BÀI GIẢNG bộ môn vật LIÊU học, xử lý NHIỆT và bề mặt

Bộ môn: Vật liệu học, xử lý NHiệt bề mặt bi thí nghiệm số chuẩn bị mẫu tế vi xác định cấp hạt 1. Mục đích yêu cầu - Biết thực hành giai đoạn chuẩn bị mẫu để nghiên cứu tổ chức tế vi kim loại; - Bớc đầu làm quen với kính hiển vi kim loại, quan sát vẽ lại tổ chức tế vi mẫu thép vừa chuẩn bị xong; - Xác định cấp hạt kim loại. 2. Nội dung thí nghiệm 2.1. Chuẩn bị mẫu để nghiên cứu tổ chức tế vi a) Chọn cắt mẫu Mẫu để nghiên cứu tổ chức tế vi cần phải mang tính đặc trng cho chi tiết loại chi tiết cần nghiên cứu. Thông thờng mẫu có dạng hình trụ, đờng kính 10-15mm, chiều cao 10-15 mm có dạng hình hộp, kích thớc 12x12x10 mm. Ngoài ra, ngời ta dùng mẫu có hình thù đặc biệt cắt từ chi tiết cụ thể để hạn chế việc phá hỏng chi tiết. b) Mài thô Trớc mài mẫu giấy ráp, mặt mẫu xấu (mẫu gang sau đập, mẫu thép sau cắt, .) mài phẳng máy mài sau tiến hành mài thô mặt giấy ráp từ thô đến mịn. Thờng ngời ta dùng từ đến loại giấy ráp có độ hạt thô, mịn khác nhau. Giấy ráp Việt Nam đợc đánh số: 0, 1, 2, theo thứ tự từ mịn đến thô. (Hiện phòng thí nghiệm dùng giấy ráp Nhật với độ mịn hạt nhỏ đợc đánh số tử 100, 200, 400, 800, 1000.v.v). Giấy ráp đợc đặt lên kính dày để mặt mài đợc nhẵn phẳng. Khi mài ý nhấn mạnh vừa phải, tay để mặt mẫu đợc mài giấy ráp vết sớc mặt mẫu song song với theo hớng định. Sau quay mẫu 900 mài tiếp hết vết sớc lần mài trớc mặt mẫu có vết sớc song song chuyển sang mài tờ giấy ráp mịn tiếp tục nh tờ giấy ráp mịn (hình 1.1). VLHI_1 Bộ môn: Vật liệu học, xử lý NHiệt bề mặt Hình 1.1. Các vết sớc hình thành trình mài từ giấy ráp thô đến mịn. c) Đánh bóng Có nhiều phơng pháp đánh bóng mẫu nh đánh bóng học, đánh bóng hoá học, đánh bóng điện phân. Trong thí nghiệm dùng đánh bóng học, máy đánh bóng thờng có nhiều đĩa đợc quay tròn động điện. Đĩa mài đợc bọc lớp mềm vải bông. Trong thời gian đánh bóng, miếng luôn đợc tẩm ớt dung dịch mài với bột cứng mịn Cr2O3 Al2O3. Mẫu đợc đánh bóng mặt mẫu không vết sớc. Yêu cầu bề mặt đánh bóng phải phẳng nhẵn. d) Tẩm thực Mục đích tẩm thực: Để rõ tổ chức kim loại hợp kim quan sát kính hiển vi quang học. Dung dịch tẩm thực thờng dùng dung dịch axit nớc cồn. Đối với thép gang, dung dịch tẩm thực thờng dung dịch 1-3% HNO3 cồn. Cách tiến hành: Mẫu sau đánh bóng đợc rửa nớc tốt cồn (nếu có điều kiện), thấm sấy khô. Dùng dung dịch tẩm thực bôi nhẹ lên mặt mẫu, giữ vài giây để dung dịch xâm thực lên bề mặt mẫu. Khi bề mặt mẫu vừa đổi màu rửa nớc, thấm sấy khô, đa quan sát kính hiển vi kim loại. 2.2. Quan sát tổ chức tế vi xác định cấp hạt a) Kính hiển vi kim loại Kính hiển vi kim loại đợc cấu tạo gồm hệ thống thấu kính quang học nhằm mục đích phóng đại tổ chức tế vi kim loại hợp kim lên thờng từ 50 đến 1000 lần. Hệ thống chiếu sáng kính màu giúp ta quan sát cách rõ ràng tổ chức tế vi mẫu. Ngoài có hệ thống chụp ảnh để chụp tổ chức cần nghiên cứu. Độ phóng đại kính hiển vi LK đợc xác định tích số độ phóng đại thị kính LT độ phóng đại vật kính LV: VLHI_1 Bộ môn: Vật liệu học, xử lý NHiệt bề mặt LK = LT x LV (1.1) Nh cần chọn hệ vật kính thị kính thích hợp xác định độ phóng đại theo yêu cầu. b) Xác định cấp hạt Thông thờng ngời ta xác định cấp hạt ba cách: - Xác định đờng kính trung bình hạt tinh thể (d): dùng thị kính gắn đờng thẳng chia thành 100 vạch thớc đo chuẩn có chiều dài 1mm đợc chia thành 100 vạch ta xác định đợc chiều dài vạch thị kính với độ phóng đại cần sử dụng. Dùng thớc đo thị kính để xác định kích thớc trung bình hạt (xem hình 1.2). thớc đo thị kính thớc đo chuẩn dài mm Hình 1.2. Cách xác định chiều dài vạch thị kính Trên hình ta thấy 11 vạch thị kính 16 vạch chia thớc chuẩn. Vậy vạch chia thị kính (16x10)/11 14,5 (m). - Xác định theo diện tích hạt trung bình: dùng thị kính kẻ ô vuông, xác định kích thớc thật ô nhỏ (dùng thớc đo vật kính). Sau chọn số ô vuông thị kính, xác định số hạt nguyên số hạt bị cắt