Q trình thí nghiệm được thực hiện trên máy phân tích kim tương quang học với độ phóng đại là X1000.
- Với mỗi mẫu, việc phân tích kim tương được thực hiện tại hai vị trí: Một vị trí trong vùng thấm tơi, tương ứng trong khoảng 3,5 mm từ bề mặt được tôi và một vị trí ngồi vùng thấm tơi, tương ứng khoảng cách từ bề mặt được tôi lớn hơn 3,5 mm.
Hình 5.21: Q trình phân tích kim tương trên mẫu thép
- Kết quả phân tích kim tương tại khu vực hình vành khăn đạt độ cứng u cầu sau khi tơi như sau:
Hình 5.22: Kết quả phân tích kim tương mẫu số 1 tại khu vực hình vành khăn J7 ở
Hình 5.23: Kết quả phân tích kim tương mẫu số 1 tại khu vực hình vành khăn J7 ở
khoảng cách từ bề mặt tôi lớn hơn 3,5 mm
- Kết quả phân tích kim tương tại khu vực tâm cuộn dây G7 chưa đạt được độ cứng yêu cầu như sau:
Hình 5.24: Kết quả phân tích kim tương mẫu số 1 tại khu vực tâm cuộn dây G7 ở
Hình 5.25: Kết quả phân tích kim tương mẫu số 1 tại khu vực tâm cuộn dây G7 ở
khoảng cách từ bề mặt tôi lớn hơn 3,5 mm Nhận xét:
- Kết quả phân tích kim tương tại khu vực hình vành khăn trong vùng thấm tơi cách bề mặt 3,5 mm thì ta có thể thấy rõ sự tồn tại của tổ chức Mactenxit. Mactenxit có hình dạng hình kim màu xám chiếm tỷ lệ lớn trên tồn bề mặt hình ảnh kim tương.
- Tại khu vực hình vành khăn với vị trí phân tích kim tương ở khoảng cách từ bề mặt được tôi lớn hơn 3,5 mm, ta nhận thấy thành phần Mactenxit xuất hiện rất ít trong khi thành phần Peclit chiếm đa số trên bề mặt. Trên hình ảnh phân tích kim tương ta thấy tổ chức Peclit cấu tạo từ Ferit màu trắng và các hạt Xementit dạng tấm nằm đan xen nhau.
- Ở khu vực tâm cuộn dây, do q trình tơi cảm ứng chưa đạt được độ cứng yêu cầu nên hình ảnh từ kết quả kim tương cho thấy các tổ chức Peclit và Ferit màu trắng chiếm đa số. Nguyên nhân do nhiệt độ tôi chưa đủ để đạt chuyển biến thành Austenit nên tổ chức pha sau khi gia nhiệt chủ yếu vẫn là Peclit và Ferit. Do vậy sau khi làm nguội thì hình thành khơng hồn tồn tổ chức Mactenxit dẫn đến khơng thấy xuất hiện hình ảnh Mactenxit trên bề mặt khi phân tích kim tương.
- Kết quả phân tích cấu trúc tế vi trên phù hợp với lý thuyết nhiệt luyện và kết quả đo độ cứng bề mặt sau khi tôi cảm ứng. Chính thành phần Mactenxit được tạo thành và chiếm đa số là nguyên nhân giúp tăng độ cứng bề mặt sau khi tôi.
Kiểm tra chiều sâu thấm tơi bằng phương pháp đo độ cứng: Theo tính tốn lý thuyết đã thực hiện ở mục 5.3 thì chiều sâu lớp thấm tơi được xác định dựa vào đặc tính vật liệu và tần số máy phát cao tần trong quá trình thực nghiệm là 3,5 mm. Do đó việc kiểm tra sẽ được thực hiện bằng phương pháp đo độ cứng trong vùng thấm tôi và vùng chưa đạt độ cứng u cầu sau khi tơi. Q trình thực hiện bao gồm việc lấy dấu 3,5 mm từ bề mặt được tơi để phân biệt hai khu vực có độ cứng khác nhau. Kết quả độ cứng được xác định dựa vào giá trị trung bình của 03 lần đo trong mỗi khu vực.
Thực nghiệm xác định độ thấm tôi mẫu J7:
- Giá trị độ cứng trong vùng thấm tôi mẫu J7 sau 03 lần đo lần lượt là 60,5 HRC, 63 HRC và 62 HRC. Kết quả ta được giá trị độ cứng trung bình mẫu J7 trong vùng thấm tơi là 61,8 HRC
Hình 5.26: Đo độ cứng mẫu J7 trong vùng thấm tôi 3,5 mm
- Giá trị độ cứng ngồi vùng thấm tơi mẫu J7 sau 03 lần đo lần lượt là 27,5 HRC, 25 HRC và 26.5 HRC. Kết quả ta được giá trị độ cứng trung bình mẫu J7 ngồi vùng thấm tơi là 26,3 HRC
Hình 5.27: Đo độ cứng mẫu J7 ngồi vùng thấm tơi 3,5 mm
Nhận xét: Kết quả xác định độ cứng trên mặt cắt mẫu J7 phù hợp với lý thuyết tính tốn độ thấm tơi. Khi đó trong vùng thấm tơi tương ứng với khoảng cách từ bề mặt chi tiết nhỏ hơn 3,5 mm thì độ cứng đạt u cầu. Ngược lại ngồi vùng thấm tơi 3,5 mm thì độ cứng đạt được rất thấp là do vùng này chưa đạt được các thông số yêu cầu tôi cứng.
Thực nghiệm đo độ cứng trên mặt cắt mẫu G7:
- Giá trị độ cứng trong vùng 3,5 mm từ bề mặt mẫu G7 sau 03 lần đo lần lượt là 22 HRC, 26,5 HRC và 21 HRC. Kết quả ta được giá trị độ cứng trung bình mẫu G7 trong vùng này là 23,2 HRC
Hình 5.28: Đo độ cứng mẫu G7 trong vùng 3,5 mm
- Giá trị độ cứng ngoài vùng 3,5 mm từ bề mặt mẫu G7 sau 03 lần đo lần lượt là 22 HRC, 23,5 HRC và 22,5 HRC. Kết quả ta được giá trị độ cứng trung bình mẫu G7 khu vực này là 22,7 HRC
Nhận xét: Kết quả xác định độ cứng trên tiết diện mẫu G7 phù hợp với lý thuyết nhiệt luyện. Ở khu vực tâm cuộn dây, vì q trình tơi cảm ứng chưa đạt được độ cứng yêu cầu nên khơng hình thành vùng thấm tơi. Do đó độ cứng trên tồn mặt cắt mẫu G7 tương đối đồng đều và rất thấp so với khu vực hình vành khăn được tơi cứng.
5.5.2. Mẫu số 2: Thép C45 kích thước 200 x 170 x 8 mm
5.5.2.1. Thông số q trình tơi cảm ứng
- Đặc điểm: Tơi một đường liên tục trên mẫu thép. - Tổng thời gian di chuyển và gia nhiệt: 60 giây. - Nhiệt độ lớn nhất đạt được: 908oC.
- Tốc độ làm nguội: 200 - 250oC/giây.
Hình 5.31: Hình ảnh sau khi làm nguội mẫu số 2
5.5.2.2. Kết quả đo độ cứng
Việc xác định độ cứng tại nhiều vị trí được thực hiện bằng cách chia lưới thành các ơ có kích thước 10 x 10 mm trên bề mặt mẫu thép.
