Báo cáo thí nghiệm khoa học vật liệu cơ khí làm mẫu Để nghiên cứu tổ chức của kim loại và hợp kim

nếu mẫu cứng quá ta có thể sử dụng máy mài, Cần lưu ý khi cắt mẫu phải làm nguội thật tốt để tránh sự thay đổi tổ chức của mẫu do bị nung nóng.. Do tốc độ quay của đĩa mài khá lớn, đồ đ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI

HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI

KHOA CƠ KHÍ

BỘ MÔN CÔNG NGHỆ GIAO THÔNG

Báo cáo thí nghiệm Khoa học vật liệu cơ khí Ngành học: Kĩ thuật ô tô

Biên soạn: Đỗ Thanh Hải

MSV: 224132059

Lớp: Kĩ thuật ôtô 2 - K63

Hà Nội – 2024

§1 LÀM MẪU ĐỂ NGHIÊN CỨU TỔ CHỨC CỦA

KIM LOẠI VÀ HỢP KIM

I Cách chọn mẫu, cắt mẫu

Chọn mẫu là khâu quan trọng vì mẫu chọn phải điển hình cho vật liệu cần nghiên cứu và phải đáp ứng được yêu cầu cần nghiên cứu, quyết định cách cắt mẫu Chẳng hạn khi nghiên cứu tổ chức thay đổi từ ngoài vào trong của chi tiết (như sự biển trắng của gang, tổ chức của lớp thấm hay thoát cacbon) thì ta phải cắt thẳng góc với mặt của chi tiết

Cắt mẫu được tiến hành trên các máy cắt kim loại như máy phay, máy tiện, máy cưa hoặc cưa tay, nếu mẫu cứng quá ta có thể sử dụng máy

mài, Cần lưu ý khi cắt mẫu phải làm nguội thật tốt để tránh sự thay đổi

tổ chức của mẫu do bị nung nóng Các mẫu cắt xong phải vát cạnh để nguyên công mài mẫu không bị rách giấy ráp và rách dạ khi đánh bóng Chúng ta sử dụng các mẫu hình trụ có kích thước 12x10

II Mài thô

Được tiến hành trên giấy ráp từ loại thô đến loại mịn có độ hạt nhỏ dần Giấy ráp Việt Nam có thể dùng từ thô đến mịn có ký hiệu là 3; 2; 1; 0 và

00 Giấy ráp thường được đặt trên tấm kính dày (3 + 5) mm để khi mài

được phẳng Cách mài mẫu: cho mẫu tiếp xúc phẳng trên giấy ráp, mài

đều tay sao cho các vết mài trên mặt phải song song với nhau theo một hướng, lúc đó chuyển sang mài ở giấy ráp khác có độ hạt mịn hơn Mỗi lần chuyển sang giấy ráp mịn hơn phải xoay mẫu đi một góc 90° và mài cho đến khi hết vết xước của lần mài trước, trên mặt mẫu chỉ còn lại các vết xước song song của lần mài này thì lại chuyển sang loại giấy ráp mịn hơn và tiếp tục như vậy cho đến tờ giấy cuối cùng

Mài thô cũng có thể tiến hành trên máy mài hoặc máy đánh bóng, lúc đó

sẽ lấy giấy ráp mịn căng lên đĩa mài Do tốc độ quay của đĩa mài khá lớn, đồ đó mẫu phải được làm nguội bằng nước để tránh thay đổi tổ chức

lớp bề mặt và giấy ráp sử dụng loại chịu được nước

Sau khi mài thô, vết xước trên mặt mẫu phải thật mịn và đều, mặt mẫu phải thật phẳng Phải rửa sạch mẫu trước khi đem đi đánh bóng

III Đánh bóng

Đánh bóng cơ học được sử dụng trên máy đánh bóng theo sơ đồ gồm có đĩa quay (1) chạy nhờ động cơ điện (2) với tốc độ quay 1400 vòng / phút, đĩa có bọc một lớp vải dạ mềm, bông hoặc da Trong thời gian đánh bóng, miếng da luôn luôn ướt bằng dung dịch mài (dung dịch Cr,O, hoặc Al,O, nhỏ mịn trong nước cất) Quá trình đánh bóng: mẫu (3) được

tỷ lên đĩa (1), dung dịch mài được rót từ vòi (4) lưu lượng điều chỉnh bằng khoá mở nhỏ, to và được tháo quá vòi

