Báo cáo thực hành môn vật liệu cơ khí và thí nghiệm cơ học vật liệu bài 1 nhiệt luyện, phân tích cấu trúc và Đo Độ cứng

Nhiệt luyện, phân tích cấu trúc và đo độ cứng thích hợp rồi sau đó là nguội với tốc độ quy định, nhằm thay đổi tổ chức, do đó nhận được cơ tính và tính chất khác theo ý muốn.. I.1.1 Quy

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP

KHOA CƠ KHÍ

BÁO CÁO THỰC HÀNH MÔN VẬT LIỆU CƠ KHÍ VÀ THÍ NGHIỆM CƠ HỌC VẬT LIỆU

GVHD: GVC.Huỳnh Xuân Khoa

Sinh viên thực hiện:

NỘI DUNG BÁO CÁO THỰC HÀNH VẬT LIỆU CƠ KHÍ

Bài 1 Nhiệt luyện, phân tích cấu trúc và đo độ cứng

thích hợp rồi sau đó là nguội với tốc độ quy định, nhằm thay đổi

tổ chức, do đó nhận được cơ tính và tính chất khác theo ý

muốn

I.1.1 Quy trình nhiệt luyện

Bao gồm 3 giai đoạn : nung nóng , giữ nhiệt, làm nguội vật liệu Vật liệu sẽ thay đổi thao nhiệt độ trong thời điểm nâng

hạ nhiệt với các tốc độ khác nhau mà phương pháo nhiệt luyện khác nhau cho ra vật liệu mong muốn

_ Nhiệt độ nung nóng Tn: nhiệt độ cao nhất mà quá trình phải đạt đến(dựa vào giãn đồ pha)

_Thời gian giữ nhiệt Tgn : thời gan cần thiết duy trì kim loại

ở nhiệt độ nung

_Tốc độ nguội Vng: là độ giảm nhiệt độ sau thời gian giữ nhiệt(

Dựa vào giãn đồ 3 chữ T)

Tgn : phụ thuộc vào kích thước chi tiết

Tn và Vng chọn dựa vào giản đồ

I.1.2 Xác định nhiệt độ nhiệt luyện dựa và Giản đồ pha

Fe-Fe 3 C

xác định giản đồ pha Fe_Fe3C

Giải thích biểu đồ: bao gồm 3 phương pháp làm nguội(thường hóa ; ủ và tôi)

Chúng ta có thể thực hiện phương pháp thường hóa trên đường A3 có thể trên lệt 30-50 độ C

Chúng ta có thể thực hiện phương pháp thường thường hóa trênđường A3 khi trước cùng tich và Acm khi sau cùng tích.

Chúng ta có thể thực hiện phương pháp ủ trên đường A3

Chúng ta có thể thực hiện phương pháp tôi trên đường A3

I.1.3 Xác định tốc độ nguội dựa vào giản đồ T-T-T (giản đồ 2C)

Chuyển biến tốc độ nguội austenit

Đường cong chữ c có thêm rảnh phụ dịch sang trái một chút

Khi nguội đẳng nhiệt với độ quá nguội nhỏ ( nguội chậm liên tục v2) sẻ tiếp ra flxe

Khi nguội đẳng nhiệt với độ quá nguội lớn nguội liên tục đủ nhanh v3

Khi nguội nhanh austenit sao cho vetto biểu điểm tốc

độ nguội của nó không cắt đường xong chữ c

Tổ chức phụ thuộc Vnguội

V1<V2<V3<V4<Vth<V5Trong đó:

Vnguội> Vth : Mactenxit (M)

I.1.4 Tôi – Ram thép

- Tôi? Chọn nhiệt độ tôi?, yêu cầu sau tôi (cấu trúc đạt được?Cơ tính?)

Tôi thép là phương pháp nhiệt luyện đung thép đến nhiệt độ cao hơn

Đối với thép trước cùng tích và cùng tích (≤0,8%C) + T0t= A3 + (30:50C); trạng thái hoàn toàn Y; + Tổ chức sau tôi là M + y dư + US dư;

+ Tôi hoàn toàn?

Hình ảnh cấu trúc thép trước cùng tích và cùng tích Đối với thép sau cùng tích (20,9%C)

+ T0

t= A + (30:50°C); trạng thái (y +Xe );

+ Tổ chức sau tôi là M + Xe + y dứt US dự + Tôi không hoàn toàn?

- Ram? Chọn nhiệt độ ram, cấu trúc đạt được?Cơ tính? Áp dụng?

