Bài giảng thí nghiệm vật liệu kỹ thuật đại học thủy lợi

NỘI DUNG THỰC HÀNH MÔN HỌCGIỚI THIỆU CHUNG VỀ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU 1 Nhiệt luyện một số loại gang, thép và hợp kim màu 2 Đo độ cứng và quan sát tổ chức của một số loại thép, g

Trang 1

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI Khoa Cơ khí – Bộ môn Công nghệ cơ khí

THÍ NGHIỆM VẬT LIỆU KỸ THUẬT

Giảng viên: TS Nguyễn Thị Hằng Nga Email : nthnga@tlu.edu.

Mobile : 0888 901 902

Trang 2

GIỚI THIỆU MÔN HỌC

- Số tín chỉ: 1 (1-1-0)

- Số tiết: tổng: 15 tiết; LT: 9 tiết; BT: 0 tiết; TN: 6 tiết

- Đánh giá: + Điểm quá trình: 50 % (Chuyên cần: 20%, Báo cáo Thí nghiệm: 80%)

+ Điểm thi kết thúc: 50 %

- Hình thức thi: Viết

- Thời gian thi: 60 phút

Trang 3

MỤC ĐÍCH MÔN HỌC

- Mô tả quy trình các thí nghiệm về quá trình xử lý nhiệt, khảo sát tính chất cơ

học và quan sát tổ chức tế vi của một số loại vật liệu thường dùng trong kỹ thuật.

- Trang bị cho sinh viên kỹ năng thực hành, phân tích, sử dụng các thiết bị

quan sát và đo đạc.

Trang 4

NỘI DUNG LÝ THUYẾT MÔN HỌC

GIỚI THIỆU CHUNG VỀ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU

3 Những phương pháp làm sạch chi tiết sau khi nhiệt luyện

Trang 5

NỘI DUNG THỰC HÀNH MÔN HỌC

GIỚI THIỆU CHUNG VỀ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU

1 Nhiệt luyện một số loại gang, thép và hợp kim màu

2 Đo độ cứng và quan sát tổ chức của một số loại thép, gang và

hợp kim màu (đã nhiệt luyện ở bài TN số 1)

Trang 6

NỘI DUNG:

1.1 Các chuyển biến khi nung nóng thép 1.2 Nhiệt luyện một số loại thép thông dụng 1.3 Nhiệt luyện chi tiết máy

1.4 Nhiệt luyện dụng cụ cắt và khuôn dập 1.5 Nhiệt luyện kết cấu mối hàn

CHƯƠNG 1

NHIỆT LUYỆN THÉP TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI Khoa Cơ khí – Bộ môn Công nghệ cơ khí

Trang 7

Cơ sở xác định chuyển biến khi nung nóng

- Cơ sở xác định chuyển biến khi nung

nóng thép là giản đồ trạng thái Fe-C

0,76

- Trong mỗi loại thép ở nhiệt độ thường có

tổ chức Ferit + Xe (Peclit)

- Các thép trước và sau cùng tích có tổ chức

phức tạp hơn, có thêm Ferit và Xe II

1.1 CÁC CHUYỂN BIẾN KHI NUNG NÓNG THÉP

7

Trang 8

- Đối với thép trước cùng tích?

- Đối với thép sau cùng tích?

 Vậy khi nung nóng quá Ac1 thì sự

chuyển biến:

8

Trang 9

+ Từ Ac1  Ac3, có quá trình hoà tan của F vào 

Khi nhiệt độ lớn hơn Ac3, tổ chức nhận được hoàn toàn là 

+ Từ Ac1  Accm, có quá trình hoà tan của Xe II vào 

Khi nhiệt độ lớn hơn Accm, tổ chức nhận được hoàn toàn

là 

Như vậy theo giản đồ trạng thái Fe–C ta hoàn toàn xác

định được các tổ chức tạo thành khi nung nóng;

Trong các chuyển biến đó, chuyển biến cơ bản là tạo

thành Austenit từ Peclit;

9

Trang 10

10

0,76

Giản đồ pha Fe – C

Trang 11

Chuyển biến Peclit thành Austenit

0,76

Nhiệt độ chuyển biến

- Chuyển biến Peclit thành Austenit xảy ra ở

727C với điều kiện là nung nóng vô cùng

chậm.

- Với tốc độ nung thực tế, chuyển biến luôn luôn

xảy ra ở nhiệt độ lớn hơn 727C ;

11

Trang 12

- Như vậy ta thấy rằng: tốc độ nung càng lớn V2>V1 (càng nhanh), chuyển biến P 

 xảy ra ở nhiệt độ càng cao và thời gian càng ngắn.

12

Trang 14

- Những quy luật lớn lên của hạt  khi nung nóng ở các loại thép khác nhau cũng khác nhau:

+ Thép có bản chất hạt lớn;

+ Thép có bản chất hạt nhỏ.

14

Trang 15

Các quá trình xảy ra khi giữ nhiệt

- Giai đoạn giữ nhiệt là rất cần thiết để:

+ Làm đồng đều nhiệt độ giữa bề mặt và lõi, để lõi cũng có chuyển biến như bề mặt;

+ Đủ thời gian cần thiết sẽ tạo điều kiện để các chuyển biến xảy ra hoàn toàn;

+ Làm đồng đều thành phần hoá học của Austenit Do  được tạo ra từ F và Xe có thànhphần Cacbon rất khác nhau

 Thời gian giữ nhiệt chỉ nên lấy vừa đủ, không nên quá dài vì làm cho hạt  quá lớn, thép bịgiòn

15

Trang 16

Chuyển biến của Austenit khi làm nguội đẳng nhiệt

Là phương pháp làm nguội nhanh Austenit

xuống dưới Ar1 giữ nhiệt ở nhiệt độ này rồi

xác định thời gian bắt đầu và kết thúc sự

chuyển biến từ   P

HRC 15 30

Trang 17

- Khi  phân hoá ở 700C  Peclit [ F + Xe ] ( Xe có dạng tấm với kích thước thô to), có độ cứng 10  15 HRC;

- Khi  phân hoá ở 600  700C  Xoocbit [ F + Xe ] ( Xe có dạng tấm với kích thước 10-1  10-4 mm), có độ cứng khoảng 20  35 HRC, ký hiệu là X ;

- - Khi  phân hoá ở 500  600C  Trustit [ F + Xe ] ( Xe dạng tấm rất nhỏ mịn với kích thước,10-5mm), ký hiệu T Độ cứng của nó khoảng 40 HRC;

độ nhỏ mịn khác nhau.

Các sản phẩm phân hoá đẳng nhiệt của Austenit quá nguội

17

Trang 18

- Khi  phân hoá ở  500C  Bainit [ F + Xe ] ( Xe có dạng tấm với kích thước nhỏ mịm, 10-6 mm ), có độ cứng 50  55 HRC, bao gồm:

- Bainit có đặc điểm:

+ %C trong F lớn hơn giới hạn hoà tan một chút (0,1%);

+ Có một ít  dư.

 Là chuyển biến trung gian, giữa chuyển biến Peclit và chuyển biến Mactenxit.

18

Trang 19

Tổ chức tế vi của xoocbit tôi

Tổ chức tế vi bainit dưới

Tổ chức tế vi của trôstit tôi

Tổ chức tế vi bainit trên1.1 CÁC CHUYỂN BIẾN KHI NUNG NÓNG THÉP

19

Trang 20

Thép trước cùng tích

Thép sau cùng tích

Giản đồ chuyển biến đẳng nhiệt TTT (Time-Temperature-Transformation)

20

Trang 21

Chuyển biến của Austenit khi làm nguội liên tục

Đặc điểm của sự phân hoá Austenit khi làm

nguội liên tục là:

• Với các tốc độ nguội khác nhau,  bị quá

nguội đến các nhiệt độ khác nhau và phân hoá

thành các tổ chức khác nhau tương ứng với

21

Trang 22

- Làm nguội trong không khí nén, V3:

Trang 23

• Tổ chức nhận được không đồng nhất trên toàn bộ tiết diện

- Bề mặt thường nhận được tổ chức có độ cứng cao hơn bên trong lõi (do tốc độ nguội nhanh hơn).

• Không đạt được tổ chức hoàn toàn là Bai-nít ,

- Có thể đạt được tổ chức này cùng với Trustit và Mactenxit

• Những đặc điểm trên chỉ đúng đối với thép Carbon

- Với các thép hợp kim các đặc điểm trên không còn phù hợp nữa.

23

Trang 24

Chuyển biến Mactenxit

+ Chuyển biến Mactenxit chỉ xảy ra khi làm nguội nhanh và liên tục với tốc độ: V  V th;

+ Là chuyển biến không khuếch tán: Carbon hầu như vẫn giữ nguyên vị trí, còn Fe chuyểndời vị trí để tạo kiểu mạng mới là mạng lập phương tâm khối;

+ Là quá trình tạo ra không ngừng các tinh thể mới với tốc độ phát triển rất lớn khoảng 1000

 7000 m/s Tinh thể Mactenxit có dạng hình kim (hai đầu nhọn);

24

Trang 25

+ Chỉ xảy ra trong khoảng giữa hai nhiệt độ (điểm) M s (Mđ) và M f (Mk).

+ Là chuyển biến xảy ra không hoàn toàn (còn có  dư)

+ Mk càng thấp  lượng  dư càng nhiều

+ %C trong thép tăng  lượng  dư tăng

25

Trang 26

Tính không ổn định của Mactenxit và Austenit dư

- M và dư trong thép là các pha không ổn định  có xu hướng tiết hết các bon ra để trởthành P (F + Xe) Chuyển biến xảy ra như sau:

Trang 27

- M và  chuyển biến thành P ( F + Xe ), là chuyển biến không trực tiếp mà

phải qua tổ chức trung gian là Mactenxit ram Chuyển biến xảy ra như sau:

Mactenxit ram Ferit + Xementit Mactenxit

Austenit dư

27

Trang 28

Các chuyển biến xảy ra khi Ram

+ dư chưa chuyển biến;

+ Mactenxit chuyển biến như sau:

Fe(C) 0,8 → [Fe(C) 0,25  0,4 + Fe 2  2,4 C]

Mactenxit Mactenxit Cacbit 

Mactenxit ram

 + Tổ chức của giai đoạn này là:

Mactenxit ram + dư.+ Độ cứng giảm chút ít (vài HRC)+ Tỷ số c/a giảm

28

Trang 29

❖ Giai đoạn II (200  250C)

- Mactenxit tiếp tục tiết Cacbon  Thành Fe(C) 0,15  0,2;

-  chuyển biến thành Mactenxit ram:

Fe(C) 0,8 → [Fe(C) 0,15  0,2 + Fe 2  2,4 C]

Mactenxit ram

 + Tổ chức của giai đoạn này là: Mactenxitram;

+ Giảm được ứng suất dư, có độ bền gần như Mactenxittôi;

+ Tỷ số c/a giảm mạnh.

29

Trang 30

❖ Giai đoạn III (250  450C)

- Mactenxit nghèo Cacbon chuyển biến thành Ferit;

- Cacbit  chuyển biến thành Xementit ở dạng hạt;

Trang 31

- Quá trình nguội của thép sau ram không có chuyển biến gì nữa.

- Thời gian ram 1-2h, tốc độ phân hủy xảy ra nhanh nhất trong khoảng 1-1.5h đầu sau đó

xảy ra rất chậm, chỉ có sự thô hóa của cacbit đã tạo ra

31

Trang 32

Tổ chức tế vi của mactenxit ram Tổ chức tế vi của trôxtit ram Tổ chức tế vi của xoocbit ram

Ảnh hưởng của tôi, ram đến cơ tính của thép

- Sau tôi + ram thép có tổ chức: M r , T r , X r có cơ tính tốt hơn M tôi , T tôi , X tôi …: độ cứng

tương đương, song độ dai va đập tốt hơn hẳn

- Ram là nguyên công bắt buộc sau tôi

32

Trang 33

1.2 NHIỆT LUYỆN MỘT SỐ LOẠI THÉP THÔNG DỤNG

- Không hoàn toàn

Trang 34

Màu thép khi nung nóng

34

Trang 35

35

TÍNH TOÁN ĐIỀU KIỆN NHIỆT LUYỆN

ĐỂ THÉP CÓ ĐỘ CỨNG PHÙ HỢP VỚI MỤC ĐÍCH SỬ DỤNG

Trang 36

Trang 37

727+30=757 oC727-30=697 oC

727-30=697 oC727+30=757 oC727-30=697 oC

Trang 38

Thép C50 là thép trước cùng tích, để đạt được độ cứng thấp cần thực hiện công nghệ ủ hoàn toàn

- nhiệt độ austenite hóa :Tủ= A3+ (20 30)oC

- Nhiệt độ A3= 727 + x

T ủ = (818 ÷ 828) oC

- Chi tiết được giữ một thời gian tại nhiệt độ đó để đồng đều nhiệt và pha austenite

- Sau đó được làm nguội cùng lò, tổ chức nhận được là ferit và peclit có độ cứng thấp 23 HRC

Trang 39

- Có (0.45)%C là thép trước cùng tích nên T tôi = Ac3+(30÷50)oC= 810 +(30÷50)oC

- Nên ta chọn nhiệt độ tôi cho thép là (840-890)o C và thời gian giữ nhiệt là 20-30 phút đối với chiều dày và phi thép đã cho

- Sau đó làm nguội trong dầu để giảm độ cong vênh và nứt chi tiết

- Độ cứng của thép C45 sau tôi là (58-60) HRC với tổ chức đạt được (Mactenxit tôi +γdư),

Trang 40

40

Ram thép C45:

- Sau khi tôi tổ chức của thép có độ cứng rất

cao nhưng rất giòn nên công đoạn tiếp theo

đó là ram

- Để thép có độ cứng 45-48 HRC cần ram

thép ở nhiệt độ trong khoảng 300-400oC

trong 1h và làm nguội trong dầu

- Tổ chức pha cuối cuối cùng là Troxtit ram

Sơ đồ nhiệt luyện

Trang 41

1.3 NHIỆT LUYỆN CHI TIẾT MÁY

41

Chế độ nhiệt luyện các chi tiết ô tô

Chi tiết Số hiệu thép Nhiệt luyện Độ cứng HRC, HB

Con các tay đòn phanh tay C15 TCN, 800°, г = 45 ph, δ = 0,15 mm, NaOH Theo dũa £ 45 (lõi)

Chốt chạc cầu tách khớp ly hợp 20S TCN, 850°, г =25ph, NaOH, δ = 0,15 - 0,25mm, R t , 200° Theo dũa

Cần đẩy suppap 15Cr T, 870°, TC, 910°, г= 8-9.5h; δ= 0,9-1,2mm; T, 850°, d; R, 200° HB 143-197

40-55

Trang 42

Chế độ nhiệt luyện bánh răng ô tô

42

Tên gọi chi tiết Số hiệu thép Chế độ nhiệt luyện

Hộp số Trục thứ nhất Bộ bánh răng của trục

trung gian Bộ bánh răng đệm Bánh răng

truyền động thứ 2 của trục thứ hai.

35Cr (0,33-0,38%C)

hạt cấp 5-8 TCN, 830-850°, d; δ = 0,2 - 0,4mm, R, 200°, г=30ph; HRC > 58; bề mặt răng theo dũa

Bánh răng truyền động thứ nhất Như trên TCN, 830-850°, d; δ = 0,2 - 0,4mm, R,

(côn)

18CrMnTi TC, 945-955°, δ = 0,85 - 1,1mm.

Thl, TSC, nung thấu, d, trong khuôn ép R, 180-200° HRC58-63

Trang 43

Chế độ nhiệt luyện trục cam động cơ đốt trong

£50 (có trục)

Trang 44

-1.4.1 Nhiệt luyện dụng cụ cắt

Nhiệt độ nung nóng:

- Thép carbon, thép hợp kim nung nóng sơ bộ: 300-500oC

- Thép gió:

+ Nung nóng 2 lần: 400-500oC và 840-860oC

+ Nung nóng 3 lần: 300-500oC, 840-860oC, 1050-1100oC

Môi trường nung nóng:

- Trong lò muối để tránh bị oxi hóa và thoát carbon mặt ngoài của dụng cụ

- Khi nung nóng thép gió, thép crom cao: muối bari clorua nóng chảy 1000-1300oC

- Thép carbon, thép hợp kim: sử dụng hỗn hợp 78% BaCl2+ 22% NaCl ở 750-950oC

1.4 NHIỆT LUYỆN DỤNG CỤ CẮT VÀ KHUÔN DẬP

44

Trang 45

Làm nguội khi tôi:

- Dụng cụ bằng thép Carbon: tôi qua nước sang dầu

- Thép hợp kim: dầu hoặc ngoài không khí

- Thép gió, dụng cụ làm bằng thép carbon có chiều dày < 8mm: tôi phân cấp để tránh tạothành vết nứ và giảm biến dạng

45

Trang 46

Ram dụng cụ đã tôi:

- Môi trường lỏng: nung nóng nhanh và đồng đều, điều chỉnh nhiệt độ chính xác hơn

- Môi trường không khí: dùng các lò điện kiểu giếng có không khí tuần hoàn cưỡng bức

- Thời gian giữ nhiệt ở nhiệt độ ram phụ thuộc tiết diện dụng cụ:

Loại lò Đường kính hay chiều dày

lớn nhất của dụng cụ, mm

Thời gian giữ nhiệt, h

Lò dầu hay lò muối diêm tiêu >20

21-40

11.5

61-80

2.02.5

46

Trang 47

Làm sạch dụng cụ đã tôi:

- Để khử bỏ muối, dầu, vẩy sắt hay những chất bẩn khác ra khỏi bề mặt dụng cụ đã tôi và ngănngừa sự ăn mòn trên bề mặt:

+ Chưng trong nước nóng, trong dung dịch kiềm, axit

+ Rửa bằng máy rửa, máy thủy lực, siêu âm

- Để làm sạch vẩy sắt thô sử dụng hạt kim loại, hạt corindon, hạt chì, …

Kiểm tra chất lượng dụng cụ sau nhiệt luyện:

Trang 48

1.4.2 Nhiệt luyện khuôn dập

- Khuôn dập có hình dáng phức tạp, phần làm việc bên trong có nhiều góc cạnh, cần tránh sựtăng biến dạng trong quá trình nhiệt luyện

- Đòi hỏi phải tiến hành đo chính xác để đảm bảo đạt được đầy đủ cơ tính đã định không cóvết nứt và biến dạng

- Môi trường tôi nên để trong không khí tĩnh hay hỗn hợp nước - không khí

- Khi tôi trong dầu làm nguội ở khoảng 100-150oC và chuyển ngay vào lò để ram (nếu khôngtiến hành ram có thể tạo thành vết nứt)

48

Trang 49

- Khi nung để tôi, khuôn dập được chất vào lò có nhiệt độ 600-650oC, giữ nhiệt trong khoảng 2h, sau

đó nâng nhiệt lên tới nhiệt độ yêu cầu với tốc độ 75-100oC/h.

- Thời gian giữ nhiệt:

Trang 50

Chế độ nhiệt luyện một số loại thép thường dùng làm khuôn dập

50

Mác thép

Thành phần các nguyên tố, % Chế độ nhiệt luyện

Độ cứng HRC

Nhiệt độ tôi, oC

Làm nguội

Nhiệt độ ram, oC

1050

Trang 51

Chế độ nhiệt luyện khuôn dập bằng gang

Loại khuôn

đập

Thành phần các nguyên tố, % Chế độ nhiệt luyện

Độ cứng HB

tố khác

Nhiệt độ tôi, oC

Làm nguội

Nhiệt độ ram, oC Khuôn chồn

để dập nóng

2,7 3,0

1,5 2,0

0,6 0,8

0,3 0,6

0,6 0,8

1,2 1,5

0,6 0,8

0,3 0,6

1,3 1,5

0,6 0,8

0,5 0,75

1,25

51

Trang 52

Kết cấu mối hàn được tiến hành nhiệt luyện theo các dạng dưới đây:

- Để tránh cong vênh vật phẩm, nhiệt độ của lò không được quá 350oC, các kết cấu mối hàncần được đưa vào lò ngay sau khi hàn xong Nhiệt độ cho phép của lò không được quá450oC

- Tốc độ nung phụ thuộc vào dạng nhiệt luyện (toàn phần hoặc từng phần), loại kết cấu và vậtliệu, chiều dày bộ phận hàn và công suất của thiết bị nung

- Để mối hàn thép được bền nhiệt, nhiệt độ ram cần thấp hơn nhiệt độ ram phôi 20-40oC.Tính chất của vật liệu kết cấu cần được đánh giá bằng kết quả thực nghiệm của mẫu thử

1.5 NHIỆT LUYỆN KẾT CẤU MỐI HÀN

52

Trang 53

- Để tránh tạo ra tổ chức giòn do tôi hàn, chi tiết thép cần được tiến hành nhiệt luyện trực tiếpngay sau khi hàn hoặc không chậm hơn thời gian quy định được xác định bằng kinh nghiệm.

- Thời gian giữ vật phẩm ở nhiệt độ ram cần đủ bảo đảm xảy ra quá trình dãn đều, biến hóa tổchức và nung đều vật phẩm Chênh lệch nhiệt độ không được quá 20oC

- Tốc độ làm nguội cần đủ để đảm bảo loại trừ khả năng sinh ứng suất dư và làm cong vênhkết cấu

+ Các chi tiết phức tạp trung bình tốc độ làm nguội tối đa không quá 200oC/h với chiều dày chi tiết dưới 25mm và 100oC khi chiều dày lớn hơn.

+ Việc làm nguội có thể tiến hành trong lò có nhiệt độ 350oC, rồi tiếp tục làm nguội ngoài không khí.

1.5 NHIỆT LUYỆN KẾT CẤU MỐI HÀN

53

Định dạng
Số trang	104
Dung lượng	2,69 MB