Vật liệu học ủ kết tinh lại

- Mục đích và đặc điểm: Ủ kết tinh lại được tiến hành cho các thép qua biến dạng nguội bị biến cứng cần khôi phục lại tính dẻo, độ cứng trước khi gia công cơ khí.. Bản chất kết tinh lại

M ục Lục

Trang

Nhận xét của giáo viện……… 4

Định nghĩa……… 5

Chuẩn bị cho thí nghiệm……… 6

Thử phần tram cacbon trong thép……… 7

Đo độ cứng trước khi ủ kết tinh lại……… 9

Cánh tiến hành ử kết tinh……… 10

Quá trình tiến hành thí nghiệm ử kết tinh lại……… 12

Đo độ cứng sau khi ử kết tinh lại……… 14

Kết luận thí nghiệm……… 15

TRƯỜNG CĐKT LÝ TỰ TRỌNG TP.HCM

KHOA ĐỘNG LỰC LỚP 13CĐ_Ô1

Vật Liệu Học

Đề tài: Ủ Kết Tinh Lại

Giáo viên hướng dẫn:

Nguyễn Ngọc Quỳnh

Học sinh thực hiện:

Trần Việt Thắng

Đỗ Thị Cẩm Thu

Phạm Minh Tiến

Lương Văn Tình

Cái Đại Nam

TP.HCM,16 tháng 12 năm 2014.

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

Ngày nhận đề tài: 28/10/2014

Ngày nộp đề tài: 16/12/2014

Phạm vi nghiên cứu đề tài: môn Vật Liệu Học trong phạm vi bật cao đẳng kỹ thuật

* Định nghĩa:

Ủ thép là phương pháp nung nóng thép đến nhiệt độ nhất định,

giữ nhiệt rồi làm nguội chậm cùng với lò, để đạt được tổ chức ổn định theo giản đồ trạng thái với độ cứng thấp nhất và độ dẻo cao Tổ chức đạt được sau khi ủ thép là P (có thể có thêm F hay XeII tuỳ loại thép trước hay sau cùng tích)

*Ủ Kết Tinh Lại

- Ủ kết tinh lại là phương pháp ủ nung nóng thép tới nhiệt độ nhỏ

hơn Ac1 để không có chuyển biến pha xảy ra

- Mục đích và đặc điểm: Ủ kết tinh lại được tiến hành cho các thép qua biến

dạng nguội bị biến cứng cần khôi phục lại tính dẻo, độ cứng trước khi gia công cơ khí

- Nhiệt độ ủ kết tinh lại cho thép cacbon là từ 600 ÷ 700%C tức là thấp hơn

nhiệt độ Ac1

Loại ủ này làm thay đổi được kích thước hạt và giảm độ cứng, nhưng rất ít áp dụng cho thép vì khó tránh tạo nên hạt lớn

Thành phần phần trăm cacbon trong thép là 0,2%C –> 0,4%C

*Phương pháp xác định %C trong thép

+ Phương pháp thông thường (dùng đá mài):

• Phương pháp này thường sử dụng máy mài bàn (VD: máy mài 2 đá) để tạo hoa lửa, đôi khi cũng có thể sử dụng máy mài cầm tay

• Đá mài phải quay với tốc độ tối thiểu là 23 m/s (vận tốc dài), thực tế nên điều chỉnh trong khoảng 38 ~ 48 m/s Đá mài nên sử dụng loại thô và cứng (loại oxit nhôm hoặc carborundum – SiC)

• Chiều dài của hoa lửa phụ thuộc vào lực mài à rất khó so sánh nếu nếu lực mài mẫu khác nhau Trong thực tế, lực mài sao cho chùm tia lửa của thép 0.2% C có chiều dài khoảng 500mm thường được dùng làm lực chuẩn

• Để tránh ảnh hưởng của ánh sáng mặt trời hoặc để điều chỉnh độ sáng xung quanh, cần thiết phải sử dụng các loại màn che hoặc buồng tối Khi mài, để mẫu tiếp xúc nhẹ với đá mài

• Hướng của chùm tia lửa nên theo phương ngang hoặc hơi chếch lên trên Và vị trí quan sát nên ở phía sau hoặc bên phải của chùm tia

• Để nhận biết chính xác hơn, nên có thêm mẫu chuẩn (đã phân tích chính xác thành phần hóa học) để làm mẫu đối chiếu

