thí nghiệm đo độ cứng kim loại

Sv thực hiện: Đỗ Văn Vĩ

Trường ĐHCN Hà Nội

Bài 1: ĐO ĐỘ CỨNG KIM LOẠI
I- Mục đích 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.
II- Cơ sở 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.
Độ cứng là một đặc trưng cơ tính quan trọng của vật liệu. Nó có thể dễ dàng đo được
thông qua các thiết bị đo mà không cần phải phá hủy mẫu.
Phương pháp đo độ cứng có ưu điểm:
a) Từ giá trị độ cứng đo được, có thể suy ra độ bền của kim loại dẻo. Vì độ cứng là sự
chống lại biến dạng dẻo cục bộ, còn độ bền là sự chống diến dạng dẻo toàn bộ. Từ giá trị
độ cứng Brinell, ta có thể gián tiếp tính được độ bền.
b) 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.
c) Có thể đo được chitiết rất lớn hoặc rất nhỏ, rất dày hoặc rất mỏng (các lớp mạ,
thấm…)
Tùy theo tác dụng của mũi đâm lên bề mặt mẫu, mà người ta chia ra làm nhiều
phương pháp đo độ cứng khác nhau:
- Phương pháp đâm: dùng 1 tải trọng xác định đặt lên mũi đâm (hình côn, hình tháp,
hình cầu..) có độ cứng rất cao (kim cương, hợp kim cứng, thép tôi..) để mũi đâm tác dụng
lên bề mặt mẫu, gây ra biến dạng tại vị trí đâm. Sau đó, căn cứ cào diện tích hoặc chiều
sâu vết lõm ứng với tải trọng tác dụng mà tính ra số đo của độ cứng. Phương pháp này
được dùng phổ biến nhất.
- Phương pháp nảy lại: dùng để đo độ biến dạng đàn hồi bằng cách thả viên bi từ độ
cao xác định lên bề mặt vật liệu. Sau đó, căn cứ vào chiều cao trước và sau khi thả bi mà

tính ra số đo độ cứng.
- Phương pháp đo độ xước: là phương pháp đo khả năng chống lại phá hoại bề mặt
của vật liệu. Nội dung của phương pháp này là vừa ấn mũi kim cương lên bề mặt mẫu, vừa
kéo cho mũi kim cương chuyển động với tốc độ xác định, để tạo thành vết xước. Căn cứ
vào lực ấn, chiều sâu, chiều rộng vết xước mà tính ra số đo độ cứng.


Sv thực hiện: Đỗ Văn Vĩ

Trường ĐHCN Hà Nội

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. Nếu
gọi tải trọng tác động là P(N), diện tích vết lõm là S(mm2), thì số đo Brinell được tính
bằng biểu thức:

(

√

)

Thông thường ta biết trước P, D nên dễ dàng tính giá trị độ cứng khi đo, người ta lập
ra các bảng tra độ cứng khi đo được d.
Để có thể dùng một bảng cho các tảitrọng và đường kính D của các viên bi khác nhau,
người ta phải đảm bảo giá trị P/D = const.
Các bi thường dùng có D =10; 5; 2,5 mm và tải trọng tương ứng là 30000; 7500 và
1875N. Lúc này tỉ số P/D2=300 (tỉ số này bằng 30 khi đơn vị đo là kG).
Điều kiện để đo độ cứng Brinell:

- Chiều dày mẫu thí nghiệm không được nhỏ hơn 10 lần chiều sâu vết lõm, xác định
theo công thức

Trong đó: t là chiều dày của mẫu thử (mm), P là tải trọng tác dụng (kG), D là đường
kính viên bi (mm), HB là độ cứng dự đoán.


