Những tính chất vật lý thông thường của tinh thể và mối liên quan giữa chúng với tính chất đối xứng hoặc cấu trúc của tinh thể.

Phương pháp Đo Độ cứng ROCKWELL HVTH: TRẦN TRỌNG CÔNG – LÊ THỊ HỒNG CẦN – ĐỖ MẠNH ĐẠT – NGUYỄN TRẦN THẢO DUNG – RƠMAH GIANG 2.2.6.. Đặc điểm của độ cứngHVTH: TRẦN TRỌNG CÔNG – LÊ THỊ HỒN

GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN HỌC VIÊN THỰC HIỆN:

PGS.TS TRƯƠNG MINH ĐỨC TRẦN TRỌNG CÔNG

LÊ THỊ HỒNG CẨN

NGUYỄN TRẦN THẢO DUNG

ĐỔ MẠNH ĐẠT

RƠMAH GIANG

Lê Thị Hồng Cẩn Nguyễn Trần Thảo Dung

Đỗ Mạnh Đạt

Rơ mah Giang

4.4 Tính áp điện, hỏa điện, sắt điện 4.3 Tính dẫn nhiệt

4.2 Ðộ cứng

NỘI DUNG

4.5 Quang tính

- Cát khai rất hoàn toàn: khoáng vật dễ bị tách theo các phương nhất định thành những lớp mỏng như mica, clorite.

- Cát khai hoàn toàn: lấy búa đập nhẹ lên khoáng vật, chúng bị tách ra những mảnh nhỏ giống tinh thể mẹ, mặt cát khai tương đối nhẵn VD: galen, canxit.

- Cát khai trung bình: khi bị tác dụng của lực ngoài khó tách ra thành những mặt phẳng nhất định Trên mặt mảnh vụn của khoáng vật vừa thấy có mặt cát khai vừa thấy có vết vỡ, mặt cát khai không liên tục VD: pyroxen, amphibon.

- Cát khai không hoàn toàn: rất khó nhìn thấy những mặt cát khai, đại bộ phận là những vết vỡ VD: Ôlivin

- Cát khai rất không hoàn toàn: trên thực tế là không có cát khai, chỉ trong những trường hợp đặc biệt mới phát hiện ra những mặt cát khai VD: thạch anh.

ra theo các mặt của nó dưới tác dụng của 1 lực cơ học

Phân loại: Tùy theo mức độ dễ tách người ta phân ra làm 5 loại:

mica , thạch cao; theo 2 mặt như amfibol, pyrôxen; theo 3 mặt như halit, canxit

Mức độ cát khai theo những mặt khác nhau có thể khác nhau.

nesosilicat xếp chặt theo luật sáu phương …ABABAB… theo hướng [100]; khiến cho olivin có tỉ trọng và độ cứng tương đối cao, và có cát khai (010) và (100).

Cấu trúc tinh thể ôlivin

thuộc nhóm silicat lớp bao gồm các loại vật liệu có mối liên kết chặt chẽ, có tính cát khai cơ bản hoàn toàn Tất cả chúng đều

có cấu trúc tinh thể thuộc hệ một phương có xu hướng tinh thể giả hệ sáu phương và có thành phần hóa học tương tự Tính cát khai cao là tính chất đặc trưng nhất của mica, điều này được giải thích là do sự sắp xếp của các nguyên tử dạng tấm lục giác chồng lên nhau.

điôpsit, enstatit

Cát khai hoàn hảo ở mặt [1011] theo 3 hướng với góc 74° 55'

2 Khả năng cát khai có quan hệ chặt chẽ với đặc điểm của cấu trúc tinh thể.

Bravais là người đầu tiên cắt nghĩa hiện tượng này Phát triển lý thuyết về mạng tinh thể, ông đã giả thiết rằng mặt cát khai thường song song với các mặt mạng có mật độ hạt lớn nhất, vì các mặt mạng này thường cách nhau những khoảng lớn nhất

Tuy nhiên cách giải thích giản đơn như vậy cho hiện tượng cát khai chỉ đúng với những trường hợp không phức tạp, ví dụ đối với graphit

a=3,20, c = 5,20Å, c/a =1,62 Nếu các nguyên tử magnesi phân bố theo các nút của mạng, thì theo như giả thuyết của Bravais ta sẽ có cát khai theo mặt đáy Tuy nhiên, magnesi kim loại không có cát khai

Nguyên tử của nó xắp xếp theo cách chồng khít các quả cầu kiểu sáu phương với tỉ lệ rất gần với tỉ số lí tưởng c/a bằng 1,633 Điều đó có nghĩa là không có bất kì một dị thường nào về khoảng cách giữa các nguyên tử trong cấu trúc magnesi kim loại và do đó không có khả năng cát khai theo mặt đáy

3 Lực liên kết hóa học trong tinh thể ảnh hưởng đến tính cát khai của tinh thể

Vulf là người đầu tiên nhận thấy điều này Ông đã lấy Sfalerit và kim cương làm ví dụ.

