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

Định nghĩa Nhiệt luyện - _ Nhiệt luyện là một đạng gia công cơ khí bằng cách nung nóng kim loại đến một nhiệt độ nhất định, giữ nhiệt một thời gian rồi làm nguội với một tốc độ nhất địn

BO CONG THUONG TRUONG DAI HOC CONG NGHIEP THANH PHO HO CHI MINH

BAO CAO THUC HANH

MON VAT LIEU CO KHi VA THI NGHIEM CO HOC

Giáo viên hướng dẫn: TS Huỳnh Xuân Khoa

1.1.3 Xác định tốc độ nguội dựa vào giản đồ T-T-T (giản đồ 2C) 5

IL1.2 Quy trình thực hành tôi + ram thép c- 2c 2 +2 S2 221222 12

11.1.3 M6 tả quá trình thực hành nhiệt luyện 2 22222222 cxscxss2 13

II.2 Phân tích tổ chức ::-222:2222222221112221112221122211 2 1 re 14

11.2.1 Thực hành quá trình chuẩn bị (mài, đánh bóng, tắm thực) 14

11.2.2 Chup (đặt mau, lay nét, chỉnh độ sáng, chọn vùng, chọn ống kính, CUP) cece dc 18

11.2.3 Két quả tô chức tế vi, giải thích, phân tích - 52 cz2z2 c2: 19 I3 Đo độ cứng, kết quả 5s 5c 1T 211211111112112112121121 211212 rr re 22 BÀI 2: THỰC NGHIỆM ĐO CƠ TÍNH CỦA THÉP 5-55 5e 23

1

JIDNeUv00//44444'4==ỶáảÝ 32

IIL2.1 Thiết bị và mẫu thử, phân công nhóm 2-2 2221 2E£22EcEz c2 34

BAI 1: NHIET LUYEN, PHẦN TÍCH CẤU TRÚC VÀ ĐO ĐỘ CỨNG

I Cơ sở lý thuyết

1.1 Định nghĩa Nhiệt luyện

- _ Nhiệt luyện là một đạng gia công cơ khí bằng cách nung nóng kim loại

đến một nhiệt độ nhất định, giữ nhiệt một thời gian rồi làm nguội với

một tốc độ nhất định nhằm mục đích làm thay đôi tổ chức cầu tạo bên trong do đó thay đổi tính chất cơ lý của vật liệu

1.1.1 Quy trinh nhiệt luyện Bản chất của nhiệt luyện là làm thay đôi tính chất thông qua biến đổi

tô chức của vật liệu Một quy trình nhiệt luyện bao gồm 3 ølai đoạn:

Nhiệt độ nung, thời gian giữ nhiệt và tốc độ làm nguội

Nhiệt độ nung nóng £f;„„: là nhiệt độ cao nhất phải đạt đến khi nung

nóng (Chung chọn dựa vào bản đồ)

Thời gian giữ nhiệt t¿ gn: là thời gian can thiết để duy tri kim loại ở

nhiệt độ nung (tøn phụ thuộc vào kích thước chỉ tiết)

Tốc độ nguội v¿nguội: là độ giam của nhiệt độ theo thời ø1an sau thời gian giữ nhiệt, tính ra °C/s (v¿nguội chọn dựa vào ban đồ)

1.1.2 Xac định vùng Nhiệt độ nhiệt luyện cho các phương pháp nhiệt luyện khác nhau dựa và Giản đồ pha Fe-C

o U đăng nhiệt: Nung nóng thép đến nhiệt độ Ac3 + (30-50)°C

o_ Ủ câu hóa: Nung nóng thép đến nhiệt độ Ac1 + (20-40)°C hay

= Phuong pháp ram: Là nung nóng thép đã tôi đến nhiệt độ không

quá nhiệt độ Ac1 (thường thấp hơn 700°C)

- Có 3 phương pháp ram:

= Ram thap: là ram ở nhiệt độ không quá 300°C

4

= Ram trung binh: la ram o nhiét trong khoang 350 - 450°C

= Ram cao: la ram 6 nhiét d6 trong khoang 550 - 680°C

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

Duong A (full aneal) là ủ hoàn toàn, tốc độ nguội chậm nhất (nguội cùng lò), đạt tô chức tế vi ferit và peclit gần như Fe nguyên chất, có độ

f

dẻo cao nhất và độ cứng

thấp

Duong B (normalizing) la thường hóa, làm nguội trone

không khí, tốc độ nguội

chậm

Duong C (Oil quench) la

nguội khá nhanh, đạt tổ chức tế vi mactenxit và peclit

Hinh 3: Gian dé T-T-T

(Time-Temperature- Transformation Curve Duong D (Water quench) la lam ngu6i trong nước, tốc độ nguội nhanh nhất, đạt tổ chức tế vi mactenxit, có độ cứng cao nhất

định khác có độ cứng cao

Mục dích:

Nâng cao độ cứng và tính chông mài mòn của thép

- Nang cao độ bên và sức chịu tải của chị tiệt

Chọn nhiệt độ tôi:

- Déi voi thép trước cùng tích (IX10,8%€):

=» TOt =Ac3 + (30+500C); trang thai hoan toan y;

“ Tô chức sau tôi là M(mactenxic) + y (Austenite du) + US du

-_ Đối với thép sau cùng tích (aA0,8%C)

=» T0t =Acl + (30@500C); trang thai (y + XelI)

“_ Tô chức sau tôi là M + Xe]I + y du+ US du

e Cấu trúc đạt được sau tôi: Cấu trúc Mactenxit có độ cứng rất cao nhưng dòn

© Muc dich:

- Lam gidm tng suất bên trong để không gây ra nứt, cong vênh, gay va hu hong chi tiết làm việc

- Bién t6 chire Mactenxit và Austenit dư thành các tổ chức khác

có cơ tính thích hợp với điều kiện làm việc của chỉ tiết

¢ Chon nhiét độ ram:

- Ram thap:

Là phương pháp Ram ở nhiệt độ 150~250°C tô chức nhận lả Mactenxit ram

Đặc điểm:

o Ung suat bén trong giảm;

o Lam tang tinh déo, dai cua chi tiết;

©_ Độ cứng siảm tất ít

O Ap dụng cho các loại dụng cụ dao cắt, dụng cụ do, dap

nguội, 6 lan

- Ram trung binh:

Là phương phap Ram 6 nhiét d6 300+ 450°C t6 chire nhận là

Độ cứng giảm đi nhiều

Áp dụng cho các chi tiết như lò xo, nhíp, khuôn rèn, khuôn dap nóng cân độ cứng tương đôi cao và đàn hồi tốt

" Kết quả đạt được sau khi ram:

- _ Mẫu sau khi đánh bóng, đen rửa sạch,thấm và sây khô rồi quan sát trên kính hiễn vi Ta có thể thấy trên mẫu có các vết xước nhỏ do đánh bóng chưa tốt,các vết nức tế vi, rõ khí ,xỉ tạp chất ,một số pha và tổ chức như cacbit,oraphit, chỉ

- _ Muốn tô chức nền kim loại, phải tâm thực màu Tầm thực là quá trình ăn Mn trên bề mặt mẫu bằng các dung dịch hóa học thích hợp, gọi là dung dịch tâm thực Khi tâm thực,biên gidi cac pha, cac vung tô chức sẽ bị ăn Mn, nhưng với mỗi tốc độ khác nhau Sau khi tâm thực bề mặt mẫu sẽ lỗi, lõm tương ứng với cácpha

tô chức Do đó, có thể nhận biết hình đáng, kích thước va sự phân bô của các pha

L2.2 Quá trình chuẩn bị mẫu dé quan sat to chire (mài, đánh bóng, tâm thực)

- Mart Day là bước cần thiết dé 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 Bước này tạo ra bề mặt phắng ban đầu cần thiết cho các bước mài và

đánh bóng tiếp theo Mẫu được mài sẵn trên giấy nhám từ thô đến mịn Các

giấy nhám thường được đánh số từ nhỏ đến lớn Số càng lớn thi độ hạt của

giấy càng mịn Dé 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 tắm

8

kinh day Bé mat mau phai ap sat vao giay Khi mai tién hanh theo 1 chiéu

Yêu cầu là tạo trên bề mặt tương đối phẳng, có các vết xước song song và đều nhau Sau đó, ta phải quay mẫu đi 90 độ và mài tiếp, cho đến khi ra bề mặt phẳng mới, hệ xước mới xóa hết các vết xước của hệ vết xước cũ Mỗi

loại giấy nhám giấy nhám mịn nhất Ví dụ: 400, 800, 1200, 2000 là các số

thông dụng Trong giai đoạn này đề đạt được hiệu quả tốt nhất cần phải chọn đúng loại giấy mài và bột mài phù hợp

Đánh bóng: Đánh bóng mẫu là quá trình hoàn thiện cuối cùng Quá trình đánh bóng được chia ra thành 2 giai đoạn là đánh bóng thô và đánh bóng

tỉnh Đánh bóng bằng miếng nỉ đã bôi kem đánh bóng Đánh bóng kéo dài

cho đến cho đến khi bề mặt không còn vét xước nảo Không nên đánh bóng

quá lâu, đễ 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 đừng đánh bóng lại

Tâm thực: Mẫu sau khi đem đánh bóng, đem rửa sạch, thấm và sấy khô rồi quan sát trên kính hiển vi Ta co thé thấy trên mẫu có các vết xước nho đo đánh bóng chưa tốt, các vết nứt tế vi, rỗ khí, xỉ tạp chất, một số pha và tô chức như cacbit, sraphit, chỉ Muốn nghiên cứu nền kim loại, phải tam thực mực mẫu Tâm thực mực mẫu là quá trình ăn Mn bề mặt mẫu bằng các loại dung dịch hóa học thích hợp, gọi là dung dịch tâm thực Khi tâm thực, biên giới các pha, các vùng tô chức sẽ bị ăn Mn, nhưng với những tốc độ khác nhau Sau khi tắm thực bề mặt mẫu sẽ lồi, lõm tương ứng với các pha

tô chức Do đó, có thể nhận biết được hình đáng ,kích thước và sự phân bố của các pha

L3 Phương pháp đo độ cứng HRA -_ Rockwell (HR) là một phương pháp đo nhanh, được phát triển dé sử dụng trong kiếm 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 viên kim cương hình nón, hoặc đầu biCarbide, tùy thuộc vào cầu trúc kim loại và điều kiện bề mặt

- Phuong phap Rockwell theo tiêu chuan EN ISO 6508 là đo độ sâu vét

lõm cô định được tạo ra bởi một lực trên một đầu đo Đầu tiên, một lực thử nghiệm sơ bộ (thường được gọt là tải trước hoặc tải phụ) Quá trình tải trước nảy xuyên qua bề mặt kim loại để giảm tác động của lớp vỏ bề mặt Sau khi piữ lực thử sơ bộ cho một khoảng thời gian dừng xác định,

độ sâu đường cơ sở của vết lõm được đo

- Sau khi tac dung tải sơ bộ, một tải bỗ sung, gọi là tải trọng lớn, được thêm vào để đạt được tổng tải thử nehiệm yêu cầu Lực này duoc git trong một khoảng thời gian xác định trước (thời gian đừng) để cho phép hồi phục đản hồi Tải trọng chính này sau đó được quay trở về tải sơ bộ Sau khi p1ữ lực thử sơ bộ trong một khoảng thời øian dừng xác định, độ sau cudi cung cua vết lõm được đo

- _ Ưu điểm và nhược điểm phương pháp đo độ cứng Rockwell:

= Uu diém:

o_ Không cần hệ thống quang học

o_ Nhanh chóng và dễ dàng

©_ Không phụ thuộc vào người vận hành

o It bi anh hưởng bởi độ nhám bề mặt

"Nhược điểm

o_ Nhiều thang đo khác nhau với mũi đo và tải trong khác nhau

10

°C- Tôi nước + Ram thấp (200°C/15')

7C — Tôi nước ~ Ram trung binh (350°C/15’)

°C - Ủ (cùng lò)

875 ° C- Tôi nước Xác định độ dai va đập

C45 (vuông) 875 °C — Tôi nước + Ram trung bình (350°C/15’)

Thứ kéo

C45 (dài) 875 °C - Ủ (lò)

C45 (dài) 875 °C Tôi nước

C45 (dài) 875 °C Tôi nước + Ram trung bình (giống mẫu 5) C45 (đài) 875 °C Tôi dầu

® Nhận xét

Vật liệu: Sử dụng thép cacbon là thép Cacbon trung bình và Cacbon thấp

Phương pháp nhiệt luyện:

= Thép C45 (tron) 875°C ủ lại: piảm độ cứng, tăng độ dẻo

" Thép C20 (tròn) 875°C — Tôi nước + Ram trung binh (350°C /15”): làm giảm hoặc loại bỏ ứng suất dư trong thép

“_ Thép C45 (vuông) 875°C - Tôi dầu: tăng độ cứng, tăng khả năng chống mài mòn

“ Thép C45 (dài) Ban đầu

Các loại mẫu: 0, 5, 8, 13

H.1.2 Quy trình thực hành tôi + ram thép

Nung nóng các mẫu thép lên

nhiệt độ 875°C trong lò, sau

đó làm nguội nhanh chóng

bằng các phương pháp Tôi

nước, thường hóa, tôi dầu, ủ

trong lò, và ram trung bình

350°C/15”

12

11.1.3 Mo ta qua trinh thực hành nhiệt luyện

- Có 5 bước thực hiện quá trình nhiệt luyện:

Bước 1: Chuân bị mẫu, xếp mẫu vào lò

Bước 2: Bắt đầu quá trình nung

Bước 3: Giữ nhiệt

Bước 4: Làm nguội

13

Mai thé — P400:

Mai tinh — P800:

Mai tinh — P1200:

15

Mai tinh — P2000:

- _ Đánh bóng: làm => nhỏ mất vết xước

Kem Al;O;+ vải mụn: chà xát lên bề mặt

- Tam thuc (an mon):

Dung dich: 4%at + HNO; trong c6n

21 giot cén + 1 giot HNO3: dung ngay tim bông thắm dung dịch => bôi 1⁄2 bề mặt ( đã đánh bóng ) sây khô

16

Hình 13: Dùng tăm bông thấm dưng dịch => bôi 12 bê mặt (đã đánh bóng)

Hình 14: Sây khô

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

Hình 15: Đặt mẫu

17

Hình 16: Lấy nét

Hình 17: Chính độ sáng

Hình 18: Chọn vùng

18

Hinh 19: Chọn ống

kính

11.2.3 Kết quả tổ chức tế vi, giải thích, phân tích

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

- TO chức tê vi: gôm 2 phan ferrit

(vung trang), peclit (rừng đen)

- Vật liệu: thép C45

- Xử lý nhiệt: 875 ”C_ Thường hóa

1

- Tổ chức tế vi: Cầu trúc có tô chức

peclit (mang vung den min), ferrit (vùng trắng)

19

- Vật liệu: thép C45

- Xử lý nhiệt: 875 °C _ Tôi dầu

~ Tô chức tê vi: Câu trúc có tô chức

mactenxic va peclit (mang ving đen)

- Vật liệu: thép C20

- Xử lý nhiệt: 875 ”C _ Tôi nước

~ Tô chức tê vi: Câu trúc có tô chức mactenxic va austenit du (ving

- Xử lý nhiệt: 875 ”C _ Tôi nước

- Tổ chức tế vi: Cau trúc có tô chức

mactenxic va austenite du (ving sang nhiéu)

- Két quả nhiệt luyện có tô chức tế vi như chúng ta mong muốn

= Doi với Ủ:

©_ Vật liệu: thép C20

+ Xử lý nhiệt: Ủ 875 °C trong lò

+ Tổ chức tế vi: gồm 2 phần ferrit (ving trang), peclit (ving

den kha it)

+ Xử lý nhiệt: 875 “C _ Tôi nước

+ Tô chức tế vi: Cầu trúc có tô chức mactenxic và

21

austenite du (ving sdng nhiéu)

©_ Vật liệu: thép C4S

+ Xử lý nhiệt: 875 “C _ Tôi nước + Tô chức tế vi: Câu trúc có tổ chức mactenxie (có hình kim) và asustenite dự (ng sáng í?)

=> Hiệu quả tôi của thép C20 thấp hơn nhiều so với thép C45

- _ Độ cứng tăng từ (Thép C45): Ủ - Không khí - Téi dau - Ram TB - Ram

thâp — Tôi nước

22

Từ bảng trên ta thấy: Độ cứng của thép C20(14.9) thấp hơn so với thép

C45(62.43) vì lượng cacbon thấp nên hiệu quả tôi của C20 khá thấp

BÀI 2: THỰC NGHIỆM ĐO CƠ TÍNH CỦA THÉP

1 Phương pháp xác định độ dai va đập

I1 Cơ sở lí thuyết

® Khái niệm

Độ đai va đập: là khả năng chịu tải trọng đột ngột, khả năng hấp phụ

năng lượng va đập trước khi nó vật bị phá hủy

Các phương pháp đo phố biến: Charpy V-notch test, the Izod test and the Tensile Impact test

Tiêu chuẩn Việt Nam: TCVN 312:1969 về Kim loại - Phương pháp xác định độ dai va đập ở nhiệt độ thường + Tiêu chuân này quy định

phương pháp thử va đập kiểu con lắc Charpy (rãnh V vả rãnh U) để

xác định năng lượng hấp thy trong thu va đập vật liệu kim loại 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 đưới các điều kiện được xác định sau đây Rãnh trên mẫu thử phải được quy định hình dạng và được đặt ở chính p1ữa hai 914 d6, 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 214 tri va dap 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 thử phải được nung nóng hoặc làm nguội đến nhiệt độ đó trong môi trường được kiểm soát Thực hiện: Chuẩn bị mẫu thử có kích thước tiết điện ở rãnh khía S =

8x10 = 80(mm’), va mot may bua dé thu va dap

Đầu tiên ta đưa đầu búa lên vị trí có chiều cao là H được tính: a = L

x sin (@,)

= H=a+L, lic nay nang luong va dap ban dau E, = m.g.H

23