xây dựng bộ hình ảnh chuẩn về tổ chức tế vi của thép và gang, phục vụ môn “vật liệu học 1” ( 1126010)), “vật liệu học 2”(1126070) và thí nghiệm vật liệu (1126011)

- Nghiên cứu tổ chức tế vi giúp ta có thể nhận biết các loại vật liệu, thành phần hóa học, kiểm tra chất lượng sản phẩm sau khi nhiệt luyện.. - Xây dựng bộ hình ảnh chuẩn về cấu trúc tế

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG

XÂY DỰNG BỘ HÌNH ẢNH CHUẨN VỀ TỔ CHỨC TẾ VI CỦA THÉP VÀ GANG, PHỤC VỤ MÔN “VẬT LIỆU HỌC 1”

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ MÁY

ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP TRƯỜNG

MỤC LỤC

Trang

Phần 1 DẪN NHẬP 1

1 Lý do chọn đề tài 3

2 Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu 3

3 Phương pháp nghiên cứu 3

Phần 2 Nội dung 4

Chương 1: Khái quát các phương pháp nghiên cứu, kiểm tra, đánh giá chất lượng vật liệu kim loại 4

I Mục đích 4

II Các phương pháp kiểm tra hủy thể (DT) 4

1 Định nghĩa 4

2 Nguyên lý và ứng dụng 4

2.1 Nghiên cứu tổ chức của kim loại và hợp kim 4

2.2 Phân tích thành phần hóa học của kim loại và hợp kim 4

2.3 Xác định cơ tính của kim loại và hợp kim 5

III Các phương pháp kiểm tra không hủy thể (NDT) 13

1 Định nghĩa 13

2 Nguyên lý và ứng dụng 13

2.1 Nghiên cứu cấu trúc bằng tia Rơngen 13

2.2 Phân tích thành phần hóa học của kim loại và hợp kim bằng hiện tượng quang phổ 13

2.3 Kiểm tra các khuyết tật bên trong kim loại 13

3 Các phương pháp NDT cơ bản 15

3.1 Phương pháp kiểm tra bằng mắt 15

3.2 Phương pháp kiểm tra thẩm thấu lỏng 15

3.3 Phương pháp kiểm tra bằng bột từ 16

3.4 Phương pháp kiểm tra bằng dòng điện xoáy 16

3.5 Phương pháp kiểm tra bằng chụp ảnh bức xạ 17

3.6 Phương pháp kiểm tra bằng siêu âm 18

IV Phương pháp kiểm tra tổ chức tế vi bằng phương pháp kim tương 19

1 Mục đích 19

2 Phương pháp kim tương 19

2.1 Khái niệm 19

2.2 Các bước thực hiện 19

2.2.1 Nguyên lý nghiên cứu tổ chức tế vi 19

2.2.2 Các bước chuẩn bị mẫu 20

2.2.3 Bảo quản và lau chùi kính hiển vi 25

2.3 Đánh giá kết quả 25

Chương 2: Giới thiệu vật liệu kim loại 266

I Các loại thép thông dụng 26

1 Thép cacbon 266

1.1 Khái niệm 266

1.2 Ký hiệu 266

2 Thép hợp kim 26

2.1 Khái niệm 26

2.2 Ký hiệu 27

II Các loại gang thông dụng 27

1 Gang xám 27

1.1 Khái niệm 27

1.2 Ký hiệu và công dụng 27

2 Gang cầu 277

2.1 Khái niệm 277

2.2 Ký hiệu và công dụng 27

3 Gang dẻo 28

3.1 Khái niệm 28

3.2 Ký hiệu và công dụng 28

Chương 3: Xây dựng cơ sở dữ liệu của các loại gang và thép thông dụng 299

I Các nhóm thông số cơ bản 299

1 Thành phần hóa học 299

1.1 Thành phần hoá học và tác dụng của các nguyên tố đến tổ chức và tính chất của thép 299

1.2 Thành phần hoá học và tác dụng của các nguyên tố đến tổ chức và tính chất của gang 30

2 Cơ tính 31

3 Chế độ nhiệt luyện 31

3.1 Định nghĩa 31

3.2 Các thông số đặc trưng cho nhiệt luyện 31

3.3 Sơ lược về nhiệt luyện thép 32

3.4 Phân loại nhiệt luyện thép 32

3.5 Tác dụng của nhiệt luyện 333

II Quan hệ giữa các nhóm thông số cơ bản 33

Chương 4: Tổ chức tế vi của các loại gang và thép thông dụng 344

I Tổ chức tế vi của các loại thép thông dụng 34

II Tổ chức tế vi của các loại gang thông dụng 34

Chương 5: Kết luận và đề nghị 34

TÀI LIỆU THAM KHẢO 36

PHỤ LỤC 37

Phần 1 DẪN NHẬP

1 Lý do chọn đề tài

- Nghiên cứu tổ chức tế vi là một trong những phương pháp nghiên cứu tổ chức kim loại, được dùng rộng rãi trong sản xuất và nghiên cứu Tổ chức kim loại là khái niệm tổng quát về số lượng, hình dạng, kích thước, sự phân bố của các phần tử, cấu trúc bên trong của vật liệu

- Nghiên cứu tổ chức tế vi giúp ta có thể nhận biết các loại vật liệu, thành phần hóa học, kiểm tra chất lượng sản phẩm sau khi nhiệt luyện

- Để đánh giá , kiểm tra chất lượng sản phẩm, hay lựa chọn loại vật liệu phù hợp nhất đáp ứng nhu cầu sử dụng ta phải dựa vào tính chất, kết cấu, khả năng công nghệ và hiệu quả sử dụng Muốn đánh giá đúng chất lượng, cơ tính thành phần, khả năng nhiệt luyện của vật liệu ta phải dựa vào cấu trúc tế vi của vật liệu Vì vậy, việc xây dựng bộ hình ảnh chuẩn về cấu trúc tế vi của các loại gang và thép thông dụng là rất cần thiết

- Xây dựng bộ hình ảnh chuẩn về cấu trúc tế vi của các loại gang và thép thông dụng được dùng để phục vụ cho công tác giảng dạy các môn Vật liệu học I, Vật liệu học II, Công nghệ nhiệt luyện

- Bộ hình ảnh chuẩn về cấu trúc tế vi của các loại gang và thép thông dụng còn được dùng làm cơ sở cho việc xây dựng phần mềm tra cứu các loại gang thép thông dụng, hỗ trợ cho việc tra cứu nhanh các loại gang thép trong sản xuất, trong học tập và nghiên cứu

2 Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu

- Mục tiêu: Xây dựng bộ hình ảnh chuẩn về cấu trúc tế vi của các loại gang và thép thông dụng được dùng để phục vụ cho công tác giảng dạy các môn Vật liệu học I, Vật liệu học II, Công nghệ nhiệt luyện

- Nhiệm vụ:

+ Khảo sát thực tế

+ Sưu tầm và phân loại tài liệu

+ Xây dựng bộ hình ảnh chuẩn về cấu trúc tế vi của các loại gang và thép thông dụng

+ Quản lý dữ liệu

+ Kiểm tra, đánh giá, hoàn thiện

3 Phương pháp nghiên cứu

 Phương pháp nghiên cứu tài liệu

 Phương pháp phân tích tổng hợp

 Phương pháp khảo sát thực tế

 Phương pháp thực nghiệm, kiểm chứng

Phần 2 NỘI DUNG

Chương 1 Khái quát các phương pháp nghiên cứu, kiểm tra, đánh

giá chất lượng vật liệu kim loại

I Mục đích

Ngày nay, trong các lĩnh vực công nghiệp, quốc phòng và đời sống đòi hỏi vật liệu phải đa dạng và có nhiều tính chất khác nhau Để đánh giá đúng chất lượng vật liệu kim loại ta phải dùng các phương pháp kiểm tra Các phương pháp kiểm tra sẽ phản ánh toàn bộ các tính chất của vật liệu, giúp ta lựa chọn loại vật liệu phù hợp với nhu cầu

