63 thí nghiệm vật liệu kỹ thuật quang anh, 26 trang

ThÝ nghiƯm VËt liƯukü tht Bé m«n C«ng NghƯ VËt liệu, Khoa Cơ Khí nghiên cứu trình kết tinh dạng nhánh I Mục đích yêu cầu: - Sinh viên phải hiểu đợc trình kết tinh từ lỏng sang rắn, trình tạo mầm phát triển mầm - Sự phát triển tinh thể hình nhánh II Vật t thiết bị hoá chất: Quá trình kết tinh hầu hết kim loại hợp kim xảy nhiệt độ cao thời gian ngắn Do vậy, quan sát trực tiếp trình kết tinh dạng nhánh chúng Trong thí nghiệm này, dùng hoá chất có trình kết tinh dạng nhánh nhiệt độ thờng để nghiên cứu Đó dung dịch bÃo hoà NH4Cl, CuSO4 Pb(NO3)2 Thiết bÞ vËt t− th−êng dïng gåm cã: - KÝnh hiĨn vi sinh vật: Loại cho ánh sáng xuyên qua mẫu quan sát - Dung dịch nghiên cứu: NH4Cl bÃo hoà nớc, loại dung dịch cho dạng nhánh rõ đẹp - Tấm kính nhỏ (lam kính, lamel): Để chứa giọt dung dịch nghiên cứu - Bếp điện: Để sấy cho dung dịch mau khô - Đũa thuỷ tinh: Lấy dung dịch dàn mỏng lên kính nhỏ - Khăn lau: Để lau kính sau lần quan sát xong III Trình tự thí nghiệm: Điều chỉnh tiêu cự kính hiển vi: Theo hớng dẫn cán thí nghiệm Đa mẫu vào bàn vật hạ vật kính xuống từ từ nhìn thật rõ mẫu Chú ý không đợc để vật kính chạm vào giọt dung dịch bị hỏng Dùng khăn lau kính nhỏ Lấy giọt dung dịch nhỏ vào kính dàn mỏng cho mau khô Hơ kính lên bếp điện rìa mép giọt dung dịch mờ đục nhanh chóng đặt vào kính hiển vi để quan sát trình tạo thành nhánh Vẽ lại nhánh đà quan sát IV Phần thực hành phòng thí nghiệm: - Mỗi sinh viên nhận kính nhỏ Mỗi nhóm sử dụng kính hiển vi - Thực trình tạo thành nhánh nh đà hớng dẫn - Quan sát kính hiển vi trình kết tinh nhánh Mỗi sinh viên thực lần - Làm báo cáo thí nghiệm theo nội dung sau: + Mục đích yêu cầu tóm tắt phần lý thuyết cần dùng cho thí nghiệm + Vẽ trình tạo thành nhánh vẽ số nhánh điển hình + Giải thích tất tợng quan sát đợc kiến thức đà học Trờng đại học Bách khoa Đà Nẵng Thí nghiệm VËt liƯukü tht Bé m«n C«ng NghƯ VËt liƯu, Khoa Cơ Khí Làm mẫu để nghiên cứu tổ chức tế vi I Mục đích yêu cầu: Sau thực hành thí nghiệm sinh viên cần nắm đợc vấn đề sau đây: - Biết cách làm mẫu ®Ĩ nghiªn cøu tỉ chøc tÕ vi b»ng kÝnh hiĨn vi kim loại học Nắm đợc bớc thực hành: Chọn mẫu, cắt mài mẫu (trên đá mài giấy nhám cỡ), đánh bóng, tẩm thực, rửa sấy mẫu - Hiểu rõ tầm quan trọng trình làm mẫu ảnh hởng đến kết nghiên cứu - Nắm đợc thiết bị, vật t hoá chất dùng cho việc làm mẫu nh tác dụng chúng II Vật t, thiết bị hoá chất dùng cho thí nghiệm: - Mẫu thép cần nghiên cứu - Một giấy nhám để mài - Tấm kính phẳng để kê giấy nhám - Máy mài bóng kim loại (có mài bột mài) hay máy đánh bóng điện phân - Dung dịch tẩm thùc (víi thÐp, gang dïng 4-5 % HNO3 cån) - Bông thấm nớc, giấy thấm - Đèn sấy hay máy sấy mẫu - Kính hiển vi kim loại học III Trình tự thí nghiệm: Chọn mẫu: Đây khâu quan trọng mẫu đợc chọn phải điển hình cho loại vật liệu cần nghiên cứu Khi cắt mẫu cần làm nguội thật tốt để tránh thay ®ỉi tỉ chøc KÝch th−íc th«ng dơng nhÊt cđa mÉu là: 12 ì 10 mm hay 12 ì 12 ì 10 mm, với trờng hợp cụ thể mẫu sÏ cã kÝch th−íc theo thùc tÕ Víi mÉu cã kích thớc nhỏ bé phải dùng gá kẹp hay đổ khuôn (nhựa, hợp kim chì thiếc v v.) để dễ cầm mài Tại phòng thí nghiệm việc chọn mẫu cán thí nghiệm thực Mài thô: Quá trình tiến hành giấy nhám từ cỡ hạt thô mịn Với tiêu chuẩn Việt nam, giấy nhám từ thô đến mịn có c¸c sè thø tù nh− sau: 3, 2, 1, 00 Giấy nhám đợc đặt lên kính phẳng để tạo mặt phẳng mài Khi mài mẫu phải ăn giấy nhám, bề mặt mẫu phải song song với giấy nhám Trong trình mài cho phÐp mÉu tiÕp xóc víi giÊy nh¸m theo mét chiều định để tránh bị vẹt mẫu ấn mẫu nhẹ tay để tránh vết xớc sâu khó tẩy lợt mài sau Nếu mặt mẫu đà phẳng, vết xớc song song tơng đối chuyển sang mài giấy nhám mịn Khi chuyển sang giấy nhấm xoay mẫu 900 vết xớc vuông góc với vết xớc cũ Tiếp tục mài hết vết xớc cũ mặt mẫu phẳng, Trờng đại học Bách khoa Đà Nẵng Thí nghiệm VËt liƯukü tht Bé m«n C«ng NghƯ VËt liƯu, Khoa Cơ Khí vết xớc mịn hơn, song song theo hớng chuyển qua tờ giấy nhám Quá trình tiếp tục nh tờ giấy nhám cuối Mài thô đạt yêu cầu khi: Các vết xớc mẫu phải mịn, đặn song song nhau, mặt mẫu thật phẳng vuông góc với trục mẫu (trờng hợp mẫu hình trụ) Lúc ta chun qua mµi bãng, tr−íc mµi bãng dïng rửa mẫu nớc Đánh bóng: Trong thực tế dùng nhiều phơng pháp đánh bóng khác nhau: Đánh bóng học, đánh bóng hoá học đánh bóng điện phân Thờng sử dụng đánh bóng học đánh bóng điện phân a Đánh bóng học: Đợc tiến hành máy đánh bóng Máy đánh bóng gồm có đĩa mài đợc bọc lớp hay vải mịn đợc quay động điện Để tăng cờng trình đánh bóng, miếng đợc tẩm ớt dung dịch mài (dung dịch Al2O3 hay Cr2O3) Thờng dùng Al2O3 có màu trắng, Nếu đánh bóng cấu tự động giữ mẫu phải mài tay Cầm mẫu ấn nhẹ lên đĩa mài cho vết xớc mẫu hớng tâm đĩa Thờng xuyên cho dung dịch mài vào lớp để mài nhanh mẫu không bị nóng lên Quá trình đánh bóng tiến hành không vết xớc mặt mẫu Không nên mài bóng lâu làm bong thành phần tổ chức nh: graphít, cacbít, tạp chất phi kim loại v.v Đánh bóng đạt yêu cầu khi: mặt mẫu sáng nh gơng không vết xớc Rửa mẫu nớc cồn, sấy khô để chuẩn bị tẩm thực b Đánh bóng điện phân: Phơng pháp đánh bóng điện phân đợc sử dụng rộng rÃi Nó có u điểm đánh bóng học là: Thời gian ngắn không làm thay đổi tổ chức bề mặt mẫu Sơ đồ đánh bóng điện phân nh sau: + - Hình 1: Mẫu đánh bóng Điện cực âm Dung dịch điện phân Mẫu đánh bóng đợc nối với cực dơng nguồn điện chiều nhúng dung dịch điện phân Cực âm kẽm hay niken nằm cách mẫu khoảng định Với mật độ dòng điện đủ lớn kim loại hợp kim định, phần nhấp nhô mẫu bị hoà tan, bề mặt mẫu phẳng bóng Một số chế độ đánh bóng điện phân thông dụng tra bảng cuối Sau đánh bóng điện phân phải dùng thấm nớc rửa mẫu nớc cồn, sấy khô để tẩm thực Tẩm thực: Trờng đại học Bách khoa Đà Nẵng Thí nghiệm Vật liệukỹ thuật Bộ môn Công Nghệ Vật