Tiến hành đo độ cứng tại mỗi ô trên bề mặt mẫu thép ta được bảng kết quả giá trị độ cứng trên toàn bề mặt như sau:
Bảng 5.5: Kết quả đo độ cứng mẫu số 2
MẪU SỐ 2 VỊ TRÍ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 A 16,5 18,3 17,2 19,3 15,7 17,4 16,8 21,4 18,1 19,2 20,5 15,9 16,5 19,4 B 18,5 19,3 16,4 18,9 12,3 17,8 15,7 22,3 19,2 17,8 21,1 16,9 17,8 20,5 C 19,5 17,4 19,9 20,3 19,3 45,7 22,3 27,7 21,5 22,1 31,6 20,7 17,8 19,9 D 22,8 18,8 19,5 18,4 23,2 58,4 60,2 31,2 31,9 24,5 27,1 20,3 15,9 14,7 E 21,5 19,4 21,1 23,3 40,9 56,2 63,4 63,4 50,1 22,4 15,7 17,5 16,9 15,8 F 23,1 23,4 18,9 33,2 26,4 32,5 59,1 63,6 59,4 20,2 22,3 20 21,2 17,8 G 23,1 21,3 15,6 27,5 54,1 55,3 43,9 60,2 61,8 29,9 22,3 19,8 17,8 16,9 H 19,8 20,3 18,4 28,5 55,3 48,3 41,1 63,2 61,6 49,7 22,5 18,9 17,8 17,6 I 17,7 16,9 24,2 29,7 36,6 38,7 57,7 35,7 34,6 42,5 21,1 16,6 16,8 13,6 J 15,6 18,6 27,9 33,3 38,9 36,4 41,7 50,4 35,9 59,5 20,6 15,3 14,7 19,9 K 14,6 17,3 28,6 30,2 42,1 37,8 40,5 51,7 35,7 23,4 18,8 16,4 16,4 18,4 L 18,4 18,4 15,7 22,1 21,7 32,2 31,9 30,3 29,9 18,9 17,3 15,6 15,4 14,4 M 16,1 17,4 16,3 20,7 21,8 20,1 23,3 25,8 20,8 20,9 18,6 19,3 17,2 16,2 N 15,2 15,6 15,8 21,4 22,5 23,1 24,9 25,4 20,8 17,5 15,5 14,2 16,6 18,1 O 17,4 14,5 15,5 13,2 15,3 12,3 15,6 18,6 16,8 15,5 13,5 16,6 18,5 16,2 P 18,2 15,5 17,6 16,9 14,1 15,2 17,4 18,9 19 16,8 19,4 14,8 17,3 17,4 Q 15,6 17,8 17,7 15,7 17,4 14,9 15,6 14,1 14,7 17,4 14,4 17,8 19,4 14,7 R 18,3 17,5 16,8 16,7 18,8 17,3 15,9 14,2 15,7 18,8 17,7 17,6 16,5 19,1 S 17,2 15,2 14,6 15,2 13,1 17,7 14,5 14,4 16,8 17,4 14,9 16,7 16,7 19,8
Kết quả đo độ cứng được biểu diễn ở dạng biểu đồ như sau:
Hình 5.33: Biểu đồ phân bố độ cứng mẫu số 2
Nhận xét:
- Giá trị độ cứng đạt được sau khi tôi tại điểm cao nhất là 63,6 HRC (tương ứng ô F8 trên bảng giá trị).
- Dựa vào phân bố độ cứng trên toàn bề mặt ta nhận thấy độ cứng phân bố không đồng đều. Khu vực đạt độ cứng cao nhất nằm ở khu vực trung tâm mẫu thép trong khi khu vực nửa dưới độ cứng rất thấp (Không cải thiện nhiều so với trước khi tôi). Nguyên nhân do quá trình gia nhiệt liên tục trên phạm vi rộng dẫn đến nhiệt độ đạt được phân bố khơng đều trên tồn bề mặt.
- Xét theo trục Y thẳng đứng ta nhận thấy bề rộng khu vực được tôi cứng chỉ đạt khoảng 55 mm (Nhỏ hơn rất nhiều so với trường hợp tơi một vị trí trên mẫu số 1). Kết quả này phù hợp với phân tích từ q trình mơ phỏng gia nhiệt theo trục Y ở chương 4. Khi cuộn dây di chuyển liên tục thì phạm vi ảnh hưởng nhiệt
1 234 5678 91011 121314 0 10 20 30 40 50 60 70 ABCD E F GH I J K L MN O P Q R S HRC
Biểu đồ phân bố độ cứng mẫu số 2
60-70 50-60 40-50 30-40 20-30 10-20 0-10
giảm so với trường hợp cuộn dây đứng yên (Bề rộng chỉ khoảng 50 ± 5 mm). Vùng phía ngồi nhiệt độ khơng đạt u cầu nên sau khi tôi độ cứng không thay đổi.