Sv thực hiện: Đỗ Văn Vĩ

Trường ĐHCN Hà Nội

- Bề mặt mẫu thử phải sạch, phẳng, không có khuyết tật. Nếu bề mặt cong phải gia
công cho vị trí cần đo thành mặt phẳng. Chiều rộng, dài của vùng cần đo phải lớn hơn 2D.
Khoảng cách giữa hai vết đocũng phải lớn hơn 2D.
- Chỉ cho phép đo các vật liệu có độ cứng nhỏ hơn 450HB để tránh biến dạng cho
viên bi. Lúc này độcứng viên bi theo thang Vicker không được bé hơn 850HV.
- Thời gian tác động tải trọng cũng có ảnh hưởng đáng kể đến kết quả đo. Thông
thường thời gian này có thể tra trong các bảng.
3. Phương pháp đo độ 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
, hoặc viên bi thép có đường kính 1/16”, 1/8”, 1/4”, 1/2”
lên bề mặt vật liệu. Số đo độ cứng Rockwell đượcxác định bằng hiệu số chiều sâu, khi tác
dụng tải trọng sơ bộ P0 = 100N và tải trọng chính P1 xem hình 2.

Người ta qui ước khi mũi đâm đi xuống 0,002mm thì số đo độ cứng giảm đi một đơn
vị. Vì giá trị h này cóthể đo trực tiếp, nên người ta dùng đồng hồ so, chia vạch theo các
thang qui ước, ta dễ dàng đọc được ngay saukhi bỏ tải trọng.
Tùy theo dạng mũi đâm và tải trọng ta chia ra các thang sau đây:
- Độ cứng Rockwell C – mũi kim cương, tải trọng 1500N – HRC.

- Độ cứng Rockwell A – mũi kim cương, tải trọng 600N – HRA.
- Độ cứng Rockwell B – mũi bi ∅1,588mm, tải trọng 1000N –
HRB. Giá trị độ cứng được tính theo công thức:
Khoảng cách giữa hai vết đo, hoặc giữa vết đo với cạnh mẫu không nhỏ hơn 1,5mm
khi dùng mũi kim cươngvà 4mm khi dùng mũi bi. Mỗi mẫu đo ba lần, không kể lần đầu,
rồi lấy giá trị trung bình.


Sv thực hiện: Đỗ Văn Vĩ

Trường ĐHCN Hà Nội

Phương pháp đo Rockwell cho phép đo các mẫu có độ cứng cao hơn 450HB, hoặc các
mẫu mỏng, nhỏ hơn1,2mm. Nó cho phép thay đổi tải trọng trong một pham vi rộng mà
vẫn không làm thay đổi giá trị đo được của độ cứng, vì nó bảo đảm qui luật đồng dạng
của mũi đâm. Ngoàira thời gian đo rất nhanh (từ 6 – 10 giây).
Trong phương pháp đo Rockwell, cần chú ý các yếu tố gây kết quả đo sai như:
- Giá trị của các vạch chia không tương ứng với sự dịch chuyển của mũi đâm.
- Do người sử dụng chưa thành thạo.
- Bề mặt mẫu đo quá cong, mẫu được đặt không đúng và không được kẹp cứng, bề mặt
mẫu bẩn.
4. Phương pháp đo độ cứng Vicker:
Phương pháp Vicker về nguyên lý đo giống như phương pháp Brinell, nhưng thay
mũi bi bằng mũi kim cương hình tháp, có góc giữa hai mặt bên là 1360. Tải trọng sử
dụng P = 50 ÷ 1500N, phụ thuộc vào chiều dàymẫu đo. Đo theo phương pháp Vicker có
thể áp dụng cho các chi tiết rất cứng hoặc mềm, và số đo độ cứng không
phụ thuộc vào tải trọng (xem sơ đồ hình 4).

Gọi tải trọng là P, diện tích bề mặt vết lõm là S, ta có:
Để thuận tiện, người ta có thể tính S thông qua đường chéo d và α =

Trong đó P tính bằng kg


Sv thực hiện: Đỗ Văn Vĩ

Trường ĐHCN Hà Nội

Đường chéo d được đo băng kính hiển bi gắn ngay trên máy, người ta cũng lập sẵn
các bảng giá trị Vicker với P và d tương ứng.
Phương pháp đo Vicker thường dùng đo độ cứng các vật mỏng, các lớp thấm…
III- Tiến hành thí nghiệm:
1. Mỗi nhóm nhận một mẫu phôi, nếu là phôi mới chưa phẳng cần mài nhẵn mặt cần đo
độ cứng và mài sơ mặt còn lại.
2. Tiến hành đo HRA 3 lần rồi lấy giá trị trung bình.
Cách đo độ cứng theo HRA:
- Đặt phôi lên Đế đặt phôi.
- Kiểm tra Núm đặt lực, Mũi đo phù hợp với chế độ đo (HRA, HRB, HRC). Ở đây chế
độ đo là HRA nên P là 60kg và mũi đo kim cương hình côn.
Thang
Tải
Giới hạn đo cho
Loại mũi đâm
đo
trọng
phép
HRB
Bi thép
1000
25-100