liệu, Khoa Cơ Khí Sau đánh bóng đa mẫu lên kính hiển vi kim loại học quan sát ta thấy sáng mặt mẫu phẳng phản xạ ánh sáng nh Trờng hợp dùng để nghiên cứu tạp chất phi kim loại, graphít chì kim loại hay vài loại pha khác Muốn nghiên cứu kim loại (tổ chức tế vi) phải tẩm thực mẫu Tẩm thực trình ăn mòn bề mặt mẫu dung dịch hoá học thích hợp gọi dung dịch tẩm thực Có thể nhúng bề mặt mẫu vào dung dịch tẩm thực hay dùng đũa thuỷ tinh quấn lấy dung dịch bôi lên bề mặt mẫu Thời gian tẩm thực phụ thuộc tổ chức trạng thái mẫu nghiên cứu Với thép gang trạng thái cân thời gian tẩm thực từ 10-15 giây Thông thờng thời gian tẩm thực xác định theo kinh nghiệm, thấy bề mặt mẫu từ sáng bóng chuyển sang mờ đục đợc Khi tẩm thực pha hợp kim bị ăn mòn với tốc độ khác nhau, nên tạo thành nhấp nhô nhỏ bề mặt mẫu Vì đa lên kính hiển vi phản xạ ánh sáng khác bề mặt mẫu ta thấy đợc tổ chức cần nghiên cứu Khi tẩm thực xảy hai trờng hợp: - Tẩm thực non: Mặt mÉu ch−a hiƯn râ c¸c tỉ chøc thêi gian tẩm thực ngắn Cần đánh bóng tẩm thực lại với thời gian đủ - Tẩm thực già: Bề mặt mẫu đen xạm, không thấy rõ tổ chức, thời gian tẩm thực dài Cần đánh bóng tẩm thực lại với thời gian vừa đủ Sau tẩm thực xong rửa mẫu nớc cồn Sau sấy khô đèn sấy hay máy sấy Các dung dịch tẩm thực cho bảng cuối IV Phần thực hành phòng thí nghiệm: - Mỗi sinh viên đợc nhận mẫu thép trạng thái cân (thờng thép trớc tích), giấy nhám với cỡ hạt khác nhau, kính phẳng - Thực hành trình: Mài thô, đánh bóng, tẩm thực, quan sát kính hiển vi, vẽ lại tổ chức quan sát - Đánh giá kết phòng thí nghiệm cách: Kiểm tra mÉu cđa sinh viªn trªn kÝnh hiĨn vi MÉu đạt yêu cầu vết xớc (hoặc vết xớc ít), tổ chức sáng rõ ràng - Mẫu không đạt yêu cầu phải đánh bóng tẩm thực lại đạt yêu cầu nói Các dung dịch tẩm thực thông dụng: Thành phần dung dÞch * 4% axit HNO3 cån * 4% axit picric cån * Dung dÞch picrat natri * 20cm3 HCl đậm đặc + 5g CuSO4 + 20cm3 H2O * Dung dịch phần HCl phần HNO3 * Dung dÞch 0,5% HF n−íc * 1% HF + 2,5% HNO3 + 1,5% HCl + 95% H2O * 3% FeCl3 dung dÞch 10% HCl * 2-4% HNO3 cồn Công dụng Gang, thép cacbon Nh Phân biệt ferit với xêmentit Thép bền nóng Ghi Tất ®Ịu sư dơng sau pha 24 giê ThÐp kh«ng rỉ Hợp kim nhôm Hợp kim nhôm Hợp kim đồng Babít hợp kim magiê Trờng đại học Bách khoa Đà Nẵng Thí nghiệm Vật liệukỹ thuật Bộ môn Công Nghệ Vật liệu, Khoa Cơ Khí Một số chế độ đánh bóng điện phân thông dụng: Chế độ điện phân Số Kim loại Tất kim loại đen Đồng Brông pha () Brông hai pha (α + β) Nh«m 10% Al Br«ng thiÕc 10% Sn Thiếc Nhôm Mật độ Điện áp dòng [V] điện [A/dm2] 30 - 40 1,1 - 1,8 75 - 95 - 12 2,5 - 1,75-2,3 - 6,5 2,5 - 1,1 - 1,8 1,1 - 1,8 1,2 - 1,8 1,3 - 1,9 15 - 18 15 - 18 15 - 18 15 - 18 10 - 20 10 - 20 10 - 15 10 - 18 H3PO4 (1,48) H3PO4 (1,55) 1,4 - 1,6 1,3 - 1,7 15 - 18 15 - 18 10 10 H3PO4 (1,55) 4,5 1,6 15 - 18 H3PO4 (1,55) 4,5 1,6 15 - 18 25 - 40 20 - 30 10 - 100 45 - 50 15 Thành phần dung dịch điện phân 800cm3 axit octophotphoric (1,54) 100cm3 H2SO4 (1,84) 100g anhydric cr«m 100cm3 H2O H3PO4 (1,48) H3PO4 (1,55) H3PO4 (1,48) H3PO4 (1,55) - 15 805cm3 CH3COOH 98% + 194cm3 HClO4 (1,51) 785mm3 Cu2CO3 + 3-5 215cm3 HClO4 (1,48) NhiƯt ®é [°C] Thêi gian [phút] Trờng đại học Bách khoa Đà Nẵng Thí nghiƯm VËt liƯukü tht Bé m«n C«ng NghƯ VËt liƯu, Khoa Cơ Khí Kính hiển vi kim loại học I Mục đích yêu cầu: - Sinh viên phải nắm đợc nguyên lý làm việc, cấu tạo kính hiển vi kim loại học phân biệt đợc với kính hiển vi sinh vật - Có thể xử dụng đợc kính hiển vi để quan sát chụp ảnh tổ chức kim loại hợp kim - Nắm đợc phơng pháp lau chùi bảo qủan kính hiển vi II Lý thut vỊ kÝnh hiĨn vi: KÝnh hiĨn vi lµ công cụ chủ yếu để nghiên cứu kim loại hợp kim Do vậy, việc hiểu rõ nguyên lý làm việc sử dụng kính hiển vi yêu cầu cần thiết nhà vật liệu học Kính hiển vi phân chia thành hai nhóm lớn: Kính hiển vi sinh vật (làm việc với ánh sáng xuyên thấu qua mẫu) kính hiển vi kim loại học hay kính hiển vi khoáng vật (làm việc với ánh sáng phản chiếu bề mặt mẫu) Độ phóng đại: Độ phóng đại kính hiển vi tích số độ phóng đại vật kính thị kính Nếu ký hiệu Lk độ phóng đại kính hiển vi, Lv độ phóng đại vật kính Lt độ phóng đại thị kính, ta cã: Lk = Lv Lt Trong kÝnh hiÓn vi MIM - vµ MIM - 8M cđa Nga vật kính không ghi độ phóng đại mà ghi tiêu cự (F) số (A) Muốn chọn độ phóng dại ta phải tra bảng Còn lại đa số kính hiển vi ghi độ phóng đại vật kính thị kính Tuy nhiên, ta tính độ phóng đại vật kính theo số Theo kinh nghiệm, giới hạn dới độ phóng đại 500A giới hạn 1000A Ví dụ với vật kính có A = 0,30 khả quan sát tốt độ phóng đại từ 150 lần đến 300 lần Trên sở chọn thị kính cho phù hợp với độ phóng đại Khả phân ly số: Khả phân ly kính hiển vi khả phân biệt rõ hai ảnh hai điểm gần mẫu quan sát Đây đặc tính quan trọng vật kính Miệng vật kính đáy chùm tia sáng hình nón có đỉnh xuất phát từ điểm bề mặt mẫu quan sát Nếu vật kính nhận đợc chùm tia sáng hình nón réng (nghÜa lµ vËt kÝnh cã khÈu sè lín) tøc khả phân ly lớn Xác định khả phân ly theo công thức: d= = n.sin A d: Khoảng cách ngắn hai điểm mà ảnh phân biệt đợc kính hiển vi : Chiều dài bớc sóng Lăng kính n: Hệ số khúc xạ (chiết st) α : Nưa gãc më cđa chïm ¸nh s¸ng h×nh nãn tr−íc cđa vËt A: KhÈu sè cđa vËt kính Mẫu Trờng đại học Bách khoa Đà Nẵng ThÝ nghiƯm VËt liƯukü tht Bé m«n C«ng NghƯ Vật liệu, Khoa Cơ Khí Nếu dùng ánh sáng chiếu xiên mặt mẫu, tăng khả phân ly lên hai lần (tức d giảm hai lần) d = /2A Từ công thức ta thấy: - Bớc sóng ngắn khả phân ly lớn (d nhỏ) - Hệ số khúc xạ lớn, khả phân ly lớn (trong thực tế sử dụng vật kính dầu để làm tăng hệ số khúc xạ) - Góc mở lớn khả phân ly lớn Trong thực tÕ gãc më 2α < 140° nªn αmax = 70° sin = 0,94 Vậy Amax với vật kính khô lµ n sinα = 1.0,94 = 0,94 Víi vËt kÝnh dầu là: 1,51 0,94 = 1,42 Một số khut tËt cđa thÊu kÝnh kÝnh hiĨn vi: §Ĩ tăng