II Các phương pháp kiểm tra hủy thể (DT)

1 Định nghĩa

Phương pháp kiểm tra hủy thể là phương pháp dùng để kiểm tra thành phần hóa học, tổ chức và cơ tính của vật liệu kim loại Khi dùng phương pháp này ta cần phải lấy mẫu thử vì sau khi kiểm tra thì mẫu kiểm tra không còn giữ được hình dạng và kích thước ban đầu

2 Nguyên lý và ứng dụng

2.1 Nghiên cứu tổ chức của kim loại và hợp kim

Tổ chức kim loại và hợp kim ảnh hưởng rất nhiều đến tính chất của chúng Tổ chức kim loại và hợp kim là tập hợp các thành phần cấu tạo khác nhau mà ta có thể quan sát được

 Quan sát mặt gẫy

- Quan sát mặt kim loại ở chỗ gẫy vỡ Sơ bộ xác định được tổ chức của kim loại, với thành phần cấu tạo có kích thước không bé hơn 0,15mm

- Dùng để xác định sơ bộ về nguyên nhân gẫy hỏng, chất lượng kim loại

 Quan sát tổ chức thô dại

- Quan sát mẫu sau khi mài trên giấy nhám và tẩm thực bằng các hóa chất thích hợp, dùng kính lúp để quan sát được các dạng hỏng có kich thước bé hơn 0,15mm

- Dùng để thấy rõ một số dạng sai hỏng của kim loại như bọt khí, rỗ, nứt, tạp chất lớn Phát hiện được sự không đồng nhất của tổ chức kim loại như sự phân bố các thớ của vật rèn, vùng tinh thể của thỏi đúc, sự phân bố của lớp hóa nhiệt luyện bề mặt…

 Quan sát tổ chức tế vi

- Nghiên cứu thành phần cấu tạo của kim loại và hợp kim bằng kính hiển vi quan học Để nghiên cứu được tổ chức tế vi thì mẫu cần được chuẩn bị cẩn thận, bề mặt mẫu được mài phẳng và đánh bóng tới “bề mặt gương”, sau đó được tẩm thực với hóa chất thích hợp

- Dùng để xác định tổ chức của kim loại và hợp kim, hình dạng, độ lớn, và sự sắp xếp của các thành phần cấu tạo (kích thước lớn hơn 0,15μm), sự phân bố các thành phần hóa học, vết nứt tế vi

2.2 Phân tích thành phần hóa học của kim loại và hợp kim

Thành phần hóa học ảnh hưởng rất lớn đến tính chất của kim loại

 Phân tích hóa học

- Dùng các phương pháp hóa học để xác định thành phần hóa học của kim loại và hợp kim Kết quả phân tích biểu diễn bằng số phần trăm trọng lượng, độ chính xác 0,01% hay cao hơn

- Từ mẫu kim loại khoan lấy phoi, sau đó dùng các hóa chất thích hợp, từ đó có thể xác định được sự có mặt của các nguyên tố trong kim loại

 Xác định số hiệu thép bằng tia lửa khi mài

- Khi ma sát với đá mài thì thép bị nung nóng lên và cháy trong không khí Các nguyên tố khác nhau thì cháy với mức độ khác nhau và ở các gia đoạn khác nhau tạo nên tia lửa đặc trưng

- Phương pháp này được dùng để xác định sơ bộ thành phần cacbon (thấp, trung bình, cao) và một số nguyên tố hợp kim Song phương pháp này đòi hỏi phải có kim nghiệm quan sát tia lửa nhất định

2.3 Xác định cơ tính của kim loại và hợp kim

Các tính chất của kim loại ảnh hưởng rất lớn đến việc sử dụng vật liệu kim loại Việc xác định cơ tính được tiến hành đo trên các máy tương ứng

 Độ bền tĩnh và độ dẻo

- Độ bền tĩnh và độ dẻo thường được xác định bằng phương pháp thử kéo Mẫu được đem kéo cho đến đứt ở trên máy thử kéo

-

Hình 1.2: Thử độ bền dưới tải trọng động

- Dùng để xác định độ dai va đập, nguyên nhân sự phá hủy do tải trọng đột ngột, với tốc độ lớn Từ đó có thể lựa chọn các phương pháp tăng độ dai va đập phù hợp như tôi bề mặt, hóa bền bề mặt bằng phun bi

 Độ bền mỏi

- Thử mỏi được tiến hành trên máy tạo ra các tải trọng thay đổi theo chu kỳ khi uốn, xoắn, kéo, nén

- Dùng để đánh giá giới hạn mỏi của các chi tiết làm việc dưới tải trọng thay đổi như trục, bánh răng, lò xo, nhíp…Ngoài ra, từ cơ chế phá hủy mỏi ta có thể đề

ra các biện pháp giảm phá hủy mỏi như nâng cao độ bền, tạo lớp ứng suất nén

dư trên bề mặt chi tiết, trong thiết kế tránh tạo các tiết diện thay đổi, mài bóng

để làm mất các vết xước nhỏ trên bề mặt…

 Độ cứng

- Độ cứng được đánh giá bằng nhiều phương pháp khác nhau, tùy thuộc vào loại

độ cứng và loại vật liệu khác nhau

Dùng để đánh giá tính chất làm việc của vật liệu như tính chống mài mòn, khả năng gia công, khả năng chịu lực…

+ Nguyên lý đo của phương pháp: Ấn viên bi bằng thép đã tôi cứng lên bề mặt mẫu, dưới tác dụng của tải trọng tương ứng với đường kính bi đã định trước Trên mặt mẫu sẽ có vết lõm hình chỏm cầu Gọi P (N) là tải trọng tác dụng, S (mm2

) là diện tích vết lõm, số đo Brinen được tính bằng công thức sau:

HB =

S P

x 0,1 (KG/mm2) [P : N]

Hình 1.4: Đo độ cứng HB Nếu gọi D là đường kính viên bi; chiều sâu vết lõm là h Ta có:

S = Dh Tuy nhiên việc đo đường kính d của vết lõm lại dễ dàng hơn nhiều so với độ sâu h nên diện tích chỏm cầu có thể tính bằng công thức:

S =

2

) (D D2 d2



)(

2

1,01

,0

2 2

d D D D

P Dh

P HB

Đối với thép và gang thường dùng P = 3000kG, D = 10mm

Để xác định độ cứng HB cần phải đo được đường kính vết lõm và dùng công thức trên

để tính (song có thể dùng bảng tính sẵn để tra bảng – Bảng 1.3)

Điều kiện đo độ cứng Brinen

+ Chiều dày mẫu thí nghiệm không nhỏ hơn 10 lần chiều sâu của vết lõm

+ Bề mặt mẫu thử phải sạch, phẳng, không có khuyết tật

+ Chiều rộng, dài của mẫu và khoảng cách giữa 2 vết đo phải lớn hơn 2D

+ Thời gian tác động cũng ảnh hưởng đến kết quả đo Thông thường thời gian này

- Máy đo độ cứng Brinen

Hình 1.5 : Máy độ cứng Brinen

* Phương pháp đo độ cứng Rockwell (HRA; HRB; HRC)

