhóm sau làm tiếp

 Nhóm 2: Lấy 6 mẩu thép nhỏ và 2 thanh thép vừa nung bỏ vào nước khuấy đều trong vòng 10s rồi sau đó lấy 3 mẩu đi đo độ cứng HRA

 Nhóm 3: Lấy 3 mẩu nhỏ vừa nung trong lò đưa vào trong dầu trong vòng

5 phút sau đó lấy ra mài sơ và đi đo độ cứng HRA

 Nhóm 4: Cũng lấy 3 mẩu còn lại trong lò để ngoai không khi trong 15 phút rồi sau đó đi đo độ cứng HRA

 Nhóm 5: Lấy 3 mẩu nhỏ và 1 thanh thép từ nhóm 2 và đi ram cao ở nhiệt

độ 5500C trong 30 phút và sau đó đi đo độ cứng HRA

 Nhóm 6: Tương tự nhóm 5 nhưng ram thấp ỏ 2500C trong 30 phút rồi đi

đo độ cứng HRA

4 CÁC SỐ LIỆU ĐO ĐƯỢC