Kim cương và sfalerit có cấu trúc mạng lập phương tương tự nhưng chúng cát khai theo những mặt khác nhau.

hoặc S2- cho nên tuy những mặt mạng này cách xa nhau nhưng chúng gắn với nhau bằng lực hút những điện tích trái dấu Trong khi đó theo {110} mỗi mặt mạng đều chứa đồng thời cả 2 loại ion nên trung hòa điện tích Các mặt của họ mặt mạng này gắn kết với nhau bằng lực yếu hơn nên cát khai tốt hơn

và mặt {110} trong sphalerit

ta có thể rút ra những kết luận nhất định về cấu trúc bên trong của một tinh thể.

Hệ tinh thể bố

Rutil, zircon, andalusit

Thạch anh, canxit

2 ĐỘ CỨNG CỦA TINH THÊ

2.1 Đặc điểm của độ cứng 2.2 Các phương pháp đo độ cứng

2.2.1 Phương pháp xác định gần đúng theo

thang Mohs

2.2.2 Phương pháp Đo Độ cứng BRINELL

2.2.3 Phương pháp Đo Độ cứng VICKER

2.2.4 Phương pháp Đo Độ cứng KNOOP

2.2.5 Phương pháp Đo Độ cứng ROCKWELL

HVTH: TRẦN TRỌNG CÔNG – LÊ THỊ HỒNG CẦN – ĐỖ MẠNH ĐẠT – NGUYỄN TRẦN THẢO DUNG – RƠMAH GIANG

2.2.6 Phương pháp Đo Độ cứng SHORE

2.1 Đặc điểm của độ cứng

Ðộ cứng của tinh thể là mức độ đề kháng của nó đối với các tác dụng cơ học Ðộ cứng của một chất liên quan với khả năng bề mặt của nó chống lại tác động mài; chất bị mài mòn khi lực liên kết bị phá huỷ

-Ðộ bền vững của lực liên kết trong mạng tinh thể.

-Độ cứng phụ thuộc vào khoảng giữa các mặt mạng Khoảng cách nhỏ thì độ cứng lớn.

Ví dụ: Tinh thể kim cương có độ cứng rất cao

2.1 Đặc điểm của độ cứng

HVTH: TRẦN TRỌNG CÔNG – LÊ THỊ HỒNG CẦN – ĐỖ MẠNH ĐẠT – NGUYỄN TRẦN THẢO DUNG – RƠMAH GIANG

Trong cấu trúc tinh thể, sự sắp xếp nguyên tử theo các hướng khác nhau thường không giống nhau; vì thế độ cứng cũng thay đổi theo hướng (dị hướng), nhưng thường không nhiều

Ví dụ: khoáng vật disten Al2SiO5 có độ cứng trên mặt (100) thay đổi từ 4 dến 7 tuỳ thuộc vào hướng.

2.1 Đặc điểm của độ cứng

- Độ cứng của tinh thể còn phụ thuộc vào độ chặt sít nguyên tử trong tinh thể

Ví dụ: CaCO3: Có độ chặt sít 2,72, độ cứng 3 Aragonit: Có độ chặt sít 2,94, độ cứng 4

- Độ cứng tăng cùng số hóa trị

Ví dụ:

2.2.1 Phương pháp xác định gần đúng theo thang Mohs

HVTH: TRẦN TRỌNG CÔNG – LÊ THỊ HỒNG CẦN – ĐỖ MẠNH ĐẠT – NGUYỄN TRẦN THẢO DUNG – RƠMAH GIANG

- Là phương pháp dùng để xác định độ cứng của các vật liệu dạng khoáng, trên cơ sở dựa vào bảng thang độ cứng Morh bao gồm 10 khoáng vật mẫu được sắp xếp theo mức độ cứng tăng dần

Muốn tìm độ cứng của một loại vật liệu dạng khoáng nào đó ta đem những khoáng vật chuẩn rạch lên vật liệu cần thử Độ cứng của vật liệu sẽ tương ứng với độ cứng của khoáng vật mà khoáng vật đứng ngay trước nó không rạch được vật liệu, còn khoáng vật đứng ngay sau nó lại dễ dàng rạch được vật liệu

