BÀI báo cáo đo độ CỨNG KIM LOẠI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CƠ KHÍ BỘ MƠN THIẾT BỊ & CNVL CƠ KHÍ BÀI BÁO CÁO ĐO ĐỘ CỨNG KIM LOẠI SVTH : Nguyễn Đăng Hưng MSSV : 1810194 GV THỰC HÀNH : Đào Duy Q NHĨM HỌC THỰC HÀNH : L15 NGÀY THỰC HÀNH : Buổi sáng, ngày 8, tháng NHĨM THỰC HÀNH : Nhóm TP HCM, THÁNG 06 NĂM 2020 MỤC LỤ BÀI ĐO ĐỘ CỨNG KIM LOẠI .2 1.2 TÓM TẮT LÝ THUYẾT 1.3 NỘI DUNG THÍ NGHIỆM 1.4 SỐ LIỆU ĐO ĐƯỢC 1.5 XỬ LÝ SỐ LIỆU ĐO 1.6 NHẬN XÉT – RÚT RA KẾT LUẬN BÀI XEM CẤU TRÚC TẾ VI 2.1 MỤC TIÊU THÍ NGHIỆM 2.2 TÓM TẮT LÝ THUYẾT 2.3 NỘI DUNG THÍ NGHIỆM 2.4 HÌNH ẢNH TRƯỚC VÀ SAU TẨM THỰC 2.5 NHẬN XÉT – RÚT RA KẾT LUẬN 10 BÀI TÔI VÀ RAM THÉP .11 3.1 MỤC TIÊU THÍ NGHIỆM 11 3.2 TÓM TẮT LÝ THUYẾT 11 3.3 NỘI DUNG THÍ NGHIỆM 12 3.4 CÁC SỐ LIỆU ĐO ĐƯỢC 13 3.5 MỐI QUAN HỆ .14 3.6 NHẬN XÉT – RÚT RA KẾT LUẬN 16 BÀI ĐO ĐỘ CỨNG KIM LOẠI 1.1 MỤC TIÊU THÍ NGHIỆM - Nắm vững nguyên lý đo độ cứng theo phương pháp Brinell, Rockwell Vicker - Làm quen biết cách sử dụng máy đo độ cứng thơng dụng 1.2 TĨM TẮT LÝ THUYẾT - Độ cứng khả chống lại biến dạng dẻo cục kim loại, tác dụng tải trọng thông qua mũi đâm - Phương pháp đo độ cứng có ưu điểm: a Từ giá trị độ cứng đo được, suy độ bền kim loại dẻo b Đo độ cứng đơn giản, thời gian ngắn (từ vài giây đến vài phút) Mẫu thử chuẩn bị đặc biệt Không phá hủy mẫu thử c Có thể đo chi tiết lớn nhỏ, dày mỏng (các lớp mạ, thấm …) - Các phương pháp đo : a Phương pháp đâm: Phương pháp đo độ cứng Brinell, phương pháp đo độ cứng Rockwell, phương pháp đo độ cứng Vicker b Phương pháp nảy lại A Phương pháp đo độ cứng Brinell - Nguyên lý phương pháp ấn viên bi thép cứng lên bề mặt mẫu, tác dụng tải trọng, bề mặt mẫu có vết lõm hình chỏm cầu - Sử dụng mũi đo viên bi thép hình cầu - Bề mặt mẫu thử phải sạch, phẳng, khuyết tật - Chỉ cho phép đo vật liệu có độ cứng nhỏ 450HB để tránh biến dạng cho viên bi B Phương pháp đo đọ cứng Rockwell - Phương pháp tiến hành cách ấn mũi đâm kim cương hợp kim cứng hình cơn, có góc đỉnh 1200, viên bi thép có đường kính 1/16”, 1/8”, 1/4”, 1/2” lên bề mặt vật liệu - Phương pháp đo Rockwell cho phép đo mẫu có độ cứng cao 450HB, mẫu mỏng, nhỏ 1,2mm - Độ cứng Rockwell đo máy chuyên dụng, máy đo vạn C Phương pháp đo độ cứng Vicker - Phương pháp Vicker nguyên lý Vicker nguyên lý đo giống phương pháp Brinell, thay mũi bi mũi kim cương hình tháp, có góc hai mặt bên 136° - Tải trọng sử dụng P = 50 ÷ 1500 N, phụ thuộc vào chiều dày mẫu đo Phương pháp đo Vicker thường dùng đo độ cứng vật mỏng, lớp thấm 1.3 NỘI DUNG THÍ NGHIỆM - Dùng giấy nhám làm bề mặt