Báo cáo thực hành môn vật liệu cơ khí và thí nghiệp cơ học

Đinh nghĩa hiệt luyện n : Nhiệt luyện: là công ngh nung nóng kim loệ ại, hợp kim đến nhiệt độ xác định, giữ nhiệt tại đó trong một th i gian nhất thích h p rồi sau đó là nguội v i ờ ợ ớ

Trang 1

0

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỒ HỒ CHÍ MINH

KHOA CÔNG NGHỆ CƠ KHÍ

BÁO CÁO THỰC HÀNH

MÔN VẬT LIỆU CƠ KHÍ VÀ THÍ NGHIỆP CƠ HỌC

Giáo viên hướng dẫn: TS Huỳnh Xuân Khoa

Nhóm thực hiện : Nhóm 1-4 DHCK15C

Sinh viên thực hiện :

6 Trần Nguyễn Duy Khang 19471451 DHCT15B

TP Hồ Chí Minh, tháng 09 năm 2021

Trang 2

I

MỤC LỤC MỤC LỤC I DANH MỤC HÌNH ẢNH III DANH MỤC BẢNG III

BÀI 1: NHIỆT LUYỆN, PHÂN TÍCH CẤU TRÚC VÀ ĐO DỘ CỨNG 1

Phần I : Cơ sở lý thuyết 1

I.1 Đinh nghĩa nhiệt luyện: 1

I.1.1 Quy trình nhiệt luyện: 1

I.1.2 XĐ Nhiệt độ nhiệt luyện dựa và Giản đồ pha FeFe3C: 2

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

I.1.4 Tôi Ram thép – 3

I.2 Phân tích t ổ chức: 4

I.2.1 Nguyên lý quan sát tổ chức kim loại bằng HVQH 4

I.2.2 Quá trình chu n b mẩ ị ẫu để quan sát tổ chức (mài, đánh bóng, tẩm thực) 6

I.3 Phương pháp đo độ cứng HRA: 6

Phần II : Thực hành: 8

II.1 Nhiệt luyện: 8

II.1.1 Vật liệu sử dụng, phân công nhóm: 8

II.1.1 Quy trình thực hành tôi ram thép – 9

II.1.3 9

II.2 Phân tích tổ chức 9

II.2.1 Quá trình chuẩn bị 9

II.2.2 Chụp 9

II.2.3 Kết quả tổ chức tế vi, giải thích, phân tích 10

II.2.4 K T LUẾ ẬN 13

Bài 2 Thực nghiệm đo cơ tính của thép 14

PHẦN I Phương pháp xác định độ dai va đập 14

I.1 Cơ sở lý thuyết: 14

I.2 : Th c hành ự 16

I.2.1 : Thi t b và mế ị ẫu: 16

I.2.2 Phân công nhóm: 17

Trang 3

II

I.2.3 Các bước tiến hành: 17

I.2.4 K t qu và phân tích: ế ả 17

PHẦN II Phương pháp căng kéo 19

II.1 Cơ sở lý thuyết 19

II.2 Th c hành ự 21

II.2.1 Thi t b và mế ị ẫu th : ử 21

II.2.2 Các bước tiến hành 22

II.2.3 K t qu phân tích ế ả 22

KẾT LUẬN 27

TÀI LI U THAM KH O Ệ Ả 1

Trang 4

III

DANH MỤC HÌNH ẢNH

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

Hình 2: Giản đồ pha Fe-Fe3C 2

Hình 3: : Giản đồ T-T-T (Time-Temperature-Transformation Curve) 2

Hình 4: Cấu trúc Mactenxit 3

Hình 5: C u trúc Mactenxit ram ấ 4

Hình 6: C u trúc trustit ram ấ 4

Hình 7: Mô t ả nguyên lí phương pháp hi n vi quang h c ể ọ 5

Hình 8: Kính hi n vi quang h c ể ọ 5

Hình 9: Phân loại độ ứng theo phương pháp HRA 7 c Hình 10: Đâm thử độ cứng bằng mũi bi trò và mũi kim cương 7

