VẬT LIỆU THÉP: PHƯƠNG PHÁP TEST VÀ THIẾT BỊ PHÒNG LAB

Độ dẻo: - Độ dẻo là tập hợp của các chỉ tiêu cơ tính phản ánh độ biến dạng dư của vật liệu khi bị phá hủy bằng tải trọng tĩnh, nó quyết định khả năng biến dạng dẻo - Độ giãn dài ε: là

- Cơ tính được chọn là một tiêu chuẩn đánh giá chất lượng của vật liệu Đó là hành vi bộc lộ ra khi chịu tải

cơ học, biểu hiện ở sự thay đổi kích thước và hình dáng vật liệu – sự biến dạng

- Năng lượng do lực tác dụng lên kim loại chia làm 3 phần:

+ Biến dạng dẻo sinh tỏa nhiệt 70 – 90%

+ Biến dạng đàn hồi 10%

+ Còn lại là ứng suất dư

- Khả năng biến dạng thể hiện ở:

+ Tính biến dạng của vật liệu

+ Độ bền (kéo , nén, mỏi, va đập…)

+ Độ dẻo

+ Độ dai va đập

+ Độ bền mỏi

1.1 Tính biến dạng:

- Khi kim loại chịu tác dụng của tải trọng sẽ có 3

giai đoạn biến dạng: biến dạng đàn hồi, biến dạng dẻo và phá huỷ Các giai đoạn này được thể hiện qua mối quan hệ giữa biến dạng Δl và lực tác dụng P

- Biến dạng đàn hồi: sau khi biến dạng bằng

lực vật trở về trạng thái ban đầu

- Biến dạng dẻo: là biến dạng xảy ra khi tải

trọng vượt quá tải trọng đàn hồi (ε > 0.005 đối với kim loại), sau biến dạng vật không trở

về hình dáng ban đầu Nguyên nhân gây ra

biến dạng dẻo là sự trượt mạng tinh thể

- Giai đoạn phá hủy: khi tải trọng đã đạt tới

giá trị cực đại (Pmax), vết nứt xuất hiện và

1.1 Tính biến dạng (cont):

Phá hủy (đoạn abc)

Biến dạng dẻo (đoạn Pa)

Biến dạng đàn hồi

(đoạn 0P)

Biến dạng đàn hồi và biến

1.1 Tính biến dạng (cont):

- Biến dạng dẻo là đặc trưng quan trọng của kim

loại, làm kim loại có thể gia công cơ nhiệt để tạo ra những sản phẩm với những tính chất phù hợp với điều kiện sử dụng

- Sau biến dạng dẻo trong kim loại tồn tại ứng

suất dư Ứng suất dư làm giảm độ dẻo, tăng

độ bền, giới hạn chảy và đàn hồi, giảm độ giãn dài và độ thắt Để khử ứng suất dư phải dùng phương pháp ủ

1.2 Độ bền:

- Là khả năng của vật liệu chịu tác dụng của

ngoại lực mà không bị phá huỷ

- Độ bền được ký hiệu σ Tuỳ theo các dạng khác

nhau của ngoại lực ta có các loại độ bền: độ bền kéo; độ bền uốn; độ bền nén

- Các chỉ tiêu đánh giá độ bền của vật liệu:

+ Độ bền kéo (Tensile strength)

+ Giới hạn chảy (Yield point)

+ Giới hạn đàn hồi

+ Giới hạn chảy quy ước

1.2 Độ bền (cont):

- Độ bền kéo (giới hạn bền kéo): là giá trị lực

(ứng suất) lớn nhất mà vật liệu có thể chịu được

- Độ bền kéo đứt: là giá trị độ bền tại thời điểm

khi lực P đạt đến giá trị nào đó làm cho thanh kim loại có tiết diện Fo bị đứt

- Độ bền kéo được tính theo công thức sau:

1.2 Độ bền (cont):

- Giới hạn chảy σc: là giới hạn lực (ứng suất) tác

dụng lên kim loại làm kim loại vượt qua giới hạn đàn hồi và bắt đầu chảy dẻo (tải trọng không đổi nhưng biến dạng (chiều dài) tăng nhanh) ứng với biến dạng dư không vượt quá 0,2%:

- Đây là giá trị thể hiện trên mark G (ví dụ: G550

tương ứng với giới hạn chảy nhỏ nhất là 550MPa)

1.3 Độ dẻo:

- Độ dẻo là tập hợp của các chỉ tiêu cơ tính phản

ánh độ biến dạng dư của vật liệu khi bị phá hủy bằng tải trọng tĩnh, nó quyết định khả năng biến dạng dẻo

- Độ giãn dài ε: là tỉ số phần trăm giữa độ giãn dài

sau khi kéo Δl và độ dài ban đầu lo của mẫu và được xác định theo công thức:

- Độ thắt tương đối ψ: là tỉ số phần trăm giữa diện

tích trước và sau khi kéo đứt và được định theo công thức:

1.4 Độ cứng:

- Độ cứng: là khả năng chống lại sự biến dạng

dẻo cục bộ trên bề mặt của vật liệu khi chịu tác

dụng của ngoại lực (Nếu cùng một giá trị lực

nén, lõm biến dạng trên mẫu đo càng lớn, càng sâu thì độ cứng của mẫu đo càng kém)

- Độ cứng lớn thì khả năng biến dạng dẻo kém

- Độ cứng đặc trưng cho các tính chất sau của

đã làm nguội… tùy thuộc độ dày của vật liệu

- HRB: Dùng để kiểm tra thép mềm (mild steel – thép Cacbon thấp)

- HR15N, HR30N, HR45N: dùng để thay thế cho HRA/HRC khi độ dày vật liệu quá mỏng (<1mm)

- HR15T, HR30T, HR45T: dùng để thay thế cho HRB khi độ dày vật liệu quá mỏng (<1mm)

1.4 Độ cứng (cont):

- Phương đo độ cứng Rockwell thông thường

(HRB/HRC/HRA): là phương pháp đo độ cứng bằng cách dùng một tải trọng xác định tác động lên bề mặt vật liệu trong một thời gian nhất định tạo nên vết lõm với đầu đo dạng kim cương hình nón hoặc bi thép cứng

- Phương đo độ cứng Rockwell bề mặt –

Superficial Rockwell (HR…T/N): nguyên lý đo tương tự Rockwell thông thường nhưng lực đo thấp hơn dùng cho vật liệu có độ dày <1mm Với đầu đo bằng kim cương dạng hình chóp ta

có thang đo HR…N, với đầu đo bằng thép cứng dạng viên bi ta có thang đo HR…T

+ N = 130 với đầu đo bi thép (HRB, HRT)

+ N = 100 với đầu do kim cương (HRC, HRN)

 h: chiều sâu của vết lõm (mm)

 S: giá trị vạch chia (mm)

+ S = 0.002 đối với Rockwell thông thường

+ S = 0.001 đối với Rockwell bề mặt

1.4 Độ cứng (cont):

- Sơ đồ nguyên lý đo bằng phép đo Rockwell:

1.4 Độ cứng (cont):

- Sơ đồ nguyên lý đo Rockwell bề mặt:

- Quá trình cán là quá trình biến dạng dẻo Sau khi

cán, độ cứng và độ bền tăng, tính dẻo giảm

- Sau khi biến dạng dẻo kim loại bị biến cứng,

mạng tinh thể bị xô lệch với mật độ lệch cao, tồn tại ứng suất dư bên trong… tạo trạng thái không cân bằng với năng lượng dự trữ cao và có xu hướng trở về trạng thái cân bằng:

+ Xảy ra rất chậm ở nhiệt độ thường

+ Nung nóng làm tăng sự dịch chuyển, làm quá trình trở về trạng thái ban đầu nhanh hơn

- Theo thời gian và sự tăng lên của nhiệt độ, trong

vật liệu kim loại đã qua biến dạng dẻo (cán) phục hồi tính dẻo bằng các cách sau:

+ Nung phục hồi

* Tổ chức đặc trưng của sản phẩm sau khi cán

Mối tương quan giữa độ cứng, độ bền kéo và

độ dẻo trong sản xuất (cont):

- Nung phục hồi: nung ở nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ

kết tinh lại, khi đó các nguyên tử có khả năng khuếch tán cao hơn và dễ dàng quay về trạng thái cân bằng:

+ Làm giảm mật độ lệch

+ Làm giảm ứng suất dư: độ bền, độ cứng giảm một phần nhưng tính dẻo chưa được phục hồi hoàn toàn

+ Tổ chức tế vi chưa thay đổi vì chưa có quá trình tạo hạt mới

Mối tương quan giữa độ cứng, độ bền kéo và

độ dẻo trong sản xuất (cont):

- Kết tinh lại: là nung kim loại đến nhiệt độ kết tinh lại

và giữ nhiệt trong một thời gian, dưới tác dụng của nhiệt độ trong kim loại sẽ xảy ra các quá trình sau:

 Sinh mầm và phát triển mầm, kết tinh lại ở trạng thái

rắn

 Mầm tạo thành từ những vùng tập trung mức sai lệch

mạng tinh thể lớn do biến dạng dẻo như biên giới hạt, vùng mặt trượt, lớp bề mặt

 Nhiệt độ kết tinh lại: T ktl = k Ac3 (thép trước cùng

tích) + Dung dịch rắn k = 0.5

 Sau khi kết tinh lại:

+ Các hạt hoàn toàn mới, kích thước hạt tạo thành có thể lớn hoặc nhỏ (tùy theo chế độ nung), không chứa các sai lệch mạng do biến dạng dẻo

+ Các kim loại có khuynh hướng biến đổi trở về trạng thái trước khi biến dạng dẻo: khử bỏ hoàn toàn ứng

Mối tương quan giữa độ cứng, độ bền kéo và

độ dẻo trong sản xuất (cont):

Hợp kim lỏng (L)

Giản đồ Fe – C:

- CRC sử dụng tại TĐA có thành phần hóa học như sau:

- Dựa vào giãn đồ Cacbon ta có:

 Thành phần pha gồm: Ferrit (Fe pha anpha) và Peclit

(Fe pha anpha và Fe3C)

+ Ferrit: dung dịch rắn xen kẻ, mạng lập phương thể tâm, dẻo và dai

+ Peclit: hỗn hợp cùng tích (ở dạng tấm hoặc hạt), có

độ cứng và độ bền cao, độ dẻo thấp

 Ac3 = 900 o C

 A1 = 727 o C

 Nhiệt độ kết tinh lại = 0.5*Ac3 = 450 o C

Mối tương quan giữa độ cứng, độ bền kéo và

độ dẻo trong sản xuất (cont):

- Nhiệt độ kết tinh lại =0.5*Ac3 =450 o C (thực tế 600 o C)

- Đối với sản xuất tại TĐA:

 G550: tương ứng với quá trình nung phục hồi, độ cứng

và độ bền giảm Thông thường độ cứng giảm từ 2 – 6 HRB

 G300 – G450: tương ứng với quá trình kết tinh lại Tùy

theo mức độ nhiệt và thời gian ủ trong lò thì CLSP sẽ khác nhau:

+ Kết tinh lại lần 1: xảy ra ở vùng có năng lượng thỏa mãn điều kiện kết tinh lại, giảm năng lượng của hệ và tạo thành những hạt đều trục không chứa sai lệch mạng

+ Kết tinh lại lần 2: hạt mới tạo thành có chọn lọc, hạt nhỏ hòa tan vào hạt mới năng lượng hệ giảm Hạt tạo thành to hay nhỏ phụ thuộc vào nhiệt độ nung và thời gian giữ nhiệt (nhiệt độ càng cao hơn nhiệt độ kết tinh

Mối tương quan giữa độ cứng, độ bền kéo và

độ dẻo trong sản xuất (cont):

- Pre-heating: Đốt cháy dầu mỡ + tạo lớp vảy oxy hóa trên bề

mặt băng tôn

- NOF: Tạo điều kiện cho phản ứng hoàn nguyên sắt

- RTH (Ủ không ôxy hóa):

+ Hoàn nguyên sắt, tạo thành một lớp sắt nguyên chất đồng đều trên bề mặt băng tôn, tạo tiền đề cho lớp mạ và thép nền kết dính

+ Ủ thép, làm thay đổi cơ tính của thép nền

- GJC (Làm nguội không ôxy hóa):

+ Đây là công đọan nhiệt luyện quan trọng kết hợp với công đọan giữ nhiệt ở buồng RTF nhằm cho ra các loại tôn có độ cứng khác nhau (kiểm soát tốc độ lớn lên của hạt => kiểm soát độ cứng của thép nền)

+ Giảm nhiệt độ của băng, chống sốc nhiệt gây nứt, gãy tôn + Kiểm soát nhiệt độ băng tôn trước khi xuống chảo mạ

- TDS: Ở phần này nhiệt độ được giữ ở nhiệt độ chảo mạ và

điều chỉnh lại lực căng và tâm băng tôn trước khi xuống chảo mạ

Mối tương quan giữa độ cứng, độ bền kéo và độ dẻo trong sản xuất (cont):

Mối tương quan giữa độ cứng, độ bền kéo và

độ dẻo trong sản xuất (cont):

Nhiệt độ sản

xuất Độ cứng (HRB) Độ bền (TS, YP) Độ dẻo (El %)

- Phản ứng của thép khi chịu tác động của nhiệt độ:

 Thay đổi cấu trúc hạt của thép  thay đổi cơ tính

 Thay đổi cấu trúc bề mặt  thay đổi cấu trúc bên trong thép

 Tương ứng thay đổi độ cứng bề mặt  thay đổi độ bền bên trong thép  thay đổi độ dẻo

a Các thiết bị hiện có tại P.Lab:

- Máy đo độ cứng

- Cân điện tử: dùng để đo khối lượng lớp mạ(AZ,Z)

- Máy đo độ dày Antifinger

- Máy đo độ dày lớp phủ

- Máy Erichsen: đo độ bám dính của sơn

- Lò sấy: dùng để kiểm tra hàm lượng chất rắn trong sơn

Phòng Cơ

b Các thiết bị sẽ đầu tư tại P.Lab:

- Máy so màu: kiểm tra độ lệch màu, độ bóng trên sản phẩm mạ màu

- Máy đo độ bền kéo: kiểm tra độ bền kéo, giới hạn chảy, độ giãn dài

3.1 Đo độ dày Antifinger:

- Mục đích : kiểm soát độ dày DFT Antifinger trên bề

mặt tôn lạnh và kiểm soát tiêu hao Antifinger

- Phương pháp đo: đo bằng phương pháp hấp thụ quang phổ trên thiết bị đo Kurabo

- Mỗi loại Antifinger có độ hấp thụ khác nhau nên phải thiết lập các đường chuẩn khác nhau cho mỗi loại Hiện tại P Lab có cơ sở dữ liệu cho các loại Antifinger sau:

+ No.02 : NanPao

+ No.03 : Parkerizing

+ No.04 : Unicoh – Top 5141 (UNIGL – TYPE A)

+ No.05 : Unicoh – GC50 (UNIGL – TYPE C)

+ No.06 : Unicoh – GP65

3.1 Đo độ dày Antifinger (cont):

- Thiết bị đo:

 Loại máy: Máy đo độ dày Antifinger

 Xuất xứ: Kurabo – Nhật Bản

 Năm sản xuất: 2012

 Phương pháp đo: Quang phổ hấp thụ

 Hệ thống điều khiển: Manual

 Nguồn điện: 220V

 Không hiệu chuẩn được máy

tại Việt Nam

3.1 Đo độ dày Antifinger (cont):

- Yêu cầu độ dày Antifinger đối với các cấp loại sản phẩm:

 Hàng xuất khẩu (không nhân nhượng):

3.2 Đo khối lượng lớp mạ:

- Mục đích : Kiểm soát khối lượng lớp mạ trên SP

và lượng tiêu hao hợp kim nhôm kẽm trong sản xuất

 Sau khi loại bỏ lớp mạ, lấy mẫu ra rửa sạch với nước, lau và sấy khô mẫu

 Cân lại mẫu và ghi nhận khối lượng m2

3.2 Đo khối lượng lớp mạ (cont):

 Khối lượng lớp mạ (trên cả 02 mặt) được tính như sau:

3.2 Đo khối lượng lớp mạ (cont):

 Hiệu chuẩn thiết bị: 01lần/01 năm

tại Trung tâm 3

Chọn loại đầu đo (kim cương hay bi thép)

Lau sạch giá đỡ mẫu

3.3 Đo độ cứng (cont):

- Mỗi mẫu đo 03 lần Kết quả nào có sai lệch lớn (>2 đơn vị đo) thì loại kết quả đó và tiến hành đo lại

- Kết quả độ cứng của mẫu là kết quả trung bình của 03 lần đo

- Độ cứng thông thường của các size sản xuất tại TDA:

 0.20 – 0.28mm: 91 – 97 HRB (92 – 96HRB)

 0.30 – 0.38mm: 90 – 96 HRB (91 – 96HRB)

 0.40 – 0.48mm: 90 – 95 HRB (90 – 95HRB)

 Hiển thị kết quả: 0.1 đơn vị đo

 Hiệu chuẩn tại Việt Nam:

01lần/01 năm

-TP / NLMM có độ cứng lớn hơn yêu cầu: tôn cứng, đánh giá G theo bảng độ cứng quy định và phản hồi thông tin cho BQĐ2 điều chỉnh: tăng nhiệt lò NOF hoặc giảm tốc độ chuyền

Tùy vào điều kiện sản xuất cụ thể, do BQĐ / nhân viên vận hành quyết định

3.4 Thí nghiệm kiểm tra độ ăn mòn trên SP:

- Mục đích: kiểm tra khả năng bảo vệ bề mặt của

SP TĐA dưới điều kiện môi trường khắc nghiệt (phun muối)

 Bề mặt mẫu: không bị trầy xước,

bám dơ hoặc có dấu vân tay

3.4 Thí nghiệm kiểm tra độ ăn mòn trên SP (cont):

- Điều kiện thử nghiệm:

 Thể tích phun của dung dịch muối: 1,5~ 2.0ml/h

 Áp suất phun: 0.08 ~ 0.1 MPa

 Phương pháp đánh giá: đánh giá độ ăn mòn trên

bề mặt mẫu kiểm tra

3.4 Thí nghiệm kiểm tra độ ăn mòn trên SP (cont):

- Tiến hành thử nghiệm:

 Kiểm tra lại điều kiện thử nghiệm và mẫu thử nghiệm

 Tiến hành quy trình thử nghiệm

- Đánh giá kết quả thử nghiệm: theo tiêu chuẩn JIS Z2371 hoặc JIS H8502

STT Sản phẩm kiểm tra

Tiêu chuẩn kiểm tra

Loại mẫu kiểm tra

Chu kỳ kiểm tra mẫu /tháng

Theo AZ 70, 90,

100, 120, 150 500h

Khả năng bảo vệ bề mặt của hóa chất, lớp

mạ, ăn mòn thủng Hàng xuất khẩu

2 Tôn mạ kẽm Theo hóa chất Crom

NCC 120h

Khả năng bảo vệ bề mặt của hóa chất, của lớp mạ, ăn mòn thủng

3 Tôn mạ kẽm màu Theo lô sản xuất 500h Độ phai màu, phấn hóa,

độ bóng, độ ăn mòn Theo lô sản xuất 500h

4 Tôn lạnh màu

Theo kế hoạch mẫu kiểm tra thị trường (định kì hàng tháng)

Mẫu thử nghiệm hóa chất Khi thử nghiệm các

loại hóa chất bảo vệ Khả năng bảo vệ bề

3.4 Thí nghiệm kiểm tra độ ăn mòn trên SP

(bề mặt không bị trầy xước, ( 0.02 % ≤ A ≤ 0.05 %

không có dấu vân tay) 9.8-4 ~ 9.8-6)

3.4 Thí nghiệm kiểm tra độ ăn mòn trên SP

(cont):

60 – 108h 108 – 180h

3.4 Thí nghiệm kiểm tra độ ăn mòn trên SP

(cont):

180 – 252h 252 – 348h

(0.1 % ≤ A ≤ 0.25 % (0.25 % ≤ A ≤ 0.5 %

3.4 Thí nghiệm kiểm tra độ ăn mòn trên SP

(cont):

348 – 420h 420 – 468h

3.4 Thí nghiệm kiểm tra độ ăn mòn trên SP

(cont):

(0.5 % ≤ A ≤ 1.0 %

3.4 Thí nghiệm kiểm tra độ ăn mòn trên SP (cont):

- Thiết bị kiểm tra độ ăn mòn:

 Loại máy: VT – ST200 (Visiontec)

 Xuất xứ: Korea – Hàn Quốc

3.5 Kiểm tra hàm lượng chất rắn – %NMV:

- Mục đích: kiểm tra hàm lượng chất rắn trong sơn

và Antifinger

- Phương pháp thực hiện:

 Lấy mẫu: theo lô

 Số lượng mẫu: 03 mẫu / 01 loại

3.5 Kiểm tra hàm lượng chất rắn – %NMV (cont):

- Cách đánh giá:

%NVM = [(m c – m a ) / (m b – m a )]*100%

Trong đó:

ma : khối lượng bì (g)

mb : khối lượng Antifinger ướt và bì (g)

mc : khối lượng Antifinger khô và bì (g)

%NVM: hàm lượng chất rắn không bay hơi (non – volatile material)

- Chú ý: kết quả nào lệch quá 0.5% sẽ bị loại