trước đo độ cứng - Tiến hành đo HRA máy đo lần lấy giá trị trung bình - Lấy giá trị trung bình so sánh với 60 Nếu:  > 60 tạm gọi vật cứng, sau tiến hành đo HRC lần chuyển qua đo HV lần  < 60 tạm gọi vật mềm, sau tiến hành đo HRB lần chuy ển qua đo HB lần - Tiến hành đo HRA máy đo - Tiến hành đo đường kính d1 d2 lỗ dùng kính hiển vi - Đo HRA, HRB, HRC:  Đặt phôi lên Đế đặt phôi  Kiểm tra nút đặt lực, Mũi đo phù hợp với chế độ đo (HRA, HRB, HRC)  Quay tay quay củng chiều kim đồng hồ nâng lên cho phôi chạm vào mũi đo Tiếp tục quay lên Kim nhỏ bắt đầu quay cho kim nhỏ quay sang điểm màu đỏ bên trái ngừng lại Xoay mặt đồng hồ cho kim lớn C-B  Ấn nút Start vào chờ máy đo 10s (thời gian giữ lực) Sau đồng hồ thời gian đếm trở lại 10 phát tiếng “Bíp” Khi kim dài giá trị đo chế độ đo Lưu ý, Vòng đen bên ngồi giá trị HRA, HRC cịn màu đỏ bên HRB  Quay ngược tay quay lại từ từ tránh để mũi kim va vào vật đo lần đo Các vị trí đo phải nằm gần để tránh sai số phơi có độ cứng không đồng - Đo HB, HV:  Đặt phôi lên đế để phôi  Quay tay quay chiều kim đồng hồ để phôi lên chạm vào mũi đo, tiếp tục quay sau cho thước mặt hiển thị di chuyển đến cuối thước  Hạ nhẹ nhàng cần lực đến hết cần lực chờ khoản 10s sau nâng cần lực lên nhẹ nhàng  Quay Tay quay ngược lại để lấy phôi Lấy bút chì đánh dấu chỗ vừa đo Thực lần đo  Đem lỗ đo kính quang xác định chiều dài đường chéo D HV đường kính lõm D HB lỗ cịn lại đo kính hiển vi úp số liệu lên trang Web mơn, nhóm lên lấy để hồn thiện số liệu thực hành  Đo D1, D2 phương pháp đo hiển vi  Ta xoay núm cho phóng to lỗ để thây biên dạng lỗ  Xoay núm lại để chỉnh lại độ nét chi tiết hình  Dung thước có sẵn phầm mềm kéo đo đường chéo đọc giá trị 1.4 SỐ LIỆU ĐO ĐƯỢC BẢNG SỐ LIỆU ĐO ĐƯỢC HV LẦN LẦN LẦN TRUNG BÌNH HRA 73 72,5 72 72,5 HRC 44 44 45 44,3 ĐƯỜNG CHÉO LỖ LỖ LỖ d1 (mm) 660,47 665,43 663,41 d2 (mm) 654,18 655,50 662,24 d´ (mm) 657,33 660,47 662,83 1.5 XỬ LÝ SỐ LIỆU ĐO Tra bảng: (72,5−72,3 ) (440−430) ´ HRA=72,5 → HV lý thuyết = + 430=435 72,7−72,3 Tính tốn HV/HB: ( 72,5−72,3 ) ( 44,4−43,5 ) ´ HRA=72,5 → HRC lý thuyết = + 43,5 72,7−72,3 → HRC lý thuyết =43,95 Ảnh chụp bảng tra Tính phần trăm sai số thực tế lý thuyết: | % ∆ HRC= 1− HRC thực tế 44,3 100 %= 1− x 100=0,796 % HRC lý thuyết 43,95 | | | Tính toán HV/HB D D Lỗ 1→ HV 1=1.854 P 100 =1.854 ¿¿ ´ d1 D D Lỗ 2→ HV 2=1.854 P 100 =1.854 ¿¿ d´2 D D Lỗ → HV 3=1.854 P 100 =1.854 ¿¿ d´ ´ đo= HV HV + HV + HV 428,80+424,73+ 421,71 = =425,08 3 Tính phần trăm sai số thực tế lý thuyết: | % ∆ HV = 1− ´ đo HV 425,08 100 %= 1− 100 %=2,28 % HV