số ô vuông đó. Tính diện tích trung bình hạt theo công thức: S= Fx10 (m2) Z (1.2) S: Diện tích trung bình hạt (m2). F: Diện tích thực mà ta cần tính số hạt (mm2). Z: Số hạt tính gần diện tích cần đo. Z = Z1 + 1/2 Z2 Trong Z1 số hạt nguyên, Z2 số hạt bị cắt. So sánh giá trị S với bảng 1.1 để xác định cấp hạt. VLHI_1 Bộ môn: Vật liệu học, xử lý NHiệt bề mặt - Xác định cấp hạt theo bảng chuẩn với độ phóng đại 100 lần. Trong thí nghiệm dùng phơng pháp này. 2.3. Thực nghiệm Vật liệu thiết bị dùng thí nghiệm: Mỗi sinh viên đợc phát mẫu thép C20 C40, C45 qua ủ hoàn toàn, giấy ráp loại, kính phẳng, dung dịch tẩm thực, máy đánh bóng. Sinh viên cần mài mẫu, tẩm thực, quan sát kính hiển vi, vẽ tổ chức quan sát đợc, xác định cấp hạt theo bảng chuẩn. Bảng 1.1. Cấp hạt diện tích trung bình hạt Cấp hạt Diện tích thực hạt ( m2) Nhỏ 40.000 20.000 10.000 5.000 2.500 1.200 600 300 Trung bình 64.000 32.000 16.000 8.000 4.000 2.000 1.000 500 Lớn 80.000 40.000 20.000 10.000 5.000 2.500 1.200 600 3. Báo cáo thí nghiệm 3.1. Tóm tắt nội dung thí nghiệm thứ tự công việc (trong 5-10 dòng). . . . . . . . . . . . . VLHI_1 Bộ môn: Vật liệu học, xử lý NHiệt bề mặt 3.2. Vẽ tổ chức tế vi vào hình tròn (Hình 1.3). Ghi pha độ phóng đại. Hình 1.3. Tổ chức thép. 3.3. Xác định cấp hạt theo bảng chuẩn. . . . . . . . . VLHI_1 Bộ môn: Vật liệu học, xử lý NHiệt bề mặt Hình 1.4. Atlat chuẩn cấp hạt (theo ASTM), ứng với độ phóng đại 100 lần. Chú ý: Kích thớc atlat chuẩn đ kiểm tra, copy không đợc thay đổi tỷ lệ, cấp hạt 2-3 cm, cấp hạt mm. VLHI_1 Bộ môn: Vật liệu học, xử lý NHiệt bề mặt bi thí nghiệm số xác định độ cứng kim loại 1. Mục đích yêu cầu - Biết nguyên lý đo độ cứng Brinen, Rockwen, Vicker; - Biết sử dụng máy đo độ cứng Brinen, Rockwen; - Chuyển đổi loại độ cứng; 2. Cơ sở lý thuyết 2.1. Khái niệm độ cứng Định nghĩa: độ cứng khả chống lại biến dạng dẻo cục vật liệu dới tác dụng tải trọng thông qua mũi đâm có hình dáng, kích thớc định. Phân loại độ cứng: phơng pháp đo độ cứng đợc phân loại dựa theo tải trọng sử dụng, hình thái vật liệu chế tạo mũi đâm, phù hợp với độ cứng mẫu cần xác định nh: Brinen(HB), Rockwen(HR), Vicker(HV), tế vi, v.v. ý nghĩa phạm vi ứng dụng: Độ cứng phơng pháp thử tính đợc áp dụng rộng rãi sản xuất lý sau: + Là phơng pháp thử không phá huỷ mẫu nên đợc sử dụng để kiểm tra độ cứng trực tiếp chi tiết thực trớc xuất xởng; + Có thể thử cho nhiều loại chi tiết có hình dáng, chiều dày khác nh dạng trụ, hình thù phức tạp; + Thông qua giá trị đo độ cứng, xác định gần giới hạn bền, khả chịu mài mòn, tuổi thọ chi tiết, khả gia công nh: cắt gọt, dập cán, kéo nguội; + Thời gian thử ngắn, thông thờng thời gian thử vài phút cho mẫu. 2.2. Các phơng pháp đo độ cứng a) Độ cứng Brinen + Độ cứng Brinen đợc xác định cách dùng lực P(kG) thông qua mũi đâm viên bi thép đợc cứng đờng kính D(mm) lên bề mặt VLHI_2 Bộ môn: Vật liệu học, xử lý NHiệt bề mặt mẫu thử. Sau thử tạo vết lõm hình chỏm cầu I diện tích F0(mm2) (hình 2.1). Độ cứng Brinen đợc xác định theo công thức (2.1): HB = P (kG/mm2) (2.1) F0 P d P - tải trọng: từ (187,5 ữ 3000) kG. D - đờng kính bi: 10; 5; 2,5 m). F0 Theo TCVN 256-1: 2001 (ISO 6506 - 1:1999) d0 Hình 2.1. Sơ đồ đo độ cứng Brinen. + Việc lựa chọn tải trọng P đờng kính mũi đâm D vào độ cứng vật liệu cần xác định kích thớc mẫu thử cho đờng kính vết lõm d0 nằm khoảng (0,24ữ0,6) D. Từ thực nghiệm chọn đợc: + P = 30 D2 vật liệu có độ cứng cao: gang, thép, . + P = 10 D2 P = 2,5 D2 hợp kim màu. Cùng loại vật liệu có độ cứng HB khoảng 100, mẫu thử lớn chọn P = 30 D2 nhng mẫu nhỏ nên chọn P = 10 D2. Sau thử, dùng kính lúp đo đờng kính vết lõm d0(mm) để tính diện tích F0 theo công thức (2.2): F0 = D( D D d 02 ) (2.2) Thay (2.2) vào (2.1) ta có: HB = 2P D( D D d ) (kG/mm2) (2.3) Trên sở công thức (2.3) xác định trị số HB theo giá trị d0 thành lập bảng tra cứu (bảng 2.1), thực tế cần đo d0 tra bảng xác định đợc giá trị độ cứng HB. Hiện nay, thiết bị đo đại nh Wilson-Worlbpert, bảng số liệu đợc đa vào xử lý hiển thị số giá trị độ cứng đợc hiển thị hình máy đo. b) Độ cứng Rockwen Độ cứng Rockwen đợc xác định tác động tải trọng P(kG) thông qua mũi đâm kim cơng hợp kim cứng có dạng hình nón, với góc đỉnh 1200, VLHI_2 Bộ môn: Vật liệu học, xử lý NHiệt bề mặt viên bi thép qua cứng có đờng kính 1,58 mm để nén lên bề mặt mẫu, tạo vết lõm. Căn vào chiều sâu vết lõm mà xác định trị số độ cứng (hình 2.2). Quy ớc mũi đo sâu thêm 0,002 mm độ cứng giảm đơn vị. Tuỳ theo hình dáng mẫu độ cứng dự báo, thờng sử dụng ba thang đo HRA, HRB, HRC với tải trọng P khác tơng ứng 60, 100 150 kG. P0 P h h0 Hình 2.2. Sơ đồ đo độ cứng Rockwen. Để khắc phục ảnh hởng bề mặt chi tiết thử, tải trọng tác động P đợc chia làm hai phần: P0 tải trọng sơ (P0= 10 kG) P1 tải trọng có giá trị P1= P - P0. Trên hình 2.2, ta có: P: tải trọng toàn bộ, P = P0 + P1. h0: chiều sâu mũi đâm dới tác dụng tải trọng P0. h: chiều sâu mũi đâm dới tác dụng tải trọng P. h1: chiều sâu mũi đâm dới tác dụng tải trọng P1. h1 = h- h0 Giá trị độ cứng đợc xác định nh sau: Đối với mũi đâm hình nón: HRA, HRC = 100 h h0 h = 100 0,002 0,002 (2.4) Đối với mũi đâm bi thép: HRB = 130 h h0 h = 130 0,002 0,002 (2.5) Trong chiều sâu h đo mm. c) Độ cứng Vicker độ cứng tế vi Độ cứng Vicker đợc xác định cách tác động tải trọng P(kG) thông qua mũi đâm kim cơng hình tháp, có góc đỉnh 1360, nén lên bề mặt mẫu cần thử tạo vết lõm có đờng chéo d(mm) (hình 2.3). VLHI_2 10 Bộ môn: Vật liệu học, xử lý NHiệt bề mặt Độ cứng Vicker đợc xác định theo đờng chéo vết lõm d(mm) công thức HV = 1,854 P (kG/mm2,N/mm2) d (2.6) Tải trọng P thờng dùng từ đến 120 kG. P d Hình 2.3. Sơ đồ đo độ cứng Vícke Phơng pháp đo độ cứng tế vi nguyên tắc giống Vicker. Tải trọng thờng dùng nhỏ hơn, từ đến 200G lực nên đợc áp dụng để đo độ cứng lớp mỏng, độ cứng pha hợp kim, v.v. Giá trị tơng đơng loại độ cứng Brinen, Rockwen, Vicker đợc nêu bảng 2.2 3. Nội dung thí nghiệm + Giới thiệu cấu tạo cách sử dụng máy đo độ cứng Brinen, Rockwen có phòng thí nghiệm: - Sơ đồ nguyên lý chức phận chính; - Vận hành thiết bị đo; - Giới thiệu thang đo cách sử dụng. + Giới thiệu thang đo ứng dụng. + Giới thiệu phơng pháp đo độ cứng gần dụng cụ Poldi dũa chuẩn. + Thực hành đo độ cứng Brinen, Rockwen thiết bị đo cho mẫu thép. VLHI_2 11 Bộ môn: Vật liệu học, xử lý NHiệt bề mặt dịch đặc , nhng trạng thái đúc bên cạnh dung dịch đặc có vùng tinh cứng giòn (-). Do có vùng tinh cứng giòn nằm tơng đối mềm nên dùng làm hợp kim ổ trục mà không cần nhiệt luyện. Trong đồng thiếc đa vào số nguyên tố khác nh chì, kẽm phốt pho. Đồng nhôm: dùng thay cho đồng thiếc, thua đồng thiếc tính đúc. Đồng nhôm có giới hạn bền, tính chống ăn mòn tơng đối cao rẻ tiền đồng thiếc. Đồng chì: loại hợp kim ổ trục. trạng thái đặc đồng với chì tạo thành hỗn hợp học. Trong kỹ thuật thờng dùng hợp kim chứa 30% chì. Tổ chức hợp kim gồm hạt đồng (màu sáng) phần tử chì (màu đen) (hình 5.4). Hình 5.4. Tổ chức tế vi brông chì. Đồng Berili: hợp kim đồng với berili (Be). Sau từ nhiệt độ 8000C nớc hoá già 300-3500C hợp kim có độ cứng vào khoảng 350400 HB. Đồng berili có độ bền, tính đàn hồi cao với khả chống ăn mòn tính hàn tốt nên thờng dùng để chế tạo chi tiết quan trọng. 2.2. Nhôm hợp kim nhôm a) Nhôm nguyên chất Những tính chất đặc trng nhôm trọng lợng riêng nhỏ (2,7g/cm3), nhiệt độ nóng chảy tơng đối thấp (663 0C), độ dẻo cao, độ bền tơng đối thấp. Mặc dầu nhôm có hoạt tính hoá học lớn nhng có khả chống ăn mòn tơng đối cao bề mặt tạo thành lớp ôxyt Al2O3 có tổ chức sít chặt. Do tính thấp nên công nghiệp chủ yếu dùng hợp kim nhôm nhôm nguyên chất. Tất VLHII_2 26 Bộ môn: Vật liệu học, xử lý NHiệt bề mặt hợp kim nhôm chia thành hai nhóm chính: hợp kim nhôm đúc hợp kim nhôm biến dạng. b) Hợp kim nhôm đúc Hợp kim nhôm đúc điển hình silumin. Nó hợp kim nhôm silic có thành phần gần tinh. Thông