5.5. Kết quả tôi cảm ứng từ các mẫu thép
5.5.1.2. 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 tồn bề mặt mẫu thép.
Hình 5.12: Chia lưới mẫu thép số 1 trong quá trình đo độ cứng
Độ cứng được đo theo tiêu chuẩn ASTM E18 1998 của Hiệp hội Vật liệu và Thử nghiệm Hoa Kỳ, với thang đo HRC sử dụng đầu đo kim cương.
Thiết bị đo độ cứng được sử dụng là Rockwell Hardness Testing Machines của hãng Mitutoyo – Nhật Bản, Model HR-430MR và Rockwell Type Hardness Tester, Model FR-1AN của hãng Future - Tech Corp. – Nhật Bản.
Để đảm bảo giá trị đo chính xác thì đầu tiên máy đo độ cứng sẽ được hiệu chỉnh, kiểm tra bằng cách sử dụng mẫu đo chuẩn từ nhà cung cấp có độ cứng tiêu chuẩn 60,3 HRC với dung sai cho phép ±0,8 HRC.
ASTM quy định trong quá trình đo phải tiến hành hiệu chuẩn máy vào giữa ca làm việc hoặc sau khoảng 20 lần đo.
Quá trình hiệu chuẩn máy sẽ được ghi nhận trong báo cáo với các kết quả đo như hình dưới đây.
Hình 5.13: Hiệu chuẩn máy đo độ cứng Mitutoyo bằng mẫu chuẩn
Nhận xét: Giá trị độ cứng đo được trên mẫu chuẩn trong hai trường hợp lần lượt là 59,9 HRC và 59,5 HRC, nằm trong phạm vi dung sai cho phép 60,3 ± 0,8 HRC của mẫu chuẩn. Kết luận hai máy đạt độ chính xác cần thiết để tiến hành quá trình đo độ cứng. Tiến hành đo độ cứng bằng cách sử dụng thang đo HRC với đầu đo kim cương lần lượt tại mỗi ô đã đánh dấu trên bề mặt mẫu thép.
Hình 5.15: Hình ảnh quá trình đo độ cứng mẫu số 1
Kết quả đo độ cứng trên toàn bề mặt mẫu thép số 1 được thể hiện ở bảng sau:
Bảng 5.4: Kết quả đo độ cứng mẫu số 1 MẪU SỐ 1 MẪU SỐ 1 VỊ TRÍ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 A 14,9 15,7 14,5 16,3 15,1 15,8 20,2 17,1 15,4 16,1 14,4 15,8 14,7 B 15,4 15,8 14,9 14,7 57,4 59,5 60,3 57,1 17,6 13,9 15,2 14,9 15,4 C 14,7 15,8 14,5 59,5 62,1 61,3 58,2 58,7 57,9 56,2 16,8 15,6 14,9 D 18,2 15,7 59,3 61,5 64,2 61,8 62,5 63,1 59,7 61,4 55,1 14,3 15,8 E 20,1 22,3 62,8 61,5 57,9 58,4 59,1 60,2 64,6 60,5 57,8 15,2 14,5 F 17,3 58,4 61,2 60,6 57,7 41,5 30,4 61,3 51,8 59,5 54,8 15,7 13,6 G 16,7 59,1 66,2 62,7 59,3 31,8 25,1 59,4 60,5 60,8 54,3 17,1 14,8 H 18,5 17,8 65,1 60,3 61,5 59,6 58,9 59,1 57,6 58,2 56,1 14,7 14,2 I 15,5 14,8 58,6 63,5 56,3 63,4 60,7 60,1 59,2 57,8 33,2 15,7 14,6 J 16,3 15,2 14,3 60,5 51,8 56,3 61,2 60,1 57,4 48,5 15,2 16,4 15,3 K 15,4 14,8 14,9 14,4 27,3 61,5 57,8 45,7 17,6 15,1 14,9 15,6 14,5 L 16,2 15,8 17,3 16,2 15,6 16,3 15,4 18,3 15,9 16,7 14,5 15,9 15,8 M 18,5 16,3 16,9 15,7 14,6 15,9 16,3 14,3 15,5 16,3 18,5 14,2 17,8
Kết quả đo độ cứng được biểu diễn ở dạng biểu đồ như sau:
Hình 5.16: Biểu đồ phân bố độ cứng mẫu số 1
Nhận xét:
- Giá trị độ cứng sau khi tôi rất cao so với mẫu thép ban đầu, điểm cao nhất lên đến 66,2 HRC (tương ứng ô G3 trên bảng giá trị).
- Dựa vào biểu đồ phân bố độ cứng trên toàn bề mặt ta nhận thấy 04 vị trí giữa tâm cuộn dây (kích thước 20 x 20 mm) có độ cứng nhỏ nhất, lần lượt từ 25,1; 30,4; 31,8 và 41,5 HRC (tương ứng các ô G7, F7, G6 và F6 trên bảng giá trị). Nguyên nhân do các vị trí này nằm ở tâm cuộn dây nên nhiệt độ đạt được sau khi gia nhiệt thấp hơn nhiệt độ tôi yêu cầu (Theo kết quả đo bằng máy đo hồng ngoại thì nhiệt độ vùng này dao động khoảng 500 đến 600oC).
- Giá trị độ cứng đạt được lớn nhất và tương đối đồng đều được phân bố theo tiết diện hình vành khăn với kích thước đường kính ngồi 110 mm và đường kính trong 20 mm. Nguyên nhân là do khu vực này nằm ở vị trí tương ứng với tiết diện cuộn dây cảm ứng và được gia nhiệt đạt nhiệt độ tôi yêu cầu.
AB CD EF GH I J KLM 0 10 20 30 40 50 60 70 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 H RC
Biểu đồ phân bố độ cứng mẫu số 1
60-70 50-60 40-50 30-40 20-30 10-20 0-10
- Độ cứng trung bình tại các vị trí được gia nhiệt (xét bên trong hình vành khăn với kích thước đường kính ngồi 110 mm và đường kính trong 20 mm) là 59,2 HRC.
- Độ lệch chuẩn của các giá trị là 3,4 HRC cho thấy các giá trị độ cứng phân bố tương đối đồng đều trong vùng tôi cảm ứng.
- Kết quả đo độ cứng cho thấy quá trình tơi cảm ứng bề mặt phù hợp với lý thuyết nhiệt luyện và biểu đồ phân bố độ cứng phù hợp với phân tích từ kết quả mô phỏng nhiệt đã được thực hiện ở chương 4. Theo đó các vị trí tại khu vực hình vành khăn cuộn dây sẽ đạt nhiệt độ tôi và độ cứng đáp ứng yêu cầu.
- Độ cứng tại khu vực tâm cuộn dây có thể được cải thiện bằng cách di chuyển cuộn dây sao cho hình vành khăn của cuộn dây đến vị trí tiếp theo tương ứng với tâm cuộn dây ở vị trí trước đó.