Đánh bóng cho đến khi trên bề mặt mẫu không còn vết xước nào, tránh đánh bóng lâu quá sinh ra hiện tượng bong, tróc các tổ chức kém bền như tạp chất, graphit, tạp chất phi kim loại, không phản ánh trung thực

tổ chức cần nghiên cứu

Khi đánh bóng xong, mẫu được rửa sạch bằng nước, kiểm tra lại, sấy khô, có thể đưa mẫu lên soi trên kính hiển vi thấy mặt mẫu sáng đều là được Sau đó mẫu sẽ được đem đi tẩm thực

IV Nhận xét

Mẫu sau khi được đánh bóng, đem quan sát trên kính hiển vi chỉ thấy nền sáng vì mặt mẫu phẳng, do đó sự phản xạ ánh sáng ở mọi chỗ đều như nhau Khi đó chỉ có thể nghiên cứu các tạp chất phi kim loại, graphit

và một số pha khác như (Pb) Để nghiên cứu tổ chức tế vi của nền kim loại thì cần phải tẩm thực mẫu

Tẩm thực là quá trình ăn mòn bề mặt mẫu bằng những dung dịch hoá học thích hợp gọi là dung dịch tẩm thực Cách tẩm thực: dùng que trẻ hoặc que thuỷ tinh có cắm bông nhúng vào dung dịch tẩm thực và quét lên mặt mẫu Thời gian tẩm thực khoảng 10 phút, hoặc theo kinh nghiệm khi quan sát thấy bề mặt mẫu chuyển từ màu sáng sang mờ là được

Khi tẩm thực các pha trong hợp kim bị ăn mòn với mức độ khác nhau nên tạo thành những nhấp nhô trên bề mặt mẫu, nhờ vậy khi quan sát ở kính hiển vi, do sự phản xạ ánh sáng khác nhau của mặt mẫu nên thấy được tổ chức cần nghiên cứu Mẫu sau khi tẩm thực được rửa sạch bằng nước lã, sau đó rửa bằng cồn và sấy khô trong máy sấy hay gió nóng

Ta sử dụng dd HNO3 trong cồn để tẩm thực cho thép cacbon Khi tẩm thực các pha trong hợp kim bị ăn mòn với mức độ khác nhau do đó tạo thành những nhấp nhô trên bề mặt mẫu, nhờ vậy khi quan sát ở kính hiển vi, do sự phản xạ ánh sáng khác nhau của mặt mẫu nên thấy được tổ chức cần nghiên cứu

§2 NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH KẾT TINH VÀ CẤU TẠO

CỦA THỎI ĐÚC

I Tóm tắt lí thuyết của quá trình kết tinh

Quá trình kết tinh: Quá trình này xảy ra khi nhiệt độ giảm dần đến

mức mà năng lượng tự do của pha rắn trở nên thấp hơn so với pha lỏng Tại điểm này, không gian tự do đã đủ để các phân tử hoặc nguyên tử tự

tổ chức thành cấu trúc tinh thể

Giai đoạn của quá trình kết tinh: Quá trình này gồm hai giai đoạn

chính: tạo mầm và phát triển mầm Sự động đắc (AT) ảnh hưởng đến cả hai giai đoạn này thông qua các công thức và hệ số như đã mô tả

Tính chất của tinh thể: Tùy thuộc vào điều kiện kết tinh (như nhiệt độ,

tốc độ làm nguội và lượng tạp chất), tinh thể có thể có các cấu trúc khác nhau Trong ví dụ của bạn, hai cấu trúc phổ biến là tinh thể nhánh cây và cấu trúc thỏi đúc, mỗi cấu trúc phản ánh điều kiện kết tinh cụ thể

Cấu trúc của tinh thể nhánh cây và thỏi đúc: Các điều kiện kết tinh

(như tốc độ làm nguội, hình dạng của khuôn và nhiệt độ rót kim loại) tác động đến cấu trúc của tinh thể Ví dụ, tinh thể nhánh cây phát triển

nhanh nhất theo các hướng có mật độ nguyên tử cao nhất, trong khi cấu trúc thỏi đúc được tạo thành bởi sự truyền nhiệt theo các hướng cụ thể

Vùng tinh thể trong thỏi đúc: Thỏi đúc thường có ba vùng chính, từ

vùng hạt nhỏ, tinh thể hình trụ đến vùng hạt lớn đều trục, phản ánh quá trình truyền nhiệt và điều kiện kết tinh

II Quá trình sinh mầm và phát triển mầm của giọt dung dịch

III Cấu tạo của thỏi đúc

1 Lớp ngoài cùng

 Lớp hạt nhỏ

 Kim loại lỏng tiếp xúc tại thành khuôn (nơi có độ quá nguội lớn) cùng với thành khuôn xù xì tạo mầm

tự nhiên nên hạt sẽ mịn

2 Lớp giữa

 Hạt lớn hơn hình trụ

 Sau khi vỏ ngoài kết tinh, nhiệt truyền vào trong, độ quá nguội ngày càng nhỏ, hạt sẽ ngày càng lớn