Kim cương hình
HRC
1500
20-67
côn
Kim cương hình
HRA
600
70-85
côn
Quay Tay quay cùng chiều kim đồng hồ nâng lên sao cho phôi chạm vào mũi đo. Tiếp
tục quay lên thì Kim nhỏ bắt đầu quay sao cho kim nhỏ quay sang điểm màu đỏ thì ngừng
lại. Xoay mặt đồng hồ xoa sao cho Kim lớn chỉ ngay C-B
Ấn nút Start vào chờ máy đo trong 10s (thời gian giữ lực). Sau khi đồng hồ thời gian
đếm về 0 và trở lại 10 sẽ phát ra tiếng “Bíp”. Khi đó kim dài chỉ đâu đó là giá trị đo của
chế độ đang đo.
Lưu ý, Vòng đen bên ngoài là giá trị của HRA, HRC còn màu đỏ bên trong là HRB.
Các giá trị làm tròn 0.5.
Quay ngược Tay quay lại để lấy phôi và tiếp tục đo ở vị trí khác cho đủ 3 lần đo. (các
vị trí đo phải nằm gần nhau để tránh sai số do phôi có độ cứng không đồng đều).


Sv thực hiện: Đỗ Văn Vĩ

Trường ĐHCN Hà Nội

Máy đo HRA, HRB, HRC
3. So sánh giá trị HRA với 60:
> 60  thì tạm gọi là vật cứng, sau đó tiến hành đo HRC 3 lần và chuyển qua đo HV
3 lần.

< 60  thì tạm gọi là vật mềm, sau đó tiến hành đo HRB 3 lần và chuyển qua đo HB
3 lần.
Cách đo tương tự HRA ở trên, lưu ý điều chỉnh lực mà mũi đo thích hợp.
4. Đo HB hoặc HV:
Thao tác đo HB, HV:
-

Đặt phôi lên đế để phôi.
Quay Tay quay cùng chiều kim đồng hồ để phôi đi lên chạm vào mũi đo, tiếp tục
quay sau cho cây thước trên mặt hiển thị di chuyển đến cuối cây thước.
Hạ nhẹ nhàng cần lực đến hết cần lực và chờ khoản 10s sau đó nâng cần lực lên nhẹ
nhàng.
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).


Sv thực hiện: Đỗ Văn Vĩ

Trường ĐHCN Hà Nội

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.


Sv thực hiện: Đỗ Văn Vĩ

Trường ĐHCN Hà Nội

- Tính toán HV hoặc HB theo công thức.

5. So sánh số liệu đo với số liệu bảng tra, tính toán sai số, nhận xét đánh giá kết quả thí
nghiệm.
Đo bằng kính quang học D , D đo tương tự, xoay lỗ đo hoặc kính 900
1

2


Sv thực hiện: Đỗ Văn Vĩ

Trường ĐHCN Hà Nội

IVSố liệu đo và tính toán:
1. Đo HRA, HRC:
Tải trọng(N)

Lần 1

Lần 2

Lần 3

Trung bình

HRA

600

73.5

73

74

73.5

HRC

1500

47

47

46.5

46.83

2. Đo HV:
- Đo bằng kính quang lỗ 1:
P = 980N

d


d



6

1

9, 6
+
+ 0, 5
100 100
6

2

HVth

+

8, 2

+ 0, 5

0, 656
⇒d

0, 649 (mm)

0, 642

100 100
 136
2P sin




9,81.d

2



439,81

2



Trong đó: P tính bằng N
d tính bằng mm
- Đo bằng kính hiển vi lỗ 2,3:
̅

Lỗ
2
3

0.667
0.665
-

0.666
0.660

0.6665
0.6625

Tính HV trung bình:

Bảng tra:
HV
470
460
450

HRC
46.8
46.0
45.2

HRA
74.0
73.6
73.2

HV
417.02
422.07


Sv thực hiện: Đỗ Văn Vĩ

Nội suy với HRA = 73.5, suy ra

Trường ĐHCN Hà Nội


Tra bảng:
HV

HRC

440

44.4

430

43.5

420

42.7

410

41.8

Từ HV ta nội suy ra HRC:
HRC1 = 44.3829
HRC2 = 42.4318
HRC3 = 42.8656
=> HRCtb = (44.3829+42.4318+42.8656)/3= 43.2268
V- Nhận xét:

Từ kết quả 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 sai số 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 quang học là quá trình dễ gây sai
số nhất, bởi vì việc đo đạt dựa trên mắt nhìn. Ngoài ra, trong quá trình vận hành máy
đo HV, việc nâng cần, hạ cần không đều tay, nhịp nhàng thì sẽ ảnh hưởng đến phép
đo. Bề rộng lỗ đo có thể thay đổi do gia tốc.


Bài 2: XEM CẤU TRÚC TẾ VI
I- Mục đích thí nghiệm:
- Phương pháp làm mẫu để nghiên cứu tổ chức tế vi gồm các khâu: chọn mẫu, cắt mẫu,
mài, đánh bóng và tẩm thực.
- Tầm quan trọng của công tác chuẩn bị mẫu và ảnh hưởng của nó đến kết quả nghiên
cứu.
- Làm quen với những vật liệu và thiết bị cần thiết cho công việc làm mẫu.
II- Cơ sở lý thuyết:
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. Ví dụ: khi muốn quan sát sự thay đổi tổ chức từ bề mặt
vào lõi, ta phải cắt mẫu theo tiết diện ngang, còn muốn nghiên cứu tổ chức dạng thớ, sợi,
ta phải cắt theo dọc trục…
Khi cắt mẫu, có thể dùng các máy cắt kim loại như tiện, phay… hoặc cưa máy, cưa
tay… Các mẫu quá cứng, có thể dùng đá mài để cắt. Với các thép và gang đã qua nhiệt
luyện, yêu cầu đối với nhiệt độ nơi cắt không quá
Mẫu có dạng hình trụ với kích thước Ф 10 ÷ 15mm, chiều cao h= 15 ÷20mm, hoặc hình
hộp có kích thước 10x10x10mm và 15x15x15mm.
Nếu mẫu có kích thước nhỏ, mỏng, phải nhiên cứu lớp bề mặt (thấm cacbon, ăn mòn bề
mặt…) thì mẫu cần phải được kẹp vào các gá hoặc đổ khuôn bao quanh. Chất đổ khuôn

thường là các hợp kim có nhiệt độ chảy thấp như hợp
kim:
Bi = 50% Cd = 10% Pb = 27% Sn =
13%
Bi = 56% Cd = 18% Pb = 14% Sn =
14%
hoặc các chất nhựa dẻo, bakelit…
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.
Giấy nhám phải được đặt trên bề mặt thật phẳng hoặc một tầm kính dày. Bề mặt mẫu
phải áp sát vào giấy.
Khi mài tiến hành theo 1 chiều. Yêu cầu là tạo trên bề mặt tương đối phẳng, có các vết
xước song song và đều nhau. Sau đó, ta quay mẫu đi 90o và mài tiếp, cho đến khi tạo ra
bề mặt phẳng mới, hệ xước mới xóa hết các vết của hệ xước cũ. Mỗi loại giấy nhám, ta
mài nhu thế 3-5 lần, và lặp lại ở các số giấy nhám mịn hơn, cứ như
vậy, cho đến tờ giấy nhám mịn nhất.
Mài thô cũng có thể tiến hành trên máy. Máy đơn giản là một môtơ thẳng đứng, trên có
gắn 1 đĩa kim loại phẳng. Người ta lần lượt dán các giấy nhám có số từ thô đến mịn lên
đĩa cho môtơ quay rồi mài. Chú ý không để nhiệt độ tăng quá nhiệt độ chuyển biến pha
của mẫu mài.
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. Thành phần của

dung dịch đánh bóng nêu ở bảng 1. Với các vật liệu mềm như kim loại màu, nên dùng
các loại dung dịch mịn. Để tránh bị oxy hóa khi đánh bóng, người ta pha vào dung dịch
các chất thụ động hóa như NaNO2, KNO2
Bảng 1. Dung dịch dùng đánh bóng
Tên gọi các chất
Cr2 O3
Al2 O3
Paraphin
Axit ôleic C17 H33CO2H
Dầu hỏa
Na2 CO3