+ Mũi đâm bi thép, kim cương (hoặc hợp kim cứng) hình côn

h K

Trong đó: K là hằng số ứng với từng mũi đâm

h là chiều sâu vết lõm (mm)

0,002mm là giá trị 1 vạch của đồng hồ so

- Máy đo độ cứng Rockwell

Hình 1.7: Máy đo độ cứng Rockwell

* Các thang đo trên máy Rockwell.(Bảng 1.2)

* Phương pháp đo độ cứng Vicker

Phương pháp Vicker về nguyên lý đo giống như phương pháp Brinen nhưng thay bi thép bằng mũi kim cương hình tháp, có góc giữa hai mặt bên là 1360 Tải trọng sử dụng P = (50 ÷ 1500)N, phụ thuộc chiều dày mẫu đo

Phương pháp đo Vicker thường đo độ cứng các vật

mỏng, các lớp thấm ., có thể đo được các vật liệu

Công dụng

* Ưu điểm các phương pháp đo độ cứng:

- Độ cứng là sự chống lại biến dạng dẻo cục bộ còn độ bền là sự chống lại biến dạng dẻo toàn bộ Nên có thể thông qua tính độ cứng để suy ra độ bền của kim loại

- Đo độ cứng tương đối đơn giản, tốn ít thời gian (trên dưới 1 phút/1 mũi đo)

- Có thể đo được các chi tiết dày hoặc mỏng

- Biết được khả năng làm việc của chi tiết

* Độ cứng thông dụng của các chi tiết như sau:

- Độ cứng phù hợp nhất cho cắt gọt: (160 ÷ 180) HB

- Các chi tiết lò xo, khuôn dập nóng: (40 ÷ 45) HRC

- Các bánh răng chịu tải trọng nhỏ, vận tốc chậm (các loại máy công cụ): (52÷58) HRC

- Mọi bánh răng chịu tải trọng lớn, vận tốc cao; mọi dụng cụ cắt gọt; các khuôn dập nguội; các ổ lăn; các đĩa ma sát, và những chi tiết khác bị mài mòn tương tự…độ cứng lớn hơn (60 ÷ 62) HRC

Bảng 1.1

Vật liệu Độ cứng HB

Chiều dày

bé nhất (mm)

10

5 2,5

20 ÷ 67

HRB

Bi thép d=

Bảng 1.3 Bảng tính độ cứng Brinen và so sánh giữa các loại độ cứng

Brinen Rockwell Vickk

0 24 63 240 2.25 744 - 69 87 1114 3.95 235 99 23 62 235 2.30 713 - 67 85 1021 4.00 229 98 22 62 226 2.35 683 - 65 84 940 4.05 223 97 21 61 221 2.40 652 - 63 83 867 4.10 217 97 20 61 217 2.45 627 - 61 82 803 4.15 212 96 19 60 213 2.50 600 - 59 81 746 4.20 207 95 18 60 209 2.55 578 - 58 80 694 4.25 201 94 - 59 201 2.60 555 - 56 79 649 4.30 197 93 - 58 197 2.65 532 - 54 78 606 4.35 192 92 - 58 190 2.70 512 - 52 77 587 4.40 187 91 - 57 186 2.75 495 - 51 76 551 4.45 183 89 - 56 183 2.80 477 - 49 76 534 4.50 179 88 - 56 177 2.85 460 - 48 75 502 4.55 174 87 - 55 174 2.90 444 - 47 74 474 4.60 170 86 - 55 171 2.95 429 - 45 73 460 4.65 167 85 - 54 165 3.00 415 - 44 73 435 4.70 163 84 - 53 162 3.05 401 - 43 72 423 4.75 159 83 - 53 159 3.10 388 - 41 71 401 4.80 156 82 - 52 154 3.15 375 - 40 71 390 4.85 152 81 - 52 152 3.20 363 - 39 70 380 4.90 149 80 - 51 149 3.25 352 - 38 69 361 4.95 146 78 - 50 147 3.30 341 - 37 69 344 5.00 143 76 - 50 144 3.35 331 - 36 68 335 5.05 140 76 - - - 3.40 321 - 35 68 320 5.10 137 75 - - - 3.45 311 - 34 67 312 5.15 134 74 - - - 3.50 302 - 33 67 305 5.20 131 72 - - - 3.55 293 - 31 66 291 5.25 128 71 - - - 3.60 285 - 30 66 285 5.30 126 69 - - - 3.65 277 - 29 65 287 5.35 123 69 - - -

III Các phương pháp kiểm tra không hủy thể (NDT)

1 Định nghĩa

Phương pháp kiểm tra không hủy thể là phương pháp dùng để nghiên cứu cấu trúc kim loại, phân tích thành phần hóa học, kiểm tra khuyết tật bên trong kim loại mà không làm phá hủy sản phẩm, sau khi kiểm tra sản phẩm vẫn giữ được hình dạng và tính chất ban đầu

2 Nguyên lý và ứng dụng

2.1 Nghiên cứu cấu trúc bằng tia Rơngen

- Đó là phương pháp dùng tia Rơngen để nghiên cứu cấu trúc, sự sắp xếp các nghiên tử trong kim loại và hợp kim căn cứ vào ảnh nhiễu xạ của các tia Rơngen bị phản chiếu từ các mặt tinh thể

- Dùng để xác định cách sắp xếp nguyên tử, thông số mạng trong mạng tinh thể kim loại và hợp kim, các pha thường gặp trong vật liệu kim loại

2.2 Phân tích thành phần hóa học của kim loại và hợp kim bằng hiện tượng quang phổ

- Phương pháp quang phổ dựa trên sự bức xạ khác nhau đối với từng nguyên tố hợp kim khác nhau Đây là một phương pháp có độ nhạy cao, rẻ, thời gian phân tích nhanh, năng suất cao

- Dùng để xác định thành phần các nguyên tố trong hợp kim, dựa vào vị trí và màu sắc các vạch cho biết kết quả định tính, dựa vào độ đen của từng vạch cho biết kết quả định lượng

2.3 Kiểm tra các khuyết tật bên trong kim loại

- Là phương pháp dùng các tia đâm xuyên như tia Rơngen, tia γ, hoặc sóng siêu

âm, hiện tượng nhiễm từ để phát hiện các khuyết tật

- Dùng để phát hiện các khuyết tật nằm sâu bên trong như nứt, lẫn xỉ, rỗ khí mà mắt thường không thể nhìn thấy

Bảng đối chiếu phép thử phá hủy và thử không phá hủy

1 Độ tin cậy

- Các phép thử đều tương tự như nhau

trong một hay nhiều điều kiện làm

việc Do đó chúng có xu hướng đo

tính hữu dụng trực tiếp và tin cậy

- Các phép thử bao gồm những phép

đo gián tiếp các tính chất không có ý nghĩa trực tiếp khi làm việc Tương quan giữa những phép đo này và tính hữu dụng được chứng minh bằng cách khác

- Các phép thử thường là những phép

đo định hướng của tải trọng hủy, sự

biến dạng đáng kể hoặc tuổi thọ khi

chịu tải và trong các điều kiện của

môi trường Từ đó ta có thể thu

được các dữ liệu có ích cho mục

đích thiết kế, thiết lập các tiêu chuẩn

hoặc các chỉ dẫn khác

- Phép thử thường định tính, ít khi định lượng Chúng không đo được tải trọng hủy, tuổi thọ dù chỉ là gián tiếp Tuy nhiên chúng có thể chỉ ra

sự hư hỏng hoặc làm rõ cơ chế của

sự sai hỏng

- Tương quan giữa hầu hết các phép

đo thử phá hủy và bản chất của vật

- Kết quả thử đòi hỏi sự suy xét và kiểm tra thành thạo hoặc kinh

liệu (đặc biết với tải trọng làm việc

tương tự) thường là trực tiếp nghiệm làm việc

2 Điều kiện của phép thử

- Phép thử không thể thực hiện trên

các đối tượng đang vận hành Do đó

sự tương quan hoặc giống nhau giữa

các đối tượng đang vận hành phải

được chứng minh bằng cách khác

- Phép thử được thực hiện trực tiếp trên đối tượng đang vận hành Do đó không có sự nghi ngờ về việc phép thử được thực hiện trên đối tượng thử đại diện

- Phép thử chỉ có thể được thực hiện ở

một phần của lô sản phẩm đang

được sản xuất Có thể có ít giá trị

khi các chất thay đổi bất ngờ từ sản

phẩm này sang sản phẩm khác

- Phép thử có thể được thực hiện trên từng sản phẩm đang được sản xuất nếu điều kiện kinh tế cho phép Vì vậy nó có thể được sử dụng ngay cả khi có những sự khác nhau rất nhiều

từ sản phẩm này sang sản phẩm khác trong các lô sản phẩm

- Phép thử thường không thể thực

hiện trên những phần sản phẩm hoàn

chỉnh mà bị giới hạn trong việc thử

những đoạn cắt ra từ phần của sản

phẩm hoặc những mẫu vật riêng

được gia công cho giống tính chất

những phần đang sử dụng

- Phép thử có thể thực hiện trên toàn sản phẩm hoặc trong tất cả các vùng tới hạn Do đó kết quả đánh giá áp dụng cho toàn bộ sản phẩm Nhiều phần tới hạn của một bộ phận có thể được kiểm tra đồng thời hoặc một cách liên tiếp thuận tiện và nhanh chóng

- Thử phá hủy thường không thuận

tiện đối với các bộ phận đang sử

dụng Nói chung việc sử dụng phải

- Với những bộ phận làm bằng vật

liệu quý hoặc giá chế tạo cao, giá

của việc thay thế những phần bị phá

hủy để kiểm tra có thể không cho

phé Số lần và chủng loại theo yêu

cầu của phép thử phá hủy có thể

không được thực hiện

- Những bộ phận làm bằng vật liệu quý hoặc giá chế tạo cao không bị mất đi trong thử không phá hủy

Phép thử lặp lại trong quá trình sản xuất hoặc sử dụng có thể được thực hiện khi điều kiện kinh tế và thực tế cho phép

3 Khả năng của phép thử

- Một phép thử phá hủy chỉ có thể đo

được một hoặc một vài tính chất tới

hạn trong điều kiện đang làm việc

- Nhiều phép thử không phá hủy mà mỗi phép nhạy đối với những tính chất hoặc các vùng khác nhau của vật liệu hay bộ phận, có thể được áp dụng đồng thời hoặc liên tiếp Điều

đó tạo điều kiện thuận lợi để đo theo

ý muốn nhiều tính chất khác nhau liên quan đến chức năng làm việc

- Nếu sản phẩm được sử dụng để làm

việc và tháo rời sau những khoảng

thời gian khác nhau thì phải chứng

minh được rằng mỗi sản phẩm có

cùng những điều kiện sử dụng như

nhau, trước khi thu được những dữ

liệu đúng đắn

- Thử không phá hủy cho phép lặp lại các phép thử của một sản phẩm đã cho sau một khoảng thời gian Do đó tốc độ hư hỏng vì làm việc (nếu phát hiện được) và mối tương quan giữa

nó và thiếu sót do vận hành có thể được xác lập một cách rõ ràng

- Nhiều phép thử phá hủy đòi hỏi việc

gia công bằng máy hoặc các chuẩn

bị khác mẫu thử Thường cần các

máy đo cồng kềnh có độ chính xác

cao Vì vậy giá của phép thử phá

hủy có thể rất cao, số mẫu cần có để

chế tạo và kiểm tra có thể bị hạn chế

và tốn nhiều thời gian

- Đối với nhiều dạng của phép thử không phá hủy, rất ít hoặc không cần chuẩn bị mẫu Nhiều kiểu thiết bị thử không phá hủy nhỏ gọn Nhiều máy có khả năng thử, phân loại nhanh và được tự động hóa hoàn toàn Giá của phép thử không phá hủy thì thấp

3 Các phương pháp NDT cơ bản

3.1 Phương pháp kiểm tra bằng mắt

- Phương pháp kiểm tra bằng mắt là một trong những phương pháp phổ biến nhất và hiệu quả nhất theo nghĩa kiểm tra không phá hủy

- Các ứng dụng của phương pháp kiểm tra bằng mắt:

+ Kiểm tra điều kiện bề mặt của vật thể kiểm tra

+ Kiểm tra sự liên kết của các vật liệu ở trên bề mặt

+ Kiểm tra hình dạng của chi tiết

+ Kiểm tra các dấu hiệu rò rỉ

+ Kiểm tra các khuyết tật bên trong

- Dụng cụ: Một đèn xách tay, một gương có tay cầm, một kính lúp có tay cầm độ phóng 2x hay 4x, một thiết bị khuyếch đại ánh sáng có độ phóng đại 5x hoặc 10x

Hình 1.9: Kính lúp

3.2 Phương pháp kiểm tra thẩm thấu lỏng

- Là một phương pháp có khả năng phát hiện và định vị các khuyết tật bề mặt hoặc các khuyết tật thông ra trên bề mặt của vật liệu như vết nứt, rổ khí,nếp gấp tách lớp của các loại vật liệu không xốp, kim loại hay phi kim loại, sắt từ hay không sắt từ, plastic hay gốm sứ

Hình 1.10: Kiểm tra sau khi thẩm thấu

+ Phun thuốc hiện lên bề mặt để thuốc hiện kéo chất thẩm thấu trong bất liên tục + Kiểm tra, đánh giá khuyết tật trong điều kiện ánh sáng thích hợp

+ Làm sạch bề mặt kiểm tra, nếu cần có thể dùng chất chống ăn mòn để bảo vệ

vật kiểm tra

3.3 Phương pháp kiểm tra bằng bột từ

- Phương pháp kiểm tra bằng bột từ là một trong bốn phương pháp NDT thông dụng nhất hiện nay Phương pháp này có khả năng phát hiện những khuyết tật hở ra trên

bề mặt và ngay dưới bề mặt các vật liệu dễ nhiễm từ

Hình 1.11: Kiểm tra bằng bột từ

- Nguyên lý và ứng dụng: Trong phương pháp này, vật thể kiểm tra trước hết được

cho nhiễm từ bằng cách dùng một nam châm vĩnh cửu hoặc nam châm điện, hoặc cho dòng điện đi qua trực tiếp hoặc chạy xung quanh vật thể kiểm tra Từ trường cảm ứng vào trong vật thể kiểm tra gồm có các đường sức từ Nơi nào có khuyết tật

sẽ làm rối loạn đường sức, một vài đường sức này phải đi ra và quay vào vật thể Những điểm đi ra và đi vào này tạo thành những cực từ trái ngược nhau Khi những bột từ tính nhỏ được rắc lên bề mặt vật thể kiểm tra thì những cực từ này sẽ hút các bột từ tính để tạo thành chỉ thị nhìn thấy được gần giống như kích thước và hình dạng của khuyết tật Kiểm tra bất liên tục trên bề mặt và gần bề mặt: các vết nứt, lỗ

rỗng, rỗ khí, các tạp chất …

3.4 Phương pháp kiểm tra bằng dòng điện xoáy

- Phương pháp này được sử dụng rộng rãi để phát hiện các khuyết tật bề mặt, phân loại vật liệu, để đo những thành mỏng từ một mặt, để đo lớp mạ mỏng và trong một vài ứng dụng khác để đo độ sâu lớp thấm Phương pháp này chỉ áp dụng được cho những vật liệu dẫn điện

Ứng dụng:

+ Phát hiện các khuyết tật trong các vật liệu ống

+ Phân loại vật liệu

+ Đo bề dày của thành mỏng chỉ từ một phía

+ Đo bề dày lớp mạ mỏng

+ Đo độ sâu của lớp thấm

- Những nguyên lý cơ bản của phương pháp kiểm tra bằng dòng điện xoáy

Hình 1.12: Nguyên lý kiểm tra bằng dòng điện xoáy

3.5 Phương pháp kiểm tra bằng chụp ảnh bức xạ

- Phương pháp kiểm tra bằng chụp ảnh bức xạ được dùng để xác định khuyết tật bên trong của nhiều loại vật liệu và có cấu tạo khác nhau

- Cường độ của chùm tia X hoặc tia  khi đi qua vật thể thay đổi tùy theo cấu trúc bên trong của vật thể và như vậy sau khi rửa phim đã chụp sẽ hiện ra hình ảnh bong, được biết đó là ảnh chụp bức xạ của sản phẩm Phương pháp này được dùng

rộng rãi cho tất cả các loại sản phẩm như vật rèn, đúc, hàn

Hình 1.13: Nguyên lý chụp ảnh bức xạ

3.6 Phương pháp kiểm tra bằng siêu âm

- Kiểm tra vật liệu bằng siêu âm là một trong những phương pháp kiểm tra không phá hủy, sóng siêu âm có tần số cao được truyền vào vật liệu cần kiểm tra Hầu hết các phương pháp kiểm tra siêu âm được thực hiện ở vùng có tần số 0.5 – 20 MHz

Hình 1.14: Các thành phần cơ bản của máy kiểm tra bằng siêu âm

IV Phương pháp kiểm tra tổ chức tế vi bằng phương pháp kim tương

1 Mục đích

- Phân biệt được các loại gang thép khác nhau

- Xác định được tổ chức của kim loại và hợp kim

- Đánh giá được hình dạng, độ lớn, sự sắp xếp của thành phần cấu tạo của kim loại và hợp kim

- Đánh giá được cơ tính của vật liệu thông qua việc quan sát sự phân bố của tạp chất, thoát cacbon ở bề mặt, các lớp bão hòa cacbon, nito, nhôm, vết nứt tế vi…

2 Phương pháp kim tương

2.1 Khái niệm

Phương pháp kim tương là quá trình tạo hình ảnh và đánh giá cấu trúc tế vi của vật liệu qua một bề mặt đã được chuẩn bị Kết quả nghiên cứu cấu trúc thông qua kim tương học đặc trưng cho tính chất và biểu hiện của vật liệu được nghiên cứu khi làm việc

Trong kỹ thuật này, bề mặt của vật liệu được chuẩn bị kỹ nhằm đạt độ phẳng cần thiết Sau đó, bề mặt thường được tẩm thực bằng hóa chất tương ứng nhằm làm nổi rõ cấu trúc tế vi Sau khi được chuẩn bị, mẫu vật liệu có thể được nghiên cứu bằng kính hiển vi quang học có độ phóng đại từ 40 đến 2000 lần

Quá trình chuẩn bị mẫu thường bao gồm: mài mẫu và đánh bóng mẫu, sử dụng các giấy mài với độ nhỏ mịn tăng dần để đạt được bề mặt mong muốn Để kiểm tra tổ chức tế vi thì mẫu cần được mài tới "bề mặt gương"

Các chất tẩm thực được pha chế riêng cho từng mẫu vật liệu cụ thể, cũng như đối với từng mục đích nghiên cứu cụ thể Mẫu làm kim tương có thể là một mặt cắt bất kì

để nghiên cứu tính chất của cả khối vật liêu, cũng có thể là một mặt cắt tại vị trí yêu cầu, nhằm nghiên cứu tính chất tại vùng nhất định của khối vật liệu Ví dụ: một mặt cắt qua bề mặt gãy (phá hủy) của vật liệu thường nhằm mục đích cung cấp thêm thông tin cho thí nghiệm phân tích phá hủy của chi tiết đó Với các chi tiết vi điện tử, các phương pháp kim tương chính xác có thể được thực hiện tại các mối nối dây, các

miếng hàn, thậm chí là các thành phần riêng lẻ trên một thiết bị mạch tích hợp (IC)

2.2 Các bước thực hiện

2.2.1 Nguyên lý nghiên cứu tổ chức tế vi

- Chiếu chùm tia sáng vuông góc vào mặt mẫu được mài bóng, chùm tia phản xạ toàn phần Vì vậy mẫu có màu sáng trắng khi quan sát dưới kính hiển vi

Hình 1.15: Phản xạ toàn phần Cho dung dịch ăn mòn trên mặt mẫu đã mài bóng, do mẫu tạo bởi các pha, các pha có tính chất khác nhau nên ăn mòn trên từng pha hay biên giới hạt khác nhau, tạo độ mấp

mô khác nhau

Hình 1.16

- Tia 1 phản xạ toàn phần nên tạo màu sáng

- Tia 2 khúc xạ nên tạo màu tối

Sự tương phản sáng tối cho ta quan sát được tổ chức tế vi của kim loại-hợp kim

2.2.2 Các bước chuẩn bị mẫu

a Kính hiển vi quang học

- 01 loại kính hiển vi kim loại dùng trong phòng thí nghiệm

Hình 1.17: Kính hiển vi kim loại

Độ phóng đại của kính thường từ 80 ÷ 2000 lần ( độ phóng đại bằng tích số độ phóng đại vật kính nhân độ phóng đại thị kính)

Hình 1.18: Nguyên lý phản xạ của kính hiển vi kim loại

Muốn quan sát với độ phóng đại cao hơn ta phải dùng kính hiển vi điện tử Nhờ kính hiển vi mà ta có thể quan sát được tổ chức của các pha, sự phân bố, hình dáng và kích thước của chúng Với gang ta dễ dàng xác định được hình dáng, kích thước của graphit Ngoài ra, ta còn có thể thấy được các khuyết tật của vật liệu như: vết nứt tế vi,

Muốn nghiên cứu tổ chức dạng thớ, sợi cắt theo chiều dọc trục

- Kích thước mẫu thường dùng: 10x10; 10x10x10

Nếu mẫu quan sát nhỏ cần phải dùng kẹp để giữ mẫu hoặc đổ khuôn cố định mẫu

đã thực hiện

Hình 1.22: Mài mẫu Sau 3 đến 5 lần làm mặt mẫu chỉ còn các đường song song

Hình 1.23 Sau đó quay mẫu 900

mài trên giấy nhám sao cho mất các đường song song cũ

và tạo đường song song mới

Quan sát bằng mắt thường, thấy các đường song song đều và sâu như nhau thì chuyển sang giấy 240, sau đó 320 và cuối cùng 400

Chú ý: Khi chuyển từ giấy mài thô sang giấy mịn hơn phải lau sạch mẫu để tránh hạt mài thô bám trên mẫu chuyển sang giấy nhám mịn hơn

Mài bóng

Sau khi hoàn tất mài thô, ta tạo được bề mặt tương đối phẳng nhưng bề mặt vẫn tồn tại vết xước khá lớn→ đem rửa sạch → đánh bóng để xóa các vết xước trên bề mặt mẫu

Mài bóng bằng miếng dạ hay vải nỉ kết hợp với một số dung dịch đánh bóng Một số dung dịch dùng đánh bóng

Muốn nghiên cứu tổ chức tế vi cần phải tẩm thực mẫu Tẩm thực là quá trình ăn mòn bề mặt kim loại bằng các dung dịch hóa học thích hợp

Dung dịch hóa học gọi là dung dịch tẩm thực

Một số dung dịch tẩm thực thông dụng:

Bảng 1.5: Dung dịch tẩm thực thông dụng

Thành phần dung dịch Công dụng Ghi chú

- 4% acid HNO3 trong cồn Gang, thép cacbon

Dùng ngay sau pha

- 4% acid picric trong cồn Gang, thép cacbon

- Dung dịch picrat natri Phân biệt F và Xe

- 3% FeCl2 trong dung dịch 10% HCl Hợp kim đồng

- (2 ÷4)% HNO3 trong cồn Babit và hợp kim magie

Đối với gang thép thông dụng ta sử dụng dung dịch 4%HNO3 trong cồn >900, tẩm thực trong thời gian từ vài giây tới vài chục giây, cho đến khi bề mặt chuyển sang màu xám

Hình 1.24: Tẩm thực và rửa mẫu

Sau đó rửa sạch bề mặt ở vòi nước chảy để tránh ăn mòn hóa học sâu vào bề mặt kim loại, cuối cùng rửa lại bằng cồn và đem sấy khô

Trình tự thao tác quan sát mẫu bằng kính hiển vi kim loại học

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

+ Điều chỉnh tinh để nhìn rõ tổ chức tế vi

+ Mẫu sau khi chuẩn bị xong, ta quan sát tổ chức tế vi bằng kính hiển vi kim loại học, từ đó nhận biết loại vật liệu, đánh giá chất lượng

+ Mẫu sau khi quan sát cần được bôi dầu lên bề mặt để bảo quản, tránh cho mẫu

b Lau chùi

 Phần cơ khí

Dùng giẻ mềm và sạch để lau Nếu có các vết bẩn khó lau, dùng giẻ thấm benzen hay ête để tẩy sạch Sau đó chùi lại bằng khăn khô Khi dầu mỡ ở các mặt trượt

bị khô rít cần dùng benzen hay ête lau sạch dầu mỡ cũ, rồi bôi lên một lớp thật mỏng

dầu mỡ mới (sử dụng loại chuyên dùng cho kính hiển vi)

 Phần quang học

Tuyệt đối không được sờ vào mặt các thấu kính Dụng cụ lau chùi (giẻ, chổi lông, bàn chải ) phải để riêng không được có bụi hay dầu mỡ Dùng bơm cao su thổi bụi phần quang học, không được thổi bằng mồm Dùng bông nõn, mềm và mịn để lau các

bộ phận quang học Để tẩy mốc dùng que nhọn cuốn bông nhúng vào benzen hay ête

rồi lau Sau đó dùng khăn bông khô lau sạch

2.3 Đánh giá kết quả

+ Ảnh rõ đẹp không còn vết xướt

+ Tẩm thực tốt

Chương 2 Giới thiệu vật liệu kim loại

Ngoài các nguyên tố trên trong thép cacbon còn chứa một lượng khí rất nhỏ hình thành trong quá trình nấu luyện như: oxy, hydro, nitơ Nhưng do số lượng của chúng quá ít, ảnh hưởng không đáng kể đến tính chất nên ta thường không quan tâm đến

1.2 Ký hiệu

a Thép cacbon chất lượng thường(thép cacbon thông dụng)

Theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 1765 - 75 nhóm thép các chất lượng thường được ký hiệu bằng chữ CT(chỉ chất lượng thường) Nếu cuối mác thép không có gì cả

là thép lắng (lặng), s là thép sôi, n là thép nửa lặng Chúng được chia làm ba phân nhóm

*Phân nhóm A: là loại thép chỉ được quy định về cơ tính mà không quy định về thành phần hóa học Giới hạn bền kéo tối thiểu tính theo đơn vị kG/mm2 (với MPa phải nhân thêm 10), có thể tra bảng để tìm các chỉ tiêu σ

Ví dụ BCT31, BCT33 BCT61

*Phân nhóm C: gồm các thép được quy cả về cơ tính và thành phần hoá học

Ký hiệu của chúng tương tự phân nhóm A, chỉ khác là thêm chữ C ở đầu mác Ví dụ CCT31, CCT33 CCT61 Để tìm các chỉ tiêu của thép phân nhóm này ta phải dựa vào hai phân nhóm trên Chẳng hạn với mác thép CCT38, khi tìm thành phần hoá học ta tra bảng theo mác BCT38, cơ tính theo mác CT38

b Thép kết cấu

Theo TCVN 1766-75 quy định ký hiệu bằng chữ C và các chữ số tiếp theo chỉ lượng cacbon trung bình trong thép tính theo phần vạn Ví dụ: C05, C10, C15 C65 Nếu cuối mác thép có chữ A là loai chất lượng cao hơn (P, S ≤ 0,030%)

c Thép dụng cụ

Theo TCVN 1822-75 quy định ký hiệu bằng chữ CD (C-cacbon, D-dụng cụ) và các số chỉ lượng cacbon trung bình trong thép theo phần vạn Nếu cuối mác thép có thêm chữ A có nghĩa là chất lượng cao hơn Ví dụ: CD70, CD80 CD130 (CD70A, CD80A CD130A)

2 Thép hợp kim

2.1 Khái niệm

Thép hợp kim là loại thép ngoài sắt và cacbon ra người ta cố ý đưa thêm vào các nguyên tố có lợi, với số lượng nhất định và đủ lớn để làm thay đổi tổ chức và cải thiện tính chất (cơ, lý, hoá ) của chúng

Các nguyên tố có lợi, được cố ý đưa vào thép gọi là nguyên tố hợp kim Tuỳ theo tác dụng của chúng đối với thép mà giới hạn là nguyên tố hợp kim không giống nhau, nguyên tố tác dụng càng mạnh giới hạn này càng nhỏ

Mn ≥ 0,80÷1,00% Si ≥ 0,50÷0,80% Cr ≥ 0,50÷0,80%

Ti ≥ 0,10% W 0,10≥÷ 0,50% Mo ≥0,05÷ 0,20%

Ni ≥ 0,50÷0,80% Cu ≥ 0,30% B ≥0,0005%

2.2 Ký hiệu

TCVN 1759-75 quy định ký hiệu thép hợp kim theo quy luật sau:

*Số đầu tiên của mác thép chỉ lượng cacbon trung bình có trong thép theo phần vạn, nếu lớn hơn 1% thì không ghi

*Các chữ là ký hiệu hoá học của nguyên tố hợp kim, số đứng sau các chữ chỉ lượng chứa của nó theo phần trăm, nếu xấp xỉ 1% thì không ghi

*Cuối mác thép có chữ A là thép có chất lượng tốt hơn

Ví dụ: 12Cr18Ni9Ti - 0,12%C; 18%Cr; 9%Ni; 1%Ti

50CrNiMo - 0,50%C; 1%Cr; 1%Ni; 1%Mo 38CrMoAlA - 0,38%C; 1%Cr; 1%Mo; 1%Al; loại tốt

*Các thép chuyên dùng có ký hiệu riêng

Ví dụ: OL100Cr1,5SiMn - OL thép ổ lăn; 1,00%C; 1,5%Cr; 1%Si; 1%Mn

130Mn3Đ - 1,30%C; 13%Mn;

Đ: chế tạo sản phẩm băng phương pháp đúc

II Các loại gang thông dụng

Ví dụ: GX15-32 có giới hạn bền kéo tối thiểu 15kG/mm2

và giới hạn bền uốn tối thiểu 32kG/mm2

 Công dụng:

Gang xám được sử dụng rất rộng rãi làm vỏ, nắp máy, thân máy, vỏ hộp số, mặt bích,

các te, bánh răng tốc độ chậm, bánh đà, sơ mi, xéc măng, ổ trượt

2 Gang cầu

2.1 Khái niệm

Là loại gang có tổ chức graphit thu gọn nhất ở dạng hình cầu, do đó gang cầu có độ

bền cao nhất trong các loại gang có graphit

2.2 Ký hiệu và công dụng

 Ký hiệu:

Theo TCVN 1659-75 quy định ký hiệu gang cầu bằng hai chữ GC (gang cầu)

và các nhóm số chỉ giới hạn bền kéo tối thiểu theo kG/mm2 và độ giãn dài tương đối δ

%

Ví dụ: GC100-04 - có giới hạn bền kéo tối thiểu 100kG/mm2

và độ giãn dài tương đối δ = 4%

Ví dụ: GZ60-03 - có giới hạn bền kéo tối thiểu là 60 kG/mm2

và độ giãn dài tương đối 3%

Chương 3 Xây dựng cơ sở dữ liệu của các loại gang và thép thông dụng

*Nếu hàm lượng cacbon < 0,80%: tổ chức là ferit và peclit

*Nếu hàm lượng cacbon = 0,80%: tổ chức là peclit

*Nếu hàm lượng cacbon > 0,80%: tổ chức peclit và xêmentit thứ hai

Mặt khác khi hàm lượng cacbon tăng lên thì lượng xêmentit tăng lên, cản trở mạnh quá trình trượt của xêmentit làm cho độ bền, độ cứng của thép tăng lên, độ dẻo

và độ dai giảm đi Tuy nhiên độ bền lớn nhất đạt được với hàm lượng cacbon từ 1,0%, vượt quá giới hạn này do lượng xêmentit thứ hai quá nhiều làm cho thép dòn, độ bền giảm đi

0,80-Thép cacbon với hàm lượng khác nhau được sử dụng trong các lĩnh vực hoàn toàn khác nhau

Hình 3.1: Ảnh hưởng của cacbon đến cơ tính của thép

b Mangan:

Mangan được cho vào thép dưới dạng pherô mangan để khử oxy loại bỏ tác hại của FeO trong thép lỏng:

Mn + FeO → Fe + MnO Oxyt mangan nổi lên đi vào xỉ và được lấy ra khỏi lò Ngoài ra mangan còn có tác dụng loại bỏ tác hại của lưu huỳnh trong thép Mangan hoà tan vào ferit nâng cao

cơ tính cho thép, tuy nhiên tác dụng không lớn Lượng mangan trong thép từ 0,80%

cơ tính không đáng kể

d Phốt pho:

Phốt pho có khả năng hoà tan vào ferit khá lớn (đến 1,20% trong Fe - C nguyên chất) Do đó gây xô lệch mạng pha này rất mạnh làm tăng tính dòn khá lớn (đường kính nguyên tử phốt pho khác nhiều so với sắt) Khi vượt quá giới hạn hoà tan nó tạo

e Lưu huỳnh:

Lưu huỳnh hoàn toàn không hoà tan trong sắt mà tạo nên hợp chất FeS Cùng tinh (Fe+FeS) tạo thành ở nhiệt độ thấp (988OC) và phân bố tại biên giới hạt Khi cán, rèn, kéo (nung đến 1200OC) biên giới hạt bị chảy ra làm thép bị đứt, gãy, hiện tượng này gọi là dòn nóng hay bở nóng Tuy nhiên có thể dùng mangan để loại bỏ tác hại của lưu huỳnh:

Mn + FeS → Fe + MnS (nhiệt độ chảy 1620OC)

Về mặt gia công cắt gọt thì lưu huỳnh là nguyên tố có lợi vì nó tạo ra sunphua làm cho phoi dễ gãy, trường hợp này lượng lưu huỳnh đến 0,35%

1.2 Thành phần hoá học và tác dụng của các nguyên tố đến tổ chức và tính chất của gang

Mangan là nguyên tố cản trở việc tạo thành graphit, nhưng có tác dụng nâng cao cơ

tính Nếu trong gang xám lượng mangan tăng lên thì silic cũng phải tăng lên tương ứng Lượng mangan từ 0,50÷1,0%

d Phốt pho

Phốt pho không ảnh hưởng gì đến sự tạo thành graphit nhưng có tác dụng làm tăng

độ chảy loãng và nâng cao tính chống mài mòn (tạo ra cùng tinh Fe+Fe

3P và

Cơ tính của kim loại được đánh giá bằng các chỉ tiêu sau

 Độ bền: là giới hạn bền của kim loại, đơn vị thường dùng là N/mm2

+ Giới hạn bền kéo, σb

 Độ dai được xác định bằng độ dai va đập ak (KJ/m2)

 Đặt điểm quan trọng của kim loại và hợp kim là có cơ tính tổng hợp cao, nghĩa là có độ bền, độ cứng cao nhưng vẫn đảm bảo tính dẻo, dai trong phạm

Đặc điểm của nhiệt luyện:

-Không nung nóng đến chảy lỏng hay chảy lỏng bộ phận, trong quá trình nhiệt luyện kim loại vẫn ở trạng thái rắn

-Trong quá trình nhiệt luyện hình dáng và kích thước chi tiết không thay đổi (chính xác là có thay đổi nhưng không đáng kể)

-Nhiệt luyện chỉ làm thay đổi tổ chức tế vi bên trong, do đó dẫn đến thay đổi

cơ tính cho chi tiết

3.2 Các thông số đặc trƣng cho nhiệt luyện.

Bất kỳ một qúa trình nhiệt luyện nào cũng được đặc trưng bởi các thông

 Tốc độ nguội (V nguội ): là tốc độ giảm nhiệt độ theo thời gian sau khi giữ

nhiệt

Ngoài ba thông số trên tốc độ nung nóng cũng có ảnh hưởng đến kết quả nhiệt luyện nhưng không đáng kể nên ta bỏ qua nó Kết quả của một quá trình nhiệt luyện được đánh giá bằng các chỉ tiêu sau:

 Độ cứng: là yêu cầu quan trọng nhất và dễ dàng xác định được, nó liên

quan đến các chỉ tiêu khác như độ bền, độ dẻo, độ dai Chi tiết khi nhiệt luyện đều có yêu cầu đạt giá trị nhất định về độ cứng và phải được kiểm tra theo tỷ lệ quy định

 Tổ chức tế vi: cấu tạo pha, kích thước hạt, chiều sâu lớp hóa bền Chỉ

tiêu này thường được kiểm tra theo từng mẻ nhiệt luyện

 Độ biến dạng, cong vênh: nói chung độ biến dạng, cong vênh khi nhiệt

luyện thường rất nhỏ và nằm trong giới hạn cho phép Tuy nhiên trong một

số trường hợp yêu cầu rất khắt khe, cần phải kiểm tra chúng

3.3 Sơ lược về nhiệt luyện thép.

Trong thực tế có nhứng phương pháp nhiệt luyện chủ yếu sau đây:

 Ủ: là phương pháp nung nóng đến nhiệt độ xác định, giữ nhiệt và làm

nguội chậm để nhận được tổ chức gần với trạng thái cân bằng có độ cứng, độ bền thấp nhất, độ dẻo cao nhất

 Thường hóa: là phương pháp nung nóng đến tổ chức hoàn toàn austenit,

giữ nhiệt và làm nguội ngoài không khí tĩnh để nhận được tổ chức gần với trạng thái cân bằng

 Tôi: là phương pháp nung nóng đến cao hơn nhiệt độ tới hạn, làm xuất

hiện tỏ chức austenit giữ nhiệt và làm nguội nhanh để nhận được tổ chức không cân bằng có độ cứng cao nhất

 Ram: là phương pháp nung nóng thép đã tôi đến thấp hơn nhiệt độ tới

hạn, giữ nhiệt và làm nguội để điều chỉnh các chỉ tiêu cơ tính (độ bền, độ cứng ) đạt yêu cầu làm việc

 Hóa nhiệt luyện: là phương pháp bão hòa vào bề mặt chi tiết các nguyên

tố đã cho ở nhiệt độ xác định để làm biến đổi thành phần hóa hoc, tổc chức và

cơ tính

 Cơ nhiệt luyện: là phương pháp kết hợp quá trình hóa bền bằng nhiệt

luyện và biến dạng dẻo đồng thời trong một nguyên công Do đó nhận được hóa bề mạnh hơn rất nhiều khi nhiệt luyện đơn thuần

3.4 Phân loại nhiệt luyện thép.

Người ta phân các phương pháp nhiệt luyện chủ yếu của thép ra làm hai nhóm lớn: nhiệt luyện sơ bộ và nhiệt luyện kết thúc

a Nhiệt luyện sơ bộ: là các phương pháp nhiệt luyện tiến hành trước khi

gia công cơ khí, khi chi tiết là bán thành phẩm Thuộc nhóm này có ủ và thường hóa

b Nhiệt luyện kết thúc: là các phương pháp nhiệt luyện được thực hiện sau

khi gia công cơ khí, khi chi tiết đã là thành phẩm Sau khi nhiệt luyện xong không còn gia công cơ khí tiếp theo nữa (nếu có chỉ là mài tinh) Thuộc nhóm

này có: tôi và ram Đối với thép cacbon thấp thì ủ và thường hóa là nhiệt luyện kết thúc.

3.5 Tác dụng của nhiệt luyện.

Nhiệt luyện là nguyên công quan trọng và không thể thiếu được trong sản xuất cơ khí do nó có những tác dụng chủ yếu sau đây:

a Tăng độ cứng, tính chống mài mòn và độ bền của thép:

Mục tiêu của ngành cơ khí là sản xuất ra các cơ cấu và máy móc bền hơn công suất lớn hơn và có nhiều tính năng tốt hơn Do đó khi nhiệt luyện thích hợp nâng cao độ cứng, độ bền và tính chống mài mòn sẽ kéo dài tuổi thọ, tăng sức chịu tải, giảm kích thước cho chi tiết và kết cấu máy Đây là tác dụng chủ yếu nhất và quan trọng nhất của nhiệt luyện, đến mức có lúc phải đưa vào chỉ tiêu đánh giá trình độ của ngành cơ khí Chất lượng của máy móc, thiết bị phụ thuộc rất nhiều vào phương pháp sử dụng vật liệu và nhiệt luyện chúng

b Cải thiện tính công nghệ:

Để tạo thành chi tiết máy, phôi thép phải qua các dạng gia công như: rèn, dập cán Sau các dạng gia công này thép thường bị biến cứng khó gia công cơ khí hay biến dạng dẻo tiếp theo làm giảm năng suất Vì vậy phải tiến hành nhiệt luyện thích hợp để làm giảm độ cứng, tăng độ dẻo dai giúp cho các quá trình gia công tiếp theo dễ dàng hơn năng suất cao hơn

Ví dụ: sau khi rèn, dập phôi thép bị cứng không thể cắt gọt được Ta phải tiến hành ủ hay thường hóa để giảm độ cứng, tăng độ dẻo Do đó các quá trình gia công tiếp sau dễ dàng hơn

II Quan hệ giữa các nhóm thông số cơ bản (Kèm theo tập A3)

Chương 4

Tổ chức tế vi của các loại gang và thép thông dụng

I Tổ chức tế vi của các loại thép thông dụng

II Tổ chức tế vi của các loại gang thông dụng

(Kèm theo Phần Phụ lục)

Chương 5 Kết luận và đề nghị

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] – ĐẶNG VŨ NGOẠN, Thí nghiệm vật liệu học và xử lý

[2] – ĐẶNG LÊ TOÀN, LÊ DƯƠNG LINH, TẠ ANH TUẤN, Sách tra cứu

nhiệt luyện thép dụng cụ

[3] – NGHIÊM HÙNG, Kim loại học và nhiệt luyện

[4] – NGHIÊM HÙNG, Sổ tay tra cứu gang, thép

[5] – NGUYỄN CHUNG CẢNG, Sổ tay nhiệt luyện tập 1 và 2

[6] – NGUYỄN VĂN DÁN, Công nghệ nhiệt luyện và xử lý bề mặt

[7] – ASM Metals HandBook Volume 08 - Mechanical Testing and Evaluation [8] – ASTM Metals HandBook Volume 17 - Nondestructive Evaluation and Quality Control

[9] – Handbook of Comparative World Steel Standards

[10] – DOC ING JAROSLAV JECH, CSc , Tepelné Zpracování Oceli, Metalografická Prirucka

PHỤ LỤC 1: TỔ CHỨC TẾ VI ĐIỂN HÌNH CỦA THÉP KẾT CẤU

1

Hình 1.1: C10s Dung dịch tẩm thực: 1% HNO3+cồn 960

Độ phóng đại: 500 Trạng thái:tự nhiên, cán nóng

Tổ chức tế vi: biên giới hạt ferit có các hạt cacbit nhỏ

2

Hình 1.2: C10 Dung dịch tẩm thực: 1% HNO3+cồn 960

Độ phóng đại: 500 Trạng thái: cán nóng

Tổ chức tế vi: cacbit ở biên giới hạt ferit nhỏ

3

Hình 1.3: C10 Dung dịch tẩm thực: 1% HNO3+cồn 960

Độ phóng đại: 100 Trạng thái: Cán nguội

Tổ chức tế vi: Các hạt ferit bị kéo dài theo phương cán

4

Hình 1.4: C10 Dung dịch tẩm thực: 1% HNO3+cồn 960

Độ phóng đại: 1000 Trạng thái: Cán nguội, Ủ kết tinh lại ở

6800C

Tổ chức tế vi: Các hạt ferit có kích thước lớn và đồng đều

(1) (2) (3)

5

Hình 1.5: C10 Dung dịch tẩm thực: 1% HNO3+cồn 960

Độ phóng đại: 1000 Trạng thái: Cán nguội, Ủ kết tinh lại ở

Độ phóng đại: 1000 Trạng thái: Cán nguội, ủ kết tinh lại chưa hoàn toàn

Tổ chức tế vi: Các hạt ferit có kích thước không đều

7

Hình 1.7: C10 Dung dịch tẩm thực: 1% HNO3+cồn 960

Độ phóng đại: 100 Trạng thái: Cán nguội, làm nguội chậm sau khi cán

8

Hình 1.8: C10 Dung dịch tẩm thực: 1% HNO3+cồn 960

Độ phóng đại:100 Trạng thái: Ủ kết tinh lại

Tổ chức tế vi: Các hạt có kích thước không đều do lượng cacbon dưới bề mặt thấp