• Các mẫu thử cần được làm sạch bề mặt, loại bỏ các lớp thấm (C, N), các lớp oxit và thoát carbon Có thể thực hiện bằng cách mài sâu

• Khi kiểm tra, cần quan sát kỹ chùm hoa lửa từ gốc đến ngọn (theo hình 1) Đặc biệt cần chú ý vào một số đặc điểm sau:

o Chùm tia lửa: màu sắc, số lượng, độ sáng, chiều dài các tia lửa

o Hoa lửa: màu sắc, số lượng, hình dạng, kích cỡ

o Trở lực mài: theo cảm giác ở tay khi mài mẫu

• Chú ý: bề mặt đá mài phải vệ sinh thường xuyên để tránh bám vụn kim loại (dùng cà đá)

Thí nghiệm thử phần trăm cacbon trong thép

Kết Luận chọn vật liệu

Chùm tia lửa:

• Màu sắc : cam vàng

• Số lượng: trung bình

• Độ sáng: sáng

• Chiều dài các tia lửa: khoảng 500mm

Hoa lửa:

• Màu sắc: Cam vàng

• Số lượng: Trung bình

• Hình dạng: Nhiều nhánh cho đến đa nhánh cấp 3

• Kích cỡ: Trung bình

 Chọn đúng vật liệu

Đo độ cứng trước khi ủ kết tinh lại

Stt Quá trình đo độ cứng trước khi ủ kết tinh lại Ghi chú

1

độ cứng =96HRB

độ cứng =85,5HRB

độ cứng =96,5HRB

Độ cứng trung bình của vật = 92.67HRB

Cách tiến hành ủ kết tinh lại

Đây là giai đoạn quan trọng nhất với các đột biến về cấu trúc mạng tinh thể, tổ chức tế

vi và tính chất

Bản chất kết tinh lại

Khi nung nóng cao hơn nhiệt độ nhất định (gọi là nhiệt độ kết tinh lại), trong mạng tinh thể bị xô lệch có quá trình hình thành các hạt mới không có các sai lệch do biến dạng dẻo gây ra theo cơ chế tạo mầm và phát triển mầm như kết tinh:

- Mầm là những vùng không chứa sai lệch do biến dạng dẻo; chúng sinh ra chủ yếu ở những vùng bị xô lệch mạnh nhất, năng lượng dự trữ cao nhất nên kém ổn định nhất (như mặt trượt, biên hạt) do đó dễ trở về trạng thái câ n bằng với ít sai lệch nhất Như vậy kim loại bị biến dạng dẻo càng mạnh, mầm kết tinh lại sẽ được tạo nên càng nhiều nên hạt càng nhỏ

- Sự phát triển tiếp theo là quá trình tự nhiên

Sau khi kết thúc kết tinh lại, có các hạt hoàn toàn mới đa cạnh với mạng tinh thể ít sai lệch nhất như trước khi bị biến dạng dẻo và mọi tính chất trở lại mức như trước khi bị biến dạng tức xảy ra quá trình thải bền: độ dẻo tăng lên và độ bền, độ cứng giảm đi một cách đột ngột ở đây có hai vấn đề đáng quan tâm là nhiệt độ tiến hành quá trình này và kích thước hạt nhận được

Nhiệt độ

Nhiệt độ kết tinh lại là nhiệt độ nhỏ nhất tại đó xảy ra quá trình kết tinh lại (tạo mầm

và phát triển mầm) với tốc độ đáng kể Do kết tinh lại phụ thuộc vào sự dịch chuyển

xa của nguyên tử nên nhiệt độ của quá trình đó Toktl - phụ thuộc vào nhiệt độ nóng chả y - ToS - theo công thức:

Toktl = a ToS (cả hai nhiệt độ đều tính theo oK)

trong đó hệ số a phụ thuộc vào độ sạch của kim loại, mức độ biến dạng và thời gian giữ nhiệt Trong điều kiện thường gặp nhất: mức độ biến dạng lớn (> 40 - 50%), thời gian giữ nhiệt khi nung nóng khoảng 1h, đối với kim loại nguyên chất kỹ thuật thì a ≈ 0,4, kim loại tinh khiết (hầu như nguyên chất) a ≈ 0,2 - 0,3, hợp kim là dung dịch rắn a

