BÁO CÁO THỰC HÀNH MÔN VẬT LIỆU CƠ KHÍ VÀ THÍ NGHIỆP CƠ HỌC

Đinh nghĩa nhiệt luyện: Nhi ệt luyện: là công nghệ nung nóng kim loại, hợp kim đến nhiệt độ xác định, giữ nhiệt tại đó trong một thời gian nhất thích hợp rồi sau đó là nguội với tốc độ

0

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỒ HỒ CHÍ MINH

KHOA CÔNG NGHỆ CƠ KHÍ

BÁO CÁO THỰC HÀNH

MÔN VẬT LIỆU CƠ KHÍ VÀ THÍ NGHIỆP CƠ HỌC

Giáo viên hướng dẫn: TS Huỳnh Xuân Khoa

Sinh viên thực hiện :

6 Trần Nguyễn Duy Khang 19471451 DHCT15B

TP Hồ Chí Minh, tháng 09 năm 2021

M ỤC LỤC

M ỤC LỤC I DANH MỤC HÌNH ẢNH III DANH MỤC BẢNG III

BÀI 1: NHIỆT LUYỆN, PHÂN TÍCH CẤU TRÚC VÀ ĐO DỘ CỨNG 1

Phần I : Cơ sở lý thuyết 1

I.1 Đinh nghĩa nhiệt luyện: 1

I.1.1 Quy trình nhiệt luyện: 1

I.1.2 XĐ Nhiệt độ nhiệt luyện dựa và Giản đồ pha FeFe3C: 2

I.1.3 XĐ tốc độ nguội dựa vào giản đồ T-T-T (giản đồ 2C) 2

I.1.4 Tôi – Ram thép 3

I.2 Phân tích tổ chức: 4

I.2.1 Nguyên lý quan sát tổ chức kim loại bằng HVQH 4

I.2.2 Quá trình chuẩn bị mẫu để quan sát tổ chức (mài, đánh bóng, tẩm thực) 6

I.3 Phương pháp đo độ cứng HRA: 6

Phần II : Thực hành: 8

II.1 Nhiệt luyện: 8

II.1.1 Vật liệu sử dụng, phân công nhóm: 8

II.1.1 Quy trình thực hành tôi – ram thép 9

II.1.3 9

II.2 Phân tích tổ chức 9

II.2.1 Quá trình chuẩn bị 9

II.2.2 Chụp 9

II.2.3 Kết quả tổ chức tế vi, giải thích, phân tích 10

II.2.4 KẾT LUẬN 13

Bài 2 Thực nghiệm đo cơ tính của thép 14

PHẦN I Phương pháp xác định độ dai va đập 14

I.1 Cơ sở lý thuyết: 14

I.2 : Thực hành 16

I.2.1 : Thiết bị và mẫu: 16

I.2.2 Phân công nhóm: 17

II

I.2.3 Các bước tiến hành: 17

I.2.4 Kết quả và phân tích: 17

PHẦN II Phương pháp căng kéo 19

II.1 Cơ sở lý thuyết 19

II.2 Thực hành 21

II.2.1 Thiết bị và mẫu thử: 21

II.2.2 Các bước tiến hành 22

II.2.3 Kết quả phân tích 22

K ẾT LUẬN 27

TÀI LI ỆU THAM KHẢO 1

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1: Sơ đồ công nghệ của một quy trình vật liệu 1