Hình 11: Biểu đồ quy trình tôi ram thép – 9

Hình 12: Nguyên lý đo độ va đập 15

Hình 13: Mẫu đo va đập 15

Hình 14: Máy đo cơ tính 16

Hình 15: Mẫu đo cơ tính 16

Hình 16: M u th ẫ ử sau va đập 17

Hình 17: Nguyên lý hoạt động của phương pháp thử kéo 19

Hình 18: Giản đồ thử kéo 20

Hình 19: Máy kéo vạn năng Shimadzu UH-F500kN 21

Hình 20: M u th kéo ẫ ử 21

Hình 21: K t qu ế ả thử kéo của phương pháp ủ lại 22

Hình 22: K t qu ế ả thử kéo của phương pháp tôi nước 23

Hình 23: K t qu ế ả thử kéo của phương pháp tôi dầu 24

Hình 24: K t qu ế ả thử kéo của phương pháp ram TB 25

Hình 25: K t qu phân tích d u ế ả ữ liệ 26

DANH MỤC BẢNG Bảng 1: Vật liệu sử dụng 8

Bảng 2: Kết quả tổ chức tế vi, giải thích, phân tích 10

Bảng 3: Bảng kết quả đo độ cứng HRA 13

Bảng 4: Bảng mẫu đo trước va đập 17

Bảng 5: Bảng k t qu mế ả ẫu đo sau va đập 18

Bảng 6: Bảng mẫu th kéo ử 21

Bảng 7: Bảng t ng h p k t qu th kéo ổ ợ ế ả ử 26

Trang 5

BÁO CÁO TH VLCK & THÍ NGHIỆM CƠ HỌC NHÓM 1-4

GVHD: TS HU NH XUÂN KHOA Ỳ

BÀI 1: NHIỆT LUYỆN, PHÂN TÍCH CẤU TRÚC VÀ ĐO DỘ CỨNG

Phần I Cơ sở lý thuyết :

I.1 Đinh nghĩa hiệt luyện n :

Nhiệt luyện: là công ngh nung nóng kim loệ ại, hợp kim đến nhiệt độ xác

định, giữ nhiệt tại đó trong một th i gian nhất thích h p rồi sau đó là nguội v i ờ ợ ớ

tốc đ ộquy định, nhằm thay đổi tổ chức, do đó nhận được cơ tính và tính chất khác theo ý mu n ố

I.1.1 Quy trình nhiệt luyện:

 Bản chất của nhiệt luyện là làm thay đổi tính chất thông qua biến đổi tổ chức của vật liệu Một quy trình nhiệt luyện bao gồm 3 giai đoạn: Nhiệt độ nung, thời gian giữ nhiệt và tốc độ làm nguội

 Nhiệt độ nung t0 : là nhiệt độ ải đạt đế

nung cao nhất ph n khi nung nóng (

t0

nung chọn d a vào bự ản đồ )

 Thời gian gi nhi t t : là th i gian c n thiữ ệ gn ờ ầ ết để duy trì kim loại ở nhi t ệ

độ nung ( t gnphụ thuộc vào kích thước chi ti t ) ế

 Tốc độ nguội vngu i ộ: là độ giảm của nhiệt độ theo thời gian sau th i gian ờgiữ nhi t, tính ra C/s (vệ 0 n d a vào b )

nguộichọ ự ản đồ

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

Trang 6

I.1.2 XĐ Nhiệt độ nhiệt luyện dựa và Giản đồ pha FeFe3C:

Hình 2: Giản đồ pha Fe- Fe3C

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

độ 0C:

- Khoảng thấp hơn A1 là phương pháp ủ ầ c u 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 nhiệu độ nung luyện cho thép:

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

 Đường A (full aneal) là ủ hoàn toàn, tốc độ nguội chậm nhất (nguội cùng lò),

Trang 7

 Mục đích của tôi thép là: Nâng cao độ ứ c ng và tính ch ng mài mòn cố ủa thép

 Chọn nhiệt độ tôi:

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

+ T0t = A + (30c3 500C); trạng thái hoàn toàn ;

+ T choc sau tôi là ổ M(mactenxic) +  (Austenite dư) + ƯS dư;

+ Tôi hoàn toàn?;

 Đối với thép sau cùng tích ( 0,9%C) 

+ T0t = A + (30c1 500C); trạng thái ( + Xe II);

+ Tổ chức sau tôi là M + Xe II +  dư+ ƯS dư;

+ Tôi không hoàn toàn ?

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

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

Hình 4: Cấu trúc Mactenxit

Trang 8

mà vẫn duy trì cơ tính sau khi tôi

 Lựa ch n nhiọ ệt độ ram:

+ Ram thấp: phương pháp nung nóng thép đã tôi trong khoảng 150 - 250 C t0 ổ chức

đạt đư c là Mactenxit ram ợ

+ Ram trung bình: phương pháp nung nóng thép đã tôi trong khoảng 300 - 450 C t 0 ổchức đạt được là trustit ram, có độ cứng cao ch ng mài mòn t ố ốt

 Kết quả ram mong mu n: ố

Hình 5: Cấu trúc Mactenxit ram Hình 6: Cấu trúc trustit ram

I.2 Phân tích t ổ chức:

I.2.1 Nguyên lý quan sát tổ chức kim loại bằng HVQH

+ Kim lo i h p kim không cho ánh sáng xuyên qua nên muạ ợ ốn quan sát được ta phải quan sát ánh sáng phản x b mạ ề ặ t

c ph n x ánh sáng b m t ta ph m+ Muốn quan sát đượ ả ạ ề ặ ải mài , đánh bóng bề ặt sau đó xử lý bề mặt bằng dung dịch ăn mòn , tùy vào từng kim loại , hợp kim khác nhau ta có nh ng sữ ự ăn mòn bề ặ m t khác nhau từ đó sự tương phản trong hình ảnh

Trang 9

được t o ra là do s khác biạ ự ệt v h sề ệ ố phản xạ của các vùng khác nhau của cấu trúc vi mô

Hình 7: Mô t ả nguyên lí phương pháp hiể n vi quang h ọc

+ Ngoài ra khi ta đánh bóng và xử lý bề ặ ằ n t b ng dung dịch tới m t mộ ức đô nhất

định ta có thể thông qua phản xạ ánh sáng quan sát được ranh gi i giữa các hạt kim ớ

lo i.ạ

+Kính hi n vi quang h c là m t lo i kính hi n vi s d ng ánh sáng kh ki n ể ọ ộ ạ ể ử ụ ả ế đểquan sát hình nh các v t th nh ả ậ ể ỏ được phóng đại nh mờ ột h ệ thống các ấu kính thủy thtinh Kính hi n vi quang h c là d ng kính hiể ọ ạ ển vi đơn giản, lâu đời nhất và cũng là phổbiến nh t Các kính hi n vi quang hấ ể ọc cũ thường phải quan sát hình ảnh tr c ti p bự ế ằng mắt nhìn qua thị kính, nhưng các kính hiện đại hiện nay còn được gắn thêm các CCD camera hoặc các phim nh quang hả ọc để chụp ảnh

Hình 8: Kính hi n vi quang h c ể ọ

Trang 10

I.2.2 Quá trình chuẩn bị mẫu để quan sát tổ chức (mài, đánh bóng, tẩm thực)

 Mài m u: ẫ Đây là bước làm cần thiết để loại bỏ các tổn hại cấu trúc mẫu trước

đó Quy trình mài thô mẫu giúp tiếp cận nhanh đến vị trí cần phải phân tích trên mẫu, t o ra b m t phạ ề ặ ảng ban đầu c n thiầ ết cho các bước mài và đánh bóng tiếp theo Quá trình mài có thể thực hi n bệ ằng cách ướt ho c khô b ng cách s d ng ặ ằ ử ụgiấy nhám trên các đĩa quay Trong giai đoạn này để đạt hiệu quả tốt nhất cần

phải chọn đúng loại giấy mài và b t mài phù hộ ợ p

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

 Đánh bóng thô: Quá trình đánh bóng thô giúp xử lý bề mặt giảm thiểu các 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 d ng nh t là s dụ ấ ử ụng nhôm oxit để mài mòn mẫu vì độcứng và độ bền cao của nó

 Tẩm thực: Mẫu sau khi đánh bóng, đem rửa sạch, thấm và sấy khô r i quan sát ồtrên kính hi n vi Ta có th ể ể thấy trên m u có các vẫ ết xước nh ỏ do đánh bóng chưa tốt, các v t n t t vi, r khí, x t p ch t, m t s pha và t ế ứ ế ỗ ỉ ạ ấ ộ ố ổ chức như cacbit, graphit,

I.3 Phương pháp đo độ cứng HRA:

+ Trên máy đo độ cứng Rockwell có hai thang chia Thang chia C, khi th ửbằng mũi đo kim cương v i lớ ực ấn 150kgf và thang chia B khi dùng viên kim cương với lực ấn 100kgf Viên bi ( ng vứ ới thang chia B) được dùng để thử độ c ng Rockwell ứcủa thép chưa tôi, đồng, đồng thau, còn các vật liệu thật cứng thì phải thử bằng mũi

đo kim cương như ở thang chia C, nhưng với lực ấn 60kgf, đọc trên thang chia kí hiệu b ng chằ ữ A Do đó, khi ghi độ ứ c ng Rockwell ta phải ghi rõ đơn vị ủa độ ứ c c ng là: HRC, HRB hay HRA

Trang 11

Hình 9: Phân lo ại độ ứng theo phương pháp HRA c

Hình 10: Đâm thử độ c ng b ứ ằng mũi bi trò và mũi kim cương

HR = k- h/e

Trong đó:

+ k: là h ng sằ ố (dùng bi k= 130,dùng mũi kim cương thì k = 100.)