cờng khả phân ly kính hiển vi, việc tính toán xác, cần phải loại trừ c¸c khut tËt cđa thÊu kÝnh quang häc C¸c khut tật thấu kính cầu sai sắc sai a Cầu sai: Là tợng khúc xạ khác chùm ánh sáng di qua thấu kính rìa thấu kính Hiện tợng cầu sai làm cho ảnh quan sát không đợc nét Các biện pháp khắc phục: Dùng chắn chùm tia sáng qua thấu kính Nhng chắn làm giảm độ sáng ảnh quan sát Dùng vật kính phức tạp gồm thấu kính hội tụ phân kỳ ghép vào Hiện tợng cầu sai chúng ngợc nên triệt tiêu b Sắc sai: ảnh ánh sáng xanh ảnh ánh sáng đỏ ảnh ánh sáng tím ảnh tia trung tâm Tia cạnh ảnh tia cạnh Là tợng khúc xạ khác ánh s¸ng cã b−íc sãng kh¸c nhau, ¸nh s¸ng tÝm khóc xạ mạnh nhất, ánh sáng đỏ khúc xạ yếu Do tợng sắc sai nên ảnh điểm mà vòng Khắc phục tợng cách phối hợp thấu kính Tuy nhiên khuyết tật tất loại thấu kính đợc khắc phục hoàn toàn dùng vật kính apocromat với thị kính bù trừ Những tia trung tâm ánh sáng trắng Hiện tợng cầu sai Hiện tợng sắc sai Trờng đại học Bách khoa Đà Nẵng Thí nghiƯm VËt liƯukü tht Bé m«n C«ng NghƯ VËt liƯu, Khoa Cơ Khí III Cấu tạo kính hiển vi: Các loại kính hiển vi quang học nói chung có bốn phận sau đây: * Hệ thống vật kính thị kính * Hệ thống chiếu sáng * Hệ thống khí * Bộ phận chụp ảnh Hệ thống vật kính thị kính: a Vật kính: Các đặc tính quan trọng kính hiển vi độ phóng đại chất lợng ảnh quan sát Hai đặc tính phụ thuộc vào số khả khắc phục khuyết tật quang học vật kính Vật kính đợc phân chia theo hai cách sau: * Theo khả phân ly độ phóng đại vËt kÝnh Chóng gåm ba lo¹i: + VËt kÝnh cã khÈu sè nhá: A > 0,3 Tiªu cù cđa nã: 2-4mm + VËt kÝnh cã khÈu sè trung b×nh: 0,3 < A < 0,8 Tiªu cù cđa nã: 9-18mm + VËt kÝnh cã khÈu sè lín: A > 0,95 Tiªu cù cđa nã: 60 - 95mm VËt kÝnh dÇu cã khÈu sè A > 0,95 Trªn vËt kÝnh th−êng ghi tiêu cự F số A độ phóng đại số A * Theo chất lợng khắc phục quang sai chất lợng ảnh: Hiện vật kính sản xuất đà loại bỏ tợng cầu sai nên chúng khác mức độ sắc sai Theo khả chia làm hai loại: + Vật kính acromat: Khắc phục đuợc tợng cầu sai với ánh sáng vàng sáng loại ánh sáng thông dụng quan sát Còn sắc sai với hai vùng vàng sáng đỏ Vật kính acromat nên dùng với ánh sáng vàng sáng để tăng chất lợng quan s¸t c¸c chi tiÕt nhá cđa tỉ chøc Víi ánh sáng phân cực nên dùng loại vật kính + Vật kính apocromat: Loại có chất lợng cao hơn, đà khắc phục đợc sắc sai với vùng trông thấy phổ ánh sáng (ánh sáng xanh, đỏ, tím đến khúc xạ điểm) Với ánh sáng xanh cây, xanh lơ tím thờng dùng chụp ảnh đà khắc phục tợng cầu sai Vật kính acromat dùng quan sát tốt nhất, nhng chụp ảnh dùng vật kính apocromat Vật kính cho ảnh nét rõ quan sát tổ chức có màu sắc (ví dụ kim tơng màu) Ngày với loại vật kính không cần phải thay đổi màu sắc chụp ảnh quan sát mà dùng ánh sáng đèn bình thờng b Thị kính: Cũng đợc đặc trng độ phóng đại mức độ khắc phục quang sai Độ phóng đại ghi vỏ thị kính Độ phóng đại thị kính từ đến 20 lần tiêu cự từ 80 120mm Theo mức độ khắc phục quang sai chia làm ba loại: + Thị kính đơn giản (ThÞ kÝnh Hunghens) + ThÞ kÝnh bỉ chØnh (Ký hiƯu thêm chữ K vỏ) + Thị kính chụp ảnh (Goman) Thị kính đơn giản có độ phóng đại 4, 7, 10 15 lần Thờng dùng với vật kính acromat để quan sát Thị kính bổ chỉnh có độ phóng đại 3, 5, 15 20 lần, thờng dùng Trờng đại học Bách khoa Đà Nẵng Thí nghiệm VËt liƯukü tht Bé m«n C«ng NghƯ VËt liƯu, Khoa C¬ KhÝ víi vËt kÝnh apocromat Nã cịng cã thĨ dùng với vật kính acromat độ phóng đại trung bình lớn Hệ thống chiếu sáng: Trong kính hiển vi kim loại học dùng hai phơng pháp: Chiếu sáng nhờ kính phẳng chiếu sáng thấu kính để quan sát mẫu a Chiếu sáng nhờ kính phẳng: Tấm kính phẳng đặt nghiêng với mặt mẫu quan s¸t mét gãc 45° Chïm tia s¸ng S räi vào kính phẳng 1, phần xuyên qua nó, phần phản xạ qua vật kính đến mặt mẫu quan sát Sau ánh sáng phản xạ từ mặt mẫu lại qua lăng kính tới thị kính Trong phơng pháp toàn khoảng mở vật kính tận dụng đợc, nhng toàn ánh sáng đợc dùng để chiếu sáng nên ảnh hởng đến cờng độ chiếu sáng mặt mẫu Phơng pháp chiếu sáng thờng dùng quan s¸t tỉ chøc 3 2 S S S 4 Sơ đồ chiếu sáng nhờ kính phẳng Sơ đồ chiếu sáng thấu kính b Chiếu sáng thấu kính: Trờng hợp dùng nửa khoảng mở vật kính để chiếu sáng, nửa dùng để tạo ảnh Với phơng pháp ảnh có bóng nên dùng để phát nhấp nhô bề mặt mẫu Mỗi phơng pháp chiếu sáng có u nhợc điểm định Vì vậy, kính hiển vi kim loại học đà dùng hai phơng pháp chiếu sáng gắn liền vỏ Tùy trờng hợp cụ thể sử dụng cho hợp lý Ngoài ra, dùng phơng pháp chiếu sáng tụ quang kim loại parabol quan sát nhÃn tròng tối Nguồn sáng kính hiển vi kim loại học thờng dùng loại bóng đèn công suất cao, có cấu trúc dây tóc đặc biệt Trong số trờng hợp dùng đèn thủy ngân hay sáng hồ quang Trong hệ thống chiếu sáng số lọai kính hiển vi lắp thêm phận lọc ánh sáng (nh MIM - 7, MIM - 8M cđa Nga) T¸c dơng cđa bé lọc ánh sáng để điều chỉnh kiểm tra cờng độ ánh sáng tạo điều kiện tốt cho kính hiển vi kim loại học làm việc phát thành phần tổ chức khác Thờng sử dụng hai loại lọc sáng: Trờng đại học Bách khoa Đà Nẵng Thí nghiệm Vật liệukỹ thuật Bộ môn Công Nghệ Vật liệu, Khoa Cơ Khí + Lọc sáng trung tính: Không làm thay đổi đặc tính ánh sáng mà làm giảm cờng độ hay thay đổi phân bố cờng độ ánh sáng + Lọc sáng màu: Có tính chất chọn hay hấp thụ ánh sáng có bớc sóng xác định Các vật kính apocromat không dùng lọc sáng mà tạo ảnh tốt Tuy điều kiện cho phép nên dùng lọc màu để thay đổi độ tơng phản quan sát chụp ảnh Hệ thống khí: Hệ thống gồm kết cấu kim loại hay nhựa lắp ghép kính hiển vi kim loại häc Nã gåm mÊy bé phËn chÝnh: §Õ kÝnh hiĨn vi, bàn mẫu cấu điều chỉnh a Đế kính hiển vi: Thông thờng đế kính hiển vi có hay điểm tựa kính đứng vững không bị rung quan sát chụp ảnh Một số loại kính có đế mà điểm tựa mặt phẳng (MIM-7, DRU-3 Olympus) b Bàn mẫu: Bàn mẫu nơi đặt vật quan sát Thông thờng