Hình 2: Giản đồ pha Fe-Fe3C 2

Hình 3: : Giản đồ T-T-T (Time-Temperature-Transformation Curve) 2

Hình 4: Cấu trúc Mactenxit 3

Hình 5: Cấu trúc Mactenxit ram 4

Hình 6: Cấu trúc trustit ram 4

Hình 7: Mô tả nguyên lí phương pháp hiển vi quang học 5

Hình 8: Kính hiển vi quang học 5

Hình 9: Phân loại độ cứng theo phương pháp HRA 7

Hình 10: Đâm thử độ cứng bằng mũi bi trò và mũi kim cương 7

Hình 11: Biểu đồ quy trình tôi – ram thép 9

Hình 12: Nguyên lý đo độ va đập 15

Hình 13: Mẫu đo va đập 15

Hình 14: Máy đo cơ tính 16

Hình 15: Mẫu đo cơ tính 16

Hình 16: Mẫu thử sau va đập 17

Hình 17: Nguyên lý hoạt động của phương pháp thử kéo 19

Hình 18: Giản đồ thử kéo 20

Hình 19: Máy kéo vạn năng Shimadzu UH-F500kN 21

Hình 20: Mẫu thử kéo 21

Hình 21: Kết quả thử kéo của phương pháp ủ lại 22

Hình 22: Kết quả thử kéo của phương pháp tôi nước 23

Hình 23: Kết quả thử kéo của phương pháp tôi dầu 24

Hình 24: Kết quả thử kéo của phương pháp ram TB 25

Hình 25: Kết quả phân tích dữ liệu 26

DANH MỤC BẢNG Bảng 1: Vật liệu sử dụng 8

Bảng 2: Kết quả tổ chức tế vi, giải thích, phân tích 10

Bảng 3: Bảng kết quả đo độ cứng HRA 13

Bảng 4: Bảng mẫu đo trước va đập 17

Bảng 5: Bảng kết quả mẫu đo sau va đập 18

Bảng 6: Bảng mẫu thử kéo 21

Bảng 7: Bảng tổng hợp kết quả thử kéo 26

GVHD: TS HU ỲNH XUÂN KHOA 1

BÀI 1: NHIỆT LUYỆN, PHÂN TÍCH CẤU TRÚC VÀ ĐO DỘ CỨNG Phần I : Cơ sở lý thuyết

I.1 Đinh nghĩa nhiệt luyện:

Nhi ệt luyện: là công nghệ nung nóng kim loại, hợp kim đến nhiệt độ xác

định, giữ nhiệt tại đó trong một thời gian nhất thích hợp rồi sau đó là nguội với tốc độ quy định, nhằm thay đổi tổ chức, do đó nhận được cơ tính và tính chất khác theo ý muốn

I.1.1 Quy trình nhiệt luyện:

 Bản chất của nhiệt luyện là làm thay đổi tính chất thông qua biến đổi tổ chức của vật liệu Một quy trình nhiệt luyện bao gồm 3 giai đoạn: Nhiệt độ nung, thời gian giữ nhiệt và tốc độ làm nguội

 Nhiệt độ nung t0

nung: là nhiệt độ cao nhất phải đạt đến khi nung nóng (

t0

nung chọn dựa vào bản đồ )

 Thời gian giữ nhiệt tgn: là thời gian cần thiết để duy trì kim loại ở nhiệt

độ nung ( tgn phụ thuộc vào kích thước chi tiết )

 Tốc độ nguội vnguội: là độ giảm của nhiệt độ theo thời gian sau thời gian giữ nhiệt, tính ra 0C/s (vnguội chọn dựa vào bản đồ )

Hình 1 : Sơ đồ công nghệ của một quy trình vật liệu

I.1.2 XĐ Nhiệt độ nhiệt luyện dựa và Giản đồ pha FeFe3C:

Hình 2: Gi ản đồ pha Fe-Fe3C

 Theo giản đồ pha Fe-Fe3C ta phân loại các phương pháp dựa vào %C và nhiệt

độ 0 C:

- Khoảng thấp hơn A1 là phương pháp ủ cầu hóa

- Khoảng từ A3-Acm là phương pháp thường hóa

- Khoảng từ cao hơn A1 và sau Acm là phương pháp ủ và tôi

- Dựa vào giản đồ pha Fe-Fe3C ta chọn được nhiệu độ nung luyện cho thép:

I.1.3 XĐ tốc độ nguội dựa vào giản đồ T-T-T (giản đồ 2C)

 Đường A (full aneal) là ủ hoàn toàn, tốc độ nguội chậm nhất (nguội cùng lò), đạt tổ chức tế vi là Peclit

thô và Ferit gần như là Fe

 Định nghĩa: Tôi thép là phương pháp nung nóng thép lên cao quá nhiệt độ tới

hạn để làm xuất hiện tổ chức Austenit giữ nhiệt rồi làm nguội nhanh thích hợp để austenit chuyển thành mactenxit hay các tổ chức không ổn định khác với độ cứng cao

 Mục đích của tôi thép là: Nâng cao độ cứng và tính chống mài mòn của thép

 Chọn nhiệt độ tôi:

 Đối với thép trước cùng tích (0,8%C):

+ T 0

t = A c3 + (3050 0 C); trạng thái hoàn toàn ;

+ Tổ choc sau tôi là M(mactenxic) +  (Austenite dư) + ƯS dư;

+ Tôi hoàn toàn?;

 Đối với thép sau cùng tích (0,9%C)

+ T 0

t = A c1 + (3050 0 C); trạng thái ( + XeII);

+ Tổ chức sau tôi là M + XeII +  dư+ ƯS dư;

+ Tôi không hoàn toàn ?

Giữ nhiệt và làm nguội nhanh hợp lý (làm nguội trong nhiều môi trường khác nhau) Chi tiết cứng cả trong lẫn ngoài Để đánh giá hiệu quả của các phương pháp tôi người ta đưa vào chỉ tiêu độ thấm tôi

 Cấu trúc mong muốn đạt được sau tôi: Cấu trúc Mactenxit

Hình 4: Cấu trúc Mactenxit

I.1.4.2 Ram:

 Định nghĩa: Ram là phương pháp nhiệt luyện nung nóng thép đã tôi dưới

các nhiệt độ nhiệt độ tới hạn (AC 1 ), giữ nhiệt độ ở một thời gian và làm nguội Nhằm

để mactenxit và austenit dư phân hóa thành các tổ chức thách hợp phù hợp với điều kiện làm việc quy định

 Mục đích của ram thép: là làm giảm hoặc làm mất các ứng suất dư sau

khi tôi đến mức cần thiết để đáp ứng điều kiện làm việc lâu dài của sản phẩm cơ khí

mà vẫn duy trì cơ tính sau khi tôi

 Lựa chọn nhiệt độ ram:

+ Ram th ấp: phương pháp nung nóng thép đã tôi trong khoảng 150 - 2500 C tổ chức đạt được là Mactenxit ram

+ Ram trung bình: phương pháp nung nóng thép đã tôi trong khoảng 300 - 4500 C tổ chức đạt được là trustit ram, có độ cứng cao chống mài mòn tốt

 Kết quả ram mong muốn:

Hình 5: C ấu trúc Mactenxit ram Hình 6: C ấu trúc trustit ram

I.2 Phân tích tổ chức:

I.2.1 Nguyên lý quan sát tổ chức kim loại bằng HVQH

+ Kim loại hợp kim không cho ánh sáng xuyên qua nên muốn quan sát được ta phải quan sát ánh sáng phản xạ bề mặt

+ Mu ốn quan sát được phản xạ ánh sáng bề mặt ta phải mài , đánh bóng bề mặt sau đó xử lý bề mặt bằng dung dịch ăn mòn , tùy vào từng kim loại , hợp kim khác nhau ta có những sự ăn mòn bề mặt khác nhau từ đó sự tương phản trong hình ảnh

GVHD: TS HU ỲNH XUÂN KHOA 5

được tạo ra là do sự khác biệt về hệ số phản xạ của các vùng khác nhau của cấu trúc vi mô

Hình 7: Mô t ả nguyên lí phương pháp hiển vi quang học

+ Ngoài ra khi ta đánh bóng và xử lý bề nặt bằng dung dịch tới một mức đô nhất định ta có thể thông qua phản xạ ánh sáng quan sát được ranh giới giữa các hạt kim loại

