bao cao ki thut ch to 1 trng di h

KIỂM TRA CƠ TÍNH VÀ TỔ CHỨCMỐI HÀN Kiểm tra độ cứng cũng như xem tổ chức các vùng của chi tiết hàn để, xác định đặc tính cơ học của liên kết hàn để so sánh với cơ tính của kim loại cơ bả

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

KHOA CƠ KHÍ

BỘ MÔN THIẾT BỊ & CNVL CƠ KHÍ

BÀI BÁO CÁO THÍ NGHIỆM KỸ THUẬT

CHẾ TẠO 1

SINH VIÊN THỰC HIỆN : Nguyễn Văn Đông

GVHD THỰC HÀNH : Trần Ngọc Phước Thạnh

NHÓM HỌC LÝ THUYẾT : A03-C

NGÀY THỰC HÀNH : T4 buổi chiều

TP HCM NĂM 2017

3

BÀI 1 KIỂM TRA CƠ TÍNH VÀ TỔ CHỨC

MỐI HÀN

Kiểm tra độ cứng cũng như xem tổ chức các vùng của chi tiết hàn

để, xác định đặc tính cơ học của liên kết hàn để so sánh với cơ tính của kim loại cơ bản.

Độ cứng

Độ cứng là khả năng chống lại biến dạng dẻo cục bộ khi ngoại lực thông qua vật rắn tác dụng lên kim loại Độ bền kéo tăng theo độ cứng Độ cứng của kim loại cơ bản và kim loại mối hàn phụ thuộc vào thành phần hóa học, quá trình nóng chảy và đông đặc khi hàn, biến cứng, nhiệt luyện và nhiều yếu tố khác Cần có các giới hạn

độ cứng ở vùng ảnh hưởng nhiệt và mối hàn, vì nếu vùng này quá cứng, sẽ không đủ dẻo trong các điều kiện làm việc và tính chống

ăn mòn có thể bị giảm Độ cứng vĩ mô được xác định lát mài thô đại nhờ các đồng hồ đo độ cứng Rokwell, Brinel, Vicker Phép đo được thực hiện trên lát mài ngang của liên kết hàn theo hai hướng vuông góc: theo trục mối hàn và dọc theo đường hàn song song với bề mặt trên và dưới của tấm Các kết quả được trình bày dưới dạng thay đổi độ cứng theo tiết diện Độ cứng vĩ mô được dùng để đánh giá mức độ thấm tôi của liên kết hàn và sự không đồng đều

về cơ tính theo tiết diện của nó Người ta đo độ cứng các thành phần riêng của cấu trúc vi mô Việc này để bổ sung cho phân tích kim tương khi thiết lập kiểu của thành phần cấu trúc

Tổ chức vi mô

Cấu trúc vi mô được nghiên cứu trên các lát mài đã được đánh bóng và tẩm thực với độ phóng đại 50 – 2000 lần Trên các lát mài

vi mô người ta xác định tổ chức vi mô của mối hàn và vùng lân cận (dạng và mối tương quan giữa các thành phần cấu tạo; sự có mặt

và phân bố carbide, nitride, sulphide lẫn oxide; kích thước hạt) Các vết nứt và rỗ vi mô cũng được thể hiện trên lát mài

Kiểm tra cấu trúc của liên kết hàn

Gồm có hai dạng là: Kiểm tra thô và kiểm tra tế vi

+KIỂM TRA THÔ : được tiến hành trực tiếp với các mẫu thử kim loại hoặc các mặt gãy của chúng Các mẫu thử được cắt ra từ liên kết hàn, mài bóng và tẩy sạch bằng dung dịch axit nitric 25% rồi dùng kính lúp hoặc mắt thường để phát hiện khuyết tật của liên kết hàn

+KIỂM TRA CẤU TRÚC TẾ VI : được tiến hành dưới loại kính lúp có

độ phóng đại lớn (100-500 lần), nhờ vậy có thể xác định được dễ dàng và chính xác chất lượng kim loại của liên kết hàn

3. NỘI DUNG THÍ NGHIỆM

-Nhận chi tiết cần kiểm tra mối hàn

-Mài bóng bề mặt chi tiết cần kiểm tra:

+Đặt chi tiết lên mặt phẳng

+Lần lượt mài bề mặt chi tiết bằng giấy nhám P100, P400, P800, P1000.(Lưu ý chỉ cần mài bóng vùng cần kiểm tra là mối hàn- chính giữa phôi) đến khi đạt được độ bóng cần thiết ta đem chi tiết

đi tẩm thực

-Tẩm thực: bằng dung dịch axit nitric 25%

+ Để bề mặt cần kiểm tra ngâm trong dung dịch axit khoảng 10s + Lấy chi tiết ra dùng cồn rửa sơ bề mặt

+Lau khô bề mặt chi tiết rồi mang đặt lên kính hiển vi (Khi này ta quan sát thấy rõ được vùng hàn chi tiết dạng chữ V)

-Dùng kính hiển vi quan sát và chụp lại các cấu trúc phía bên ngoài biên, vùng biên và trong vùng biên của mối hàn

-Sau đó đem chi tiết đo độ cứng bằng máy rockwell:

+Tiến hành đo độ cứng ở 3 vùng của mối hàn, mỗi vùng đo 3 lần

và ghi kết quả vào bảng 1

Hình ảnh tổ chức tế vi

5 Vùng biên

Số liệu độ cứng đo được tại từng vùng:(HRA)

Đo lần 1 Đo lần 2 Đo lần 3 Trung

bình(+1)

Vùng Trung

-Độ cứng của kim loại chỗ mối hàn bị tăng lên

-cơ tính của kim loại sẽ bị ảnh hưởng bởi mối hàn

-tổ chức tế vi của kim loại tại vị trí hàn bị thay đổi

=> kim loại sau khi hàn sẽ bị thay đổi cơ tính lẫn cấu trúc tế vi,vì vậy cần nên xử lí nhiệt luyện kim loại sau khi hàn

Vùng ngoài biên

Vùng trong biên

-Lựa chọn hợp lý vật liệu hàn để điều chỉnh thành phần hóa học kim loại mối hàn và ở mức độ nào đấy có thể cho phép điều chỉnh thành phần hóa học ở vùng gần viền nóng chảy,đảm bảo các tính chất cần thiết của chúng

-Đảm bảo độ bền kim loại mối hàn tương đương với độ bền kim loại cơ bản,đôi khi có thể thấp hơn một chút để đat được tính bền của liên kết hàn.Điều này rất quan trọng đối với các mối hàn chịu tải trọng hoặc làm việc trong các điều kiện chu trình nhiệt thay đổi

-Thay đổi hình dạng mối hàn,để giảm yếu tố tập trung ứng suất bằng việc lựa chọn vật liệu hàn (nền tạo xỉ của thuốc bọc que hàn,thuốc hàn ) hợp lý

Tổ chức tế vi của mối ghép hàn :

-Vùng nằm trong biên :ở đây tổ chức kim loại có độ hạt nhỏ nhất Vùng này kim loại có độ bền và độ dẻo cao nhất

-Vùng biên: Do hiện tượng quá nhiệt nên hạt tịnh thể có kích thước lớn, độ dai va đập và độ dẻo thấp, dễ nứt nóng và nứt nguội Vùng này là vùng yếu nhất của liên kết hàn

-Vùng bên ngoài biên: Kích thước hạt kim loại sau khi hàn khá mịn

và có cơ tính rất cao

7

BÀI 2 KIỂM TRA KHUYẾT TẬT VẬT ĐÚC

-Nhận biết được khuyết tật của vật đúc và nguyên nhân gây ra khuyết tật

Các dạng khuyết tật của vật đúc

-Nhóm 1: Sai hình dáng, kích thước và trọng lượng

+Thiết hụt: hình dạng kích thước vật đúc không đầy đủ

+Bavia: là phần thừa ra mà hình dáng không có trong bản vẽ +Vênh : là sự thay đổi hình dáng và kích thước của kích thước khi đông đặc do ảnh hưởng của áp suất bên trong khuôn hay mẫu bị vênh

+Sứt: là hình dáng hoặc kích thước của vật đúc bị hỏng do thao tác cơ học như dỡ khuôn, cắt đậu ngót

-Nhóm 2: Khuyết tật bề mặt:

+Cháy cát: mặt ngoài bị xù xì

+Khớp: Khe rảnh hoặc chổ lõm xuyên thấu hay trên vật đúc có mép tròn

+Vẩy: lớp oxit phủ trên bề mặt vật đúc

+Xước: sự hư hỏng mặt ngoài do qua trình di chuyển, tháo dỡ khuôn,

-Nhóm 3 : Nứt-là khuyết tật nguy hiểm đối với vật đúc (Do kim lại

bị kiềm hãm bởi độ lún của không và lỗi kém)

+Nứt nóng

+Nứt nguội

-Nhóm 4 : Lỗ hỏng trong vật đúc:

+Rỗ khí: là những lổ nhỏ rất nhẵn, có hình dáng, kích thước khác nhau

+Rỗ co: là những lổ nhỏ sần sùi bên trong vật đúc

-Nhóm 5: Lẫn tạp chất : lẫn xỉ, lẫn cát, lẫn các tạp chất phi kim -Nhóm 6: Sai tổ chức (do tốc độ nguội không hợp lý, không đều gây ra thiên tích về tổ chức kim loại): sai kích cỡ hạt, biến trắng, thiên tích

-Nhóm 7 : Sai thành phần hóa học và cơ tính (do mẻ nguyên liệu đưa vào tính toán sai)

3. NỘI DUNG THÍ NGHIỆM

Các bước tiến hành:

*Rót khuôn nóng:

-Nung khuôn trong lò ở nhiệt độ 550oC

-Lấy khuôn ra khỏi lò

-Rót kim loại nhôm đã được nấu trước đó vào khuôn

-Đợi đến khi nhôm đông đặc hoàn toàn ta tháo khuôn và đem chi tiết đi kiểm tra khuyết tật

*Rót khuôn nguội:

-Đặt khuôn xuống nền sau đó rót kim loại đã nấu chảy vào khuôn -Đợi đến khi kim loại đông đặc hoàn toàn ta tháo khuôn

-Làm nguội nhanh chi tiết sau đó đem kiểm tra khuyết tật

9

5. Hình ảnh của chi tiết rót khuôn nguội(Trái) và nóng (phải)

-khuôn nóng tạo thành khuyết tật lõm co ít hơn so với khuôn nguội

-nhiệt độ ảnh hưởng rất lớn đến cơ tính vật liệu

BÀI 3 BIẾN DẠNG ĐÀN HỒI

loại:

Dưới tác dụng của ngoại lực kim loại

sẽ biến dạng theo 3 giai đoạn nối tiếp

nhau:

sau

khi thôi lực tác dụng, vật trở về hình

dáng ban đầu, quan hệ giữa ứng suất

và biến dạng là tuyến tính tuân theo

định luật Hooke Trên đồ thị là đoạn OP

khi

thôi lực tác dụnglực tác dụng không bị mất đi, nó tương ứng với giai đoạn chảy của kim loại Biến dạng dẻo xảy ra khi ứng suất của lực tác dụng lướn hơn giới hạn đàn hồi Đó là đoạn Pb

độ bền của kim

loại thì kim loại bị phá hủy (điểm c)

loại:

Tính dẻo của kim loại là khả năng biến dạng dẻo của kim loại dưới tác dụng của ngoại lực mà không bị phá hủy, tính dẻo kim loại phụ thuộc vào hàng loạt nhân tố khác nhau: thành phần tổ chức của kim loại, trạng thái ứng suất chính, ứng suất dư, nhiệt độ…

kiểu mạng tinh

thể, lực liên kết giữa các nguyên tử khác nhau do đó tính dẻo của chúng cũng khác nhau Thông thường kim loại sạch và hợp kim có cấu trúc một pha dẻo hơn kim loại có cấu trúc nhiều pha

hầu hết kim loại khi

tăng nhiệt độ, tính dẻo tăng Khi tăng nhiệt độ, dao động nhiệt của các nguyên tử tăng, đồng thời xô lệch mạng giảm, khả năng khuếch tán của các nguyên tử tăng làm cho tổ chức đồng đều hơn

bị vỡ vụn, xô

11

lệch mạng tăng, ứng suất dư lớn làm cho tính dẻo của kim loại giảm mạnh

rằng kim loại chịu

ứng suất nén khối có tính dẻo cao hơn khi chịu ứng suất nén mặt, nén đường hoặc chịu ứng suất kéo

Khi tạo hình cho một sản phẩm, mong muốn của các nhà sản xuất sẽ có hình dạng hình học như thiết kế Nhưng đối với hầu hết các vật liệu trong quá trình tạo hình sản phẩm, khi không còn tác dụng của các lực tạo hình, chi tiết tạo hình không có được hình dáng như mong muốn do hiện tượng đàn hồi xảy ra Theo như bài thí nghiệm, góc uốn mong muốn của chi tiết là góc uốn tương ứng với bán kính uốn theo thiết kế Nhưng khi ngừng lực tác dụng, do ảnh hưởng của hiện tượng đàn hồi, góc uốn mở rộng và bán kính uốn tăng lên Do đó có thể xác định tỉ số đàn hồi, vật liệu có độ cứng cao sẽ cho tỉ số đàn hồi – biến dạng dẻo cao hơn sẽ thể hiện hiện tượng đàn hồi lớn hơn so với vật liệu có độ cứng thấp hơn Hơn nữa tỉ số giữa bán kính uốn và độ dày vật liệu ( R/t ) trong qua trình uốn lớn liên tục sẽ tập trung ứng suất nhiều hơn quá trình uốn từ từ Do đó, tỉ số R/t nhỏ thì hiện tượng đàn hồi cũng ít xuất hiện

Có bốn yếu tố ảnh hưởng đến hiện tượng đàn hồi trong quá trình tạo hình, và có thể sử dụng các yếu tố này để kiểm soát hiện tượng đàn hồi:

• Vật liệu với mô đun đàn hồi cao có thể làm giảm hiện tượng đàn hồi

• Tăng các lực tạo hình tiếp xúc

• Vật liệu có độ uốn thấp có thể sử dụng, nhưng độ bền vững của chi tiết sản phẩm không cao, do đó chỉ xem xét trong một số bán kính uốn cần thiết

• Độ dày của chi tiết được tạo hình Nhưng điều cần thiết là xác định chi tiết sử dụng nhằm vào mục đích gì, nếu yêu cầu chi tiết sản phẩm chỉ cần mỏng, nhưng sử dụng chiều dày lớn

là không phù hợp và trong nhiều trường hợp phải xem xét lại góc uốn tạo hình chi tiết

Hiện tượng đàn hồi sau quá trình tạo hình là hiện tượng trong

đó vật liệu

của sản phẩm được tạo hình có xu hướng trở lại hình dạng ban đầu sau khi không còn tác động của các lực tạo hình

 Những ảnh hưởng của hiện tượng đàn hồi đối với sản phẩm sau khi tạo hình:

Gây ra các sai lệch về hình dáng hình học so với thiết kế ban đầu, chủ yếu là các

sai lệch như:

• Làm thay đổi góc uốn, cũng như bán kính uốn của chi tiết sản phẩm

• Làm cong các thành bên đối với chi tiết có tiết diện ngang dạng rãnh

• Gây ra hiện tượng vênh, xoắn, đặc biệt đối với các chi tiết có

độ dài lớn Làm giảm chất lượng các sàn phẩm sau khi tạo hình, do sự tạo thành các khuyết tật như vết nhăn, nứt, đứt, gãy trong cấu trúc vật liệu

 Các yếu tố ảnh hưởng đến hiện tượng đàn hồi:

• Tính chất cơ học của vật liệu được tạo hình như mô đun đàn hồi, giới hạn chảy, giới hạn đàn hồi, độ giãn dài, tính đẳng hướng

• Các thông số hình học như chiều dày phôi, bán kính uốn, góc uốn

• Các lực tác động, cường độ ứng suất trong quá trình tạo hình Ngoài ra còn còn có sự ảnh hưởng của các yếu tố như nhiệt

độ áp suất,… và các điều kiện, quy trình kỹ thuật tạo hình khác nhau

 Bán kính uốn cho phép:

13

Khi uốn, bán kính uốn phía trong được kiể soát nhất định Nếu quá lớn vật uốn sẽ không có khả năng giữ được trang thái sau đó vì chưa đến mức biến dạng dẻo Ngược lại nếu nhỏ sẽ làm nứt vật liệu khi uốn

Bán kính uốn nhỏ nhất được xác định theo thực nghiệm:

Bán kính uốc lớn nhất được xác định:

Trong đó:

: giới hạn chảy vật liệu E: modun đàn hồi vật liệu T: độ dày vật liệu uốn

 Tỉ số đàn hồi:

Xét một quá trình uốn thanh kim loại, với s là chiều dày của thanh

R, α

là bán kính và góc uốn mong muốn

R’, α'

là bán kính và góc uốn sau khi xảy ra hiện tượng đàn hồi

Tỉ số đàn hồi K là tỉ số giữa bán kính uốn mong muốn chia cho bán kính uốn

cuối cùng đạt được của chi tiết sau quá trình tạo hình

'

R K R

=

(1.1) 3

1 4 3

K

(1.2)

σ0 là ứng suất uốn lớn nhất để đạt bán kính uốn mong muốn

E’ mô đun đàn hồi trong trường hợp xác định

2

' 1

E E

v

=

−

(1.3)

E là mô đun đàn hồi của vật liệu

v là hệ số Poison của vật liệu

Trong trường hợp độ dài cung uốn cuối cùng không thay đổi nhiều so với độ dài cung uốn mong muốn, tỉ số đàn hồi có thể được xác định:

'

K α α

=

(1.4)

 Vật liệu thép 45 (tiêu chuẩn ASTM) dạng thanh:

h Chiềudày(mm) Bán kínhcong

(mm)

Góc biến dạng (độ) Bán kính uốnR0

1 Tính chất vật lý:

Hợp

kim lượngKhối

riêng (g/cm3)

Modul đàn hồi (GPa)

Hệ số giãn nở nhiệt TB (20-100°C ( µ m/m/°C)

Độ dãn dài tương đối (%)

2 : Tính chất cơ học chủ yếu của thép 45 (TCVN 1766-75)

Hệ số Poison v = 0,31

Độ cứng HRC Giới hạn bền

(MPa) Giới hạn chảy(MPa)

3 Tính và nhận xét kết quả:

a) Trường hợp 1: R=101mm , α =70 , t=1,6mm

E’= = =232,3 Gpa

3

1 4 3

K

=1+4()^3 -3() = 0,7694

 R’= R/K =80/0,7694 =103mm

 α’=Kα =0,7694.90=69,246

Bán kính uốn thực tế giảm 1,94%

Góc uốn thực tế tăng 1,09%

b) Trường hợp 2: : R=97mm , α =71 , t=2mm

E’= = =232,3 Gpa

15

0 0

1 4 3

K

=1+4()^3 -3() = 0,815

 R’= R/K =80/0,815 =98,16

 α’=Kα =0,815.90=73,35

Bán kính uốn thực tế giảm 1,18%

Góc uốn thực tế tăng 3,4%