Báo cáo thí nghiệm nhập môn kĩ thuật chuyên Đề kim loại và hợp kim

MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM˗ Phương pháp làm mẫu đề nghiên cứu tổ chức tế vi gồm các khâu: chọn mẫu, cắt mẫu, mài, đánh bóng và tẩm thực.. Ví dụ: khi muốn quan sát sự thay đổi tổ chức từ bề mặt

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ

MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU

BÁO CÁO THÍ NGHIỆM NHẬP MÔN KĨ THUẬT CHUYÊN ĐỀ KIM LOẠI VÀ HỢP

KIM GVHD: PGS.TS TRẦN VĂN KHẢI

Thành phố Hồ Chí Minh, ngày 26 tháng 11 năm 2024

BÁO CÁO KẾT QUẢ LÀM VIỆC NHÓM VÀ BÀI BÁO CÁO THÍ

NGHIỆM

Nhóm/Lớp: L06 Nhóm: 04

Đề tài: KIM LOẠI VÀ HỢP KIM

Họ và tên nhóm trưởng: Trần Thái Huy, Email: huy.tran129bk@hcmut.edu.vn

(Ký và ghi rõ họ tên) (Ký và ghi rõ họ tên)

I MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM

˗ Phương pháp làm mẫu đề 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

II CƠ SỞ LÝ THUYẾT

1 Chọn và cắt mẫu

Tùy theo nhiệm vụ nghiên cứu và thí nghiệm mà chúng ta chọn mẫu Yêu cầu mẫu phải đặc trưng cho vật cần nghiên cứu Ví dụ: khi muốn quan sát sự thay đổi tổ chức từ bề mặt vào lõi, ta phải cắt mẫu theo tiết diện ngang, còn muốn nghiên cứu tổ chức dạng thớ, sợi, ta phải cắt theo dọc trục

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

Mẫu có dạng hình trụ với kích thước Φ 10 ÷ 15mm, chiều cao h= 15 +20mm, hoặc hình hộp có kích thước 10x10x10mm và 15x15x15mm

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: Bi = 50% Cd = 10% Pb = 27% Sn = 13% Bi = 56% Cd = 18% Pb = 14% Sn = 14% hoặc các chất nhựa dẻo, bakelit…

2 Mài mẫu

a Mài thô

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, 180 400 là các số thông dụng

Đề 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

2

Khi mài tiến hành theo 1 chiều Yêu cầu là tạo trên bề mặt tương đối phẳng, có các vết xước song song và đều nhau Sau đó, ta quay mẫu đi 900 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 giấy nhám, 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

b 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 Thành phần của dung dịch đánh bóng nêu ở bảng 1 Với các vật liệu mềm như kim loại màu, nên dùng các loại dung dịch mịn Để tránh bị oxy hóa khi đánh bóng, người

ta pha vào dung dịch các chất thụ động hóa như NaNO2, KNO2

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

Bảng 1 Dung dịch dùng đánh bóng

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

4

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

Hình 2 Mẫu peclit tấm trước và sau tẩm thực

Trên hình 2 nêu lên sơ đồ phản xạ ánh sáng của thép cùng tích peclit tấm trước (H2a) và sau (H2b) 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 Cũng có thể tẩm thực dựa vào kinh nghiệm Sau khi bôi dung

dịch tẩm thực, bề mặt mẫu sẽ ngả từ màu sáng sang màu xám thì ta có thể kết thúc tẩm thực Để lâu quá, mẫu sẽ có màu đen và không quan sát được

Tẩm thực xong, phải dùng bông nõn rửa sạch bề mặt ở vòi nước chảy, 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 là tẩm 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 Thường khi quan sát với độ phóng đại bé thì thời gian dài hơn khi quan sát với độ phóng đại lớn

Bảng 3 Thành phần và chế độ tẩm thực

6

III TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM

1 Tiến hành mài mẫu lần lượt với các mẫu giấy nhám từ thô tới tinh như P100, P180, P320, P600, P1000.

Cách mài mẫu:

˗ Đặt giấy nhám lên bề mặt phẳng, sạch

˗ Dùng tay cầm mẫu di chuyển dọc theo giấy nhám lên xuống 5 lần

˗ Dùng tay cầm mẫu di chuyển ngang theo giấy qua lại xuống 5 lần

˗ Lặp lại chu trình trên 10 lần cho giấy P100, P180, P320, P600 và P1000

˗

Hướng di chuyển mẫu Mẫu cần mài

Lưu ý:

˗ Giấy càng mịn thì thao tác càng nhẹ nhàng

˗ Mẫu đạt yêu cầu khi bề mặt sáng,phẳng, ít vết xước-vết xước mãnh

2 Đánh bóng bằng máy đánh bóng

Thao tác đánh bóng:

˗ Di chuyển mẫu theo hình tam giác hoặc xoay mẫu tại chỗ

8

˗ Sau khi đánh bóng xong dùng cồn rửa sạch mặt đánh bóng sau đó dùng bông lau khô rồi sấy khô bằng máy sấy

˗ Xem dưới kính hiển vi rồi lưu hình ảnh lần 1

3 Lưu ảnh lần 1 mẫu đánh bóng đã đạt.

4 Tẩm thực bằng dung dịch axit

5 Lưu ảnh lần 2 sau khi tẩm thực.

Ta sử dụng kính hiển vi thực hiện lần lượt các thao tác sau:

˗ Cắm điện, bật công tắc đèn, điều chỉnh ánh sáng phù hợp (không nên để đèn sáng quá dễ đứt tim bóng đèn)

˗ Chọn vật kính, thị kính; điều chỉnh dãn cách mắt

˗ Đặt mẫu lên bàn mẫu, dùng núm điều chỉnh để mẫu ở vị trí trực diện với vật kí

nh

˗ Điều chỉnh núm thô kết hợp với quan sát trong thị kính, khi ánh sáng trong th

ị kính sáng hẳn lên là lúc sắp nhìn thấy tổ chức tế vi, lúc này cần điều chỉnh nhẹ nhàng từng chút một để có thể quan sát tổ chức tế vi hơi mờ

˗ Điều chỉnh núm tinh để nhìn rõ tổ chức tế vi

Ta thu được kết quả như sau:

Quan sát lần 1, độ phóng đại dưới kính hiển vi: 40x10

10 Ferric

Pelic

Quan sát lần 2, độ phóng đại dưới kính hiển vi: 4x10

Quan sát lần 3, độ phóng đại dưới kính hiển vi: 10x10

Quan sát lần 4, độ phóng đại dưới kính hiển vi: 20x10

Ferric

Pelic

Vết rỉ sét do vật mẫu đã cũ

Pelic

Ferric Vết rỉ sét do vật mẫu đã cũ

Ferric Vết rỉ sét do vật mẫu đã cũ

Pelic

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 0.6%, tổ chức tế vi bao gồm 2 phần: pha ferric màu sáng và tổ chức pelic màu tối

˗ Theo tính toán từ quy tắc đòn bẩy, khi lượng cacbon tăng lên thì tỉ lệ phần peclic (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 sáng là 1/2 và với 0.6% C

là 3/4, cuối cùng với 0.8%C thì là tối hoàn toàn

12