Dung dịch oxit crôm (%)
Mịn
Trung bình
Thô
72
76
86
24
20
12
1,8
1,8
2
2
2
0,2
0,2
-

Dung dịch oxit nhôm (%)
Mịn
Trung bình
Thô
32
35
37
32
35
37
30
24
20
3
2
3
2
2
2
1
1
1

Đánh bóng kéo dài cho dến khi bề mặt không còn vết xước nào. Không nên đánh bóng
quá lâu, dễ làm tróc các pha quá cứng hoặc quá mềm. Sau khi đánh bóng, đem rửa sạch
và sấy khô. Nếu quan sát trên kính hiển vi thấy vẫn còn nhiều vết xước, thì phải đánh
bóng lại.

3. Tẩm thực:
Mẫu sau khi đánh bóng, đem rửa sạch, thấm và sấy khô rồi quan sát trên kính hiển vi.
Ta có thể thấy trên mẫu có cá vết xước nhỏ do đánh bóng chưa tốt, các vết nứt tế vi, rỗ
khí, xỉ tạp chất, một số pha và tổ chức như cacbit, graphit, chì…
Muốn nghiên cứu nền kim loại, phải tẩm mực mẫu. Tẩm thực là quá trình ăn mòn bề mặt
mẫu bằng các dung dịch háo học thích hợp, gọi là dung dịch tẩm thực. Khi tẩm thực, biên
giới các pha, các vùng tổ chức sẽ bị ăn mòn, nhưng với những tốc độ khác nhau. Sau khi
tẩm thực bề mặt mẫu sẽ lồi, lõm tương ứng với cácpha và tổ chức. Do đó, có thể nhận
biết được hình dáng, kích thước và sự phân bố của các pha.
Trên hình 2 nêu lên sơ đồ phản xạ ánh sáng của thép cùng tích peclit tấm trước (H2a)
và sau (H2b) tẩm thực.
Khi tẩm thực, có thể nhúng bề mặt mẫu vào dung dịch, hoặc lấy que tre, đục thủy tinh
có quấn bông ở đầu rồi nhúng vào dung dịch tẩm thực và bôi đều lên bề mặt mẫu. Thời
gian tẩm thực tùy thuộc vào tổ chức và trạng thái của vật liệu, có thể từ vài giây cho đến
vài giờ. Cũng có thể tẩm thực dựa vào kinh nghiệm. Sau khi bôi dung dịch tẩm thực, bề
mặt mẫu sẽ ngả từ màu sáng sang màu xám thì ta có thể kết thúc tẩm thực. Để lâu quá,
mẫu sẽ có màu đen và không quan sát được.
Tẩm thực xong, phải dùng bông nõn rửa sạch bề mặt ở vòi nước chảy, sau đó rửa lại
bằng cồn và đem sấy khô.
Nếu quan sát sau tẩm thực, ta thấy các đường biên giới nhỏ, đứt đoạn là tẩm thực
chưa đủ thời gian, phải đem tẩm thực lại. Ngược lại, các đường biên giới quá to, đậm, độ


tương phản bề mặt kém, đó là do thời gian tẩm thực quá dài, hoặc nồng độ dung dịch cao.
Ta phải đem đánh bóng và tẩm thực lại.
Thường khi quan sát với độ phóng đại bé thì thời gian dài hơn khi quan sát với độ
phóng đại lớn.
Thành phần và chế độ tẩm thực nêu trong bảng 3
Bảng 3. Các dung dịch tẩm thực thông dụng

III- Tiến hành thí nghiệm:


1. Tiến hành mài mẫu lần lượt với các mẫu giấy nhám từ thô tới tinh như P100, P180,
P320, P600, P1000.
Cách mài mẫu:
- Đặt giấy nhám lên bề mặt phẳng, sạch.
- Dùng tay cầm mẫu di chuyển dọc theo giấy nhám lên xuống 5 lần.
- Dùng tay cầm mẫu di chuyển ngang theo giấy qua lại xuống 5 lần.
- Lặp lại chu trình trên 10 lần cho giấy P100, P180, P320, P600 và P1000.
Hướng di chuyển mẫu
Lưu ý:
-Giấy càng mịn thì thao tác càng nhẹ nhàng.
-Mẫu đạt yêu cầu khi bề mặt sáng, phẳng, ít vết xước – vết
xước mãnh.