+ e: là giá tr mị ột độ chia của e Đố ới đo cứng e = 0,002mm Đố ới đo mềi v i v m hay còn gọi là đo cứng bế mặt e = 0,001mm

+ 0,002 hay 0,001 là giá tr c a vị ủ ạch chia đồng hồ hay khi mũi thử ấn sâu thêm 0,002

mm hay 0.001 mm thì kim dịch đi một vạch

+ h: là hiệu độ sâu hai l n n (mm) h = h2-h1 ầ ấ

Trang 12

Phần II Thực hành: :

II.1 Nhiệt luyện:

II.1.1 Vật liệu sử dụng, phân công nhóm:

Bảng 1: V t liậ ệu sử dụng

Mẫu Vật li u ệ Điều ki n x lí nhiệ ử ệt

0 C45 Ban đầu (ủ lại)

– Tôi nước (so sách m u 1) ẫ

6 C45 870𝑜 – Không khí (thường hóa)

7 C20 Ban đầu (ủ lại) (so sách v i mớ ẫu không)

11 C45 Ban đầu (ủ, dài)

12 C45 870𝑜–Tôi nước (mẫu dài)

Tôi d u (m– ầ ẫu dài)

14 C45 870𝑜 –Tôi nước (mẫu dài) + Ram trung bình

 Ta s d ng 2 mử ụ ẫu thép Cacbon là: thép C45 và thép C20 X lí nhi t chúng qua ử ệcác quá trình tôi, ram và sau đó thử độ bền va đập và độ bền kéo nhằm đánh giá cơ tính của chúng

+ Mẫu thép C45 có %C trung bình có độ ền, độ ứng, độ ẻo, độ dai đều cao (có cơ b c dtính t ng h p cao), hi u qu tôi + ram cao, Dùng làm chi ti t máy ch u t i trổ ợ ệ ả ế ị ả ọng tĩnh

và va p đậ

+ Thép C20 có %C thấp nên có độ ẻo, độ d dai rất cao, nhưng độ ền, độ ứ b c ng rất thấp nên hi u qu nhi t luy n tôi và ram không cao ệ ả ệ ệ

Trang 13

II.1.1 Quy trình thực hành tôi – ram thép

Hình 11: Bi ểu đồ quy trình tôi ram thép –

+ Ta nung nóng các m u lên kho ng nhiẫ ả ệt độ 870𝑜𝐶, sau đó thực hiện các phương pháp Tôi nước, tôi dầu, thường hóa, trong lò, và Ram TBủ 315𝑜 (15 phút), Ram thấp 200𝑜 (15 phút)

+ Tiến hành quan sát các mẫu dưới kính hiển vi và thử độ cứng các mẫu, sau đó tiến hành đánh giá

II.1.3 Mô t quá trình th c hànhả ự

II.2 Phân tích tổ chức

II.2.1 Quá trình chuẩn bị

II.2.2 Chụp

Trang 14

II.2.3 Kết quả tổ chức tế vi, giải thích, phân tích

Bảng 2: Kết quả ổ t chứ ế vi, gi i thích, phân tích c t ả

Trang 15

Trang 16

- X lý nhi t: ử ệ 870𝑜𝐶_ Tôi nước

- Tổ chứ ếc t vi: C u trúc có tấ ổ chứ Mactenxic và Austenite dư (vùng c

sáng nhiều)

- V t li u: thép C45 ậ ệ

- X lý nhi t: ử ệ 870𝑜𝐶 _ Tôi nước

Trang 17

- Tổ chứ ếc t vi: C u trúc có tấ ổ chức Mactenxic (có hình kim) và

Austenite dư (vùng sáng ít)

=> Hi u qu tôi cệ ả ủa th p C20 thế ấp hơn nhiều so với thép C45

II.3 Đo độ cứng, kết quả:

Bảng 3: Bảng kết quả đo độ cứng HRA

nhiệt luyện một mẫu thép cho trước

+ Trực tiếp xử lí bền m t mặ ẫu thép sau đó tẩm thự ồi soi bc r ề m t mặ ẫu dưới kính hiển vi để ấy rõ đượ th c các tổ chức bên trong đó

Trang 18

 Các phương pháp đo phổ biến: Charpy V-notch test, the Izod test and

the Tensile Impact test

 Tiêu chu n Vi t Nam:ẩ ệ TCVN 312:1969 v Kim lo ề ại Phương pháp xác - định độ dai va đậ p ở nhi ệt độ thường

