Báo cáo Thí nghiệm vật liệu học và xử lí - Đo độ cứng kim loại

Nội dung text: Báo cáo Thí nghiệm vật liệu học và xử lí - Đo độ cứng kim loại

1. TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CƠ KHÍ BỘ MÔN THIẾT BỊ & CNVL CƠ KHÍ BÁO CÁO THÍ NGHIỆM VẬT LIỆU HỌC VÀ XỬ LÍ GVHD: Đào Duy Quí SVTH: Huỳnh Gia Huy MSSV: 1711482 TP. HCM, THÁNG 04 NĂM 2019
2. BÁO CÁO THÍ NGHIỆM VẬT LIỆU HỌC VÀ XỬ LÝ BÀI 1. ĐO ĐỘ CỨNG KIM LOẠI 1. MỤC TIÊU THÍ NGHIỆM Nắm vững nguyên lý đo độ cứng theo các phương pháp Brinell, Rockwell và Vicker. 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. Phương pháp đo độ cứng có ưu điểm: - Từ giá trị độ cứng đo được, có thể suy ra độ bền của kim loại dẻo. - 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 ) Các phương pháp đo : - Phương pháp đâm: • Phương pháp đo độ cứng Brinell. • Phương pháp đo độ cứng Rockwell. • Phương pháp đo độ cứng Vicker . - Phương pháp nảy lại. 2. Phương pháp đo độ cứng Brinell 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. Sử dụng mũi đo là viên bi thép hình cầu. Bề mặt mẫu thử phải sạch, phẳng, không có khuyết tật. Chỉ cho phép đo các vật liệu có độ cứng nhỏ hơn 450HB để tránh biến dạng cho viên bi. 3. Phương pháp đo đọ cứng Rockwell Phương pháp này tiến hành bằng cách ấn mũi đâm kim 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. SV: HUỲNH GIA HUY 2
3. BÁO CÁO THÍ NGHIỆM VẬT LIỆU HỌC VÀ XỬ LÝ - 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 LẦN 1 LẦN 2 LẦN 3 TRUNG BÌNH HRA 63,8 63,8 63,8 63,8 HRC 28,8 28,3 28,8 28,63 ĐƯỜNG CHÉO LỖ 1 LỖ 2 LỖ 3 HV D1 (μm) 841,23 846,33 833,80 D2 (μm) 835,60 837,30 834,17 5. XỬ LÝ SỐ LIỆU ĐO Tra bảng: (63,8 ― 63,1).(280 ― 270) HRA = 63,8→HV = + 270 = 279 lý thuyết 63,9 ― 63,1 SV: HUỲNH GIA HUY 4
4. BÁO CÁO THÍ NGHIỆM VẬT LIỆU HỌC VÀ XỬ LÝ Tính toán HV (63,8 ― 63,1).(27 ― 25,5) HRA = 63,8→HRC = + 25,5 = 26,8 lý thuyết 63,9 ― 63,1 Tính phần trăm sai số giữa thực tế và lý thuyết: HRCthực tế 28,63 %∆ 푅 = 1 ― .100% = 1 ― 100 = 6,8% | HRClý thuyết| | 26,8 | Tính toán HV/HB 푃 100 D1 và D2 Lỗ 1 →HV1 = 1.854 . = 1.854 . = 263,75 2 ―3 2 1 (838,415.10 ) 푃 100 D1 và D2 Lỗ 2 →HV2 = 1.854 . = 1.854 . = 261,62 2 ―3 2 2 (841,815.10 ) 푃 100 D1 và D2 Lỗ 3 →HV3 = 1.854 . = 1.854 . = 266,56 2 ―3 2 3 (833,985.10 ) HV1 + HV2 + HV3 263,75 + 261,62 + 266,56 HV = = 263,98 đ표 3 = 3 Tính phần trăm sai số giữa thực tế và lý thuyết: HVđ표 263,98 %∆ = 1 ― .100% = 1 ― .100% = 5,38% | HVlý thuyết| | 279 | 6. NHẬN XÉT – RÚT RA KẾT LUẬN Từ kết quả đo 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 không đáng kể và chấp nhận được. Nguyên nhân sai số có nhiều lý do như: - 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. SV: HUỲNH GIA HUY 6
5. BÁO CÁO THÍ NGHIỆM VẬT LIỆU HỌC VÀ XỬ LÝ BÀI 2. XEM CẤU TRÚC TẾ VI 1. MỤC TIÊU THÍ NGHIỆM Sinh viên nắm được: 1. Phương pháp làm mẫu để nghiên cứu tổ chức tế vi gồm các khâu: chọn mẫu, cắt mẫu, mài, đánh bóng và tẩm thực. 2. Tầm quan trọng của công tác chuẩn bị mẫu và ảnh hưởng của nó đến kết quả nghiên cứu. 3. Làm quen với những vật liệu và thiết bị cần thiết cho công việc làm mẫu. 4. Chọn dung dịch tẩm thực cho thích hợp. 2. TÓM TẮT LÝ THUYẾT 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. Muốn quan sát độ với độ phóng đại cao hơn,ta phải dùng kính hiển vi điện tử. 3. NỘI DUNG THÍ NGHIỆM Trình tự chế tạo mẫu như sau 1. 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. Khi cắt mẫu, có thể dùng các máy cắt kim loại như tiện, phay hoặc cưa máy, cưa tay 2. Mài mẫu a) Mài thô Mẫu sau khi cắt được màithô 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. Đề tránh làm rách giấy nhám khi mài, người ta thường vát mép mẫu. Mài thô cũng có thể tiến hành trên máy. b) Đánh bóng Để đánh bóng mẫu, người ta tiến hành trên máy đánh bóng. Cũng tương tự như ở máy mài thô, thay vì dán tờ giấy nhám lên đĩa, 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. SV: HUỲNH GIA HUY 8
6. BÁO CÁO THÍ NGHIỆM VẬT LIỆU HỌC VÀ XỬ LÝ 4. HÌNH ẢNH TRƯỚC VÀ SAU TẨM THỰC Hình 1. Mẫu trước khi tẩm thực Hình 2. Mẫu sau khi tẩm thực SV: HUỲNH GIA HUY 10
7. TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CƠ KHÍ BỘ MÔN THIẾT BỊ & CNVL CƠ KHÍ BÀI BÁO CÁO TÔI VÀ RAM THÉP SVTH : Huỳnh Gia Huy MSSV : 1711482 GV LÝ THUYẾT : Lương Hồng Đức NHÓM HỌC LÝ THUYẾT : L05-A NGÀY THỰC HÀNH : Buổi chiều, ngày 19, tháng 4 NHÓM THỰC HÀNH : Nhóm 1 TP. HCM, THÁNG 04 NĂM 2019
8. BÁO CÁO THÍ NGHIỆM VẬT LIỆU HỌC VÀ XỬ LÝ 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. b. Ram Là phương pháp nhiệt luyện nung nóng thép đã tôi có tổ chức mactenxit quá bão hòa và ostenit dư chuyển thành các tổ chức ổn định hơn phù hợp với yêu cầu đặt ra. Khi ram thép cacbon, xảy ra sự chuyển biến của mactenxit tôi thành mactenxit ram, nghĩa là cacbon quá bão hòa được tiết ra khỏi mạng dưới dạng cacbit ε, độ chính phương c/a giảm dần và cacbit ε chuyển dàn thành xementit Fe3C, còn ostenit dư lại phân hủy thành mactenxit ram. Tùy theo tổ chức nhỏ mịn của xementit và ferit tiết ra khi ram mà ta có các tổ chức trustit ram hoặc xoobit ram. Các quá trình trên phụ thuộc vào nhiệt độ và thời gian ram. Phụ thuộc vào nhiệt độ ram, người ta chia làm 3 loại ram: Ram thấp (150÷2500C) Tổ chức nhân được là mactenxit ram, độ cứng hầu như không thay đổi, ứng suất giảm chút ít, chi tiết có độ cứng và chịu mòn cao. Ram trung bình (300÷4500C) Tổ chức nhận được là trustit ram. Độ cứng còn khá cao (40 – 45HRC), ứng suất giảm mạnh, độ dẻo dai tăng, giới hạn đàn hồi đạt giá trị lớn nhất. Ram cao (500÷6500C) 3. NỘI DUNG THÍ NGHIỆM a. Tôi Đo đo cứng của 15 phôi nhận được (đo HRA). Chọn 15 mẫu thép C45 có độ cứng tương đương nhau, đem mài nhẵn 1 mặt SV: HUỲNH GIA HUY 14
9. BÁO CÁO THÍ NGHIỆM VẬT LIỆU HỌC VÀ XỬ LÝ 푅 = 53,6 + 0,8 = 54,4 Độ cứng của mẫu sau khi tôi và làm nguội cùng lò (HRA) Lần 1 2 3 Mẫu 1 59 56 58 2 56 58 57 3 58 57 59 푅 = 57,2 + 0,8 = 58 Độ cứng của mẫu sau khi tôi và làm nguội ngoài không khí (HRA) Lần 1 2 3 Mẫu 1 62 64 62 2 61 63 64 3 60 59 60,5 푅 = 61,7 + 0,8 = 62,5 Độ cứng của mẫu sau khi tôi và làm nguội trong dầu (HRA) Lần 1 2 3 Mẫu 1 67 69 69 2 68,5 70 69 3 70 69 70 푅 = 69,1 + 0,8 = 69,9 SV: HUỲNH GIA HUY 16
10. BÁO CÁO THÍ NGHIỆM VẬT LIỆU HỌC VÀ XỬ LÝ Độ cứng của mẫu sau khi ram thấp 250 0C (HRA) Lần 1 2 3 Mẫu 1 76 77 77 2 78 78 78 3 78 77 78 푅 = 77,4 + 0,8 = 78,2 5. MỐI QUAN HỆ a. Mối quan hệ trước và sau khi tôi Độ cứng (HRA) Trước khi tôi 54,4 Cùng lò 58 Không khí 62,5 Sau khi tôi Dầu 69,9 Nước 80,1 Nước muối 84,1 b. Mối quan hệ giữa độ cứng và tốc độ nguội SV: HUỲNH GIA HUY 18
11. BÁO CÁO THÍ NGHIỆM VẬT LIỆU HỌC VÀ XỬ LÝ - Trong quá trình làm nguội vừa (trong dầu khoáng) với độ nguội khoảng 150 oC/s. Pha Austenit sẽ chuyển biến thành banit. - Trong quá trình làm nguội đủ chậm (cùng lò, không khí), Austenit sẽ chuyển biến lại thành peclit. c. Mối quan hệ độ cứng sau khi ram 79 78.2 78 77 76 75 74 73 72 Độ cứng (HRA) 71 70 69 68.5 68 0 100 200 300 400 500 600 Nhiệt độ ram (oC) Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa độ cứng và nhiệt độ ram - Sau khi tôi, thép có tổ chức Mactenxit tôi và Austenit dư (từ quá trình làm nguội trong nước và trong nước muối). Cả hai pha này đều không ổn định ở nhiệt độ thường). - Đối với ram cao, Mactenxit tôi phân hủy hoàn toàn thành Ferit là Xemantit. Phụ thuộc kích thước của phân tử Xementit mà ta có được trustit hoặc xoocbit ram có độ cứng, độ bền thấp hơn Mactenxit, nhưng độ dẻo dai lại cao hơn. - Đối với ram thấp, Austenit dư sẽ bị phân hủy, sản phẩm tạo ra thành giống sản phẩm của chuyển biến trung gian Bainit. → Thế nên, với ram cao ta thu được mẫu có tính dẻo dai, còn với ram thấp ta thu được mẫu có tính cứng của mactenxit tôi với ostenit đã bị khử hết, làm tăng tính ổn định. SV: HUỲNH GIA HUY 20