lý thuyết 435 | | | 1.6 NHẬN XÉT – RÚT RA KẾT LUẬN - Từ kết đo nhận thấy sai số phép đo HRC HV có tồn không đáng kể chấp nhận - Nguyên nhân sai số nhiều yếu tố như:  Sai số thiết bị đo, sai số mũi kim (mịn, khơng ngun dạng va chạm nhiều lần vào mẫu thử lần sử dụng trước)  Sai số người vận hành máy: đo HV việc nâng hạ cần đẩy không  Sai số người đọc kính hiển vi: xác định khoảng cách đường chéo máy tính chưa xác, chưa calip tỉ lệ xích máy tính BÀI XEM CẤU TRÚC TẾ VI 2.1 MỤC TIÊU THÍ NGHIỆM Bài thí nghiệm giúp sinh viên nắm được: - Phương pháp làm mẫu để nghiên cứu tổ chức tế vi gồm khâu: chọn mẫu, cắt mẫu, mài, đánh bóng tẩm thực Tầm quan trọng công tác chuẩn bị mẫu ảnh hưởng đến kết nghiên cứu Làm quen với vật liệu thiết bị cần thiết cho công việc làm mẫu Chọn dung dịch tẩm thực thích hợp 2.2 TĨM TẮT LÝ THUYẾT - Phương pháp dùng kính hiển vi kim tương để đánh giá, phân tích tổ chức tế vi gọi phương pháp phân tích kim tương - Kính hiển vi kim tương có độ phóng đại từ 80 đến 2000 lần Muốn quan sát độ với độ phóng đại cao hơn,ta phải dùng kính hiển vi điện tử 2.3 NỘI DUNG THÍ NGHIỆM - Sau chọn xong mẫu, (có thể có đúc vật liệu nhựa xung quanh không) ta chuyển qua giai đoạn mài - Mài mẫu:  Mẫu sau cắt màithô đá mài giấy nhám từ thô đến mịn Dùng hai cấp giấy nhám 600 800, mài cấp 600 trước 800 sau Mài lần từ 10 đến 30 giây  Đề tránh làm rách giấy nhám mài, người ta thường vát mép mẫu, mài máy tưới nước tránh tăng nhiệt ảnh hưởng bề mặt quan sát - Đánh bóng:  Sử dụng máy đánh bóng mẫu.Dán miếng hay nỉ lên mặt đĩa xoay, đánh bóng, người ta phải cho dung dịch mài nhỏ liên tục lên miếng nỉ Dung dịch sử dụng Nhôm oxide Al2O3  Đánh bóng kéo dài cho dến bề mặt khơng cịn vết xước Khơng nên đánh bóng lâu, dễ làm tróc pha cứng mềm Sau đánh bóng, đem rửa qua vòi nước, dùng cồn sửa bề mặt sấy khơ Nếu quan sát kính hiển vi thấy cịn nhiều vết xước, phải đánh bóng lại - Tẩm thực:  Muốn nghiên cứu kim loại, phải tẩm mực mẫu Tẩm thực trình ăn mòn bề mặt mẫu dung dịch háo học thích hợp, gọi dung dịch tẩm thực Dung dịch tẩm thực sử dụng pha sau: 5ml HNO3 pha với 100ml C2H5OH (90%) sau lấy 2% pha nước  Sau bôi dung dịch tẩm thực, bề mặt mẫu ngả từ màu sáng sang màu xám ta kết thúc tẩm thực Để lâu q, mẫu có màu đen khơng quan sát Thời gian để lâu tùy phôi, với thời gian 10 giây  Tẩm thực xong, phải dùng nõn rửa bề mặt vịi nước chảy, sau rửa lại cồn đem sấy khơ 2.4 HÌNH ẢNH TRƯỚC VÀ SAU TẨM THỰC Hình Mẫu trước tẩm thực Hình Mẫu sau tẩm thực 2.5 NHẬN XÉT – RÚT RA KẾT LUẬN - Dựa tổ chức tế vi mẫu sau tẩm thực, ta đưa kết