Độ cứng của các khoáng vật xếp trong bảng chỉ nêu ra chúng hơn kém nhau mà thôi, không có ý nghĩa định lượng chính xác

2.2.1 Phương pháp xác định gần đúng theo thang Mohs

Khi xác định, người ta đùng vật này cào lên vật kia Nếu trên bề mặt mẫu nào có vết cào, chứng tỏ vật này mềm hơn vật kia và ngược lại Thang độ cứng Mohs không chỉ rõ độ cứng tuyệt đối

Ví dụ:

Không phải độ cứng 9 là cứng gấp 3 lần độ cứng 3 Nó chỉ có nghĩa là 1 khoáng nào đó có thể vạch được tất cả các khoáng vật xếp dưới nó trong thang độ cứng và ngược lại, sẽ

bị các khoáng vật xếp trên nó vạch được Hai khoáng vật có cùng độ cứng sẽ vạch được lẫn nhau

2.2.1 Phương pháp xác định gần đúng theo thang Mohs

HVTH: TRẦN TRỌNG CÔNG – LÊ THỊ HỒNG CẦN – ĐỖ MẠNH ĐẠT – NGUYỄN TRẦN THẢO DUNG – RƠMAH GIANG

Ví dụ:

Thạch anh vạch được tinh thể X nhưng ortocla không vạch nổi, thì tinh thể X có độ cứng nhỏ hơn 7 và lớn hơn 6 theo thang Mohs Kết quả thu được không chính xác nhưng đơn giản Ðể cho tiện, một số vật quen thuộc dùng giúp người ta xác định độ cứng 1 cách nhanh chóng như sau :

Móng tay có độ cứng : 2,5 Ðồng xu bằng đồng : 3 ; Luỡi dao hoặc kính : 5,5 Dây thép : 6,5

2.2.1 Phương pháp xác định gần đúng theo thang Mohs

Độ cứng thang Mohs

Khoáng vật Đặc điểm của độ cứng

1 Tan (Mg3Si4O10(OH)2) Rạch dễ nhàng bằng móng tay

2 Thạch cao (CaSO4•2H2O) Rạch được bằng móng tay

3 Đá canxit (CaCO3) Rạch được bằng dao thép

4 Đá fluorit (CaF2) Rạch được bằng dao thép khi ấn nhẹ

5 Âptit (Ca5(PO4)3(OH-,Cl-,F-)) Rạch được bằng dao thép khi ấn mạnh

6 Ôctcla felspat (KAlSi3O8) Làm xước kính

7 Thạch Anh (SiO2)

8 Topaz (Al2SiO4(OH-,F-)2) - Rạch được kính theo mức độ tăng dần

9 Corundum (Al2O3)

10 Kim cương (C)

2.2.2 Phương pháp Đo Độ cứng BRINELL

HVTH: TRẦN TRỌNG CÔNG – LÊ THỊ HỒNG CẦN – ĐỖ MẠNH ĐẠT – NGUYỄN TRẦN THẢO DUNG – RƠMAH GIANG

2.2.2.1 Giới thiệu Phương pháp Đo Độ cứng BRINELL

Đây là phương pháp kiểm tra độ cứng lâu đời nhất được sử dụng phổ biến trong kỹ thuật cơ khí ngày nay Được phát minh bởi

kỹ sư người Thụy Điển tên là Johan August Brinell vào tháng 8 năm

1900 Phương pháp này được sử dụng rộng rải và tiêu chuẩn hóa về kiểm tra độ cứng trong kỹ thuật và luyện kim

Ngày nay người ta kiểm tra độ cứng vật liệu bằng cách sử dụng các dòng máy đo độ cứng Brinell hiện đại như máy đo độ cứng Brinell BH3000 của hãng Wilson Hardness

2.2.2 Phương pháp Đo Độ cứng BRINELL

2.2.2.2 Phương pháp Đo Độ cứng BRINELL

Mũi thử trong phương pháp đo này là bi thép có đường kính 10mm với lực ấn 3000kg ấn lõm vào bề mặt kim loại Đối với các kim loại mềm, lực ấn sẽ được giảm xuống 500kg, và đối với các kim loại cực cứng, sẽ sử dụng đến bi thử Cardbide Tungsten để giám thiếu biến dạng đầu thử.