+Kính hiển vi quang học là một loại kính hiển vi sử dụng ánh sáng khả kiến để quan sát hình ảnh các vật thể nhỏ được phóng đại nhờ một hệ thống các thấu kính thủy tinh Kính hiển vi quang học là dạng kính hiển vi đơn giản, lâu đời nhất và cũng là phổ biến nhất Các kính hiển vi quang học cũ thường phải quan sát hình ảnh trực tiếp bằng mắt nhìn qua thị kính, nhưng các kính hiện đại hiện nay còn được gắn thêm các CCD camera hoặc các phim ảnh quang học để chụp ảnh

Hình 8: Kính hi ển vi quang học

I.2.2 Quá trình chuẩn bị mẫu để quan sát tổ chức (mài, đánh bóng,

t ẩm thực)

 Mài mẫu: Đây là bước làm cần thiết để loại bỏ các tổn hại cấu trúc mẫu trước

đó Quy trình mài thô mẫu giúp tiếp cận nhanh đến vị trí cần phải phân tích trên

m ẫu, tạo ra bề mặt phảng ban đầu cần thiết cho các bước mài và đánh bóng tiếp theo Quá trình mài có thể thực hiện bằng cách ướt hoặc khô bằng cách sử dụng giấy nhám trên các đĩa quay Trong giai đoạn này để đạt hiệu quả tốt nhất cần

phải chọn đúng loại giấy mài và bột mài phù hợp

 Đánh bóng mẫu: Quá trình đánh bóng được chia thành hai giai đoạn là đánh bóng thô và đánh bóng tinh

 Đánh bóng thô: Quá trình đánh bóng thô giúp xử lý bề mặt giảm thiểu các vết

xước để quá trình đánh bóng tinh đạt hiệu quả tốt và nhanh hơn, sử dụng các hạt tinh th ể kim cương

 Đánh bóng tinh: thông dụng nhất là sử dụng nhôm oxit để mài mòn mẫu vì độ

cứng và độ bền cao của nó

 Tẩm thực: Mẫu sau khi đánh bóng, đem rửa sạch, thấm và sấy khô rồi quan sát

trên kính hiển vi Ta có thể thấy trên mẫu có các vết xước nhỏ do đánh bóng chưa tốt, các vết nứt tế vi, rỗ khí, xỉ tạp chất, một số pha và tổ chức như cacbit, graphit,

và sự phân bố của các pha

I.3 Phương pháp đo độ cứng HRA:

+ Trên máy đo độ cứng Rockwell có hai thang chia Thang chia C, khi thử bằng mũi đo kim cương với lực ấn 150kgf và thang chia B khi dùng viên kim cương với lực ấn 100kgf Viên bi (ứng với thang chia B) được dùng để thử độ cứng Rockwell của thép chưa tôi, đồng, đồng thau, còn các vật liệu thật cứng thì phải thử bằng mũi

đo kim cương như ở thang chia C, nhưng với lực ấn 60kgf, đọc trên thang chia kí hiệu bằng chữ A Do đó, khi ghi độ cứng Rockwell ta phải ghi rõ đơn vị của độ cứng là: HRC, HRB hay HRA

GVHD: TS HU ỲNH XUÂN KHOA 7

Hình 9: Phân lo ại độ cứng theo phương pháp HRA

Hình 10 : Đâm thử độ cứng bằng mũi bi trò và mũi kim cương

HR = k- h/e

Trong đó:

+ k: là hằng số (dùng bi k= 130,dùng mũi kim cương thì k = 100.)

+ e: là giá trị một độ chia của e Đối với đo cứng e = 0,002mm Đối với đo mềm hay còn g ọi là đo cứng bế mặt e = 0,001mm

+ 0,002 hay 0,001 là giá trị của vạch chia đồng hồ hay khi mũi thử ấn sâu thêm 0,002

mm hay 0.001 mm thì kim dịch đi một vạch

+ h: là hi ệu độ sâu hai lần ấn (mm) h = h2-h1

Phần II : Thực hành:

II.1 Nhiệt luyện:

II.1.1 Vật liệu sử dụng, phân công nhóm:

Bảng 1: Vật liệu sử dụng

0 C45 Ban đầu (ủ lại)

1 C45 870𝑜 – Tôi nước

2 C45 870𝑜 – Tôi dầu

3 C45 870𝑜 – Tôi nước + Ram thấp 200𝑜 (15 phút)

4 C45 870𝑜 – Tôi nước + Ram trung bình 315𝑜 (15 phút)

5 C20 870𝑜 – Tôi nước (so sách mẫu 1)

6 C45 870𝑜 – Không khí (thường hóa)

7 C20 Ban đầu (ủ lại) (so sách với mẫu không)

11 C45 Ban đầu (ủ, dài)

12 C45 870𝑜 –Tôi nước (mẫu dài)

13 C45 870𝑜 –Tôi dầu (mẫu dài)

14 C45 870𝑜 –Tôi nước (mẫu dài) + Ram trung bình

 Ta sử dụng 2 mẫu thép Cacbon là: thép C45 và thép C20 Xử lí nhiệt chúng qua các quá trình tôi, ram và sau đó thử độ bền va đập và độ bền kéo nhằm đánh giá cơ tính của chúng

+ M ẫu thép C45 có %C trung bình có độ bền, độ cứng, độ dẻo, độ dai đều cao (có cơ tính tổng hợp cao), hiệu quả tôi + ram cao, Dùng làm chi tiết máy chịu tải trọng tĩnh

và va đập

+ Thép C20 có %C thấp nên có độ dẻo, độ dai rất cao, nhưng độ bền, độ cứng rất thấp nên hiệu quả nhiệt luyện tôi và ram không cao

GVHD: TS HU ỲNH XUÂN KHOA 9

II.1.1 Quy trình thực hành tôi – ram thép

Hình 11: Bi ểu đồ quy trình tôi – ram thép

+ Ta nung nóng các mẫu lên khoảng nhiệt độ 870𝑜𝐶, sau đó thực hiện các phương pháp Tôi nước, tôi dầu, thường hóa, ủ trong lò, và Ram TB315𝑜 (15 phút), Ram thấp 200𝑜 (15 phút)

+ Tiến hành quan sát các mẫu dưới kính hiển vi và thử độ cứng các mẫu, sau đó tiến hành đánh giá

II.1.3 Mô t ả quá trình thực hành

II.2 Phân tích tổ chức

II.2.1 Quá trình chuẩn bị

II.2.2 Chụp

Downloaded by Út Bé (beut656@gmail.com)

GVHD: TS HU ỲNH XUÂN KHOA 10

II.2.3 Kết quả tổ chức tế vi, giải thích, phân tích

Bảng 2: Kết quả tổ chức tế vi, giải thích, phân tích

- Xử lý nhiệt: 870𝑜𝐶 _ Tôi nước

- Tổ chức tế vi: Cấu trúc có tổ chức Mactenxic và Austenite dư (vùng

sáng nhi ều)

- V ật liệu: thép C45

- Xử lý nhiệt: 870𝑜𝐶 _ Tôi nước

GVHD: TS HU ỲNH XUÂN KHOA 13

- Tổ chức tế vi: Cấu trúc có tổ chức Mactenxic (có hình kim) và

Austenite dư (vùng sáng ít)

=> Hi ệu quả tôi của thếp C20 thấp hơn nhiều so với thép C45

II.3 Đo độ cứng, kết quả:

Bảng 3: Bảng kết quả đo độ cứng HRA

+ Trực tiếp xử lí bền mặt mẫu thép sau đó tẩm thực rồi soi bề mặt mẫu dưới kính hiển vi để thấy rõ được các tổ chức bên trong đó

Downloaded by Út Bé (beut656@gmail.com)

 Độ dai va đập: là khả năng chịu tải trọng đột ngột, khả năng hấp phụ năng

lượng va đập trước khi nó vật bị phá hủy

 Các phương pháp đo phổ biến: Charpy V-notch test, the Izod test and

the Tensile Impact test

 Tiêu chuẩn Việt Nam: TCVN 312:1969 về Kim loại - Phương pháp xác

định độ dai va đập ở nhiệt độ thường

+ Tiêu chuẩn này quy định phương pháp thử va đập kiểu con lắc Charpy (rãnh V và rãnh U) để xác định năng lượng hấp thụ trong thử va đập vật

liệu kim loại

 Nguyên lý PP charpy xác định năng lượng phá hủy mẫu:

+ Phép thử này bao gồm làm gãy mẫu thử có rãnh khía bằng một dao động đơn của con lắc dưới các điều kiện được xác định sau đây Rãnh trên mẫu thử phải được quy định hình dạng và được đặt ở chính giữa hai giá đỡ, đối diện với

vị trí bị va đập trong khi thử Độ dai được xác định bằng năng lượng hấp thụ trong thử va đập

+ Do các giá trị va đập của một số vật liệu kim loại thay đổi theo nhiệt độ, nên phép thử được thực hiện ở nhiệt độ quy định Khi nhiệt độ thử khác với nhiệt độ môi trường thì mẫu thử phải được nung nóng hoặc làm nguội đến nhiệt độ đó trong môi trường được kiểm soát

Lúc này năng lượng thế năng của búa là: E2 m g h .

+Cuối cùng ta tính được năng lượng của quá trình va đập:

- Khối lượng búa: m=27.5 kg (dựa trên số liệu có trên máy)

- Chiều dài búa: L = 0.75 (m): khoảng cách từ tâm trục tới lưỡi búa

- g = 9.81 m/s2

 Mẫu đo:

Đo va đập

Mẫu 8 C45 870𝑜 – Nước (vuông)

Mẫu 9 C45 870𝑜 – Dầu (vuông) Mẫu 10 C45 Ban đầu (vuông) (1 mẫu / nhóm)

Hình 15: M ẫu đo cơ tính

GVHD: TS HU ỲNH XUÂN KHOA 17

I.2.2 Phân công nhóm:

B ảng 4: Bảng mẫu đo trước va đập

I.2.3 Các bước tiến hành:

I.2.4 Kết quả và phân tích:

+ Mẫu thử sau va đập:

Hình 16: M ẫu thử sau va đập

Downloaded by Út Bé (beut656@gmail.com)

GVHD: TS HU ỲNH XUÂN KHOA 18

B ảng 5: Bảng kết quả mẫu đo sau va đập

Nhóm Mẫu  E1 (J)  E2(J) E (J) ak (J/mm2)

GVHD: TS HU ỲNH XUÂN KHOA 19

Nh ận xét:

+ Với cùng 1 loại vật liệu thép C45 có lượng cacbon trung bình thì với các phương pháp xử lý nhiệt khác nhau cho ra độ dai khác nhau

+Với phương pháp Ủ lại có độ dẻo dai cao nhất (với 3.95 J/mm2) Đối

với phương pháp tôi nước với thời gian nguội nhanh nên có độ dẻo dai

thấp nhất với chỉ 1.55 J/mm2 Còn tôi với dầu cũng được 1 độ dai khá cai là 3.21 J/mm2

PHẦN II Phương pháp căng kéo

II.1 Cơ sở lý thuyết

Khái ni ệm:

 Phương pháp thử kéo : là quá trình thử để xác định được độ bền, độ đàn hồi

và độ dẻo của kim loại bằng cách kéo căng mẫu thử và quan sát quá trình căng

ra của kim loại đó, và được biểu diễn thông qua biểu đồ ứng xuất và độ biến dạng.

 Một số đặc điểm phổ biến: là mẫu bị biến dạng, thường đến phá hủy,

bằng tải trọng kéo tăng dần áp vào dọc trục của mẫu thử, mặt cắt ngang

của mẫu thường là tròn, vuông hoặc mẫu tấm

Nguyên lý phương pháp thử kéo và giản đồ thử kéo:

 Nguyên lý :

Hình 17: Nguyên lý ho ạt động của phương pháp thử kéo

+ Đặt mẫu vào thiết bị thử kéo, sau đó mẫu được kẹp chặt ở 2 đầu, khi kéo vật căng ra ta dùng cảm biến kẹp vào giữa mẫu để đo độ giãn ra của mẫu, và lực căng được đo bẳng load cell

Downloaded by Út Bé (beut656@gmail.com)