- Độ cứng trung bình tại các vị trí được gia nhiệt (xét bên trong vùng được gia nhiệt đạt yêu cầu) chỉ đạt 45,3 HRC.
- Độ lệch chuẩn của các giá trị là 11,9 HRC cho thấy các giá trị độ cứng phân bố không đồng đều trong vùng tôi cảm ứng.
Phương án tôi cảm ứng theo đường với thời gian gia nhiệt liên tục không đáp ứng yêu cầu và phân bố độ cứng khơng đều trên tồn bề mặt.
Các mẫu thí nghiệm tiếp theo sẽ được tiến hành theo từng vị trí và di chuyển cuộn dây dọc trục máy tôi CNC thành đường thẳng với khoảng cách giữa hai vị trí là 45 mm nhằm đảm bảo tồn bộ bề mặt được tôi cứng.
5.5.3. Mẫu số 3: Thép C45 kích thước 200 x 200 x 10 mm
5.5.3.1. Thơng số q trình tơi cảm ứng
- Đặc điểm: Tôi một đường gồm 3 vị trí trên mẫu thép. - Khoảng cách giữa hai vị trí: 45 mm.
- Thời gian gia nhiệt tại mỗi vị trí: 30 giây. - Nhiệt độ lớn nhất đạt được: 906 oC. - Tốc độ làm nguội: 200 - 250oC/giây.
Hình 5.35: Hình ảnh sau khi làm nguội mẫu số 3
5.5.3.2. Kết quả đo độ cứng
Việc xác định độ cứng tại nhiều vị trí được thực hiện bằng cách chia lưới thành các ơ có kích thước 20 x 20 mm trên bề mặt mẫu thép
Bảng 5.6: Kết quả đo độ cứng mẫu số 3 MẪU SỐ 3 MẪU SỐ 3 VỊ TRÍ 1 2 3 4 5 6 7 8 A 15,3 61,6 54,3 76,5 58,1 34,1 16,9 15,8 B 15,6 47,9 54,9 51,2 46,6 26,3 17,3 16,2 C 14,3 53,5 58,8 56,2 47,1 25,7 12,3 14,6 D 15,1 58,9 51,7 58,0 55,3 23,0 16,6 17,2 E 14,0 33,2 31,1 25,8 40,9 25,0 25,0 19,3 F 32,2 32,8 55,4 50,5 46,9 44,0 17,6 17,2 G 21,0 33,3 49,5 50,0 56,2 22,4 17,1 16,9 H 22,0 36,1 59,6 35,3 35,8 22,9 15,6 16,1 I 7,6 25,5 55,6 53,5 20,6 13,2 18,6 17,3
Kết quả đo độ cứng được biểu diễn ở dạng biểu đồ như sau:
Hình 5.37: Biểu đồ phân bố độ cứng mẫu số 3
1 2 3 4 5 6 7 8 00 10 20 30 40 50 60 70 80 A B C D E F G H I HRC
Biểu đồ phân bố độ cứng mẫu số 3
70-80 60-70 50-60 40-50 30-40 20-30 10-20 00-10
Nhận xét:
- Giá trị độ cứng sau khi tôi rất cao so với mẫu thép ban đầu, điểm cao nhất lên đến 76,4 HRC (tương ứng ô A4 trên bảng giá trị).
- Dựa trên các giá trị độ cứng HRC đo được và biểu đồ ta thấy phân bố giá trị độ cứng bề mặt mẫu thép tương đối đồng đều tuy có sự sai khác giữa các giá trị, độ cứng lớn chủ yếu tập trung tại vùng được gia nhiệt bên trong cuộn dây đi qua. Vùng tiếp giáp giữa các vị trí gia nhiệt độ cứng thấp hơn.
- Độ cứng trung bình đạt được trong khu vực mẫu thép sau khi tôi là 47,7 HRC. Tuy nhiên nếu bỏ qua các khu vực tiếp giáp giữa các vị trí thì độ cứng trung bình đạt được lên đến 54,2 HRC.
- Độ lệch chuẩn của các giá trị độ cứng là 6,7 HRC. Điều này chứng tỏ q trình gia nhiệt tương đối đồng đều trên tồn bề mặt.
5.5.4. Mẫu số 4: Thép SS400 kích thước 200 x 170 x 8 mm
5.5.4.1. Thông số q trình tơi cảm ứng
- Đặc điểm: Tơi một đường gồm 3 vị trí trên mẫu thép. - Khoảng cách giữa hai vị trí: 45 mm.
- Thời gian gia nhiệt tại mỗi vị trí: 30 giây. - Nhiệt độ lớn nhất đạt được: 912oC. - Tốc độ làm nguội: 200 - 250oC/giây.
Hình 5.39: Hình ảnh sau khi làm nguội mẫu số 4
5.5.4.2. Kết quả đo độ cứng
Việc xác định độ cứng tại nhiều vị trí được thực hiện bằng cách chia lưới thành các ơ có kích thước 20 x 20 mm trên bề mặt mẫu thép.
Bảng 5.7: Kết quả đo độ cứng mẫu số 4 MẪU SỐ 4 MẪU SỐ 4 VỊ TRÍ 1 2 3 4 5 6 7 8 A 39,3 31,4 34,5 35,3 34,8 36,5 40,1 14,8 B 38,5 42,9 42,3 38,5 42,4 33,7 34,8 15,3 C 39,8 41,8 42,1 38,9 42,8 32,7 35,1 14,8 D 35,7 37,6 30,9 41,3 30,7 38,5 38,9 16,4 E 33,4 29,7 38,2 42,7 41,3 40,8 30,8 18,3 F 36,2 35,8 35,8 39,8 40,7 43,2 31,2 17,8 G 34,9 36,5 37,3 43,5 42,6 39,7 32,5 16,5 H 40,5 42,2 40,1 40,6 47,3 47,3 43,6 17,1 I 30,3 32,3 41,4 40,9 39,7 40,1 39,9 16,7
Kết quả đo độ cứng được biểu diễn ở dạng biểu đồ như sau:
Hình 5.41: Biểu đồ phân bố độ cứng mẫu số 4
1 2 3 4 5 6 78 0 10 20 30 40 50 A B C D E F G H I H R C
Biểu đồ phân bố độ cứng mẫu số 4
40-50 30-40 20-30 10-20 0-10
Nhận xét:
- Giá trị độ cứng sau khi tôi được cải thiện rõ rệt so với mẫu thép ban đầu, tuy nhiên thấp hơn nhiều so với quá trình tơi các mẫu thép C45, điểm cao nhất chỉ đạt 47,3 HRC (tương ứng ô H6 trên bảng giá trị).
- Dựa vào các giá trị độ cứng HRC đo được và biểu đồ trên ta nhận thấy phân bố giá trị độ cứng bề mặt phôi tương đối đồng đều, giá trị độ cứng lớn chủ yếu tập trung tại vùng được gia nhiệt bên trong cuộn dây đi qua. Vùng tiếp giáp giữa các vị trí gia nhiệt độ cứng thấp. Vị trí đạt độ cứng thấp nhất tại vùng tiếp giáp là điểm E2 chỉ đạt 29,7 HRC
- Độ cứng trung bình đạt được trong khu vực bề mặt mẫu thép sau khi tôi là 38,2 HRC.
- Độ lệch chuẩn của các giá trị độ cứng 4,2 HRC. Chứng tỏ quá trình gia nhiệt tương đối đồng đều trên toàn bề mặt mẫu thép
- Kết quả phù hợp với lý thuyết nhiệt luyện cho thép cacbon hàm lượng thấp SS400 thì độ cứng trung bình đạt được sau khi tơi khơng vượt quá 50 HRC. [4]
5.5.5. Mẫu số 5: Thép SS400 kích thước 280 x 170 x 8 mm
5.5.5.1. Thơng số q trình tơi cảm ứng
- Đặc điểm: Tơi ba đường gồm 9 vị trí trên mẫu thép.