 Hạt phát triển mạnh theo chiều ngược với chiều tản nhiệt

3 Vùng trong cùng

 Hạt lớn nhất

 Độ quá nguội nhỏ khiến hạt lớn

 Phương tản nhiệt theo thành phương không còn hạt phát triển theo mọi phương (đẳng trục)

Tổ chức tế vi trên kính hiển vi:

§3 XÁC ĐỊNH ĐỘ CỨNG CỦA KIM LOẠI VÀ HỢP KIM

I Tóm tắt lí thuyết đo độ cứng Brinen và Rockwell

1.Phương pháp đo đọ cứng của brinell

Nguyên lý đo độ cứng Brinell sử dụng một viên bi thép được áp dụng với một lực P lên mẫu cần đo Sau khi loại bỏ lực, trên mẫu sẽ xuất hiện một vết lõm Bằng cách sử dụng kính lúp để đo đường kính của vết lõm,

ta có thể tính toán được độ cứng của mẫu

Việc đặt lực và đường kính của viên bi phụ thuộc vào đặc tính của mẫu cần đo, có thể tra cứu từ bảng thông số tương ứng Thời gian áp dụng lực cũng ảnh hưởng đến kết quả, và có thể tra cứu từ bảng thông số

Các thông số của máy TL-2 được mô tả trong Hình 2 Quá trình đo độ cứng thực hiện thông qua việc áp dụng lực, đo vết lõm, và sử dụng bảng tham chiếu để xác định độ cứng Brinell

Kết quả của độ cứng Brinell thường được biểu diễn dưới dạng HB D/P/t, trong đó D là đường kính viên bi, P là lực áp dụng, và t là thời gian áp dụng lực Khoảng cách giữa hai vết đo cũng phụ thuộc vào độ cứng của mẫu, được điều chỉnh tùy thuộc vào giá trị HB

Việc chọn tải trọng và đường kính viên bị phụ thuộc vào chiều dày và độ cứng của mẫu cần đo có thể tra ở bảng

2.Phương pháp đo độ cứng của Rockwell

Phương pháp đo độ cứng Rockwell được sử dụng để đo độ cứng của mẫu, đặc biệt là những mẫu có độ cứng cao hoặc lớp mỏng Nguyên lý

đo này là sử dụng mũi đâm hình côn có góc ở đỉnh 120° hoặc viên bi thép có đường kính 1,588 mm, áp dụng dưới tải trọng cụ thể lên mẫu Các loại độ cứng Rockwell bao gồm HRA, HRB và HRC, tương ứng với các mũi đâm và tải trọng khác nhau

Quá trình đo này không đo đường kính của vết lõm mà đo chiều sâu của vết lõm Kết quả độ cứng được đọc trực tiếp trên đồng hồ

Các bước tiến hành đo độ cứng Rockwell:

Các máy đo độ cứng Rockwell, như TK-2, TK-250 hoặc Gulileo, được

sử dụng để thực hiện quá trình đo này

II Kết quả đo trên máy Rockwell

1 2 3

Lần 1: HRC=62

Lần 2: HRC=64.5

Lần 3: HRC=64

Dựa vào bảng chuyển đổi ta lấy HRC=63.5 khi đó:

HV=746

d1=2.50mm

HB=601

HRA=78

Dựa vào số đo Rockwell (HRC=63.5), chúng ta có thể kết luận rằng thép đang được đo có độ cứng khá cao Điều này có thể được giải thích bằng cách:

Chế độ nhiệt luyện: Nếu thép đã trải qua một quá trình nhiệt luyện

cẩn thận và chính xác, nó có thể có độ cứng cao hơn Quá trình nhiệt luyện có thể làm cho cấu trúc tinh thể của thép trở nên cứng hơn, đồng thời giảm độ dẻo và độ co ngót

Thành phần carbon: Nếu thép chứa một lượng carbon đủ lớn, nó có

thể có độ cứng cao hơn Carbon tăng cường độ cứng bằng cách tạo ra các liên kết cứng và làm tăng độ dẻo của thép

Tuy nhiên, cần lưu ý rằng độ cứng của thép không chỉ phụ thuộc vào chế

độ nhiệt luyện và thành phần carbon mà còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác như quá trình gia công, tình trạng bề mặt, và các yếu tố khác ảnh hưởng đến cấu trúc và tính chất của thép