BÀI BÁO CÁO ĐO ĐỘ CỨNG KIM LOẠI

BÀI BÁO CÁO, ĐO ĐỘ CỨNG KIM LOẠI

BỘ MÔN THIẾT BỊ & CNVL CƠ KHÍ

BÀI BÁO CÁO

ĐO ĐỘ CỨNG KIM LOẠI

NHÓM HỌC LÝ THUYẾT : LO5-B

NGÀY THỰC HÀNH : Buổi 1, 5/4/2019

TP HCM, THÁNG 04 NĂM 2019

BÀI 1 ĐO ĐỘ CỨNG KIM LOẠI

1 MỤC TIÊU THÍ NGHIỆM

- Nắm vững nguyên lý đo dộ cứng theo các phương pháp

Brinell Rockwell và Vicker

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

- Xác định độ cứng các phôi kim loại

- So sánh kết quả tính toán qua phép đo và bảng số liệu, nhận xét đánh giá qua sai số

2 TÓM TẮT LÝ THUYẾT

 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 tác dụng của tại trọng thông qua mũi đâm, có thể dễ dàng đo độ cứng của kim loại thông qua các thiết bị đo mà không cần phải phá hủy mẫu

- Ưu điểm phương pháp đo độ cứng:

 Từ giá trị độ cứng có thể suy ra độ bền của kim loại dẻo Từ giá trị độ cứng Brinell, ta có thể gián tiếp tính được độ bền

 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

 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:

- Phương pháp đâm

- Phương pháp nảy lại

- Phương pháp đo độ xước

 Phương pháp đo độ cứng Brinell:

- Ấn một viên bi bằng thép đã được tôi cứng, lên bề mặt mẫu dưới tác dụng của tải trọng để thu được vết lõm hình chỏm cầu trên bề mặt mẫu.Nếu gọi tải trọng tác

2

0,1( / )

P

S

 

Hay :

0,1

động là P(N), diện tích vết lõm là S(mm2), thì số đo Brinell được tính :

- Sử dụng mũi đo là viên bi thép

- Bề mặt mẫu thử phải sạch không có khuyết tật

- Thực hiện đo được vật liệu có độ cứng nhỉ hơn 450B

- Phụ thuộc vào thời gian tác động của tải trọng

 Phương pháp đo Rockwell

- Ấn mũi đâm kim cương hoặc hợp kim cứng hình côn, có góc

ở đỉnh là 120o

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

o

P =100N và tải trọng chính P1

Theo dạng mũi đâm và tải trọng chia ra các thang:

- 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 Ø 1,588nm, tải trọng 1000N – HRB

- Cho phép đo các mẫu có độ cứng cao hơn 450HB, hoặc các mẫu mỏng, nhỏ hơn 1,2mm

- Độ cứng Rockwell có thể đo được trên các máy chuyên dụng, hoặc máy đo vạn năng

 Phương pháp đo Vicker:

- Phương pháp Vicker về nguyên lý đo giống như phương pháp Brinell Tải trọng sử dụng P=50÷1500N phụ thuộc chiều dày mẫu đo

- Thay mũi bi bằng mũi kim cương hình tháp, có góc giữa hai mặt bên là 136o.

- Phương pháp đo Vicker thường dùng đo độ cứng các vật mỏng, các lớp thấm Không phụ thuộc vào tải trọng

3 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 chuyển qua đo HB 3 lần

- Tiến hành đo lại HRA trên máy đo (số 1)

- Tiến hành đo đường kính d1 và d2 của lổ bằng phương pháp đo kính hiển vi

 Thao tác thực hành:

 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

- 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

Tải trọng P (N hoặc kg)

Diện tích vết lõm S

(mm2 )

Để thuận tiện, người ta có thể tính S thông qua đường chéo d và

2 sin

P

HV



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

- 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)

 Đo HB, HV:

- 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

- 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 D1, D2 đo bằng phương pháp đo hiển vi

- Ta xoay núm sao cho phóng to lổ để thây được biên dạng lỗ

- Xoay núm còn lại để chỉnh lại độ nét của chi tiết hiện trên màn hình

- Dung thước có sẵn trên phầm mêm kéo đo 2 đường

chéo rồi đọc giá trị

4 SỐ LIỆU ĐO ĐƯỢC

BẢNG 1 SỐ LIỆU ĐO ĐƯỢC

CHÉO

5 XỬ LÝ SỐ LIỆU ĐO

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

- So sánh các giá trị đo và giá trị tra bảng sau đó tính sai số

Tra bảng:

´

HRA → HV /HB lý thuyết=790

Tính toán HV/HB

´

HRA → HRB /HRC lý thuyết=63,7

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

Tính toán HV/HB

D1và D2Lỗ 1 → HV1=1.854 x P

0,4970052=735,57

D1và D2Lỗ 2 → HV2=1.854 x P

0,4944952=743,62

D1và D2Lỗ 3 → HV2=1.854 x P

0,4961152=738,24

 HV /HB´ đo=739,143

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

∆ %=¿HV lý thuyết−

´

HV đo∨¿

HV lý thuyết x 100 %=¿790−739,14∨790¿ x 100 %=6,44 %¿ ¿

6 NHẬN XÉT – RÚT RA KẾT LUẬN

- Từ kết quả đo được ta có thể nhận thấy kết quả giữa tính toán dựa theo HRA và phép đo trực tiếp HV có sai số, nhưng sai số không đáng kể và chấp nhận được

- Lý do sai số

- Do thiết bị : thiết bị không chính xác , mũi đo mòn ,rơ …

- Do người vận hành : trong quá trình đo bằng thước hiển

vi vẫn còn sai số

- Trong quá trình đo HV việc nâng cần hạ cần không đều tay nhịp nhàng sẽ ảnh hưởng tới quá trình đo

- Bề rộng lỗ đo có thể thay đổi gia tốc

BÀI 2 XEM CẤU TRÚC TẾ VI

7 MỤC TIÊU THÍ NGHIỆM

- Phương pháp làm mẫu để nghiên cứu tổ chức tế vi gồm các khâu: chọn mẫu, cắt mẫu, mài, đánh bóng và tẩm thực

- Tầm quan trọng của công tác chuẩn bị mẫu và ảnh hưởng của nó đến kết quả nghiên cứu

- Làm quen với những vật liệu và thiết bị cần thiết cho công việc làm mẫu

- Chọn dung dịch tẩm thực cho thích hợp

8 TÓM TẮT LÝ THUYẾT

- Để nghiên cứu tổ chức tế vi của kim loại, người ta dùng một thiết bị quang học đặc biệt gọi là kính hiển vi kim tương Phương pháp dùng kính hiển vi kim tương để đánh giá, phân tích tổ chức tế vi gọi là phương pháp phân tích kim tương

- Kính hiển vi kim tương có độ phóng đại từ 80 đến 2000 lần

- Nhờ kính hiển vi, ta có thể quan sát được tổ chức của các pha, sự phân bố, hình dáng và kích thước của chúng Với gang, ta dễ dàng xác định hình dáng, kích thước của graphit Ngoài ra, ta còn có thể thấy được các khuyết tật của vật liệu như: nứt tế vi, rỗ và các tạp chất

a)Chọn và cắt mẫu

- Tùy theo nhiệm vụ nghiên cứu và thí nghiệm mà chúng ta chọn mẫu Yêu cầu mẫu phải đặc trưng cho vật cần nghiên cứu

- Mẫu nên ủ để có thể thể hiện các pha tốt hơn

- Mẫu có dạng hình trụ với kích thước Ф 10 ÷ 15mm, chiều cao h= 15÷20mm, hoặc hình hộp có kích thước 10 x 10 x 10mm

và 15 x 15 x 15mm

b) Mài mẫu

- Mẫu sau khi cắt được mài thô trên đá mài hoặc giấy nhám từ thô đến mịn

- Các giấy nhám thường được đánh số từ nhỏ đến lớn Số càng lớn thì độ hạt của giấy càng mịn Ví dụ: 80, 100, 150, 180…

400 là các số thông dụng

c) Đánh bóng

- Để đánh bóng mẫu, người ta tiến hành trên máy đánh bóng Cũng tương tự như ở máy mài thô, người ta gắn một miếng

dạ hay nỉ lên trên, khi đánh bóng, người ta phải cho dung dịch mài nhỏ liên tục lên miếng nỉ

- Đánh bóng kéo dài cho dến khi bề mặt không còn vết xước nào Không nên đánh bóng quá lâu, dễ làm tróc các pha quá cứng hoặc quá mềm Nếu thấy trên kính hiển vi vẫn còn nhiều vết xước thì nên đánh bóng lại

d) Đánh bóng bằng dung dịch

- Nguyên tắc của đánh bóng điện phân là dùng phương pháp hòa tan anod trong dung dịch điện phân dưới tác dụng của dòng điện một chiều

- Tùy theo chế độ điện, mà ta có thể đánh bóng và tẩm thực mẫu ngay trên máy

- Đánh bóng điện phân có ưu điểm là rất bóng và không tạo ra lớp biến dạng trên bề mặt mẫu, thời gian tương đối nhanh e) 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 cá 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, chì…

- Tẩm thực là quá trình ăn mòn bề mặt mẫu bằng các dung dịch háo học thích hợp, gọi là dung dịch tẩm thực Khi tẩm thực, biên giới các pha, các vùng tổ chức sẽ bị ăn mòn,

nhưng với những tốc độ khác nhau Sau khi tẩm thực bề mặt mẫu sẽ lồi, lõm tương ứng với các pha và tổ chức Do đó, có thể nhận biết được hình dáng, kích thước và sự phân bố của các pha

9 NỘI DUNG THÍ NGHIỆM

- Đầu tiên nhận được mẫu và các loại giấy nhám 400, 600, 800,1000 và 1200

- Ta lần lượt mài mẫu theo thứ tự giấy nhám từ thấp lên cao

- Đầu tiên vơi giấy mài 400, ta giữ phôi sao cho bề mặt mẫu

áp sát vào giấy nhám và mài từ trên xuống theo 1 chiều Liên tục mài như thế từ 3-4 phút cho mẫu có các vết xước dọc song song nhau

- Tiếp đến là giấy 800, ta xoay mẫu 900 và tiến hành các bước trên Mài đến khi nào các vết xước cũ bị xóa đi và tạo thành các vết xước mới song song với nhau

- Tiếp theo là giấy nhám 1900, cũng thực hiện các bước như với giấy nhám 800

- Khi hoàn thành mài với 3 loại giấy nhám trên, ta tiến hành đánh bóng mẫu bằng giấy nhám 1000 Ta gắn giấy nhám

1000 lên bàn quay, mở máy và mở nước Giữ chặt mẫu, áp mẫu xuống mặt giấy nhám, giữ ở đó khoảng 20 giây, sau đó lại xoay mặt mẫu 900 và giữ khoảng 20s Tiếp tục như thế 4 lần ( Lưu ý tránh làm rách giấy nhám)

- Thực hiện giấy nhám 1200 tương tự bước làm với 1000 Với thời gian ngắn hơi là 10-15s cho mỗi lần đánh bóng

- Khi hoàn thành, ta lấy bông khô lau khô và sạch bề mặt

- Sau đó đem mẫu quan sát dưới kính hiển vi, nếu quan sát thấy ít vết xước nhỏ, các vết nứt tế vi, rỗ khí, xỉ tạp chất, một số pha và tổ chức như cacbit, graphit, chì… thì đạt

- Chụp và lưu hình sau đánh bóng: Họ và tên - MSSV

- Sau đó ta tiến hành tẩm thực, chọn vị trí có ít vết xước và quan sát trên kính hiển vi sang nhất Lấy bông tẩm HNO3 thoa đều lên mặt đánh bóng của mẫu, thoa đều khoảng 30 giây Lấy mẫu nhúng vào nước Sau đó lấy bông tẩm cồn thoa đều lên mặt và lau khô Tiếp đến sấy mẫu bằng máy sấy với hơi nóng vừa phải cho làm bay lớp cồn

- Đem quan sát dưới kính hiển vi Nếu các đường biên giới rõ rang, độ tương phản tốt là đã hoàn thành quá trình tẩm thực

- Chụp và lưu ảnh sau tâm thực : Họ và tên - MSSV

10 H ÌNH ẢNH TRƯỚC VÀ SAU TẨM THỰC

Hình ảnh trước lúc tẩm thực

Hình ảnh sau tẩm thực

11 N HẬN XÉT – RÚT RA KẾT LUẬN

- Dựa trên tổ chức tế vi của mẫu được nhận(ảnh mẫu sau khi tẩm thực), ta có thể đưa ra kết kết quả như sau:

- Mẫu là thép trước cùng tích với tỉ lệ cacbon vào

khoảng 0.6%

Theo tính toán từ qui tắc đòn bẩy, khi lượng cacbon tang lên thì tỷ lệ phần Peclit (màu tối) trong tổ chức tang lên, còn ferric (phần sang) giảm đi Nếu không chứa cacbon hay quá

ít cacbon (0.02-0.05) tức là màu sang hoàn toàn Với 0.1% C thì tỷ lệ phần tối là 1/8, với 0.4% C thì tỷ lệ phần sáng là 1/2

và với 0.6% C là 3/4, cuối

BÀI 3 TÔI VÀ RAM THÉP

- Nắm được quá trình tôi thép: cách chọn nhiệt độ tôi, thời gian

nung và môi trường làm nguội

- Xác định được mối quan hệ của tốc độ làm nguội tức môi

trường làm nguội đến độ cứng của thép

- Biết cách thực hiện nguyên công ram, chọn chế độ ram thép

cacbon (nhiệt độ và thời gian)

- Xác định ảnh hưởng của nhiệt độ ram đến độ cứng

13 T

ÓM TẮT LÝ THUYẾT

a) Tôi

- Là nguyên công nhiệt luyện rất thông dụng gồm nung nóng thép lên nhiệt độ xác định, giữ ở nhiệt độ đó một thời gian cần thiết và làm nguội nhanh trong môi trường thích hợp Mục đích của tôi nhằm nhận được độ cứng và độ chịu mài mòn cao của thép

- Tổ chức nhận được sau khi tôi là mactenxit Kết quả sau khi tôi phụ thuộc vào nhiều yếu tố, sau đây ta xét mấy yếu tố cơ bản:

Cách chọn nhiệt độ tôi

- Nhiệt độ tôi có ảnh hưởng trực tiếp đến cơ tính của thép sau khi tôi Đối với thép cacbon, có thể dựa vào giản đồ trạng thái sắt cacbon để chọn nhiệt độ tôi Đối với thép cùng tích

và thước cùng tích (%C≤ 0.8%)

- Ta chọn nhiệt độ tôi cao hơn AC3, tức nung nóng thép đến trạng thái hoàn toàn ôstenit Cách này gọi là tôi hoàn toàn

- T°tôi= AC3 + (30 - 50) °C

- Trong khoảng 0,1-0,8%C điểm AC3 của thép giảm xuống Ta

có thể xác định trực tiếp điểm AC3 của thép căn cứ vào giản

đồ trạng thái sắt cacbon hoặc tra cứu trong các sổ tay nhiệt luyện

- Như ta đã biết, nhiệt độ tôi càng cao, thì hạt ôstenit nhận được khi nung càng thô và sau khi tôi, ta nhận được các kim mactenxit thô, dài, vì vậy, ta không nên nung cao quá AC3

- Còn nếu nung thấp hơn AC3, ta sẽ có tổ chức α + γ, khi làm nguội, chỉ có γ→M, còn ferit vẫn giữ nguyên, và như vậy, ta M, còn ferit vẫn giữ nguyên, và như vậy, ta không thể nhận được độ cứng cao

- Đối với thép sau cùng tích (%C > 0,8%), nhiệt độ tôi cao hơn AC1, nhưng thấp hơn ACcm, tức nung lên trạng thái không hoàn toàn ôstenit Tổ chức nung để tôi là γ + XeII Đây là phương pháp tôi không hoàn toàn Nhiệt độ tôi được chọn:

- To

tôi = AC1+ ( 30 + 50) °C

- Như vậy, tất cả các thép sau cùng tích đều có nhiệt độ tôi giống nhau, khoảng 760 ÷780°C, không phụ thuộc vào thành phần cacbon Sở dĩ ta không nung lên cao quá Acm vì cacbon hòa tan nhiều, nhiệt độ tôi cao, sau khi tôi, nhận được nhiều austenit dư, kim mactenxit lớn, ứng suất nhiệt cao Trong khi

đó, nếu chỉ nung lên trạng thái γ + XeII, ta không cần nhiều nhiệt, sau khi làm nguội, vẫn được tổ chức là mactenxit+ XeII, tận dụng được độ cứng của XeII, chi tiết ít bị ứng suất nhiệt làm cong vênh, oxy hóa bề mặt

Thời gian nung nóng

- Bao gồm thời gian nung đến nhiệt độ tôi và thời gian giữ để hoàn tất các chuyển biến và đồng đều nhiệt dộ trên toàn bộ chi tiết Thời gian nung có thể chọn theo các định mức kinh nghiệm tra trong các sổ tay nhiệt luyện, với các hệ số hiệu chỉnh về hình dáng chi tiết, cách sắp xếp và môi trường

nung Cũng có thể tính thời gian nung theo các công chức về truyền nhiệt

Chọn môi trường tôi

- Phải bảo đảm nhận được mactenxit sau khi tôi, nghĩa là khả năng làm nguội của môi trường phải bằng hoặc lớn hơn tốc

độ nguội tới hạn

- Nếu tốc độ nguội nhỏ hơn tốc độ nguội tới hạn, một phần ôstenit sẽ bị phân hủy thành các tổ chức khác, độ cứng sau khi tôi bị giảm Mỗi số hiệu thép có tốc độ nguội tới hạn khác nhau, và nó cũng đòi hỏi mội trường tôi khác nhau Tốc độ nguội tới hạn của thép có thể tìm trong các giản đồ chữ “C” của chúng Các môi trường tôi thường dùng là nước, dung dịch muối, xút, dầu khoáng và polymer

b) Ram

- Là phương pháp nhiệt luyện nung nóng thép đã tôi có tổ chức mactenxit quá bão hòa và ôstenit dư chuyển thành các tổ chức ổn định hơn phù hợp với yêu cầu đặt ra