thờng dùng hợp kim chứa 12-13% Si, vị trí chúng đợc giản đồ trạng thái Al-Si (hình 5.5) Trớc biến tính silumin hợp kim sau tinh, tổ chức gồm tinh thể silic tự tinh (Al + Si) thô, nh tính thấp: (b = 12-14 kg/mm2, = 3%). Tổ chức silumin cha biến tính thể hình 5.6a. Để nâng cao tính silumin ta tiến hành biến tính hỗn hợp 2/3 NaF1/3 NaCl Khi biến tính vị trí điểm tinh Hình 5.5. Giản đồ trạng thái Al-Si. có thay đổi hợp kim trở thành trớc tinh. Tổ chức sau biến tính gồm tinh thể nhôm tinh (Al + Si) nhỏ mịn nhờ mà tính cao (b = 18-22 kg/mm2, = 8-10%). Tổ chức silumin sau biến tính thể hình 5.6b. Hình 5.6. Tổ chức silumin cha biến tính (a) sau biến tính (b). Từ số liệu đa ta thấy biến tính silumin làm nhỏ mịn tổ chức nên tính hợp kim tăng lên cách rõ rệt. VLHII_2 27 Bộ môn: Vật liệu học, xử lý NHiệt bề mặt c) Hợp kim nhôm biến dạng Hợp kim nhôm biến dạng điển hình đura. Đura hợp kim Al-Cu-Mg (3,84,8%Cu; 0,4-1,2%Mg; lại nhôm). trạng thái ủ tổ chức hợp kim gồm dung dịch đặc (nền sáng) hợp chất hoá học CuAl2 (Al2CuMg, Al2Mg) (những chấm màu đen). Sau tổ chức có dung dịch đặc hợp chất hoà tan nung nóng. Sau hóa già tổ chức gồm dung dịch đặc (nền sáng) hợp chất hoá học tiết hoá già chúng nhỏ phân bố đặn (những chấm đen). Tổ chức đura sau hoá già trình bày hình 5.7. 2.3. Hợp kim ổ trục Hình 5.7. Tổ chức đura. Để làm ổ trục thờng dùng gang, đồng hợp kim dễ chảy sở thiếc chì (bácbít) Vật liệu làm ổ trục phải đáp ứng yêu cầu sau đây: - Có hệ số ma sát mặt trục bề mặt ổ trục nhỏ; - bị mài mòn bề mặt làm việc; - Bị biến dạng áp lực riêng lớn; Hai yêu cầu đầu đợc thoả mãn mặt trục ổ trục cách lớp dầu mỏng. Tổ chức hợp kim ổ trục đảm bảo yêu cầu gồm mềm phần tử cứng (hình 5.8). Bácbít sở thiếc chì dễ nhận đợc tổ chức nh nhng hợp kim không chịu đợc tải trọng lớn. Các ổ trục quay với tốc độ nhỏ nhng chịu tải trọng lớn làm gang hay đồng Hình 5.8. Sơ đồ tổ chức hợp kim ổ trục. thanh. Nhng quay với tốc độ lớn phải dùng ổ trục có lớp bacbít dầy. Trong tất trờng hợp, đứng kỹ thuật dùng bácbít có lợi hệ số ma sát nhỏ giữ đợc cổ trục. VLHII_2 28 Bộ môn: Vật liệu học, xử lý NHiệt bề mặt khảo sát loại bácbít điển hình 83 (bácbít thiếc) gồm 83%Sn; 11% Sb 6% Cu. Trong tổ chức tế vi 83 gồm mềm dung dịch đặc sở thiếc (nền đen); phần tử cứng hợp chất hoá học SnSb (hình vuông màu sáng). Hình 5.9. Giản đồ pha Sn-Sb tổ chức bácbit 83. Khi có thêm đồng tạo thành hợp chất Cu3Sn, tổ chức tế vi có dạng hình kim màu sáng. Tổ chức bácbít 83 trình bày hình 5.9. Ngoài dùng bácbít chì nhng chất lợng thấp bácbít thiếc- bácbít chì hợp kim sau tinh với lợng chì 16-18%. Nền mềm bácbít chì tinh Pb + Sb (nền đen), phần tử cứng tinh thể antimon (màu sáng). 3. Nội dung thí nghiệm Mỗi học sinh quan sát kỹ vẽ tổ chức sau đây: - Đồng thau pha () - Đồng thau hai pha (+) - Đồng chì BCuPb30 - Silumin cha biến tính - Silumin biến tính - Đura trạng thái ủ - Đura trạng thái + hoá già Các tổ chức phải vẽ vào vòng quy định. VLHII_2 29 Bộ môn: Vật liệu học, xử lý NHiệt bề mặt 4. Báo cáo thí nghiệm 1. 2. Tóm tắt phần lý thuyết thí nghiệm (phần sinh viên phải chuẩn bị nhà) Các tổ chức nghiên cứu. Nhận xét kết thí nghiệm (các tổ chức). VLHII_2 30 Bộ môn: Vật liệu học, xử lý NHiệt bề mặt Bi thí nghiệm số 15 Biến dạng dẻo, kết tinh lại 1. Mục đích yêu cầu - Xác định ảnh hởng mức độ biến dạng đến kích thớc hạt sau ủ kết tinh lại. - ảnh hởng nhiệt độ ủ đến kích thớc hạt sau kết tinh lại. 2. Cơ sở lý thuyết Khi tác dụng ngoại lực gây ứng suất vợt giới hạn chảy ch vật liệu kim loại bị biến dạng dẻo. Biến dạng dẻo xảy trợt làm thay đổi mạnh tổ chức, tính chất kim loại. Trong sau trợt mạng tinh thể xung quanh mặt trợt bị xô lệch, hạt bị biến dạng không có xu hớng bị kéo dài theo phơng biến dạng gây ứng suất d bên trong. Sự thay đổi tổ chức dẫn đến thay đổi tính chất kim loại nh làm tăng điện trở, độ bền, độ cứng tăng, giảm độ dẻo, tức kim loại bị biến cứng, hóa bền. Đây