bàn mẫu nằm phía kính hiển vi mẫu có kích thớc hình dáng Trên bàn mẫu có cấu di chuyển mẫu theo hai phơng vuông góc để quan sát toàn tiết diện mẫu Bàn mẫu có mặt bích với lỗ trống đờng kính khác để thay đổi diện tích mẫu đợc chiếu sáng Trên bàn mẫu có kẹp để giữ mẫu quan sát c Cơ cấu điều chỉnh: Gồm hai cấu chính: Điều chỉnh thô đại ®iỊu chØnh tinh (vi chØnh) + Nóm ®iỊu chØnh th«: Dùng để đa bàn mẫu lên xuống nhanh chóng Sau điều chỉnh thô phải khóa kính lại điều chỉnh tinh Với loại kính hiển vi có cấu tự hÃm khóa + Núm điều chỉnh tinh: Khi không cần thiết điều chỉnh nhiều ta dùng điều chỉnh tinh Cần ý núm điều chỉnh tinh không đợc vặn nhiều vòng Nếu cần điều chỉnh nhiều phải dùng núm chỉnh thô sau điều chỉnh tinh Ngoài ra, có cấu điều chỉnh đèn, hệ thống chiếu sáng, vật kính chụp ảnh v.v để giúp cho hoạt động kính hiển vi đợc tốt Bộ phận chụp ¶nh: Víi kÝnh hiĨn vi MIM-7, MIM-8M, Olympus, bé phËn gắn liền kính Chỉ cần lắp thêm hộp đựng phim chụp ảnh đợc Một số loại kính khác cần chụp ảnh phải lắp máy ảnh trực tiếp ống lắp thị kính quan sát Thị kính chụp ảnh lăng kính cần thiết đợc lắp kính hiển vi Dói giới thiệu sơ đồ quang học, cấu tạo hình dáng kính hiển vi kim loại học MIM-7 Các loại kính hiển vi khác: MIM-8M, DRU-3, D-4750 Olympus nguyên tắc chung tơng tự Trờng đại học Bách khoa Đà Nẵng 10 Thí nghiệm Vật liệukỹ thuật Bộ môn Công Nghệ Vật liệu, Khoa Cơ Khí IV Bảo quản lau chùi kính hiển vi: Bảo quản: Kính hiển vi dụng cụ quang học phức tạp, nên phải để phòng sạch, bụi, rung động có điều hòa nhiệt độ Điều kiện tốt để bảo quản kính nhiệt độ từ 20-25C, độ ẩm từ 70-75% Kính hiển vi phải để tủ thủy tinh, chụp thủy tinh hay đậy vải (thờng vải đen) để chống bụi Trong tủ đựng kính cần có chất hút ẩm Sau sử dụng, cần phải tháo rời thị kính vật kính ra, cho vào hộp riêng đậy kín lại để tránh bụi Vận hành kính nhẹ nhàng thận trọng Mỗi lần sử dụng xong phải lau chùi Trớc sử dụng kính cần rửa tay lau khô Lau chùi: a Phần khí: Dùng giẻ mềm để lau Nếu có vết bẩn khó lau, dùng giẻ thấm benzen hay ête để tẩy Sau chùi lại khăn khô Khi dầu mỡ mặt trợt bị khô rít cần dùng benzen hay ête lau dầu mỡ cũ, bôi lên lớp thật mỏng dầu mỡ (sử dụng loại chuyên dùng cho kính hiển vi) b Phần quang học: Tuyệt đối không đợc sờ vào mặt thấu kính Dụng cụ lau chùi (giẻ, chổi lông, bàn chải ) phải để riêng không đợc có bụi hay dầu mỡ Dùng bơm cao su thổi bụi phần quang học, không đợc thổi mồm Dùng nõn, mềm mịn để lau phận quang học Để tẩy mốc dùng que nhọn nhúng vào benzen hay ête lau Sau dùng khăn khô lau Việc tháo lắp thấu kính đợc tiến hành với chuyên gia ngành quang học V Phần thực hành phòng thí nghiệm: Sinh viên nghe giíi thiƯu cÊu t¹o cđa kÝnh hiĨn vi kim loại học kính hiển vi sinh vật Nghe giới thiệu thao tác quan sát, chụp ảnh yếu tố ảnh hởng đến chất lợng ảnh Thực hành sư dơng kÝnh hiĨn vi kim lo¹i häc MIM-7 (hay Olympus) kính hiển vi DRU-3 Hình dáng chung kính hiển vi MIM-7 Trờng đại học Bách khoa Đà Nẵng 12 Thí nghiệm Vật liệukỹ thuật Bộ môn Công Nghệ Vật liệu, Khoa Cơ Khí Xác định độ cứng kim loại hợp kim I Mục đích yêu cầu: - Hiểu rõ đợc nguyên lý phơng pháp đo độ cứng Brinen, Rôcven,Vicke, tế vi Knoop phơng pháp gần đúng: Poldi, Sor dũa mẫu - Biết cách sử dụng máy đo độ cứng Brinen, Rôcven dụng cụ đo gần II Các phơng pháp đo độ cứng: Khái niệm: Độ cứng khả chống lại biến dạng dẻo cục kim loại hợp kim dới tác dụng tải trọng Độ cứng đặc trng tính quan trọng vật liệu kim loại Xác định đợc độ cứng ta ta sơ đánh giá đợc độ bền độ dẻo vật liệu kim loại Các phơng pháp đo độ cứng có u điểm là: Tiến hành nhanh không phá huỷ chi tiết thử Do đợc sử dụng rộng rÃi phòng thí nghiệm sở sản xuất Phơng pháp đo độ cứng Brinen (HB): Nguyên lý: ấn vào bề mặt cần thử viên bi thép đà cứng, có đờng kính D với tải trọng P Sau cắt tải trọng, viên bi để lại bề mặt mẫu thử vết lõm có đờng kính d với chiều sâu h Dùng kính hiển vi đo (có gắn thớc đo thị kính) để đo đờng kính d vết lõm tra theo bảng cho sẵn sÏ cã ®é cøng Brinen (ký hiƯu HB ) Víi máy đo số kết đọc hình P D d (b) (a) Hình 1: Sơ đồ đo độ cứng Brinen (a) đo đờng kính vết lõm lúp cã th−íc mÉu (b) Cịng cã thĨ dïng c«ng thøc ®Ĩ tÝnh kÕt qu¶ nh− sau: HB = P [kG/mm2 ] F Trờng đại học Bách khoa Đà Nẵng 13 ThÝ nghiƯm VËt liƯukü tht Bé m«n C«ng NghƯ VËt liệu, Khoa Cơ Khí Trong F diện tích vết lõm, đợc tính nh sau: F Vậy: = D.( D − D − d ) HB = 2P π D.( D − D − d ) 2 [kG/mm2 ] (HiƯn cã n¬i dïng đơn vị MPa với giá trị 1MPa = 0,10196 kG/mm2 ) Đờng kính viên bi phụ thuộc vào chiều dày vật đo Vật đo mỏng đờng kính viên bi nhỏ Đờng kính viên bi đợc tiêu chuẩn hoá, theo tiêu chuẩn Việt nam (TCVN): 10; 5; 2,5; 2; mm, có độ cứng không nhỏ HV 800 Tải trọng đo phụ thuộc vào vật liƯu ®o, nã tû lƯ thn víi tû sè P/D2 Thực tế đợc quy định nh sau: - Thép gang: 30 - Hợp kim đồng: 10 - Hợp kim ổ trợt: 2,5 - Thiếc chì hợp kim chúng: Tuy nhiên muốn kết đo đợc xác hơn, ta nên chọn tải trọng cho đờng kính vết lõm (d) tạo nên nằm khoảng (0,2 - 0,6)D Thời gian tác dụng tải trọng ảnh hởng đến kết đo nên chọn cho phù hợp Thời gian phụ thuộc vào độ cứng vật liệu đo Thời gian đặt tải tăng nhiệt độ chảy vật liệu thấp Thông thờng chọn nh sau: Với kim loại đen hợp kim đen: * HB = 140 - 450 chän 10s * HB < 140 chän 30s Víi kim loại màu hợp kim màu: * HB = 31,8 - 130 chän 30s * HB = - 35 chọn 60s Phơng pháp đo độ cứng Brinen thờng dùng ®o c¸c vËt liƯu cã ®é cøng thÊp (c¸c thÐp ủ, thờng hoá) Thang đo từ: - 450 HB Quá giới hạn phép đo không xác viên bi đo bị biến dạng Kết đo dợc ghi nh sau: Nếu độ cứng đo điều kiện tiêu chuẩn (P = 3000kG; D = 10 mm, thời gian đặt tải trọng 30s) ghi đơn giản HB số đo Ví dụ: HB 350 Khi đo điều kiện phi tiêu chuẩn phải ghi đầy đủ điều kiện ®ã VÝ dơ: HB10/750/30135 Ghi nh− vËy cã nghÜa lµ: Mẫu đo có độ cứng HB 135, đợc đo với viên bi có D = 10mm, tải trọng đo 750kG thời gian đặt tải 30s Từ ®é cøng Brinen, cã thĨ suy giíi h¹n bỊn kÐo cđa vËt liƯu nh− sau: * ThÐp (trõ thÐp kh«ng rØ, bỊn nãng ): σ b ≈ 0,344 HB σb ≈ (0,3 - 0,4 ) HB * ThÐp ®óc: HB − 40 * Gang x¸m: σb ≈ * §ång, lat«ng, br«ng biÕn cøng: σ b ≈ 0,40 HB b 0,55 HB * Đồng, latông, brông sau ủ: b 0,35 HB * Đura : 3- Phơng pháp đo độ cứng Rôcven (HRA, HRB, HRC ): Trờng đại học Bách khoa Đà Nẵng 14 Thí nghiệm Vật liệukỹ thuật Bộ môn Công Nghệ Vật liệu, Khoa Cơ Khí Phơng pháp Brinen không sử dụng đợc gặp vật liệu có độ cứng cao, chi tiết mỏng nhỏ - mm kết có độ xác không cao (đo đờng kính vết lõm mắt khó xác phụ thuộc vào kỹ ngời) Vì vậy, dùng phơng pháp đo độ cứng Rôcven khắc phục đợc nhợc điểm nêu Nguyên lý đo độ cứng Rôcven: ấn vào bề mặt cần đo tải trọng xác định qua mũi đâm kim cơng hình nón có góc đỉnh 120o bán kính cong R = 0,2 mm (với thang A, C, D super) hay viên bi thép cứng có đờng kính 1/16, 1/4 1/6 in Sau tiến hành đo chiều sâu vết lõm đồng hồ so Kết đo đợc xác định đồng hồ so sau cắt tải trọng (Hoặc số dùng máy hiển thị số) Độ cứng Rôcven đợc xác định theo đại lợng quy ớc, thứ nguyên, phụ thuộc vào chiều sâu vết lõm Chiều sâu lớn độ cứng nhỏ ngợc lại Độ cứng Rôcven xác định theo công thức: HR = k - e Trong đó: k chiều sâu quy ớc, k =100 với thang đo A,D, C super k = 130 với thang đo lại (dùng mũi đâm viên bi thép) e chiều sâu vết lõm đo Giá trị độ chia e = 0,002 mm với thang đo thông thờng = 0,001 mm với thang đo super TCVN 275 - 85 41170-85 quy định cho thang đo A, B, C, N T Nhng thực tế dùng nhiều thang A, B, C Phơng pháp đo độ cứng Rôcven sử dụng hai loại tải trọng: - Tải trọng sơ 10 kG (ký hiệu P0) Chiều sâu tải trọng gây không dùng để tính ®é cøng P0 chØ cã t¸c dơng san b»ng sù nhấp nhô bề mặt mẫu để đảm bảo kết đo đợc xác - Tải trọng (ký hiệu P 1) Tải trọng đợc tác dụng thêm sau tải trọng sơ Sau cắt bỏ tải trọng đồng hồ cho kết đo (Hoặc hiệu số đo) Phụ thuộc vào thang đo ta sử dụng mũi đâm tải trọng khác nhau: - Khi đo theo thang B (HRB) dùng mũi đâm viên bi tải trọng tác dụng tổng cộng 100kG Do dùng viên bi nên thang B sử dụng đo vật liệu mềm, độ cứng trung bình kho¶ng HV 60-240 hay HRB 25-100 (thÐp, gang sau ủ thờng hoá hợp kim nhôm, đồng) - Khi ®o theo thang A vµ C (HRA, HRC) dïng mịi đâm kim cơng hình nón Tải trọng tổng cộng tác dơng víi thang A lµ 60 kG vµ thang C 150 kG Thang A dùng để đo vật liệu cứng nh: hợp kim cứng, lớp thấm bon-nitơ có độ cứng cao HV 700 Thang A có phạm vi đo từ HV 360-900 hay từ HRA 70-85 Thang C dùng đo vật liệu có độ cứng trung bình cao với độ cứng khoảng HV 240-700 hay HRC 20-67 (vÝ dô thÐp, gang sau ram) Mũi đâm kim cơng R0.2 00: Lóc ch−a ®o 11: Tải trọng sơ P0 22: Thêm tải trọng chÝnh P1 33: Bá t¶i träng chÝnh P1 e MÉu đo Hình 2: Vị trí tơng đối mũi đâm mẫu đo thời điểm đo Trờng đại học Bách khoa Đà Nẵng 15 Thí nghiệm Vật liệukỹ thuật Bộ môn Công Nghệ Vật liệu, Khoa Cơ Khí Để đo lớp có chiều dày nhỏ 0,30mm phải dùng thang super Phơng pháp Rôcven gây vết lõm nhỏ, đo đợc vật liệu mỏng không phá huỷ chi tiết nên đợc sử dụng rộng rÃi để kiểm tra chất lợng sản phẩm khí Để thuận lợi việc lựa chọn phơng pháp xác định độ cứng, ta sơ phân loại nh sau: * Loại có độ cứng thấp (mềm): Gồm vật liệu có độ cứng nhỏ HB 220, HRC 20, HRB 100 * Loại có độ cứng trung bình: Có giá trị độ cứng khoảng: HB 250-450 HRC 25 đến HRC 45 * Loại có độ cứng cao: Có giá trị độ cứng từ HRC 52 đến cao HRC 60 * Loại có độ cứng cao: Có giá trị độ cứng > HRC 62 hay > HRA 80 Phơng pháp đo độ cứng Vicke (HV): Ta ấn mũi kim cơng hình tháp bốn mặt (có góc hai mặt đối diện 136o) với tải trọng P không lớn Sau cắt tải trọng, tiến hành đo đờng chéo d vết lõm tra bảng có giá trị độ cứng Vicke (Hoặc hiển thị số đo dùng máy hiển thị số) Số đo độ cứng Vicke tính theo c«ng thøc: P HB = = F P.sin d α = 1,854 P [kG/mm2 ] d2 Trong đó: P: Tải trọng tác dụng có giá trị tõ 200G ®Õn 100 kG (th−êng dïng nhÊt tõ 5-10 kG) F: Diện tích vết lõm (mm2) d: Giá trị trung bình hai đờng chéo vết lõm (mm) d d (a) (b) Hình 3: Mũi đâm hình tháp (a) vết lõm (b) đo độ cứng phơng pháp Vicke Quy ớc tải trọng đo 30kG thời gian giữ tải 10-15s đợc xem điều kiện tiêu chuẩn Độ cứng đo điều kiện tiêu chuẩn cần ghi ngắn gọn HV số đo, ví dụ HV 500 Nếu đo phi tiêu chuẩn phải ghi thêm điều kiện đo Ví dụ HV 20/30 500 tức độ cứng Vicke đo với tải trọng 20 kG thời gian đặt tải trọng 30s 500kG/mm2 Phơng pháp Vicke thờng dùng đo độ cứng vật liệu từ mềm đến cứng, với lớp cần đo mỏng (đến 0,04 - 0,06mm) c¸c mÉu máng (0,3 - 0,5 mm) nh− thÊm bon, thấm ni tơ, bo, lớp mạ mỏng Phơng pháp đợc coi ®é cøng chn nghiªn cøu khoa häc, chđ u dùng phòng thí nghiệm, viện nghiên cứu Phơng pháp đo độ cứng tế vi (Hà): Trờng đại học Bách khoa Đà Nẵng 16 Thí nghiệm Vật liệukỹ thuật Bộ môn Công Nghệ Vật liệu, Khoa Cơ Khí Nguyên lý đo giống nh phơng pháp Vicke nhng mẫu phải chuẩn bị công phu nh để quan sát tổ chức tế vi Tải trọng dùng trờng hợp bé từ 0,5 đến 200G (có dùng đến 1000G) Sau ấn mũi đâm kim cơng xong phải dùng kính hiển vi để đo đờng chéo d vết lõm (đơn vị đo m) tra bảng cho sẵn có độ cøng tÕ vi Cã thĨ tÝnh ®é cøng tÕ vi theo công thức: P H = 1,854 d Trong đó: P: Tải trọng tác dụng (G) d: Đờng chéo vết lõm (à m) Phơng pháp sử dụng đồng thời hai loại thiết bị: máy đo độ cứng Vicke kính hiển vi kim loại học Đợc sử dụng để đo độ cứng hạt, pha riêng rẽ Độ cứng tế vi không đặc trng cho độ cứng tổng hợp chi tiết Độ cứng Knoop (HK): Phơng pháp đo độ cứng Knoop giống nh phơng pháp Vicke nhng với mũi đâm kim cơng hình tháp có cấu tạo cho vết đo để lại có dạng hình thoi b t l/b = 7.11 b/t = 4.00 L (a) (b) Hình 4: Mũi đâm hình tháp (a) hình dạng vết lõm (b) Phơng pháp dùng đo vật liệu dòn nh gốm Độ cứng đợc tính theo công thức sau: P P HK = = 1, 42 [kG/mm2] F L Trong đó: F: Diện tích vết lõm (mm2) L: Giá trị độ dài lớn vết lõm (mm) Các phơng pháp đo độ cứng gần đúng: a Phơng pháp Poldi (HBđ ): Nguyên lý nh sau: Ta đồng thời tạo hai vết lõm mẫu chuẩn mẫu cần đo Sau đo đờng kính vết lõm mẫu chuẩn mẫu cần đo Độ cứng Poldi xác định theo công thức: d2 HBd = HBC 02 dd Trờng đại học Bách khoa Đà Nẵng 17 Thí nghiƯm VËt liƯukü tht Bé m«n C«ng NghƯ VËt liƯu, Khoa Cơ Khí Trong đó: HBc : Độ cứng mẫu chn dc : §−êng kÝnh vÕt lâm cđa mÉu chn dđ : Đờng kính mẫu cần đo b Độ cứng Sor (HSh): Nguyên lý đo: Dùng viên bi thép cứng nặng 2,5G cho rơi từ độ cao h = 254 mm xng bỊ mỈt chi tiÕt đo Căn vào chiều cao nẩy lên viên bi thiết bị đo ta xác định đợc độ cứng Sor c Xác định độ cứng dũa mẫu: Dïng mét bé dịa mÉu ®· cã ®é cøng cho trớc để thử mẫu Thông thờng dũa có độ cứng cách đơn vị HRC: 35, 40, 45, 50, 55, 60 HRC Muốn xác định độ cứng chi tiết ta dùng dũa dũa thử lên bề mặt Ví dụ: xác định độ cứng chi tiết thép sau Đầu tiên ta lấy dũa có độ cứng thấp dũa thử lên chi tiết Nếu không dũa đợc chứng tỏ mẫu có độ cứng cao dũa Ta lần lợt dùng dũa có độ cứng cao để dũa thử Đến bắt đầu dũa đợc (ăn dũa) chi tiÕt cã ®é cøng b»ng ®é cøng cđa dịa ®ang dùng (Chính xác độ cứng dũa trớc ®ã céng víi ®é cøng dịa ®ang dïng chia hai) Các phơng pháp gần sử dụng rộng rÃi sản xuất Một số điểm cần lu ý: * Giữa loại độ cứng công thức chuyển ®ỉi lÉn Mn t×m mèi quan hƯ cđa chóng phải tra bảng Với hai loại độ cứng thông dụng Brinen Rôcven tính gần HRC HB 10 * Mẫu đo độ cứng (hoặc chi tiết) cần phải lau dầu mỡ, bề mặt nhẵn bóng vẩy ôxýt Chiều dày nhỏ mẫu đo phải 10h (h chiều sâu vết lõm đo) để kết đo đợc xác * Khoảng cách vết lõm đo với rìa mẫu (mép mẫu) vết lõm với phải lớn 5d (d đờng kính vết lõm) để không bị sai số * Mỗi phơng pháp phải đo tối thiểu lần lấy giá trị trung bình làm kết đo Phần thực hành phòng thí nghiệm Mỗi sinh viên nhận mẫu thép tiến hành đo độ cứng theo hớng dẫn cán thí nghiệm Sau làm báo cáo theo mẫu quy định Báo cáo thí nghiệm Đo độ cứng kim loại hợp kim Họ tên: Lớp: 1- Mục đích yêu cầu thí nghiệm: 2- Thiết bị dụng cụ dùng thí nghiệm: 3- Các số liệu đo tính toán kết quả: 4- Các nhận xét kết đo: Trờng đại học Bách khoa Đà Nẵng 18 Thí nghiệm VËt liƯukü tht Bé m«n C«ng NghƯ VËt liƯu, Khoa Cơ Khí Nghiên cứu tổ chức tế vi thép bon, gang hợp kim màu thông dụng I Mục đích yêu cầu: Sinh viên bớc đầu làm quen với tổ chức cân thép, gang hợp kim màu thông dụng * Phân biệt đợc tổ chức loại thép: Trớc tích, tích sau tích * Tổ chức loại gang trắng, gang xám, gang dẻo, gang cầu hợp kim màu thông dụng * Biết cách tính sơ %C thép trớc tích dựa vào quy tắc cân theo quy tắc đòn bẩy * Xác định kim loại loại gang xám, gang dẻo gang cầu II Phần lý thuyết: Nh đà biết thép, gang số hợp kim màu thông dụng loại vật liêu chủ yếu ngành khí Các vật liệu đà giới thiệu kỹ phần lý thuyết Ta nhắc lại phần phân loại vật liệu thông dụng Thép bon: Thép hợp kim sắt cácbon với hàm lợng cácbon < 2,14 % Dựa vào lợng cácbon thép ta phân làm ba loại: + Thép trớc cïng tÝch: Cã % C < 0,8%, tæ chøc gåm pherÝt vµ pÐclÝt + ThÐp cïng tÝch: Cã %C = 0,8%, tổ chức péclít Theo hình dáng xêmentít đợc chia làm hai loại: Thép tích péclít hạt vµ thÐp cïng tÝch pÐclÝt tÊm + ThÐp sau cïng tÝch: Cã %C > 0,8%, tỉ chøc gåm pÐclÝt vµ xêmentít thứ hai Gang: Là hợp kim sắt cácbon với hàm lợng cácbon > 2,14% Gang có tổ chức tơng ứng với giản đồ trạng thái Fe-C gọi gang trắng Tùy theo lợng cácbon, gang trắng đợc chia làm ba loại: + Gang trắng trớc tinh: Có lợng cácbon < 4,3%, tổ chức gồm peclít, xêmentít thứ hai lêđêburít (P+Xê) + Gang trắng tinh: Có lợng cácbon 4,3%, tổ chức lêđêburít + Gang trắng sau tinh: Có lợng cácbon > 4,3%, tổ chức gồm xêmentít thứ lêđêburít Các loại gang có graphít, tổ chức chúng không tơng ứng với giản đồ trạng thái Fe-C Tùy theo hình dáng graphít ta có gang xám, gang dẻo gang cầu Gang xám: Là loại gang mà tổ chức graphít có dạng tấm, phiến, chuỗi Dựa theo kim loại (nền bản), gang xám đợc chia làm ba loại: + Gang xám pherít: Là loại gang xám tổ chức graphít phân bố pherít + Gang xám pherít-péclít: Tổ chức graphít phân bố pherít-péclít Trờng đại học Bách khoa Đà Nẵng 19 Thí nghiệm Vật liệukỹ thuật Bộ môn Công Nghệ Vật liệu, Khoa Cơ Khí + Gang xám péclít: Tổ chức graphít phân bố péclít Gang dẻo : Là loại gang tổ chức graphít dạng thu gọn thành cụm, Tơng tự nh gang xám, dựa kim loại có ba loại gang dẻo: Gang dẻo phe rít, gang dẻo phe rít-péclít gang dẻo péclít Gang cầu : Là loại gang tổ chức graphít dạng thu gọn hình cầu hay gần nh hình cầu Dựa kim loại có ba loại gang cầu: Gang cầu phe rít, gang cầu phe rít-péclít gang cầu péclít Hợp kim màu thông dụng: + Hợp kim đồng: Gồm có hai loại sau: - Latông: Là hợp kim đồng kẽm Brông: Là hợp kim đồng nguyên tố khác trừ kẽm + Hợp kim nhôm: Gồm hai loại: - Hợp kim nhôm đúc: Điển hình loại silumin (chứa 12-13% Si) Hợp kim nhôm biến dạng: Nghiên cứu điển hình Đura (Cu: 3,8-4% ; Mg: 0,4-1,2% ; lại Al) Hợp kim làm ổ trục: Ta nghiên cứu loại điển hình bácbít 83 89 III Phần thực hành phòng thí nghiệm: Vẽ lại giản đồ trạng thái Fe-C đánh dấu hợp kim quan sát Quan sát vẽ lại tổ chøc cđa thÐp tr−íc cïng tÝch, thÐp cïng tÝch pÐclÝt péclít hạt, thép sau tích Quan sát vẽ lại tổ chức gang trắng trớc tinh, tinh sau tinh, loại gang xám, gang dẻo gang cầu Quan sát vẽ lại tổ chức latông, brông bácbít Thực hành tính lợng cácbon hai mẫu thép trớc tích qua tổ chức cân Tính lợng pherít péclít, lợng pherít xêmentít thép 35, 65 quy tắc đòn bẩy Làm báo cáo thÝ nghiƯm theo mÉu sau: - Tãm t¾t lý thut cần dùng thí nghiệm - Vẽ lại tổ chức quan sát vòng tròn 45 ghi tên mẫu phía dới hình Trờng đại học Bách khoa Đà Nẵng 20 Thí nghiệm Vật liệukỹ thuật Bộ môn Công Nghệ Vật liệu, Khoa Cơ Khí THặC HAèNH TI V RAM THẸP I - MỦC ÂÊCH V U