Lý thuyết Vật liệu học - Bài thí nghiệm 3+4

Nội dung text: Lý thuyết Vật liệu học - Bài thí nghiệm 3+4

1. NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH TÔI THÉP 1 MỤC ĐÍCH YÊU CẦU 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 nhiệt độ tôi, tốc độ làm nguội đến độ cứng của thép. 2 LÝ THUYẾT 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. 2.1 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. Xem hình 1. 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. 0 0 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. Hình 1. Phạm vi nhiệt độ tôi thích hợp của thép cacbon 9
2. Mẫu thép Y12 (DC120) Φ15x500mm. Thước kẹp. 4. NỘI DUNG THÍ NGHIỆM 1. Xác định ảnh hưởng của nhiệt độ tôi đến độ cứng Mỗi nhóm sinh viên nhận dược một số mẫu thép trước cùng tích (thép 40, 45) và thép sau cùng tích (Y10, Y12). Sau khi nung nóng ở các nhiệt độ khác nhau (theo bảng 2) sẽ làm nguội trong môi trường 10% NaOH, sau đó mài sạch bề mặt đi 1-1.5mm rồi đo độ cứng. Mỗi mẫu đo 3 lần, lấy giá trị trung bình. Kết quả ghi vào bảng 2. Bảng 2. Dãy nhiệt độ tôi Nhiệt độ tôi Độ cứng của mẫu thử 0C Thép 45 Thép Y12 730 740 760 780 820 860 900 2. Xác định ảnh hưởng của môi trường tôi đến độ cứng Cũng với hai hoại thép trên, tôi ở nhiệt độ thích hợp (tra trong sổ tay) rồi làm nguội trong các môi trường khác nhau: Môi trường nước. Môi trường dung dịch 10% xút (NaOH). Môi trường dầu khoáng. Môi trường không khí. Sau đó đo độ cứng các mẫu, kết quả ghi vào bảng 3. Bảng 3. Độ cứng của mẫu khi làm nguội ở các môi trường khác nhau Tốc độ làm nguội Độ cứng của mẫu thử HRC (0C/s) Thép 45 Thép Y12 30 (Không khí) 150 (dầu) 600 (nước) 1100 (10%NaOH) 5. NỘI DUNG BÁO CÁO Tóm tắt lý thuyết quá trình tôi, cách chọn nhiệt độ, thời gian, môi trường tôi. Ghi kết quả xác định quan hệ giữa nhiệt độ tôi và độ cứng của thép vào bảng 2. Ghi kết quả xác định ảnh hưởng của môi trường nguội đến độ cứng của thép tôi vào bảng 3 Nhận xét các kết quả. Vẽ đồ thị dựa vào các kết quả ở bảng 2. và 3. 11
3. Đồ thị quan hệ giữa độ cứng và nhiệt độ tôi HRC HRC 65 65 60 60 55 55 50 50 45 45 40 40 35 35 30 30 25 25 20 20 700 800 900 700 800 900 oC oC Mác Mác 3. Ảnh hưởng của môi trường tôi đến độ cứng Bảng 3 Ảnh hưởng của tốc độ nguội của môi trường đến độ cứng Tốc Độ cứng HRC Môi trường độ Mác Mác làm nguội nguội Trung Trung o Lần 1 Lần 2 Lần 3 Lần 1 Lần 2 Lần 3 C/s bình bình Không khí 30 Dầu 150 Nước 600 10%NaOH 1100 Đồ thị quan hệ giữa tốc độ nguội và độ cứng sau tôi HRC HRC 65 65 60 60 55 55 50 50 45 45 40 40 35 35 30 30 25 25 20 20 30 150 600 1100 oC/s 30 150 600 1100 oC/s Mác Mác 2