2.2.2 Phương pháp Đo Độ cứng BRINELL

HVTH: TRẦN TRỌNG CÔNG – LÊ THỊ HỒNG CẦN – ĐỖ MẠNH ĐẠT – NGUYỄN TRẦN THẢO DUNG – RƠMAH GIANG

2.2.2.2 Phương pháp Đo Độ cứng BRINELL

2.2.2 Phương pháp Đo Độ cứng BRINELL

2 Phương pháp Đo Độ cứng BRINELL

Trong phương pháp này, trị số độ cứng gọi là HB đươc xác định bằng áp lực trung bình, biểu thị bằng Newton trên 1

mm2 diện tích mặt cầu do vết lõm để lại, độ cứng được tính theo công thức:

) /

( ) (

2

d D

D D

P S

2.2.2 Phương pháp Đo Độ cứng BRINELL

2.2.2.2 Phương pháp Đo Độ cứng BRINELL

( ) (

2

d D

D D

P S

Sự khác nhau giữa đơn vị N và Kgf(kG)

Lực ký hiệu là N là một đại lượng vật lý biểu thị sự tương tác giữa các vật, làm thay đổi trạng chuyển động của các vật

1N = 1kg m/s2

Đôi khi người ta dùng đơn vị kgf để thay cho N cụ thể có thể chuyển đổi là ( lấy gia tốc trọng trường chuẩn = 9.80665)

1kgf = 9.8N với các phép đo cho phép sai số 0.1%

1kgf=10N với các phép đo cho phép sai số 0.2%

Quantity Name Symbol Multiples Equivalent

Force

Newton N 1 N =1kgm/s 2 1 N = 0.101972 kgf kilo newton kN 1 kN= 10 3 N 1 kN = 101.972 kgf Mega

hecto bar hbar 1 h bar = 100bar 1 h bar = 1.01972

HVTH: TRẦN TRỌNG CÔNG – LÊ THỊ HỒNG CẦN – ĐỖ MẠNH ĐẠT – NGUYỄN TRẦN THẢO DUNG – RƠMAH GIANG

Chứng minh công thức tính độ cứng Brinell

2.2.2 Phương pháp Đo Độ cứng BRINELL

2.2.2.2 Phương pháp Đo Độ cứng BRINELL

Tải trọng đo phụ thuộc vào vật liệu đo Thực tế được quy

định như sau : + Thép vá Gang : 30 + Hợp kim đồng : 10 + Hợp kim ổ trượt : 2,5 + Thiết, chì và hợp kim : 1

- Tuy nhiên, muốn kết quả đo được chính xác hơn ta nên chọn tải trọng sao cho đường kính vết lõm d tạo nên nằm trong khoảng (0,2 - 0,6)D

2.2.2 Phương pháp Đo Độ cứng BRINELL

HVTH: TRẦN TRỌNG CÔNG – LÊ THỊ HỒNG CẦN – ĐỖ MẠNH ĐẠT – NGUYỄN TRẦN THẢO DUNG – RƠMAH GIANG

2.2.2.2 Phương pháp Đo Độ cứng BRINELL

Thời gian tác dụng tải trọng cũng ảnh hưởng đến kết quả đo

nên cũng chọn cho phù hợp Thời gian này phụ thuộc vào độ cứng của vật liệu đo Thời gian cài đặt tải càng tăng nếu nhiệt độ chảy của vật liệu càng thấp Thông thường có thể chọn như sau :

+ Với kim loại đen và hợp kim đen :

HB = 140 ÷ 450 chọn 10s

HB < 140 chọn 30s + Với kim loại màu và hợp kim màu :

HB = 31,8 ÷ 130 chọn 30s

HB = 8 ÷ 35 chọn 60s

2.2.2 Phương pháp Đo Độ cứng BRINELL

2.2.2.2 Phương pháp Đo Độ cứng BRINELL

Sau khi đo kết quả đo được ghi lại như sau : + Nếu đo độ cứng ở điều kiện tiêu chuẩn (F = 3000kG, D = 10mm, thời gian đặt tải 30s) thì ghi đơn giản bởi HB và số đo

VD : HB350 + Nếu đo ở các điều kiện khác thì phải ghi đầy đủ các thông số của phép đo

VD : HB10/750/30/150 có nghĩa là mẫu đo có độ cứng Brinell là 150 được đo với bi đường kính 10mm, tải trọng là 750kG và thời gian đặt tải là 30s

2.2.2 Phương pháp Đo Độ cứng BRINELL

2.2.2.3 Quy trình đo độ cứng bằng phương pháp BRINELL

HVTH: TRẦN TRỌNG CÔNG – LÊ THỊ HỒNG CẦN – ĐỖ MẠNH ĐẠT – NGUYỄN TRẦN THẢO DUNG – RƠMAH GIANG

Quy trình Đo Độ Cứng Brinell

2.2.2 Phương pháp Đo Độ cứng BRINELL

2.2.2.4 Ứng dụng

Phương pháp này chỉ dùng khi độ cứng vật liệu dưới 450HB, với vật liệu cứng hơn sai số sẽ lớn hơn So với các phương pháp thử độ cứng khác, bi thử Brinell tạo ra vết lõm sâu và rộng nhất, do đó phép thử sẽ bình quân được độ cứng trên một phạm vi rộng hơn của vật đo Đây là phương pháp tối ưu để đo độ cứng khối hoặc hoặc độ cứng tổng thể của một loại vật liệu, đặc biệt là vật liệu có cấu trúc không đồng đều Các vết xướt và độ nhám bề mặt hầu như không ảnh hưởng tới phép thử Brinell Tuy nhiên phương pháp thử này không phù hợp với đo các vật thể nhỏ.