sau:  Mẫu thép cacbon trước tích với tỉ lệ cacbon < 0,8%, tổ chức tế vi bao gồm phần: pha ferit màu sáng tổ chức peclit màu tối  Hình chup mẫu trước tẩm thực (sau đánh bóng) cịn nhiều vết xước, sau tẩm thực ảnh hưởng đến ảnh chụp tổ chức tế vi (các vệt đen dài chồng chéo làm khó phân biệt hai pha ferit peclit  Quá trình mài mẫu không diễn đồng đều, vùng quan sát không phẳng, xem kính hiển vi có vùng rõ vùng mờ khiến việc quan sát hiệu  Kích thước hạt phân bố ngẫu nhiên theo tính chất vơ hướng, phần lớn hạt có kích thước không lắm, cho thấy phân bố tổ chức đồng BÀI TÔI VÀ RAM THÉP 3.1 MỤC TIÊU THÍ NGHIỆM - Nắm q trình thép: cách chọn nhiệt độ tôi, thời gian nung môi trường làm nguội - Xác định mối quan hệ nhiệt độ tôi, tốc độ làm nguội đến độ cứng thép 3.2 TÓM TẮT LÝ THUYẾT a Tôi - Là nguyên công nhiệt luyện thông dụng gồm nung nóng thép lên nhiệt độ xác định, giữ nhiệt độ thời gian cần thiết làm nguội nhanh mơi trường thích hợp Mục đích tơi nhằm nhận độ cứng độ chịu mài mòn cao thép - Tổ chức nhận sau mactenxit Kết sau phụ thuộc vào nhiều yếu tố, sau ta xét yếu tố - Cách chọn nhiệt độ tơi  Nhiệt độ tơi có ảnh hưởng trực tiếp đến tính thép sau tơi Đối với thép cacbon, dựa vào giản đồ trạng tháisắt cacbon để chọn nhiệt độ  Đối với thép tích thước tích (%C≤ 0.8%)  Ta chọn nhiệt độ cao AC3, tức nung nóng thép đến trạng thái hồn tồn ơstenit Cách gọi tơi hồn tồn  Trong khoảng 0,1-0,8%C điểm AC3 thép giảm xuống Ta xác định trực tiếp điểm AC3 thép vào giản đồ trạng tháisắt cacbon tra cứu sổ tay nhiệt luyện - Thời gian nung nóng  Bao gồm thời gian nung đến nhiệt độ thời gian giữ để hoàn tất chuyển biến đồng nhiệt độ toàn chi tiết Thời gian nung chọn theo định mức kinh nghiệm tra sổ tay nhiệt luyện, với hệ số hiệu chỉnh hình dáng chi tiết, cách xếp mơi trường nung Cũng tính thời gian nung theo công chức truyền nhiệt Dưới đây, giới thiệu định mức thời gian nung giữ nhiệt lị thí nghiệm - - - - - Chọn môi trường  Phải bảo đảm nhận mactenxit sau tôi, nghĩa khả làm nguội môi trường phải lớn tốc độ nguội tới hạn  Nếu tốc độ nguội nhỏ tốc độ nguội tới hạn, phần ôstenit bị phân hủy thành tổ chức khác, độ cứng sau bị giảm b Ram Là phương pháp nhiệt luyện nung nóng thép tơi có tổ chức mactenxit bão hòa ostenit dư chuyển thành tổ chức ổn định phù hợp với yêu cầu đặt Khi ram thép cacbon, xảy chuyển biến mactenxit thành mactenxit ram, nghĩa cacbon bão hòa tiết khỏi mạng dạng cacbit ε, độ phương c/a giảm dần cacbit ε chuyển dàn thành xementit Fe3C, ostenit dư lại phân hủy thành mactenxit ram Tùy theo tổ chức nhỏ mịn xementit ferit tiết ram mà ta có tổ chức trustit ram xoobit ram Các trình phụ thuộc vào nhiệt độ thời gian ram Phụ thuộc vào nhiệt độ ram, người ta chia làm loại ram: Ram thấp (150÷2500C) Tổ chức nhân mactenxit ram, độ cứng khơng thay đổi, ứng suất giảm chút ít, chi tiết có độ cứng chịu mịn cao Ram trung bình (300÷4500C) Tổ chức nhận trustit ram Độ cứng cao (40 – 45HRC), ứng suất giảm mạnh, độ dẻo dai tăng, giới hạn đàn hồi đạt giá trị lớn Ram cao (500÷6500C) 3.3 NỘI DUNG THÍ NGHIỆM a Tơi - Chọn 15 mẫu thép C45 có độ cứng tương đương nhau, đem mài nhẵn mặt mặt lại mài để đo độ cứng - Đem mẫu đo độ cứng HRA - Cài đặt lò nung 850°C - Đợi nhiệt độ lò đạt 850°C bỏ 15 mẫu thép C45 vào lò - Đợi sau 20 phút lấy mẫu khỏi lị:  mẫu bỏ vào xơ nước  mẫu bỏ vào xô dầu  mẫu để ngồi khơng khí  mẫu cịn lại để nguội lò - Lấy mẫu đem mài sơ để loại lớp oxit bám mặt mẫu đem đo độ cứng HRA b Ram - Thiết lập nhiệt độ lò 550°C - Khi nhiệt độ lò đạt 550°C lấy mẫu làm nguội nước bỏ vào lò - Đợi 30 phút lấy mẫu làm nguội ngồi khơng khí sau mài lớp oxit đem đo độ cứng HRA - Thiết lập lò 250°C - Khi nhiệt độ lò đạt 250°C lấy mẫu làm nguội nước bỏ vào lò - Đợi 30 phút lấy mẫu làm nguội nước sau mài lớp oxit đem đo độ cứng HRA 3.4 CÁC SỐ LIỆU ĐO ĐƯỢC - Độ cứng mẫu trước (HRA): Chọn phôi, đo phôi lần, lấy trung bình để so sánh với độ cứng thép sau nhiệt luyện → HRA TB = - Độ cứng 54 54,17 54,67 54+54,17+ 54,67 =54,28 Độ cứng mẫu sau làm nguội nước (HRA) → HRA TB = - Mẫu Mẫu Độ cứng 80,14 79,83 80,83 80,14+79,83+ 80,83 =80,27 Độ cứng mẫu sau làm nguội dầu (HRA) Mẫu Độ cứng 77,3 77 77,3 → HRA TB = - Độ cứng mẫu sau làm nguội ngồi khơng khí (HRA) → HRA TB = - Độ cứng 61,83 61,83 62 61,83+61,83+62 =61,89 Mẫu Độ cứng 55 53,67 53,67 55+53,67+53,67 =54,11 Độ cứng mẫu sau ram cao 550° C (HRA) → HRA TB = - Mẫu Độ cứng mẫu sau làm nguội lò (HRA) → HRA TB = - 77,3+77+77,3 =77,2 Mẫu Độ cứng 67,8 68,3 68,3 67,8+68,3+68,3 =68,13 Độ cứng mẫu sau ram thấp 250 0C (HRA) → HRA TB = Mẫu Độ cứng 76,67 77,33 77,5 76,67+77,33+77,5 =77,17 3.5 MỐI QUAN HỆ a Mối quan hệ trước sau Độ cứng (HRA) Trước Sau tơi 54,28 Nước 80,27 Dầu 77,2 Khơng khí 61,89 Cùng lò 54,11 b Mối quan hệ độ cứng tốc độ nguội 85 80.27 80 77.2 Độ cứng (HRA) 75 70 65 61.89 60 55 54.11 50 100 200 300 400 500 600 Tốc độ nguội (độ C/s) - Hình 3.1 Đồ thị biểu diễn mối quan hệ độ cứng tốc độ nguội Với nhiệt độ nung 850oC giữ nhiệt 20’, làm nguội mơi trường khác độ cứng mẫu thay đổi khác nhau, cụ thể là: Đối với làm nguội mơi trường lị, độ cứng mẫu không đổi (chỉ giảm chút từ 54,28 xuống 54,11 HRA) Đối với làm nguội mơi trường khơng khí, độ cứng mẫu tăng đáng kể (từ 54,4 lên 62,5) Đối với môi trường lại, độ cứng mẫu tăng theo thứ tự tăng dần là: dầu (77,3), nước (80,27) Trong trình làm nguội nhanh nước với tốc độ cao tốc độ tới hạn: Austenit chuyển biến thành mactenxit Trong q trình làm nguội vừa (trong dầu khống) với độ nguội khoảng 150 o C/s Pha Austenit chuyển biến thành banit Trong trình làm nguội đủ chậm (cùng lị, khơng khí), Austenit chuyển biến lại thành peclit a Mối quan hệ độ cứng sau ram 78 77.17 77 76 Độ cứng (HRA) 75 74 73 72 71 70 69 68.13 68 250 300 350 400 450 500 550 Nhiệt độ ram (độ C) - - Hình 3.2 Đồ thị biểu diễn mối quan hệ độ cứng nhiệt độ ram Sau tôi, thép có tổ chức Mactenxit tơi Austenit dư (từ trình làm nguội nước) Cả hai pha không ổn định nhiệt độ thường) Đối với ram cao, Mactenxit tơi phân hủy hồn tồn thành Ferit Xementit Phụ thuộc kích thước phân tử Xementit mà ta có trustit xoocbit ram có độ cứng, độ bền thấp Mactenxit, độ dẻo dai lại cao Đối với ram thấp, Austenit dư bị phân hủy, sản phẩm tạo thành giống sản phẩm chuyển biến trung gian Bainit Thế nên, với ram cao ta thu mẫu có tính dẻo dai, cịn với ram thấp ta thu mẫu có tính cứng mactenxit với ostenit bị khử hết, làm tăng tính ổn định 3.6 NHẬN XÉT – RÚT RA KẾT LUẬN - Cùng nhiệt độ thời gian giữ nhiệt môi trường làm nguội khác ta thấy độ cứng mẫu thép C45 đo khác rõ ràng thể qua đồ thị biểu diễn mối quan hệ độ cứng tốc độ nguội - Từ đồ thị biểu diễn mối quan hệ độ cứng tốc độ nguội khẳng định mơi trường thép C45 ngành công nghiệp với chi tiết cồng kềnh nên chọn môi trường nước để đạt độ cứng thể tích tốt cho lõi phương pháp gây độc hại cho môi trường, giá thành sản phẩm sau gia công rẻ Sau tùy theo yêu cầu độ cứng bề mặt khác ta áp dụng ram bề mặt ram thể tích - Phương pháp tơi làm nguội khơng khí thực tế ứng dụng rộng rãi tính đơn giản, chi phí thấp thời gian nhanh chóng đồng thời đáp ứng độ cứng phù hợp cho chi tiết  ... - Độ cứng khả chống lại biến dạng dẻo cục kim loại, tác dụng tải trọng thông qua mũi đâm - Phương pháp đo độ cứng có ưu điểm: a Từ giá trị độ cứng đo được, suy độ bền kim loại dẻo b Đo độ cứng. .. KẾT LUẬN 16 BÀI ĐO ĐỘ CỨNG KIM LOẠI 1.1 MỤC TIÊU THÍ NGHIỆM - Nắm vững nguyên lý đo độ cứng theo phương pháp Brinell, Rockwell Vicker - Làm quen biết cách sử dụng máy đo độ cứng thơng dụng... Có thể đo chi tiết lớn nhỏ, dày mỏng (các lớp mạ, thấm …) - Các phương pháp đo : a Phương pháp đâm: Phương pháp đo độ cứng Brinell, phương pháp đo độ cứng Rockwell, phương pháp đo độ cứng Vicker