4. RAM THÉP SAU KHI TÔI 1. MỤC ĐÍCH YÊU CẦU 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. 2. LÝ THUYẾT 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. Ram còn làm giảm hoặc khử hoàn toàn ứng suất, cũng như tăng độ dẻo dai cho chi tiết sau tôi. Khi ram thép cabon, 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 dần thành xementit Fe3C, con ôstenit 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 nhận 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) Giòn ram Giòn ram là hiện tượng độ dai va đập của chi tiết sau khi ram rất thấp (thấp hơn khi ram ở nhiệt độ thấp hơn). Có hai loại giòn ram, giòn ram loại một xảy ra ở nhiệt độ 250÷3500C, bản chất quá trình này chưa được tìm ra, nên hạn chế không ram chi tiết ở vùng nhiệt độ này. Giòn ram loại hai xảy ra ở nhiệt độ 500÷6000C đối với một số hợp kim có chứa Cr, Mn, Cr-Ni, Cr-Mn giòn ram loại hai có thể khắc phục bằng cách làm nguội nhanh chi tiết sau khi ram, để chống giòn ram loại hai có thể khắc phục bằng cách hợp kim W, hoặc Mo với lượng 1% và 0,3%. 3. THIẾT BỊ, VẬT TƯ - Lò nung điện trở - Máy cắt mẫu - Máy mài mẫu - Máy đo độ cứng HRC - Giấy nhám - Mẫu thép Y12 (CD120) Φ15x500mm. 4
5. Họ và tên: MSSV: Lớp: BÁO CÁO THÍ NGHIỆM RAM THÉP Nhóm – Tổ: Mẫu thí nghiệm số: Ngày làm thí nghiệm: 1. Tóm tắt lý thuyết quá trình ram . . 2. Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian đến độ cứng sau khi ram Bảng 1 Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian đến độ cứng sau khi ram Nhiệt độ ram Đo độ cứng HRC (0C) 30 phút 60 phút 90 phút 120 phút 200 300 400 500 600 1
6. TÔI BỀ MẶT BẰNG DÒNG ĐIỆN CAO TẦN 1. Mục đích yêu cầu Sinh viên nắm được: Nguyên lý nung nóng cảm ứng bằng dòng điện cao tần, thiết bị tôi cao tần. Hiểu được các thông số công nghệ của quá trình tôi bề mặt bằng dòng điện cao tần. Các mác thép thường được sử dụng cho phương pháp tôi này. 2. Lý thuyết Tôi cảm ứng là phương pháp tôi bề mặt có chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật cao nhất, được áp dụng rất rộng rãi trong sản xuất cơ khí, đặc biệt là trong sản xuất hàng loạt. 2.1 Nguyên lý nung nóng cảm ứng bằng dòng cao tần Vòng cảm ứng Phôi Hình 1. Nguyên lý nung cảm ứng Trên hình 1. Trình bày sơ đồ nguyên lý nung cảm ứng, trong vòng cảm ứng có một dòng điện xoay chiều I (A) tần số F (Hz). Do I biến thiên nên trong vòng cảm ứng sinh ra một từ trường biến thiên cùng tần số với I. Phôi là vật liệu dẫn điện có độ từ thẩm tương đối μr, và điện trở suất ρ (.m), khi phôi đặt trong vòng cảm ứng, từ trường biến thiên chạy trong phôi, sinh ra dòng xoáy trong phôi (dòng Fuco). Dòng điện này không chạy trong toàn bộ tiết diện ngang của phôi mà chỉ tập trung ở phần vỏ của phôi do hiệu ứng bề mặt. Phân bố dòng điện trong phôi được cho bởi công thức (1) y / I Ioe (1) Trong đó Io (A/m) là mật độ dòng điện chạy ở bề mặt của phôi, y (m) là chiều sâu tính từ bề mặt của phôi, được xác định theo công thức (2) δ(m)   503 (2) r F 3