trạng thái không cân vật liệu kim loại nên không ổn định có xu hớng trở trạng thái cân xô lệch mạng ứng suất d bên trong. Đối với đa số vật liệu kim loại nhiệt độ thờng trình chuyển biến trở trạng thái ổn định diễn chậm. Để thúc đẩy trình chuyển biến vật liệu kim loại bị biến dạng thờng đợc nung nóng tới nhiệt độ định, gọi ủ sau biến dạng. Khi ủ xảy hai trình sau: Quá trình hồi phục. Khi nhiệt độ nung thấp, khoảng (0,1 ữ 0,2 ) Tnc , tổ chức có thay đổi ít, nh giảm mật độ xô lệch mạng, khử phần ứng suất d, điện trở suất giảm, nhng tính hầu nh cha thay đổi. Quá trình kết tinh lại. Khi nung nóng vợt nhiệt độ định gọi nhiệt độ kết tinh lại (Tktl) kim loại qua biến dạng dẻo xảy trình kết tinh lại, hình thành hạt tinh thể xô lệch theo chế tạo mầm phát triển mầm thể rắn. Mầm đợc tạo biên giới hạt bị xô lệch, biến dạng, nơi có lợng dự trữ cao nên ổn định. Sự phát triển mầm trình tự nhiên làm giảm lợng. Sau kết tinh lại tổ chức kim loại lại trở dạng nh trớc biến dạng, gồm hạt đa cạnh, sai lệch tính đợc khôi phục theo chiều hớng độ dẻo tăng lên, độ cứng, độ bền giảm, tức xảy trình thải bền. Kích thớc hạt phụ thuộc vào mức độ biến dạng, nhiệt độ nung thời gian giữ nhiệt. CP_2 78 Bộ môn: Vật liệu học, xử lý NHiệt bề mặt Nhiệt độ kết tinh lại Tktl nhiệt độ nhỏ xảy trình kết tinh lại, đợc xác định theo công thức: Tktl = a. Tnc (15.1) đó: Tklt [K] - nhiệt độ kết tinh lại; Tnc [K] - nhiệt độ nóng chảy. Hệ số a công thức (15.1) phụ thuộc vào độ kim loại, mức độ biến dạng nhiệt độ nung. Khi thời gian nung 1h kim loại kỹ thuật, a = 0,3 ữ 0,4, hợp kim a = 0,5 ữ 0,8. 3. Nội dung thí nghiệm 3.1. Mẫu thiết bị thí nghiệm Mẫu thí nghiệm nhôm mỏng dày 0,3 mm, có kích thớc theo hình 15.1, đợc kẹp kéo máy kéo tay nh hình 15.2. 10 150 50 50 50 Hình 15.1. Mẫu thử kéo. L0 = 50 L=4,5 54,5 Hình 15.2. Sơ đồ kéo. 3.2. Các bớc thí nghiệm Các bớc thí nghiệm đợc tiến hành nh sau: - Mẫu thí nghiệm đợc đánh dấu để khỏi nhầm lẫn. Dùng bút chì (loại 2B) vạch mẫu đoạn L0 = 50 mm (hình15.2). Mẫu đợc kéo với mức CP_2 79 Bộ môn: Vật liệu học, xử lý NHiệt bề mặt độ biến dạng khác nhau. Ví dụ muốn kéo với mức độ biến dạng 9%, mẫu phải kéo dài thêm đoạn L = 50 x 0,09 = 4,5 [mm]. - Lắp mẫu vào máy kéo tay, dùng tay quay từ từ kéo liên tục đạt đợc kích thớc cần thiết L + L = 54,5 mm. Dùng thớc cặp để theo dõi trình kéo. - Các mẫu kéo xong đợc ủ nhiệt độ T [0C] thời gian t [phút] - Sau ủ mẫu đợc tẩm thực theo quy trình sau: Nhúng vào dung dịch 40% NaOH thời gian 5ữ8 phút để ăn mòn lớp ôxit bên ngoài; Rửa qua nớc nhúng vào dung dịch (HNO3 + HCl + H2O) theo tỷ lệ thể tích 1:3:1, thời gian nhúng vài giây. Vớt mẫu rửa nớc, lau khô quan sát hạt kính lúp. Nếu hạt cha rõ cần phải tẩm thực lại theo thứ tự trên. - Kích thớc hạt đợc xác định thông qua diện tích hạt trung bình cách đếm số hạt đoạn có chiều dài 1cm (tơng đơng với diện tích 1cm2 ), theo công thức: a= 10 ( m2) X (15.2) X tổng số hạt cm2, đợc xác định X = Y + 1/2 Z với Y số hạt nguyên diện tích 1cm2, Z số hạt bị cắt. 3.3. Thực nghiệm. Chia tổ thí nghiệm làm nhóm. Mỗi nhóm làm thí nghiệm với chế độ nh nhau, cụ thể: - Biến dạng 3, 5, 13%; nhiệt độ nung 600 0C; thời gian nung 30 phút; - Biến dạng 5%; nhiệt độ nung 450, 500 0C; thời gian nung 30 phút; Kết thí nghiệm đợc báo cáo theo nhóm. CP_2 80 Bộ môn: Vật liệu học, xử lý NHiệt bề mặt 4. Báo cáo thí nghiệm 4.1. Tóm tắt nội dung thí nghiệm trớc làm thí nghiệm. . . . . . . . . . 4.2. Tính ghi kết thí nghiệm vào bảng 15.1. Dùng kết bảng 15.1 để vẽ đồ thị nêu nhận xét ảnh hởng mức độ biến dạng đến kích thớc hạt sau ủ ( hình 15.3 ). Bảng 15.1. Kết thí nghiệm Nhiệt độ ủ (0C) 600 600 600 600 500 400 Y Z X a Kớch thc ht, a [m2] Mức độ biến dạng(%) 13 5 Mức độ biến dạng, % Hình 15.3. ảnh hởng mức độ biến dạng đến kích thớc hạt. CP_2 81 Bộ môn: Vật liệu học, xử lý NHiệt bề mặt Nhận xét: . . . . . . . 