Báo Cáo VLHXL b1 Trường ĐH Bách Khoa HCm

Nắm vững nguyên lý đo độ cứng theo các phương pháp Brinell, Rockwell và Vicker.. Đặc điểm và các phương pháp đo độ cứng -Độ cứng là khả năng chống lại biến dạng dẻo cục bộ của kim loại,

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

KHOA CƠ KHÍ

BỘ MÔN THIẾT BỊ & CNVL CƠ KHÍ

BÀI BÁO CÁO

ĐO ĐỘ CỨNG KIM LOẠI

GV LÝ THUYẾT :Thầy Lương Hồng Đức + Thầy Quý + Thầy Bùi Duy Khanh NHÓM HỌC LÝ THUYẾT : T01-A

TP HCM, THÁNG 03 NĂM 2016

BÀI 1 ĐO ĐỘ CỨNG KIM LOẠI

1 MỤC TIÊU THÍ NGHIỆM

1 Nắm vững nguyên lý đo độ cứng theo các phương pháp Brinell, Rockwell và Vicker

2 Làm quen và biết cách sử dụng các máy đo độ cứng thông dụng

2 TÓM TẮT LÝ THUYẾT :

1 Đặc điểm và các phương pháp đo độ cứng

-Độ cứng là khả năng chống lại biến dạng dẻo cục bộ của kim loại, dưới tác dụng của tải trọng thông qua mũi đâm

-Độ cứng là một đặc trưng cơ tính quan trọng của vật liệu Nó có thể dễ dàng

đo được thông qua các thiết bị đo mà không cần phải phá hủy mẫu -Phương pháp đo độ cứng có ưu điểm:

a) Từ giá trị độ cứng đo được, có thể suy ra độ bền của kim loại dẻo Vì độ cứng là

sự chống lại biến dạng dẻo cục bộ, còn độ bền là sự chống diến dạng dẻo toàn bộ

Từ giá trị độ cứng Brinell, ta có thể gián tiếp tính được độ bền.Ví dụ:

- Thép có độ cứng HB (MN/m2)

1200 – 1750 → σb ≈ 0,3448 HB ;1750 – 4500 → σb ≈ 0,35 HB b) Đo độ cứng đơn giản, thời gian ngắn (từ vài giây đến vài phút) Mẫu thử không phải chuẩn bị đặc biệt Không phá hủy mẫu khi thử

c) Có thể đo được chi tiết rất lớn hoặc rất nhỏ, rất dày hoặc rất mỏng (các lớp mạ, thấm…) Tùy theo tác dụng của mũi đâm lên bề mặt mẫu, mà người ta chia ra làm nhiều phương pháp đo độ cứng khác nhau:

d)- Phương pháp đâm: dùng 1 tải trọng xác định đặt lên mũi đâm (hình côn, hình tháp, hình cầu ) có độ cứng rất cao (kim cương, hợp kim cứng, thép tôi ) để mũi đâm tác dụng lên bề mặt mẫu, gây ra biến dạng tại vị trí đâm Sau đó, căn cứ cào diện tích hoặc chiều sâu vết lõm ứng với tải trọng tác dụng mà tính ra số đo của độ cứng Phương pháp này được dùng phổ biến nhất e)- Phương pháp nảy lại: dùng để đo độ biến dạng đàn hồi bằng cách thả viên bi từ

độ cao xác định lên bề mặt vật liệu Sau đó, căn cứ vào chiều cao trước và sau khi thả bi mà tính ra số đo độ cứng

Nguyên lý của phương pháp này là ấn một viên bi bằng thép đã được tôi cứng, lên

bề mặt mẫu, dưới tác dụng của tải trọng, trên bề mặt mẫu có vết lõm hình chỏm cầu Nếu gọi tải trọng tác động là P(N), diện tích vết lõm là S(mm2), thì số đo Brinell

được tính bằng biểu thức HB=(P/S)x0,1 (N/mm2)

Nếu gọi đường kính viên bi là D, chiều sâu vết lõm là h, ta có S = πDh.Tuy nhiên, việc đo đường kính d của vết lõm, lại thuận lợi hơn việc đo chiều sâu của nó, nên diện tích hình chỏm cầu có thể tính : S = √

HB=

( √ ) Ghi chú: nếu P đo bằng kG thì không cần nhân thêm 0,1

hông thường ta biết trước P, D nên dễ dàng tính giá trị độ cứng khi đo, người ta lập ra các bảng tra

độ cứng khi đo được d Để có thể dùng một bảng cho các tải trọng và đường kính D của các viên

bi khác nhau, người ta phải đảmbảo giá trị P/D = const Các bi thường dùng có D =10; 5; 2,5 mm

và tải trọng tương ứng là 30000; 7500 và 1875N Lúc này tỉ số P/D2 = 300 (tỉsố này bằng 30 khi đơn vị đo là kG)

3.Phương pháp đo độ cứng Rockwell : Phương pháp này tiến hành bằng cách ấn mũi đâmkim cương hoặc hợp kim cứng hình côn, có góc ở đỉnh là 1200 , hoặc viên bi thép có đường kính 1/16”, 1/8”, 1/4”, 1/2” lên bề mặt vật liệu Số đo độ cứng Rockwell được xác định bằng hiệu

số chiều sâu, khi tác dụng tải trọng sơ bộ P0 = 100N và tải trọng chính P1 xem hình 2

a) Khi chưa tác dụng tải trọng; b) khi có tác dụng của tải trọng P0 (100N); c) Khi tác động thêm tải trọng P1 (P = P0 + P1); d) Khi bỏ tải trọng P1 Người ta qui ước khi mũi đâm đi xuống 0,002mm thì số đo độ cứng giảm đi một đơn

vị Vì giá trị h này có thể đo trực tiếp, nên người ta dùng đồng hồ so, chia vạch theo các thang qui ước, ta

dễ dàng đọc được ngay sau khi bỏ tải trọng Tùy theo dạng mũi đâm và tải trọng ta chia ra các thang sau đây: - Độ cứng Rockwell C – mũi kim cương, tải trọng 1500N – HRC - Độ cứng Rockwell A – mũi kim cương, tải trọng 600N – HRA - Độ cứng Rockwell B – mũi bi ∅1,588mm, tải trọng 1000N – HRB Giá trị độ cứng được tính theo công thức: HR  k  h/ 0,002

k là hằng số, khi dùng mũi bi k = 130; mũi kim cương k = 100 h là chiều sâu vết lõm do tải trọng chính tác dụng (mm)

Khoảng cách giữa hai vết đo, hoặc giữa vết đo với cạnh mẫu không nhỏ hơn 1,5mm khi dùng mũi kim cương và 4mm khi dùng mũi bi Mỗi mẫu đo ba lần, không kể lần đầu,rồi lấy giá trị trung bình Phương pháp đo Rockwell cho phép đo các mẫu có độ cứng cao hơn 450HB, hoặc các mẫu mỏng, nhỏ hơn 1,2mm

Nó cho phép thay đổi tải trọng trong một pham vi rộng mà vẫn không làm thay đổi giá trị đo được của độ cứng, vì nó bảo đảmqui luật đồng dạng của mũi đâm Ngoàira thời gian đo rất nhanh (từ 6 – 10 giây)

3 Phương pháp đo độ cứng Vicker :Phương pháp Vicker về nguyên lý đo giống như phương pháp Brinell, nhưng thay mũi bi bằng mũi kim cương hình tháp, có góc giữa hai mặt bên là 136 0 Tải trọng sử dụng P = 50 ÷ 1500N, phụ thuộc vào chiều dày mẫu đo Đo theo phương pháp Vicker có thể

áp dụng cho các chi tiết rất cứng hoặc mềm, và số đo độ cứng không phụ thuộc vào tải trọng.

HV= =  1,854 ; Đường chéo d được đo băng kính hiển bi gắn ngay trên máy, người ta cũng lập sẵn các bảng giá trị Vicker với P và d tương ứng Phương pháp đo Vicker thường dùng đo độ cứng các vật mỏng, các lớp thấm…

4 NỘI DUNG THÍ NGHIỆM:

- Tiến hành đo HRA trên máy đo (số 1) 3 lần và lấy giá trị trung bình - Lấy

giá trị trung bình so sánh với 60 Nếu:

 > 60  thì tạm gọi là vật cứng, sau đó tiến hành đo HRC 3 lần và chuyển

qua đo HV 3 lần

 < 60  thì tạm gọi là vật mềm, sau đó tiến hành đo HRB 3 lần và

chuya63n qua đo HB 3 lần

- Như vậy, khi nhận phôi mỗi nhóm có bao nhiêu lần đó???? - Lấy giá trị

HRA trung bình làm chuẩn, tra bảng để có giá trị HV lý thuyết hoặc HB lý

thuyết So sánh giữa giá trị đo và giá trị lý thuyết sai lệch bao nhiêu và nêu

lý do sai lệch trong bài báo cáo

- Đo HRA, HRB, HRC

- Đặt phôi lên Đế đặt phôi, - Kiểm tra Núm đặt lực, Mũi đo phù hợp với

chế độ đo (HRA, HRB, HRC)

Quay tay quay củng chiều kim đồng hồ nâng lên sao cho phôi chạm vào

mũi đo Tiếp tục quay lên thì Kim nhỏ bắt đầu quay sao cho kim nhỏ quay

sang điểm màu đỏ thì ngừng lại Xoay mặt đồng hồ xoa sao cho kim lớn

chỉ ngay C-B (như hình dưới)

- Ấn nút Start vào chờ máy đo trong 10s (thời gian giữ lực) Sau khi đồng

hồ thời gian đếm về 0 và trở lại 10 sẽ phát ra tiếng “Bíp” Khi đó kim dài

chỉ đâu đó là giá trị đo của chế độ đang đo Lưu ý, Vòng đen bên ngoài là

giá trị của HRA, HRC còn màu đỏ bên trong là HRB Các giá trị làm tròn

0.5

- Quay ngược Tay quay lại để lấy phôi và tiếp tục đo ở vị trí khác cho đủ 3

lần đo (các vị trí đo phải nằm gần nhau để tránh sai số do phôi có độ

cứng không đồng đều) - Thay đổi chế độ đo chỉ cần thay lực trên Núm

điều chỉnh lực và thực hiện đo tương tự (Nếu đo HRB thì thay luôn mũi

đo)

Thao tác đo tương tự như với đo HR (nêu trên) - Đặt phôi lên đế để phôi

- Quay Tay quay cùng chiều kim đồng hồ để phôi đi lên chạm vào mũi đo, tiếp tục quay sau cho cây thước trên mặt hiển thị di chuyển đến cuối cây thước (hình minh hoạ ở dưới)

- Hạ nhẹ nhàng cần lực đến hết cần lực và chờ khoản 10s sau đó nâng cần lực lên nhẹ nhàng

- Quay Tay quay ngược lại để lấy phôi ra Lưu ý điểm vừa đo, lấy viết đánh dấu lại vị trí lỗ vừa đo Tương tự như vậy đo 3 lần (3 mũi đo trên phôi)

- Đem 1 trong 3 lỗ đi đo bằng kính quang xác định chiều dài đường chéo D đối với HV hoặc đường kính lõm D đối với HB 2 lỗ còn lại sẽ được đo trên kính hiển vi và úp số liệu lên trang Web bộ môn, các nhóm lên lấy để

hoàn thiện số liệu bài thực hành

- Đo bằng kính quang học D1, D2 đo tương tự, xoay lỗ đo hoặc kính 900

5 SỐ LIỆU ĐO ĐƯỢC (Chọn phương pháp đo của nhóm: HV, HB, HRB, HRC)

Đo HV;HRA ; HRC ;

BẢNG 1 SỐ LIỆU ĐO ĐƯỢC

HRA 62,5+0,8 61,5+0,8 61+0,8 61,67+0,8=62,47

HV/HB

ĐƯỜNG

Trung bình:

844,74µm

854,57

µm

858,85

µm

6 XỬ LÝ SỐ LIỆU ĐO (Trình bày cách xử lý và áp dụng – Chọn loại độ cứng

thích hợp)

Sau khi đo HRA , vì sai số máy nên + 0,8, rồi tính trung bình cho ba lần đo HRA Tương tự cho đo HRC

Đo HV ta đo 2 đường chéo D1 và D2 của hình vuông trên kính hiển vi, sau đó lấy trung bình của D1 và D2 nhân với 0,855 là độ scale của kính hiển vi

Tra bảng: (Có minh chứng - ảnh chụp bảng tra)

̅̅̅̅̅̅ Có số liệu ta nội suy HV theo bảng sau

260+ =262,125(HV lý thuyết)

HV tính toán thực nghiệm:

Tính toán HV/HB

̅̅̅̅̅̅

Tính phần trăm sai số giữa thực tế và lý thuyết:

SS HV1 so với :

SS HV2 so với :

SS HV3 so với :

SS giữa HRC tính toán và HRC lý thuyết :

7 NHẬN XÉT – RÚT RA KẾT LUẬN

Qua quá trình đo đạt tính toán đúng quy trình kỹ thuật ta đạt kết quả khá chuẩn xác giữa thực nghiệm và lý thuyết Sai số xảy ra do dụng cụ đo, do mũi đâm bị

mẻ, nhưng kết quả chấp nhận được

Sai số nhỏ nhất của HV tính toán và HV lý thuyết là 0,88%, Sai số lớn nhất của

HV tính toán và HV lý thuyết là 4,11%

Sai số giữa HRC tính toán và HRC lý thuyết là 8,5%