7. 2.3 Các phương pháp tôi Vòng cảm ứng được uốn sao cho nó ôm lấy bề mặt cần tôi, nhưng không được để vòng tiếp xúc với phôi, khoảng cách với phôi thường từ 1,5  5mm, càng nhỏ càng giảm tổn hao (hiệu quả nung nóng càng lớn) có thể có ba kiểu tôi sau đây: - Nung nóng rồi làm nguội toàn bộ bề mặt, theo cách này toàn bộ bề mặt được nung đến nhiệt độ tôi, sau đó chi tiết được lấy ra đưa vào bề tôi, hoặc cho chi tiết di chuyển xuống vòi phun. - Nung nóng rồi làm nguội cho từng phần riêng biệt. Đây là cách tôi từng răng của bánh răng có modun lớn hơn 6, hay tôi cổ trục khuỷu. Để tôi theo phương pháp này sử dụng máy tôi chuyên dùng. - Nung nóng và làm nguội liên tục, được áp dụng cho các trục dài, băng máy với bề mặt tôi lớn, như trình bày trong hình 3. 2.4 Tổ chức và cơ tính của thép dùng tôi cảm ứng - Mác thép sử dụng cho tôi cảm ứng: Để đảm bảo đồng thời tính chống mài mòn cho bề mặt, và lõi vẫn đủ bề và đặc biệt là có độ dẻo cao, để chịu độ dai va đập tốt, nên phương pháp này chỉ sử dụng cho thép có lượng cacbon trung bình 0,35  0,55% (thường chỉ dùng 0,4  0,5%) và là loại thép thường hay hợp kim thấp có độ thấm tôi không cao. - Tổ chức: Nung cảm ứng với tốc độ rất nhanh trong vùng chuyển biến pha (Ac1  Ac3) từ hàng chục đến hàng trăm độ trên giây nên có một số đặc điểm sau: + Nhiệt độ chuyển biến pha Ac1, Ac3 nâng lên cao, do đó nhiệt độ tôi thường lấy cao hơn so với tôi thể tích thông thường từ 100  2000C. + Độ quá nhiệt cao nên khi chuyển biến tốc độ sinh mầm rất cao, dẫn đến tổ chức austenite nhận được rất nhỏ mịn, nên sau khi tôi thu được kim mactenxite rất nhỏ. + Để đảm bảo nhận được hạt nhỏ khi tôi cảm ứng và vừa đảm bảo giới hạn chảy, độ đẻo dai của lõi cao, nên trước khi tôi cao tần chi tiết cần phải được tôi và ram cao để có tổ chức Xoocbite ram. Như vậy, sau khi tôi cao tần bề mặt chi tiết có tổ chức mactenxite hình kim nhỏ mịn, còn lõi thì có tổ chức xoocbite ram. - Cơ tính: Vơi thành phần cacbon như đã nêu, thì độ cứng bề mặt chi tiết sau khi tôi đạt HRC50  58, còn lõi HRC30  40 đảm bảo giới hạn chảy và độ dai cao. Sau khi tôi, bề mặt chi tiết chịu ứng suất nén dư do đó có khả năng nâng cao giới hạn mỏi. Như vậy phương pháp tôi cảm ứng được áp dụng cho các dạng chi tiết sau đây: + Chi tiết chịu tải trọng tĩnh và va đập, chịu mài mòn ở bề mặt cao như bánh răng, chốt + Chi tiết chịu mỏi cao. + Chi tiết chịu uốn, xoắn là dạng ứng suất phân bố trên bề mặt và là nơi tập trung ứng suất như các trục 2.5 Ưu nhược điểm của tôi cảm ứng Tôi cảm ứng là phương pháp tôi đạt được hiệu quả kinh tế - kỹ thuật rất cao, được ứng dụng rất rộng rãi trong sản xuất cơ khí là do nó có các ưu điểm sau: + Năng suất cao do thời gian nung ngắn vì chỉ nung lớp mỏng bên ngoài, và nhiệt lượng được tạo ra bên trong kim loại. + Chất lượng tốt: do thời gian nung ngắn nên hạn chế được các các khuyết tật thường có khi tôi thể tích là oxy hóa và thoát cacbon, việc điều chỉnh cường độ dòng điện và thời gian nung dễ dàng và chính xác nên đảm bảo được sự đồng đều trong toàn bộ chi tiết. Độ biến dạng thấp do lõi không bị nung nóng. 5