4.3. So sánh trị số a mẫu biến dạng 5% ủ nhiệt độ khác 450, 500 600 0C (dạng biểu đồ), từ nêu nhận xét ảnh hởng nhiệt độ nung đến kích thớc hạt sau ủ kết tinh lại. . . . . . CP_2 82 Bộ môn: Vật liệu học, xử lý NHiệt bề mặt bi thí nghiệm số 16 Tôi ram thép 1. Mục đích yêu cầu - Nắm đợc quy luật ảnh hởng thông số công nghệ trình ram thép nh: nhiệt độ nung, thời gian giữ nhiệt, tốc độ nguội đến tính thép. - Căn vào yêu cầu tính thép, sinh viên chọn đợc thông số công nghệ phù hợp. 2. Cơ sở lý thuyết Thép cung cấp thơng mại thờng trạng thái ủ thờng hoá với tổ chức peclit. Chúng có độ cứng, độ bền vừa phải gia công cắt gọt gia công áp lực để tạo hình sản phẩm. Tuy nhiên, với tổ chức nh chi tiết máy dụng cụ cha có đủ độ bền, độ cứng tính chịu mài mòn cao làm việc. Để nâng cao khả làm việc cho thép ngời ta phải áp dụng biện pháp hoá bền gọi ram. Tôi ram làm thay đổi tổ chức, làm thay đổi tính chất thép. Mức độ thay đổi tổ chức phụ thuộc mạnh vào thông số công nghệ nh: nhiệt độ nung tôi, thời gian giữ nhiệt, tốc độ làm nguội, nhiệt độ thời gian ram. Trong thí nghiệm khảo sát ảnh hởng thông số công nghệ đến tổ chức tính chất thép. 2.1. Nhiệt độ nung Nếu ta chọn nhiệt độ thép thấp nhiệt độ chuyển biến hoàn toàn từ austenit (nhiệt độ A3), tổ chức tồn pha ferit d. Pha ferit đợc giữ nguyên sau tôi, tạo thành điểm mềm làm xấu tính thép. Do thép cacbon trớc tích, nhiệt độ đợc chọn là: Ttôi = Ac3 + (30-50) 0C (16.1) Đối với thép cacbon sau tích cần giữ lại lới Xe, nhiệt độ đợc chọn là: Ttôi = Ac1+ (30-50) 0C (16.2) Khi chọn nhiệt độ thép hợp kim, cần lu ý đặc điểm sau đây: nguyên tố hợp kim tạo cacbit phức cacbit đặc biệt hoà tan vào austenit nhiệt độ cao so với xemantit. Do nhiệt độ thép hợp kim thấp chọn cao so với LTQTNL_1 83 Bộ môn: Vật liệu học, xử lý NHiệt bề mặt thép cacbon khoảng (10-20) 0C. Nhiệt độ cho thép hợp kim trung bình cao chọn theo sách tra cứu nhiệt luyện. Thời gian giữ nhiệt cần đảm bảo đủ để chuyển biến tổ chức xảy hoàn toàn. Tuy nhiên, giữ nhiệt lâu hạt austenit lớn làm xấu tính thép. Đối với thép cacbon mẫu nhỏ, thời gian giữ nhiệt thờng chọn khoảng 10 (5) phút. 2.2. Tốc độ làm nguội Tốc độ làm nguôi đợc điều khiển môi trờng làm nguội. Làm nguội với tốc độ lớn tốc độ tới hạn (Vng > Vth) đạt đợc tổ chức hoàn toàn mactenxit. Với tốc độ thấp (Vng Vth) nhận đợc hỗn hợp mactenxit peclit hoàn toàn peclit. Nh vậy, tốc độ nguội mẫu lớn tổ chức nhận đợc chứa nhiều mactenxit có độ cứng cao, nhng giòn ứng suất d lớn. Do đó, sau định phải ram để khử ứng suất điều chỉnh tính theo mong muốn. 2.3. Nhiệt độ ram Nhiệt độ ram cần chọn cho thoả mãn đợc yêu cầu tính đặt ra. Nếu cần giữ độ cứng cao sau cần chọn nhiệt độ ram thấp. Khi ram đạt đợc mục đích khử phần ứng suất, làm giảm tính giòn cho thép. Muốn khử hoàn toàn ứng suất cải thiện tổ chức để đạt tính tổng hợp cao (hài hoà độ bền, độ dẻo, độ dai) phải chọn nhiệt độ ram cao hơn. Khi độ cứng độ bền giảm nhng độ dẻo dai tăng lên. Trong thí nghiệm khảo sát ảnh hởng nhiệt độ ram đến tính thép sau tôi. 3. Nội dung thí nghiệm 3.1. Thiết bị thí nghiệm Các thiết bị vật liệu dùng thí nghiệm: lò múp, lò ống, thùng chứa dung dịch tôi, máy đo độ cứng, dụng cụ nhiệt luyện phòng thí nghiệm. 3.2. Phơng pháp tiến hành - Sinh viên chia thành nhóm, nhóm thực công việc. Sau kết thúc thí nghiệm, nhóm trao đổi kết với nhau. Mỗi sinh viên ghi lại kết đạt đợc nhóm lớp hoàn thiện phần báo cáo cá nhân. - Nhúm kho sỏt nh hng ca nhit nung tụi n cng ca thộp: Mu thộp s dng lm thớ nghim l C45 (hoc C40). Nhit nung, tng thi gian nung v gi nhit t = kD (vi k l h s v D l ng kớnh, LTQTNL_1 84 Bộ môn: Vật liệu học, xử lý NHiệt bề mặt cnh vuụng hoc chiu dy mu) c chn hoc tớnh theo bng 16.1 di õy. i vi cỏc nhit khụng cú bng cú th tớnh theo phng phỏp ni suy. Mụi trng lm ngui cho tt c cỏc mu l nc lnh. Bng 16.1. Nhit nung, tng thi gian nung v gi nhit t = kD, phỳt cho mu thớ nghim cỏc loi. Nhiệt độ nung (0C) 600 700 800 900 1000 Mu dng tròn 1,5 1,0 0,8 0,4 H s k Mu dng vuông 3,0 2,2 1,5 1,2 0,6 Mu dng Tấm 4,0 3,0 2,0 1,6 0,8 Kt qu thớ nghim c a vo bng 16.2 Bng 16.2. cng ca mu thộp C45 sau tụi. TT Nhiệt độ ( 0C) 700 750 800 850 900 Thời gian giữ nhiệt (phút) HRC - Nhúm kho sỏt nh hng ca tc lm ngui (mụi trng lm ngui) n cng ca mu thộp. Mu lm t thộp CD100 (hoc CD80, CD90). Trong mụi trng dung dch nc cha 10%NaOH (hay NaCl) mu thộp nh cú th t tc ngui khong 12000C/s, nc: 6000C/s, du 1500C/s, khụng khớ tnh 300C/s. Cỏc mu thộp c nung 7700C v gi nhit thi gian (tớnh theo bng 16.1). Sau ú chỳng c lm ngui cỏc mụi trng ó nờu. Khi mu ngui hn, tin hnh o cng v a kt qu vo bng 16.3. LTQTNL_1 85 Bộ môn: Vật liệu học, xử lý NHiệt bề mặt Bng 16.3. cng ca mu thộp CD100 sau tụi. CD100 Môi trờng làm ngui, vng(0C/s) ( 30 ) Không khí Dầu ( 150 ) Nớc ( 600 ) Dung dịch (1200) - Nhúm kho sỏt nh hng ca nhit ram n cng ca mu thộp CD100 (hoc CD80, CD90). S dng cỏc mu ó tụi ca nhúm tin hnh ram cỏc nhit khỏc nhau: 200, 400, 600 0C. Thi gian nung v gi nhit l 40 phỳt cho mu ram 6000C, mu 4000C l 50 phỳt, mu 2000C l 60 phỳt. Sau ú o cng cho cỏc mu ó ram. Kt qu a vo bng 16.4. Bng 16.4. cng ca mu thộp CD100 sau ram. Nhiệt độ ram (0C) 200 400 600 Thời gian ram (phút) Độ cứng HRC 4. Bỏo cỏo thớ nghim 4.1. Sinh viờn vit túm tt (5-7 dũng) cỏc bc thớ nghim (ca nhúm mỡnh). . . . . . 4.2. Sinh viờn t xỏc nh nhit tụi cho thộp bng lý thuyt, cn c vo cụng thc (*) phn v gin trng thỏi Fe-C (gi nh cỏc ng GS, GP, . trờn gin l ng thng). . . . . . LTQTNL_1 86 Bộ môn: Vật liệu học, xử lý NHiệt bề mặt 4.3. V th phn ỏnh quy lut thay i cng ph thuc nhit nung tụi ca thộp C45 v so sỏnh vi nhit nung tụi xỏc nh bng lý thuyt. Phõn tớch kt qu v a kt lun. . . . . . . . 4.4. V th v phõn tớch nh hng ca mụi trng lm ngui n cng ca mu thộp tụi. . . . . . 4.5. V th v phõn tớch nh hng ca nhit ram n cng ca thộp. . . . . . . LTQTNL_1 87 Bộ môn: Vật liệu học, xử lý NHiệt bề mặt bi thí nghiệm số 17 NGHIÊN CứU Tổ CHứC CủA THéP SAU NHIệT LUYệN 1. Mục đích yêu cầu - Nm c iu kin to thnh t chc sau nhit luyn nh matenxit, bainit, trustit v xoocbit. - Bc u lm quen vi t chc sau nhit luyn v bit cách phân bit chúng. - Lm quen vi nhng t chc qua nhit luyn. 2. Cơ sở lý thuyết Trong bi thí nghim v nghiên cu t chc ca gang v thép trng thái cân bng tc l t chc tng ng vi gin pha trng thái Fe-C Nhng không th da vo gin trng thái xác nh t chc không cân bng. Vì th bi thí nghim ny nghiên cu t chc nhn c sau nhit luyn (t chc không cân bng). 2.1. Các thành phần tổ chức sau nhiệt luyện a) Austenit d Sau t chc ca thép bao gi cng có mt lng austenit d nht nh. S lng austenit d ph thuc vo thnh phn cácbon thép v iu kin nhit luyn. Lng cácbon thép cng cao lng austenit d t chc sau cng nhiu. V bn cht austenit d cng ging nh austenit tc l dung dch rn xen k ca cacbon Fe. Quan sát kính hin vi thy nhng ht mu sáng có cha nhiu song tinh. b) Mactenxit L dung dch c bão ho ca cacbon Fe. phải phân biệt mactenxit v mactenxit ram. Mactenxit l t chc nhận đợc sau có mạng phng c c trng bng phơng (c/a). Độ phơng ph thuộc vào lng cacbon ho tan mactenxit, lợng cacbon cng cao, phơng (c/a) cng lớn chứng tỏ bị xô lệch. Khi quan sát kính hin vi có dng hình kim. (hình 17.1) LTQTNL_2 88 [...]... này cũng phải vẽ vào những vòng quy định VLHII_2 29 Bộ môn: Vật liệu học, xử lý NHiệt và bề mặt 4 Báo cáo thí nghiệm 1 2 Tóm tắt phần lý thuyết của bài thí nghiệm (phần này sinh viên phải chuẩn bị ở nhà) Các tổ chức nghiên cứu Nhận xét kết quả thí nghiệm (các tổ chức) VLHII_2 30 Bộ môn: Vật liệu học, xử lý NHiệt và bề mặt Bi thí nghiệm số 15 Biến dạng dẻo, kết tinh lại 1 Mục đích và yêu cầu - Xác định... gang trắng cùng tinh và gang trắng sau cùng tinh; gang xám ferit, gang xám ferit-peclit, gang xám peclit, mẫu gang dẻo và gang cầu cha tẩm thực VLHII_1 22 Bộ môn: Vật liệu học, xử lý NHiệt và bề mặt 4 Nội dung báo cáo Các tổ chức của gang vẽ ngay vào báo cáo ở phòng thí nghiệm Kết quả thí nghiệm đánh