Ram là phương pháp nhiệt luyện nung nóng thép đã qua tôi đến nhiệt độ thấp hơn Ac, giữ nhiệt để Mactenxit và Austenit dư phân hoá thành các tổ chức có cơ tính phù hợp rồi làm nguội

Ram thấp:Là phương pháp Ram ở nhiệt độ 150 -

250°C tổ chức nhận là Mactenxit ram

Hình Mactenxitram

Đặc điểm:

+ Ứng suất bên trong giảm

+ Làm tăng tính dẻo, dai của chi tiết;

Hình Troxtit ram

Đặc điểm:

+ Ứng suất bên trong được khử bỏ hoàn toàn; + Làm tăng tính dẻo, dai của chi tiết;

+ Độ cứng giảm đi nhiều;

+ Áp dụng cho các chi tiết như lò xo, nhíp, khuôn rèn,khuôn dập nóng cần độ cứng tương đối cao và đàn hồi tốt

- Ram cao: Là phương pháp Ram ở nhiệt độ

500-5500°C tổ chức nhận là Xoocbit ram

Hình Xoocbit ram

Đặc điểm:

+ Tạo cơ tính tổng hợp cao, độ bền, độ dẻo, độ dai đều cao

+ Độ cứng giảm mạnh+ Áp dụng cho các chi tiết chịu tải trọng động và tĩnhlớn như thanh truyền, bánh rằng trục

phóng đại ảnh của mẫu vật ảnh tạo ra là ảnh thật và ngược chiều so với vật mẫu ban đầu ảnh được quan sát ở thị kính chỉ được tạo ra ở thị kính có thể là ảnh thật hoặc ảnh ảo ảnh này sử

là ảnh ảo khi hệ thị kính được thiết kế để quan sát trực tiếp bằng mắt thường ảnh thật khi hệ thị Khánh được ghép vào các thiết bị ghi nhận như phim quảng học hoặc có camera

I.2.2 Quá trình chuẩn bị mẫu để quan sát tổ chức (mài,

đánh bóng, tẩm thực)

Bước 1: mài mẫu

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

Bước 2: đánh bóng

+ Đánh bóng thường: 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 ni Một số dung dịch đánh

bóng :Cr₂O,Axit oleic CızH, CO,H,Dấu hỏa,Na,CO Đánh bóng kéo dài cho đến khi bề mặt không còn vết xước nào

+đánh bóng điện: dùng phương pháp hòa tan anod trong dung dịch điện phân dưới tác dụng của dòng điện một chiều Bước 3: tẩm thực

+sau khi đánh bóng, rửa sạch, thấm và sấy Khi quan sát trên kính hiển vi còn nhiều vết xước nhỏ, ta dùng thẩm thực, là quá trình ăn mòn bề mặt mẫu bằng các dung dịch hóa học phức tạp, ta bôi dung dịch lên các bề mặt, để vài giây đến vài giờ tùy vào vật liệu sau đó rửa sạch, để khô

Các dung dịch tẩm thực thông dụng:4%acid HNO3 trong cồn,dung dịch picrea natri,

1%HF+2,5%HNO3+1,5%HCl+95%H2O,…

I.3 Phương pháp đo độ cứng HRA

Rockwell (HR) là một phương pháp đo nhanh, được phát triển

để sử dụng trong kiểm soát sản xuất và đọc kết quả trực tiếp

Độ cứng Rockwell (HR) được tính toán bằng cách đo chiều sâu của vết lõm, sau khi mũi đo tác động vào vật liệu mẫu ở một tảinhất định

Độ cứng Rockwell được xác định theo một đại lượng quy ước, không có thứ nguyên, phụ thuộc vào chiều sâu vết lõm Chiều sâu càng lớn thì độ cứng càng nhỏ và ngược lại

Tùy theo lực tác dụng mà người ta phân độ cứng Rockwell ra 3 thang A, B, C tương ứng và HRA là kí hiệu của thang đo

II Thực hành (8đ)

II.1 Nhiệt luyện (3đ)

II.1.1 Vật liệu sử dụng, phân công nhóm

1 C45 870 ˚C - Thường hóa (không khí)

(350˚C/15’)

Xác định độ dai va đập

(350˚C/15’)

Thử độ kéo

Nhận xét:

- Vật liệu: thép C20 và C45

- Phương pháp nhiệt luyện: thường hóa , Ủ ,tôi nước

- Các loại mẩu: trụ tròn , vuông , đài

II.1.2 Quy trình thực hành tôi – ram thép

Quy trình thực hiện tôi nước: Cho phôi vào lò nung sau đó

điều chỉnh nhiệt độ lò nung lên đến 8700C, sau đó đợi lò nung đạt

đến nhiệt độ đã điều chỉnh trước đó , sau khi lò nung đạt đến nhiệt độ đã điều chỉnh thì ta đợi khoảng 5 phút cho phôi bằng với nhiệt độ lò nung, khi nhiệt độ phôi bằng với lò nung thì ta

mở lò và lấy phôi ra sau đó nhún phôi vào nước đã chuẩn bị sẵntrước đó đợi khoảng vài phút thì lấy phôi ra khỏi nước và quan sát phôi có khác với lúc đầu trước khi tôi hay không

Hình ảnh quá trình nhiệt luyện của nhóm từ nhiệt độ môi trườngnung lên 870 ˚C sau nó đễ trong lò 10-15p ta thực hiện theo làm nguội theo từng loại,của nhóm tôi có duy nhất quá trình tôi nước

II.1.3 Mô tả quá trình thực hành nhiệt luyện

Cho phôi vào lò nung sau đó điều chỉnh nhiệt độ lò nung lên đến 8700C, sau đó đợi lò nung đạt đến nhiệt độ đã điều chỉnh trước đó

Sau khi lò nung đạt đến nhiệt độ đã điều chỉnh thì ta đợi khoảng 5-10 phút cho phôi bằng với nhiệt độ

lò nung

Sau đó ta đeo lấy phôi ra và tôi ,ủ hoặc thường hóa tùy vào loại phôicác bạn đang làm

Hình ảnh lò đạt 870 0C

Phôi 6,14 được ủ trong lò

Phôi 1 làm nguội băng phương pháp thường hóa (không

khí )

2.2.1.thực hành quá trình chuẩn bị(mài,đánh bóng,tẩm thực).

Phôi 9 làm nguội bằng phương pháp tôi nước

Các loại giấy nhám dùng cho bài thực hành

Cách mài phôi khi chuyển giữa các giấy mài

Bước 1: mài mặt cần đo theo 1 chiều vớicác loại giấy nhám cócấp mịn dần theothứ tự sau120

400 800

1200

2000 (khi chuyển giữa các loại giấy

có đọ mịn khác nhau ta phải đổi góc mài

90 độ như hìnhdưới )Bước 2: đánh bóng

Chuẩn bị khăn và kem đánh bóng kim loại (Ag2O3).

Thoa một lượng kem lên vải

II.2.2 Chụp (đặt mẫu, lấy nét, chỉnh độ sáng, chọn vùng, chọn ống kính, -> chụp)

Đặt mẫu

Lấy nét

Chọn vùngChỉnh độ sáng

II.2.3 Kết quả tổ chức tế vi, giải thích, phân tích

Xử lý nhiệt:ủ 8700C trong lò

Tổ chức thế vi:gồm 2 phần ferrit(vùng

trắng),pearlite(vùng đen)

Xử lý nhiệt: 870 0C¿thường hóa

Tổ chức thế vi:gồm 2 phần ferrit(vùng

trắng),pearlite(vùng đen).hạt nhỏ hơn so với mẫu

0 do nguội nhanh hơn

2 Vật liệu:thép c45

Xử lý nhiệt: 8700C¿tôi dầu

Tổ chức thế vi:gồm 2 phần mactenxic (có hình kim), pearlite(vùng đen)

Xử lý nhiệt: 870 0C¿tôi nước

Tổ chức thế vi:gồm Mactenxic (có hình kim) nhiều hơn mẫu 2 và Austenite dư (vùng sáng ít)

Xử lý nhiệt:tôi nước+ram thấp

Tổ chức thế vi: gồm Mactenxic ram

Xử lý nhiệt:tôi nước+ram trung bình

Tổ chức thế vi:gồm trôxtit ram

Xử lý nhiệt:ủ 8700C trong lò

Tổ chức thế vi:gồm 2 phần ferrit(vùng

trắng),pearlite(vùng đen).nhưng peaelite ít hơn mẫu 0

khá ít

Xử lý nhiệt:tôi nước

Tổ chức thế vi:gồm Austenite dư và mactenxic nhưng ít hơn mẫu 3 vì có ít

cacbon hơn.