2.2.2 Phương pháp Đo Độ cứng BRINELL

F = 30D2

10,0 5,0 2,5

3000 750 187,5 10

< 140

Lớn hơn 6

Từ 6 đến 3 Nhỏ hơn 3

F = 10D2

10,0 5,0 2,5

1000 250 62.5

F = 30D2

10,0 5,0 2,5

3000 750 187.6

30

25 – 130

Lớn hơn 6

Từ 6 đến 3 Nhỏ hơn 3

F = 10D2

10,0 5,0 2,5

1000 250 62.5

30

8-35

Lớn hơn 6

Từ 6 đến 3 Nhỏ hơn 3

F = 2.5D2

10,0 5,0 2,5

250 62.5 15.6

60

2.2.2 Phương pháp Đo Độ cứng BRINELL

2.2.2.5 Ưu điểm và nhược điểm

HVTH: TRẦN TRỌNG CÔNG – LÊ THỊ HỒNG CẦN – ĐỖ MẠNH ĐẠT – NGUYỄN TRẦN THẢO DUNG – RƠMAH GIANG

Máy đo độ cứng BRINELL

2.2.3 Phương pháp Đo Độ cứng VICKERS

2.2.3.1 Giới thiệu Phương pháp Đo Độ cứng VICKERS

Được phát minh vào năm 1922 bởi kỹ sư Smith và Sandland, tại vương quốc Anh Như là một sự thay thế cho phương pháp đo độ cứng Brinell Phương pháp đo độ cứng Vickers sử dụng dễ dàng hơn

và là một tiêu chuẩn để đo độ cứng kim loại, đặc biệt trên những vật liệu vô cùng cứng Sử dụng dễ dàng hơn và là 1 tiêu chuẩn để đo độ cứng kim loại, đặt biệt những bề mặt vật liệu vô cùng cứng

Phương pháp này được coi là độ cứng chuẩn trong nghiên cứu khoa học Chủ yếu sử dụng tại các phòng thí nghiệm và nghiên cứu

2.2.3 Phương pháp Đo Độ cứng VICKERS

HVTH: TRẦN TRỌNG CÔNG – LÊ THỊ HỒNG CẦN – ĐỖ MẠNH ĐẠT – NGUYỄN TRẦN THẢO DUNG – RƠMAH GIANG

2.2.3.2 Phương pháp Đo Độ cứng VICKERS

Các tính toán của phương pháp thử Vicker không phụ thuộc kích cỡ của đầu thử Đầu thử có thể sử dụng cho mọi loại vật liệu Phép thử sử dụng một mũi thử kim cương hình chóp 4 cạnh có kích thước tiêu chuẩn, góc giữa các mặt phẳng đối diện là 136o(±3o)

Mũi thử được ấn vào vật liệu dưới tác dụng của các tải trọng 50N,100N, 200N, 300N, 500N, 1000N

2.2.3 Phương pháp Đo Độ cứng VICKERS

2.2.3.2 Phương pháp Đo Độ cứng VICKERS

Vết đo Vickers

2.2.3 Phương pháp Đo Độ cứng VICKERS

2.2.3.2 Phương pháp Đo Độ cứng VICKERS

Sau khi cắt tải trọng, tiến hành đo đường chéo d của

vết lõm, và tra theo bảng sẽ có trị số độ cứng Vickers (hoặc giá trị cho trên màn hình nếu dùng máy hiển thị số)

Độ cứng vickers tính bằng F/S Lấy lực thử F chia cho

diện tích bề mặt lõm S Bề mặt lõm S được tính theo độ dài trung bình hai đường chéo d Bề mặt lõm được tạo thành khi tác dụng một lực vào mẫu thử với mũi đột kim cương, hình chóp

HVTH: TRẦN TRỌNG CÔNG – LÊ THỊ HỒNG CẦN – ĐỖ MẠNH ĐẠT – NGUYỄN TRẦN THẢO DUNG – RƠMAH GIANG