2. Đánh bóng bằng máy đánh bóng:
Thao tác đánh bóng: Di chuyển mẫu theo hình tam
tại chỗ.

giác hoặc xoay mẫu


Sau khi đánh bóng xong dùng cồn rửa sạch mặt đánh bóng sau đó dùng bông lau khô
rồi sấy khô bằng máy sấy.
Xem dưới kính hiển vi rồi lưu hình ảnh lần 1
3. Lưu ảnh lần 1 mẫu đánh bóng đã đạt.
4. Tẩm thực bằng dung dịch axit.
5. Lưu ảnh lần 2 sau khi tẩm thực.

IV- Kết quả quan sát tổ chức kim loại:
1. Mẫu trước khi tẩm thực:
2. Mẫu sau khi tẩm thực:


V- Nhận xét:
Dựa trên tổ chức tế vi của mẫu được nhận(ảnh mẫu sau khi tẩm thực), ta có thể đưa ra
kết kết quả như sau:
Mẫu là thép trước cùng tích với tỉ lệ cacbon vào khoảng 0.6%
Theo tính toán từ qui tắc đòn bẩy, khi lượng cacbon tang lên thì tỷ lệ phần Peclit (màu
tối) trong tổ chức tang lên, còn ferric (phần sang) giảm đi. Nếu không chứa cacbon hay
quá ít cacbon (0.02-0.05) tức là màu sang hoàn toàn. Với 0.1% C thì tỷ lệ phần tối là 1/8,
với 0.4% C thì tỷ lệ phần sáng là 1/2 và với 0.6% C là 3/4, cuối cùng với 0.8% là tối hoàn
toàn.


Bài 3: Ủ thép CD80
I- Mục đích thí nghiệm:
- 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 tốc độ làm nguội tức môi trường làm nguội đến độ cứng
của thép.
II- Cơ sở lý thuyết:
1. Ủ
- Là phương pháp ủ nung thép đến trạng thái hoàn toàn là Austenit, áp dụng cho
thép cùng tích, sau cùng tích và thép trước cúng tích với 0,7%C.
T0u = Ac1 + (20 ÷ 30)0C = 750 ÷7600C
Đặc điểm:
+ Chỉ có Peclit chuyển biến thành Austenit, còn Ferit hoặc Xementit vẫn

chưa chuyển biến;
+ Ac1 < T0u < Ac3;
+ Tổ chức nhận được là Peclit hạt để dễ cắt gọt (HB < 200).

Nhiệt độ ủ có ảnh hưởng trực tiếp đến cơ tính của thép sau khi ủ Đối với thép CD80 có
thể dựa vào giản đồ trạng thái sắt cacbon để chọn nhiệt độ ủ. Xem hình 1.
Đối với thép cùng tích và thước cùng tích (%C≤ 0.8%)
Ta chọn nhiệt độ ủ cao hơn AC3, tức nung nóng thép đến trạng thái hoàn toàn Austenit
Cách này gọi là ủ không hoàn toàn.
T0u = Ac1 + (20 ÷ 50)0C = 750 ÷7600C
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 ủ thích hợp của thép cacbon
Như ta đã biết, nhiệt độ ủ càng cao, thì hạt Austenit nhận được khi ủ càng nhỏ, ta nhận.
Còn nếu nung thấp hơn AC3, ta sẽ có tổ chức α + γ, khi làm nguội, chỉ có γ→M, còn ferit vẫn giữ
nguyên, và như vậy, ta không thể nhận được độ cứng cao.
Đối với thép sau cùng tích (%C > 0,8%), nhiệt độ tôi cao hơn AC1, nhưng thấp hơn ACcm, tức nung
lên trạng thái không hoàn toàn Austenit. Tổ chức nung để tôi là γ + XeII. Đây là phương pháp ủ không
hoàn toàn. Nhiệt độ ủ được chọn: t0tôi = AC1+ ( 20÷50 )0C.
Như vậy, tất cả các thép sau cùng tích đều có nhiệt độ ủ giống nhau, khoảng 760
÷7800C, không phụ thuộc vào thành phần cacbon. Sở dĩ ta không nung lên cao quá ACcm vì cacbon
hòa tan nhiều, nhiệt độ ủ cao, sau khi ủ, nhận được nhiều ostenit dư.
Thời gian nung nóng
Bao gồm thời gian nung đến nhiệt độ ủ và thời gian giữ để hoàn tất các chuyển biến và đồng
đều nhiệt dộ trên toàn bộ chi tiết. Thời gian nung có thể chọn theo các định mức kinh nghiệm
tra trong các sổ tay nhiệt luyện, với các hệ số hiệu chỉnh về hình dáng chi tiết, cách sắp xếp và