+ Tiêu chuẩn này quy định phương pháp thử va đập ki u con l c Charpy ể ắ(rãnh V và rãnh U) để xác định năng lượng hấp thụ trong thử va đập vật liệu kim lo ại

 Nguyên lý PP charpy xác định năng lượng phá hủy mẫu:

+ Phép thử này bao gồm làm gãy mẫu thử có rãnh khía bằng một dao động đơn của con lắc dưới các điều kiện được xác định sau đây Rãnh trên mẫu thử phải được quy định hình dạng và được đặt ở chính giữa hai giá đỡ, đối diện với

vị trí bị va đập trong khi thử Độ dai được xác định bằng năng lượng hấp thụ trong thử va đập

+ Do các giá trị va đập của một số vật liệu kim loại thay đổi theo nhiệt độ, nên phép thử được thực hiện ở nhiệt độ quy định Khi nhiệt độ thử khác với nhiệt độ môi trường thì mẫu th ử phải được nung nóng ho c làm nguặ ội đến nhiệt độ đó trong môi trường được ki m soát ể

Trang 19

Lúc này năng lượng thế năng của búa là: E2m g h

+ Cuối cùng ta tính được năng lượng của quá trình va đập:

Trang 20

- Khối lượng búa: m=27.5 kg (dựa trên s ố liệu có trên máy)

- Chiều dài búa: L 0.75 (m): kho ng cách t tâm tr c t= ả ừ ụ ới lưỡ úa i b

Hình 15: Mẫu đo cơ tính

Trang 21

I.2.2 Phân công nhóm:

Bảng 4 : Bả ng m ẫu đo trước va đậ p

Trang 22

B ảng 5: ảng k t qu m B ế ả ẫu đo sau va đậ p

Nhóm Mẫu  E1 (J)  E2(J) E (J) ak (J/mm2)

325 9 316( )/ 316 / 80 3.95( / )

294 170 124( )/ 124 / 80 1.55( / )

310 53 275( )/ 257 / 80 3.2125( / )

Trang 23

Nhận xét:

+ Với cùng 1 lo i v t li u thép C45 ạ ậ ệ có lượng cacbon trung bình thì với các phương pháp xử lý nhiệt khác nhau cho ra độ dai khác nhau +Với phương pháp Ủ ại có độ l dẻo dai cao nh t (v i 3.95 J/mm2ấ ớ ) Đối với phương pháp tôi nước với thời gian nguội nhanh nên có độ ẻ d o dai thấp nh t v i ch 1.55 J/mm2 Còn tôi v i dấ ớ ỉ ớ ầu cũng được 1 độ dai khá cai là 3.21 J/mm2

PHẦN II Phương pháp căng kéo

II.1 Cơ sở lý thuyết

Khái ni m: ệ

 Phương pháp thử kéo : là quá trình thử để xác định được độ ền, độ đàn hồi b

và độ dẻo của kim loại bằng cách kéo căng mẫu thử và quan sát quá trình căng

ra c a kim loủ ại đó, và được bi u di n thông qua biể ễ ểu đồ ứng xuất và độ ến bidạng

 Một s ố đặc điể m phổ biến: là m u bẫ ị biến dạng, thường đến phá hủy, bằng t i trả ọng kéo tăng dần áp vào d c trọ ục của m u thẫ ử, mặ ắt c t ngang của mẫu thường là tròn, vuông ho c mặ ẫu tấm

Nguyên lý phương pháp thử kéo và gi ản đồ thử kéo:

 Nguyên lý :

Hình 17: Nguyên lý ho ạt độ ng c ủa phương pháp thử kéo.

+ Đặt mẫu vào thi t b ế ị thử kéo, sau đó mẫu được k p chẹ ặt ở 2 đầu, khi kéo vật căng ra ta dùng cảm biến kẹp vào giữa mẫu để đo độ giãn ra của mẫu, và lực căng được đo bẳng load cell

Tiêu đề	Báo Cáo Thực Hành Môn Vật Liệu Cơ Khí Và Thí Nghiệm Cơ Học
Tác giả	Lê Hữu Anh, Nguyễn Ngô Anh Tuấn, Trương Minh Tiến, Trinh Khải Hoàng, Lê Hùng Học, Trần Nguyễn Duy Khang
Người hướng dẫn	TS. Huỳnh Xuân Khoa
Trường học	Trường Đại Học Công Nghiệp Thành Phố Hồ Chí Minh
Chuyên ngành	Công Nghệ Cơ Khí
Thể loại	báo cáo
Năm xuất bản	2021
Thành phố	TP. Hồ Chí Minh

Định dạng
Số trang	32
Dung lượng	8,92 MB