giá ngay sau buổi thí nghiệm VLHII_1 23 Bộ môn: Vật liệu học, xử lý NHiệt và bề mặt Bi THí nghiệm số... trình thải bền Kích thớc hạt phụ thuộc vào mức độ biến dạng, nhiệt độ nung và thời gian giữ nhiệt CP_2 78 Bộ môn: Vật liệu học, xử lý NHiệt và bề mặt Nhiệt độ kết tinh lại Tktl là nhiệt độ nhỏ nhất tại đó xảy ra quá trình kết tinh lại, đợc xác định theo công thức: Tktl = a Tnc (15.1) trong đó: Tklt [K] - nhiệt độ kết tinh lại; Tnc [K] - nhiệt độ nóng chảy Hệ số a trong công thức (15.1) phụ thuộc vào độ... trong thép cacbon có hàm lợng cacbon lần lợt là 0,2; 0,4; 0,6 và 0,8% TT VLHI_3 Hàm lợng cacbon (%) Diện tích Peclit (phần sẫm -%) 18 Bộ môn: Vật liệu học & NHiệt luyện 4.3 Vẽ tổ chức tế vi tơng ứng vào các hình tròn sau VLHI_3 19 Bộ môn: Vật liệu học, xử lý NHiệt và bề mặt Bi thí nghiệm số 4 Nghiên cứu tổ chức tế vi của gang 1 Mục đích và yêu cầu - Phân biệt tổ chức của các loại gang trắng, gang xám,... CP_2 82 Bộ môn: Vật liệu học, xử lý NHiệt và bề mặt bi thí nghiệm số 16 Tôi và ram thép 1 Mục đích và yêu cầu - Nắm đợc quy luật ảnh hởng của các thông số công nghệ trong quá trình tôi và ram thép nh: nhiệt độ nung, thời gian giữ nhiệt, tốc độ nguội đến cơ tính của thép - Căn cứ vào yêu cầu về cơ tính của thép, sinh viên có thể chọn đợc thông số công nghệ phù hợp 2 Cơ sở lý thuyết Thép cung... với xemantit Do đó nhiệt độ tôi của thép hợp kim thấp chọn cao hơn so với LTQTNL_1 83 Bộ môn: Vật liệu học, xử lý NHiệt và bề mặt thép cacbon khoảng (10-20) 0C Nhiệt độ tôi cho thép hợp kim trung bình và cao chọn theo các sách tra cứu về nhiệt luyện Thời gian giữ nhiệt cần đảm bảo đủ để chuyển biến tổ chức xảy ra hoàn toàn Tuy nhiên, nếu giữ nhiệt lâu quá hạt austenit có thể lớn và làm xấu cơ tính... trạng thái Cu-Sn VLHII_2 25 Bộ môn: Vật liệu học, xử lý NHiệt và bề mặt dịch đặc , nhng ở trạng thái đúc bên cạnh dung dịch đặc còn có những vùng cùng tinh cứng và giòn (-) Do có vùng cùng tinh cứng và giòn nằm trên nền tơng đối mềm nên có thể dùng làm hợp kim ổ trục mà không cần nhiệt luyện Trong đồng thanh thiếc cũng có thể đa vào một số nguyên tố khác nữa nh chì, kẽm và phốt pho Đồng thanh nhôm:... peclit và peclit Dựa vào nền kim loại ngời ta chia ra: a) Gang xám ferit: Tổ chức nền kim loại gồm ferit và graphit dạng tấm (hình 4.3) Hình 4.3 Tổ chức gang xám ferit Hình 4.4 Tổ chức gang xám ferit-peclit b) Gang xám ferit+peclit: Tổ chức gồm nền ferit + peclit và graphit dạng tấm (hình 4.4), Hình 4.5 Tổ chức gang xám peclit VLHII_1 Hình 4.6 Tổ chức gang dẻo 21 Bộ môn: Vật liệu học, xử lý NHiệt và bề mặt. .. dẻo cao, độ bền tơng đối thấp Mặc dầu nhôm có hoạt tính hoá học lớn nhng có khả năng chống ăn mòn tơng đối cao vì trên bề mặt tạo thành lớp ôxyt Al2O3 có tổ chức sít chặt Do cơ tính thấp nên trong công nghiệp chủ yếu dùng hợp kim nhôm chứ không phải nhôm nguyên chất Tất VLHII_2 26 Bộ môn: Vật liệu học, xử lý NHiệt và bề mặt cả các hợp kim nhôm chia thành hai nhóm chính: hợp kim nhôm đúc và hợp kim nhôm... đợc kéo với mức CP_2 79 Bộ môn: Vật liệu học, xử lý NHiệt và bề mặt độ biến dạng khác nhau Ví dụ muốn kéo với mức độ biến dạng 9%, mẫu phải kéo dài thêm một đoạn L = 50 x 0,09 = 4,5 [mm] - Lắp mẫu vào máy kéo tay, dùng tay quay từ từ và kéo liên tục cho đến khi đạt đợc kích thớc cần thiết là L + L = 54,5 mm Dùng thớc cặp để theo dõi quá trình kéo - Các mẫu kéo xong đợc ủ ở nhiệt độ T [0C] trong thời . đại thị kính L T và độ phóng đại vật kính L V : Bộ môn: Vật liệu học, xử lý NHiệt và bề mặt VLHI_1 4 L K = L T x L V (1.1) Nh vậy là chúng ta chỉ cần chọn hệ vật kính và thị kính thích. Bộ môn: Vật liệu học, xử lý NHiệt và bề mặt VLHI_1 2 bi thí nghiệm số 1 chuẩn bị mẫu tế vi và xác định cấp hạt 1. Mục đích và yêu cầu - Biết và thực hành các giai. nghiệm và thứ tự công việc (trong 5-10 dòng). Bộ môn: Vật liệu học, xử lý NHiệt và bề mặt VLHI_1 6 3.2. Vẽ tổ chức tế vi vào hình tròn (Hình 1.3). Ghi các pha và độ