≈ 0,5 - 0,8 Độ biến dạng càng lớn, thời gian ủ càng dài hệ số a tương ứng càng nhỏ Trên cơ sở này có thể tính được nhiệt độ ủ để khôi phục các tính chất ban đầu cho các kim loại và hợp kim, một việc làm thường phải giải quyết trong công nghệ gia công kim loại

Như vậy các kim loại (nguyên chất kỹ thuật) thường gặp có nhiệt độ kết tinh lại khác nhau, như sau:

Fe (toS = 1539oC) - 450oC, Cu (toS = 1083oC) - 270 oC,

Al (toS = 660oC) - 100oC, Pb, Zn, Sn (toS trên dưới 300oC) - < to thường

Tổ chức tế vi và độ hạt

Sau kết tinh lại được các hạt mới đa cạnh, đẳng trục, mất hẳn dạng hạt méo, kéo dài; song điều cần bàn ở đây là độ hạt, vì như đã biết nó có ảnh hưởng lớn đến cơ tính (hạt càng nhỏ càng tốt) Người ta nhận thấy sau kết tinh lại độ hạt phụ thuộc chủ yếu vào

ba yếu tố sau.

- Mức độ biến dạng Nói chung kim loại bị biến dạng dẻo càng mạnh, sau khi ủ kết tinh lại hạt tạo thành càng nhỏ, điều này được giải thích là do xô lệch mạng mạnh tạo nên nhiều mầm Chính vì vậy ngoài lý do năng suất ra người ta thường cố gắng biến dạng với lượng ép lớn để tạo hạt nhỏ khi kết tinh lại Biến dạng nhỏ với lượng ép 2 - 8% chỉ tạo ra rất ít vùng xô lệch nên tạo ra ít mầm, hạt tạo thành rất lớn, độ biến dạng như vậy được gọi là độ biến dạng tới hạn, thường phải tránh Tuy nhiên trong trường hợp ngược lại cần hạt to (trong thép kỹ thuật điện) lại phải lợi dụng hiệu ứng này

Sự biến đổi của tổ chức và cơ tính của kim loại đã qua biến dạng dẻo khi bị nung

nóng

- Nhiệt độ ủ Nhiệt độ ủ càng cao tốc độ tạo mầm và phát triển mầm đều tăng nhưng tốc độ phát triển tăng nhanh hơn nên hạt to lên

- Thời gian giữ nhiệt Thời gian giữ nhiệt tại nhiệt độ ủ càng dài càng có điều kiện cho hạt phát triển nên hạt càng lớn

Trong thực tế thường biến dạng với lượng ép lớn (≥ 40 - 50%), khi ủ chú ý không tăng nhiệt độ quá mức quy định và thời gian giữ chỉ khoảng 1h (tối đa không quá 2h) để tạo ra hạt nhỏ Tùy thuộc vào kích thước hạt đạt được sau khi kết tinh lại to hay nhỏ hơn, cơ tính sẽ có biến đổi tương ứng so với trước khi biến dạng Ủ kết tinh lại là phương pháp nhiệt luyện tạo hạt nhỏ duy nhất cho các kim loại, hợp kim không có chuyển biến thù hình

Bảng màu kim loại khi ở nhiệt độ:

Thanh thép được bỏ vào lửa để chuẩn bị ử kết tinh lại

Sau khi đạt đến nhiệt độ 600, 700 độ C thì cho thanh thép nguội

lại cùng lò

Sau 2 giờ ủ cho thanh thép nguội lại cùng lò thì sẽ lấy thanh thép

ra khỏi lò

Stt Quá trình đo độ cứng trước khi ủ kết tinh lại Ghi chú

1

độ cứng =46HRB

độ cứng =47HRB

độ cứng =57,5HRB

Độ cứng trung bình của vật = 50,16HRB

Sai lệch 1HRB

Đo độ cứng sau khi ủ kết tinh lại

Kết Luận Thí nghiệm

Độ cứng trung bình trước khi ủ kết tinh lại là: 96,67HRB

Độ cứng trung bình sau khi ủ kết tinh lại là: 50,16 HRB

Độ cứng giảm được 46,51 HRB => giảm 48,11%

*** Thí nghiệm thành công

Đạt được mục đích yêu cầu đầu đề tài

Độ cứng giả

+ Tìm đúng loại thép cho thí nghiệm

+ Làm đúng quy trình ủ kết tinh lại