Mẩu 0 đến 3: dần biến từ ferrit và pearlite ở mẩu 0 và 1 với nhiều ferrit và ít pearlite hơn thành mactenxic và pearlite ở mẩu 2 rồi thành mẩu có nhiều Mactenxic hơn và Austenite dư ở mẫu 3

Mẩu 3 - mẩu 4 – mẩu 5: dần biến đổi từ mactenxic tôi sang mactenxic ram và cuối cùng là trôxtit ram

Mẩu 0 và mẩu 6: đều có thành phần là ferrit và pearlite do dùng cùng phương pháp, nhưng mẩu 6 peaelite ít hơn mẫu 0 do hàm lượng cacbon ít hơn

Mẩu 3 và mẩu 7: đều có thành phần là Mactenxic và Austenite dư do dùng cùng phương pháp, nhưng mẫu 3 có hàm lượng cacbon cao hơn nên có nhiều cấu trúc mactenxit hơn mẫu 7

Bài 2 Thực nghiệm đo cơ tính của thép (10đ)

- Nguyên lý PP charpy xác định năng lượng phá hủy mẫu

Phép thử này bao gồm làm gãy mẫu thử có rãnh khía bằng một dao động đơn của con lắc dưới các điều kiện được xác định sau đây Rãnh trên mẫu thử phải được quy định hình dạng và được đặt ở chính giữa hai giá đỡ, đối diện với vị trí

bị va đập trong khi thử Độ dai được xác định bằng năng lượng hấp thụ trong thử va đập

Do các giá trị va đập của một số vật liệu kim loại thay đổi theo nhiệt độ, nên phép thử được thực hiện ở nhiệt độ quy định Khi nhiệt độ thử khác với nhiệt độmôi trường thì mẫu thử phải được nung nóng hoặc làm nguội đến nhiệt độ đó trongmôi trường được kiểm soát

I.2.1 Thiết bị và mẫu

I.2.2 Phân công nhóm

3 10-Ủ lò 116 o 297.4

I.2.3 Các bước tiến hành

Bước 0: kiểm tra máy (tránh tình

trạng sai sót và hư hỏng không đáng

có, quan sát chướng ngại vật trong

máy)

Bước 1: kéo búa

Quay tay quay ngược chiều kim đồng

hồ

Nghe tiếng “cạch” là búa đã được

kẹp

Bước 5:dùng tay thắng dừng búa, đọcgóc β, trả kim về

I.2.4 Kết quả và phân tích

Bảng kết quả của các nhóm:

Nhận xét:

II Phương pháp căng kéo (5đ)II.1 Cơ sở lý thuyết (1đ)

- Khái niệm

+ Để xác định một số đặc tính cơ học của vật liệu rất quan trọng trong thiết kế:

Độ cứng vững (mô đun đàn hồi), độ bền (đàn hồi, tới hạn, phá hủy ), tính dẻo (độ giãn dài, độ giảm diện tích )

+ Mẫu bị biến dạng, thường đến phá hủy, bằng tải trọng kéo tăng dần áp vào dọc trục của mẫu thử

+ Mặt cắt ngang của mẫu thường là tròn, vuông hoặc mẫu tấm

- Nguyên lý PP thử kéo và giản đồ thử kéo

+Thiết bị được sử dụng để tiến hành các phép thử ứng suất kéo-biến dạng.mẫu vật được kéo dài bằng thanh trước di chuyển;cảm biến tải trọng và msy đo đọ giãn lần lượt đo đọ lướn cảu tải trọng tác dụng và độ giãn dài

Để đánh giá tình trạng chịu lực của vật liệu khác nhau, ta dùng khái niệm ứng suất, ứng suất là tải trọng tác dụng lên một đơn vị thể tích của mẫu thử

σb = Pmax/F0 (kG/mm2)

Độ co thắt tỷ 

Độ giãn dài tương đối

Hình 12: mẫu thử kéo

Biểu đồ kéo:

Hình 13Trục tung biểu thị lực kéo (kG), trục hoành biểu thị giá trị độ giãn dài của mẫu thử (mm) ứng với các giá trị lực kéo

Đoạn OA trên biểu đồ là đoạn thẳng, chứng tỏ độ giãn dài tỷ lệ thuận với lực kéo Nếu tăng lực tiếp tục thì độ giãn dài và lực kéo không tỷ lệ thuận nữa mà 

độ giãn dài tăng nhanh hơn lực kéo, ứng suất tại PA là giới hạn đài hồi của vật liệu, σđh = PA/F0