CÁƯU: 1- Biãút cạch thỉûc hiãûn cạc thao tạc täi v ram thẹp, cọ nghéa l biãút phỉång phạp xạc âënh nhiãût âäü täi, thåìi gian giỉỵ nhiãût v chn mäi trỉåìng täi ph håüp våïi loải thẹp â cho, cng biãút âỉåüc cạch chn chãú âäü ram (nhiãût âäü, thåìi gian) âãø âảt âỉåüc u cáưu cå quy âënh 2- Qua thê nghiãûm hiãøu âỉåüc nh hỉåíng ca nhiãût âäü täi vaì täúc âäü laìm nguäüi täi âãún âäü cỉïng ca thẹp Hiãøu âỉåüc nh hỉåíng ca nhiãût âäü v thåìi gian ram âãún âäü cỉïng ca thẹp II- PHÁƯN L THUÚT: TÄI : Täi thẹp l thao tạc nhiãût luûn ráút thäng dủng gäưm: Nung nọng thẹp âãún nhiãût âäü cao hån nhiãût âäü chuøn biãún pha (> AC1), giỉỵ nhiãût v lm ngüi nhanh mäi trỉåìng â cho Mủc âêch ca täi l nháûn âỉåüc täø chỉïc mạc-ten-xêt (hay cạc täø chỉïc cỉïng khạc) cọ âäü cỉïng v chäúng mi mn cao Kãút qu ca thao tạc täi phủ thüc vo nhiãưu úu täú, nhỉng quan trng hån c l nhiãût âäü v mäi trỉåìng täi a Chn nhiãût âäü täi: Âáy laỡ yóỳu tọỳ rỏỳt quan troỹng vỗ noù coù aớnh hỉåíng ráút låïn âãún cháút ca thẹp sau täi Nguyãn tàõc chung âãø choün nhiãût âäü täi laì: lm xút hiãûn täø chỉïc austenit (cọ kh nàng tan cạc bon låïn nháút) Våïi thẹp cạc bon ta cọ thãø dỉûa vo gin âäư pha Fe-C âãø xạc âënh nhiãût âäü täi Våïi thẹp trỉåïc cng têch chn nhiãût âäü täi laì: AC + (30 - 500C) Våïi thẹp sau cng têch l: AC + (30 - 500C) Thẹp trỉåïc cng têch nãúu ta chn nhiãût âäü täi cao hån Ac1, nhæng tháúp hån A C thỗ sau tọi tọứ chổùc nhỏỷn õổồỹc laỡ mạc-ten-xit v phe-rêt lm cho thẹp cọ âäü cỉïng tháúp (phe rêt l pha mãưm) Thẹp sau cng têch nãúu choỹn nhióỷt õọỹ tọi cao hồn Accm thỗ xó men têt hoìa tan hãút vaìo austenit, sau täi nháûn âỉåüc täø chỉïc mạc ten xit nhỉng cn nhiãưu austenit dỉ âäü cỉïng cng tháúp âi v khäng táûn dủng âỉåüc chäúng mi mn cao ca XãII Do váûy choün nhiãût âäü täi theo quy luáût trãn laì ph håüp nháút Cạc âiãøm tåïi hản AC1, AC3 cọ thãø tra caïc säø tay nhiãût luyãûn Nãúu khäng cọ säø tay, ta cọ thãø gáưn âụng dỉûa vo gin âäư pha Fe -C v xem âỉåìng GS v ES l âỉåìng thàóng Våïi thẹp håüp kim nhiãût âäü täi âỉåüc tra cạc säø tay nhiãût luûn b Thåìi gian nung nọng: Gäưm c thåìi gian náng lãn nhiãût âäü täi v thåìi gian giỉỵ chi tiãút tải nhiãût âäü ny Thåìi gian ny cọ thãø tra säø tay nhiãût luyãûn hay theo baíng c Chn mäi trỉåìng täi: Mäi trỉåìng täi cọ cạc u cáưu cå bn sau: Cọ täúc âäü lm ngüi låïn hån täúc âäü ngüi tåïi hản ca thẹp âem täi, cọ kh nàng bạm dênh vo bãư nàût chi tiãút cao, dáùn nhiãût täút Dỉûa vo säú hiãûu thẹp m ta chn mäi trỉåìng täi cho ph håüp Thẹp cạc bon nọi chung täi dung dëch xụt, dung dich múi họa hc hồûc nỉåïc Thẹp håüp kim täi dỏửu, theùp duỷng cuỷ caùc bon Trờng đại học Bách khoa Đà Nẵng 21 Thí nghiệm Vật liệukỹ thuật Bộ môn Công Nghệ Vật liệu, Khoa Cơ Khí kờch thỉåïc nh cọ thãø täi dáưu Chn âụng mäi trỉåìng täi l âiãưu kiãûn quan trng âãø nháûn âỉåüc âäü cỉïng cao v trạnh cong vãnh cho chi tiãút Hỗnh daỷng chi tióỳt Nhióỷt õọỹ 0C Troỡn Vuọng Tỏỳm Thåìi gian nung [phụt] Cho mm âỉåìng kênh 600 Cho mm chiãưu dy Cho mm chiãưu daìy 700 1,5 2,2 800 1,0 1,5 900 0,8 1,2 1,6 1000 0,4 0,6 0,8 Baíng 1: Âënh mỉïc thåìi gian nung nọng máùu thẹp l thê nghiãûm 2- RAM : Ram l thao tạc nhiãût luûn gäưm cọ nung nọng thẹp â täi âãún nhiãût âäü nh hån nhiãût âäü tåïi hản (< AC1), giỉỵ nhiãût räưi lm ngüi âãø biãún täø chỉcï sau täi thnh cạc täø chỉïc cọ cå ph håüp våïi âiãưu kiãûn lm viãûc ca chi tiãút Ram l thao tạc bàõt büc âäúi våïi thẹp sau täi Ta biãút ràịng thẹp sau täi cọ täø chỉïc mạc ten xêt v austenit dỉ Täø chỉïc ny cọ âäü cỉïng cao, kẹm dai, ỉïng sút bãn rỏỳt lồùn, khọng thóứ laỡm vióỷc õổồỹc Vỗ vỏỷy ta phi tiãún hnh ram âãø biãún chụng thnh häùn håüp ca phe rêt v xãmentêt Dỉûa vo nhiãût âäü ram ta phán ba phỉång phạp ram thẹp: a) Ram tháúp: Nhiãût âäü ram tỉì 150 - 2500C, täø chổùc nhỏỷn õổồỹc laỡ mactenxờt ram b) Ram trung bỗnh: Nhiãût âäü ram tỉì 300 - 4500C, täø chỉïc nháûn âỉåüc l trustêt ram c) Ram cao: Nhiãût âäü ram tỉì 500 - 6500C, täø chỉïc nháûn âỉåüc l xoọc bêt ram Âãø âạnh giạ nh hỉåíng âäưng thåìi ca nhiãût âäü v thåìi gian ram âãún cháút ca thẹp ta dng thäng säú ram, âỉåüc xạc âënh sau: M = T(C + lgτ) Trong âoï: T- nhiãût âäü ram, 0K; C - hàịng säú phủ thüc vo thnh pháưn ca thẹp, thỉåìng dng C ≈ 0,20 ; τ- thåìi gian ram [phụt] Tỉì cäng thỉïc trãn ta tháúy: tạc dủng giỉỵa thåìi gian ram v nhiãût âäü ram coï mäúi quan hãû nháút âënh, nãúu tàng nhiãût âäü ram phi gim thåìi gian ram v ngỉåüc lải âãø cọ thãø nháûn âỉåüc kãút qu III- PHÁƯN THỈÛ C NGHIÃÛM: TÄI : 1- Xạc âënh nh hỉåíng ca nhiãût âäü täi âãún âäü cỉïng ca thẹp: Mäùi nhọm sinh viãn nháûn máùu thẹp C40 hay C45, máùu CD120 Cạc máùu thẹp C45 âem nung ồớ caùc nhióỷt õọỹ 7400C, Trờng đại học Bách khoa Đà Nẵng 22 Thí nghiệm Vật liệukỹ thuật Bộ môn Công Nghệ Vật liệu, Khoa Cơ Khí 7800C, 8200C, 8600C v 9000C Cạc máùu thẹp CD120 mang nung âãún cạc nhiãût âäü: 7200C, 7600C, 8200C, 8600C v 9000C Sau giỉỵ nhiãût â thåìi gian, cạc máùu ny âỉåüc täi dung dëch 10% NaOH Sau âọ âem mi båït mäüt låïp bãư màût dy 1-1,5mm âãø trạnh bë låïp cạc bon Dng giáúy nhạm âạnh sảch cạc vãút xỉåïc mi Âem âo âäü cỉïng táút c cạc máùu v ghi giạ trë vo bng 2- Xạc âënh nh hỉåíng ca mäi trỉåìng täi âãún âäü cỉïng ca thẹp: Mäùi nhọm sinh viãn nháûn máùu thẹp C45 v máùu thẹp CD120 Mang cạc máùu ny nung åí mäüt nhiãût âäü thêch håüp cho mäùi loải thẹp Sau âọ lm ngüi cạc mäi trỉåìng sau âáy (cho tỉìng loải thẹp ): - Mäüt máùu lm ngüi nỉåïc (Vngüi = 6000C/s) - Mäüt máùu laìm nguäüi dung dëch 10% NaOH (Vnguäüi = 12000C/s) - Mäüt máùu lm ngüi dáưu (Vngüi = 1500C/s) - Mäüt máùu laìm nguäüi khäng khê (Vnguäüi = 300C/s) Sau âọ tiãún hnh âo âäü cỉïng v ghi kãút qu vo bng Nhiãût âäü täi C Âäü cỉïng ca cạc loải thẹp, HRC C45 CD120 720 740 760 780 820 860 900 nh hỉåíng ca nhiãût âäü täi âãún âäü cỉïng ca thẹp Bng 2: Täúc âäü ngüi C/s Âäü cỉïng ca cạc loải thẹp, HRC C45 CD120 30 150 600 1200 Bng 3: nh hỉåíng ca täúc âäü ngüi âãún âäü cỉïng ca thẹp RAM : 1- Xạc âënh nh hỉåíng ca nhiãût âäü ram âãún cháút ca thẹp: Mäùi nhọm sinh viãn nháûn 10 máùu thẹp CD120 täi åí nhiãût âäü 760-7800C dung dëch 10% NaOH Sau âoï mang ram 30 åí cạc nhiãût âäü khạc nhau: máùu åí 2000C, máùu åí 3000C, máùu åí 4000C, máùu åí 5000C v máùu åí 6000C Sau âọ tiãún hnh âo âäü cỉïng trãn, kãút qu ghi vaỡo baớng Trờng đại học Bách khoa Đà Nẵng 23 Thí nghiệm Vật liệukỹ thuật Bộ môn Công NghƯ VËt liƯu, Khoa C¬ KhÝ 2- Xạc âënh nh hỉåíng ca thåìi gian ram âãún âäü cỉïng ca thẹp: Cng dng cạc máùu trãn nhỉng ram åí cạc khong thåìi gian khạc nhau: 60 phụt, 90 v 120 Sau âọ ghi kãút qu vo bng Nhiãût âäü ram C Âäü cæïng sau ram våïi thåìi gian, HRC 30 60 90 120 200 300 400 500 600 Bng 4: nh hỉåíng ca nhiãût âäü v thåìi gian ram âãún âäü cỉïng ca thẹp IV- BẠO CẠO THÊ NGHIÃÛM: 1- TÄI a- Tọm tàõt l thuút ca thao tạc täi: chn nhiãût âäü täi, thåìi gian nung nọng, mäi trỉåìng täi b- Ghi lải kãút qu ca bng v Sau âọ dng kãút qu ny v âäư thë sỉû phủ thüc ca âäü cỉïng vo nhiãût âäü täi v täúc âäü nguäüi täi c- Giaíi thêch kãút quaí thê nghiãûm v rụt kãút lûn vãư viãûc chn nhiãût âäü täi, mäi trỉåìng täi cho hai loải thẹp thê nghiãûm 2- RAM : a- Toïm tàõt lyï thuyãút vóử quaù trỗnh ram b- Ghi laỷi kóỳt quaớ cuớa bng Dng cạc kãút qu ny v cạc âäư thë biãøu diãùn sỉû phủ thüc ca âäü cỉïng vo nhiãût âäü ram v thåìi gian ram c- Gii thêch kãút qu thê nghiãûm v rụt cạc kãút lûn Trờng đại học Bách khoa Đà Nẵng 24 Thí nghiệm VËt liƯukü tht Bé m«n C«ng NghƯ VËt liƯu, Khoa C¬ KhÝ THÁÚM CẠC BON THÃØ RÀÕN I- MỦC ÂÊCH VAè YU CệU: 1- Sinh vión nừm õổồỹc quaù trỗnh thỉûc hiãûn mäüt thao tạc họa nhiãût luûn âån gin nháút v láu âåìi nháút, âọ l tháúm cạc bon åí thãø ràõn (chn cháút tháúm, xãúp chi tiãút vo häüp, choün nhiãût âäü vaì thåìi gian tháúm, nhiãût luyãûn sau tháúm ) 2- Táûp laìm quen våïi täø chỉïc ca låïp tháúm trỉåïc v sau nhiãût luûn, biãút cạch âo chiãưu dy låïp tháúm åí kênh hiãøn vi kim loải hc II- PHÁƯN L THUÚT: Tháúm cạc bon laỡ quaù trỗnh laỡm baợo hoỡa caùc bon vaỡo bãư màût chi tiãút thẹp (%C ≤ 0,25%), âãø sau âọ tiãún hnh täi v ram nhàịm náng cao âäü cỉïng v chäúng mi mn cho låïp bãư màût Tháúm cạc bon l mäüt dảng họa nhiãût luûn ráút phäø biãún thỉûc tãú sn xút Ty theo dảng cháút tháúm, tháúm cạc bon âỉåüc chia lm ba loải: tháúm thãø ràõn, thãø lng v thãø khê Trong âọ tháúm cạc bon thãø ràõn l âån gin nháút v âỉåüc sỉí dủng ráút láu âåìi Cháút tháúm thãø ràõn gäưm cọ: - Than gäù cåỵ hảt 2-5 mm (than xoan l täút nháút): 85 - 90% - Cháút xục taïc (BaCO3, Na2CO3, K2CO3 ): 10 - 15% - Trong mäüt säú trỉåìng håüp cọ thãø cho thãm CaO âãø chäúng dênh kãút, dáöu nàûng âãø tàng diãûn têch tiãúp xục giỉỵa cháút tháúm v chi tiãút, than cäúc âãø tàng âäü bãưn cháút tháúm Lục ny t lãû trãn s âiãưu chènh cho ph håüp Thäng thỉåìng chè dng hai thnh pháưn chênh nọi trãn Cháút tháúm âỉåüc träün âãưu, sau âọ ri mäüt låïp dy 25 mm lãn âạy häüp trỉåïc xãúp chi tiãút vo Cỉï mäüt låïp häùn håüp tháúm laûi xãúp mäüt låïp chi tiãút v âáưm nhẻ cho chàût Khong cạch giỉỵa chi thiãút våïi vaì våïi thaình häüp ≥ 25 mm Cúi cng âáûy nàõp v dng bäüt nho (thỉåìng dng âáút sẹt) trạt kên cạc khe håí giỉỵa nàõp v họỹp Hỗnh daỷng họỹp thỏỳm nón phuỡ hồỹp vồùi hỗnh dảng chi tiãút âãø låïp cháút tháúm tiãúp xục âäưng âãưu våïi bãư màût Phn ỉïng xy tháúm caïc bon thãø ràõn: 2C + O2 = 2CO 2CO = CO2 + Cng tỉí Cng tỉí khúch tạn âi vo bãư màût chi tiãút BaCO3 = BaO + CO2 CO2 + Cthan = 2CO khê CO ny lải phán hy tảo Cng.tỉí Sau tháúm lm ngüi s cọ phn ỉïng: BaO + CO2 = BaCO3 cháút ny âọng vai tr xục tạc Màûc d cháút tháúm l thãø rừn, nhổng quaù trỗnh thỏỳm xaớy ồớ pha khờ Nhiãût âäü tháúm khong 900 - 9200C (Våïi thẹp bn cháút hảt nh cọ thãø tháúm åí nhiãût âäü 950 - 10000C) Thåìi gian tháúm phủ thüc u cáưu ca chiãưu dy låïp tháúm ca chi tiãút Trong thỉûc tãú thỉåìng quy âënh sau: Våïi chi tiãút nh chiãưu dy tháúm tỉì 0,8 - 1,2 mm, våïi chi tiãút låïn tỉì 1,8 - 2,2mm Täø chỉïc låïp tháúm chỉa täi tỉì bãư màût vo gäưm cọ: Vng thẹp sau cng têch (P+XãII), vng thẹp cng têch (P), vng thẹp trỉåïc cng têch (P+F) nhiãưu pẹc lit, vng thẹp trỉåïc cng têch êt pẹc lit v vng thẹp ban õỏửu Trờng đại học Bách khoa Đà Nẵng 25 Thí nghiƯm VËt liƯukü tht Bé m«n C«ng NghƯ VËt liƯu, Khoa C¬ KhÝ Nhiãût luûn sau tháúm gäưm: Täi hai láưn v ram tháúp Våïi thẹp cọ bn cháút hảt nh: täi mäüt láưn v ram tháúp Täø chỉïc sau nhiãût luûn: Bãư màût l mạc ten xêt ram v austenit dỉ, cn li l mạc ten xit ram v phe rêt III- PHÁƯN THỈÛC HNH: 1- Mäùi nhọm sinh viãn nháûn máùu theïp C20 2- Choün cháút tháúm, chuáøn bë cháút tháúm vaì xãúp häüp 3- Choün nhiãût âäü v thåìi gian tháúm 4- Nghiãn cỉïu täø chỉïc låïp tháúm cạc bon trỉåïc v sau nhiãût luûn, âo chiãưu dy låïp tháúm trãn kênh hiãøn vi kim loải hc IV- BẠO CẠO THÊ NGHIÃÛM: 1- Tọm từt quaù trỗnh thỏỳm caùc bon thóứ rừn, caùch taỷo thnh låïp tháúm, cạc úu täú nh hỉåíng âãún quạ trỗnh thỏỳm 2- Kóỳt quaớ thờ nghióỷm: Tọứ chổùc lồùp tháúm trỉåïc v sau nhiãût luûn, chiãưu dy låïp thỏỳm Trờng đại học Bách khoa Đà Nẵng 26 ... thí nghiệm: 2- Thiết bị dụng cụ dùng thí nghiệm: 3- Các số liệu đo tính toán kết quả: 4- Các nhận xét kết đo: Trờng đại học Bách khoa Đà Nẵng 18 Thí nghiệm Vật liệukỹ thuật Bộ môn Công Nghệ Vật. .. chïm ¸nh s¸ng h×nh nãn tr−íc cđa vËt A: KhÈu sè vật kính Mẫu Trờng đại học Bách khoa Đà Nẵng Thí nghiệm Vật liệukỹ thuật Bộ môn Công Nghệ Vật liệu, Khoa Cơ Khí Nếu dùng ánh sáng chiếu xiên mặt... chức khác Thờng sử dụng hai loại lọc sáng: Trờng đại học Bách khoa Đà Nẵng Thí nghiệm Vật liệukỹ thuật Bộ môn Công Nghệ Vật liệu, Khoa Cơ Khí + Lọc sáng trung tính: Không làm thay đổi đặc tính ánh