môi trường nung. Cũng có thể tính thời gian nung theo các công chức về truyền nhiệt. Dưới
đây, giới thiệu định mức thời gian nung và giữ nhiệt trong các lò thí nghiệm.
Bảng 1. Thời gian nung nóng và giữ nhiệt khi ủtrong lò thí nghiệm
Hình
Nhiệt độ
nung

Tròn
Thời gian nung (phút)
Cho 1mm đường
kính

500
600
700
800
900

2
1,5
1
0,8
0,5

Vuông

Tấm

Cho 1mm chiều dày

3
2,2
1,5
1,2
0,6

4
3
2
1,6
0,8

Chọn môi trường ủ
Phải bảo đảm nhận được Austenit 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 Austenit sẽ bị phân hủy thành các tổ
chức khác, độ cứng sau khi tôi bị giảm. Mỗi số hiệu thép có tốc độ nguội tới hạn khác nhau, và
nó cũng đòi hỏi mội trường tôi khác nhau. Tốc độ nguội tới hạn của thép có thể tìm trong các
giản đồ chữ “C” của chúng. Các môi trường ủ thường dùng là nước, dung dịch muối, xút, dầu
khoáng và polymer
III- Tiến hành thí nghiệm:
1. Ủ
− Chọn 15 mẫu thép CD80 đem mài nhẵn 1 mặt và mặt còn lại mài bằng để đo độ cứng.
− Đem 3 mẫu bất kỳ đi đo độ cứng HRA.
− Cài đặt lò nung ở 7800C.
− Đợi nhiệt độ lò đạt 7800C bỏ 3 mẫu thép CD80 vào lò.
− Đợi sau 30 phút lấy mẫu ra khỏi lò:
• 1 mẫu bỏ vào xô nước muối
• 1 mẫu bỏ vào xô dầu.
• 1 mẫu để ngoài không khí.

−

Lấy các mẫu đem mài xơ bộ để loại lớp oxit bám trên mặt của mẫu rồi đem đi đo độ cứng HRA.
IV- Kết quả thí nghiệm:
Độ cứng của mẫu trước khi ủ (Đo HRA):
Mẫu

1

2

3

1

55

56

51

2

56

56

51

3

54

55

51

Lần

Độ cứng của mẫu khi làm nguội ở các môi trường khác nhau:
Môi

Tốc

trường độ
làm

nguội

nguội

0

C/s

Độ cứng HRA
Thép CD80
TB

Mẫu 1

30

55

55

55

Dầu

150

62

61

62 61.67

Nước

600

72.5

71

73 72.17 76.5

Không

55

TB

Mẫu 2

TB

Mẫu 3

55

55

54 54.67

54

54

54

54

60

60

61 60.33

55

54

55 54.67

79

76 77.17

68

69

70

khí

90

Đồ thị quan hệ tốc độ nguội và độ cứng sau tôi:

80
70
55
60
5

72.17
76.67
61.67
1.5

50
40
30

69


20
10
0

0
200
400
600
800
1000
1200
0

C/s

Mẫu 1

RA

90
80
77.17
73.67
70
5 4 .6 7
605 3 .3 3
50
40
30
20
10
0
60.33
200
400
600
800
1000
1200

0


0

C/s

Mẫu 2

RA

90
80
70
52.5647
60
50
40
30
20
10
0
0

76.67
69
54.67
200
400
600
800
1000
1200
0
C/s

Mẫu 3
RA