Tăng lực kéo mẫu thử tiếp tục giãn dài, từ điểm E kim loại có hiện tượng chảy tức là lực kéo không tăng nhưng mẫu thử vẫn giãn dài thêm ra Ứng suất tại điểm E là giới hạn chảy của vật liệu, σch = PE/F0

Nhưng trong thực tế do nhiều vật liệu giòn khó xác định được giới hạn chảy nênngười ta qui ước σch = 0,2, tức là ứng suất tại đó khi bỏ tải trọng có độ biến dạng dư là 0,2% so với chiều dài ban đầu của mẫu

Qua điềm E nếu tiếp tục tăng lực kéo, mẫu thử tiếp tục giãn dài và tại B có hiện tượng thắt nhỏ lại ở điểm giữa của mẫu và đứt hẳn tại C, tại B lực kéo là lớn nhất, vị trí điểm B ứng với giới hạn bền khi kéo của vật liệu PB, có

- Ứng suất kỹ thuật: σ = F / Ao [N/mm^2=MPa]

F: Tải trọng đặt vuông góc với mặt cắt ngang của mẫu

Ao : Diện tích mặt cắt ngang của mẫu

- Độ biến dạng kỹ thuật: ε = ΔI / lo (x 100 %}

Δl - độ dãn dài, lo - Chiều dài ban đầu

Ứng suất và biến dạng mang gió trị dương nếu chịu tải trọng kéo, và mang giá trị âm nếu tải trọng nén

II.2 Thực hành (4đ)

II.2.1 Thiết bị và mẫu thử, phân công nhóm

- Cấu tạo:

1) Kích thủy lực

2) Bàn nâng

3) Ngàm trên cố định

4) Bệ máy

5) Trục vít xoắn bứt xuyên bàn nâng

6) Trục trơn bắt trên bàn nâng

+Khi mẫu được kẹp chặt với những vị trí má kẹp Giá di động được kéo xuống làm cho mẫu thí nghiệm bị dãn ra tới một mức độ nhật định sẽ bị đứt.

+Một bộ phận cảm biến cơ học được gắn vào giá đỡ của những má kẹp cố định

đó Do đó khi máy mó bắt đầu làm việc, lực do cảm biến ghi nhận sẽ được hiển thị Một số máy có thể hiện thị rõ giá trị biến dạng của mẫu

+Diễn biến của lực và biến dạng của vật liệu được ghi lại theo thời gian trên băng giấy Hoặc được xây dựng thành một biểu đồ ứng suất kéo trên hệ thống máy tính

+Tính năng vượt trội nhất của máy kéo nén vạn năng là chức năng kiểm tra đa dạng Khi thay má kẹp kéo bằng bộ phận thớt nén hoặc gối uốn Thì bạn có thể tiến hành kiểm tra xác định độ bền nén và độ bền uốn của vật liệu, trong đó: *Độ bền uốn là ứng suất thấp nhất làm biến dạng vĩnh viễn của một vật liệu xem xét

*Độ bền nén là giới hạn ứng suất nén làm cho vật liệu bị biến dạng hay phá huỷ

+Đo độ ngàm kéo …….+Đo đọ bền nén …….+Đo độ bền Uốn ……

II.2.2 Các bước tiến hành

Bước 1:kẹp mẫu vào máy

Bước 2: thiết lập và điều khiển má bằng

Mở phần mềm

start

chọn các đo và biểu đồ đo

sensor

testing

specimen

chọn những lực cần đo

chart

chọn cở biểu đồ

bước kết thúc

trả số về 0

chuẩn bị bắt đầu

Bước 3: quan sát mẫu

Bước 4: ghi nhận kết quả

Sau khi nghe phôi đứt dừng máy ta được biểu đồ

lưu file dưới 2 dạng

Bước 5: thu mẫu

lấy phôi ra

hình ảnh phôi sau khi lấy ra

II.2.3 Kết quả phân tích

II.2.3.1 Trình bày kq (report)

3

C45 (dài) - Ban đầu

1

4

C45 (dài) -

870 ˚C - Ủ

5

C45 (dài) - Tôi nước

1

6

C45 (dài) - Tôi nước +Ram trung bình

7

C45 (dài) - Tôi dầu

II.2.3.2 Tính độ dẻo

Nhận xét:

qua kết quả được tính như bảng trên cho ta thấy:

+Mẫu 14 ủ có độ dai cao nhất sau đó giãm dần từ phôi

17,15,16,13

+Độ co thắt của các phôi giãm dần của các phôi theo thứ tự:

17,16,15,13,14

II.2.3.2 Phân tích kết quả, so sánh: