BÁO cáo THÍ NGHIỆM CÔNG NGHỆ xử lý vật LIỆU khoa cơ khí

SV: Nguyễn Văn Thùy
BỘ CÔNG THƯƠNG

MSSV: 0974010078
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

Độc lập – tự do – hạnh phúc

BÁO CÁO THÍ NGHIỆM CÔNG NGHỆ XỬ LÝ VẬT LIỆU
Nhóm:
Họ và tên HS – SV : Nguyễn Văn Thùy Lớp : …LTCĐ-ĐH CK1
Khóa
:9
Khoa : Cơ khí
Giáo viên hướng dẫn : Trần Văn Hiệu
NỘI DUNG
Đánh giá tổ chức và cơ tính của thép CD80 khi tôi,xác định tổ chức cỡ hạt cơ
tính của thép sau khi tôi, tính toán chế độ tôi cho thép,nhiệt độ nung nóng,thời
gian giữ nhiệt,môi trường làm nguội.So sánh và đánh giá.

1


SV: Nguyễn Văn Thùy

MSSV: 0974010078

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. 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:
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.
T

0
tôi=

0

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.

2

SV: Nguyễn Văn Thùy

MSSV: 0974010078

Hình 1. Phạm vi nhiệt độ tôi thích hợp của thép cacbon
Như ta đã biết, nhiệt độ tôi càng cao, thì hạt ôstenit nhận được khi nung càng thô và sau
khi tôi, ta nhận được các kim mactenxit thô, dài, vì vậy, ta không nên nung cao quá AC3.
Còn nếu nung thấp hơn AC 3, 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 AC 1, nhưng thấp hơn
ACcm, tức nung lên trạng thái không hoàn toàn ôstenit. Tổ chức nung để tôi là γ + Xe II.
0
Đây là phương pháp tôi không hoàn toàn. Nhiệt độ tôi được chọn: t tôi = AC1+ ( 30 +
50)0C.
Như vậy, tất cả các thép sau cùng tích đều có nhiệt độ tôi giống nhau, khoảng 760
÷7800C, không phụ thuộc vào thành phần cacbon. Sở dĩ ta không nung lên cao quá AC cm
vì cacbon hòa tan nhiều, nhiệt độ tôi cao, sau khi tôi, nhận được nhiều ostenit dư, kim
mactenxit lớn, ứng suất nhiệt cao. Trong khi đó, nếu chỉ nung lên trạng thái γ + Xe II, ta
không cần nhiều nhiệt, sau khi làm nguội, vẫn được tổ chức là mactenxit + Xe II, tận dụng
được độ cứng của XeII, chi tiết ít bị ứng suất nhiệt làm cong vênh, oxi hóa bề mặt.
3


SV :Nguyễn Văn Thùy

MSSV: 0974010078

Thời gian nung nóng

Bao gồm thời gian nung đến nhiệt độ tôi 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 tôi trong lò thí nghiệm
Hình

Tròn
Thời gian nung (phút)

dạng chi tiết
Nhiệt
nung
600
700
800
900
1000

độ

Cho 1mm đường
kính
2
1,5
1
0,8
0,4

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 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. 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 tôi thường dùng là nước, dung dịch muối, xút, dầu khoáng và polymer
- nhiệt độ tôi = 8350C
-Do tôi cảm ứng nên nhiệt độ chuyển biến pha Ac1, Ac3 nâng cao lên do vậy độ tôi phải lấy
cao hơn so với tôi thể tích thông thường là 100 ÷ 2000C;
-chọn nhiệt độ tôi = 9300C

Với quá trình tôi nhiệt độ như trên sẽ làm xuất hiện austenit, sau đó làm nguội nhanh để đạt
được tổ chức mactenxit
4


SV :Nguyễn Văn Thùy

MSSV: 0974010078

2. Tiến hành thí nghiệm tôi bề mặt với tần số f=2500 và công suất p=100kw .
Ta cho lần lượt các mẫu thí nghiệm vào ống đồng (vòng cảm ứng), thì lúc này dòng điện có
tần số cao chạy qua cuộn sơ cấp dẫn đến sinh ra sức điện động cảm ứng (E) và làm xuất
hiện dòng điện cảm ứng khi dòng điện cảm ứng đạt giá trị cao thì các mẫu thí nghiệm sẽ
nóng lên và lớp bề mặt đỏ hồng dần cho tới khi đạt nhiệt độ tôi 930 0C thi ta dừng lại một
khoảng thời gian ngắn để tổ chức lớp bề mặt được ổn định, ta quan sát thấy lớp bề mặt đã
chuyển thành đỏ hồng đều thì lấy mẫu thí nghiệm ra ngoài và làm nguội nhanh trong môi
trường nước
− Đem 3 mẫu bất kỳ đi mài nhẵn 1 mặt và mặt còn lại mài bằng để đo độ cứng.
đo độ cứng HRC.
• 3 mẫu còn lại để xem tổ chức lớp bề mặt tế vi của thép sau khi tôi bề mặt
3. Tiến hành đo HRC 3 lần rồi lấy giá trị trung bình.
Cách đo độ cứng theo HRC:
- Đặt phôi lên Đế đặt phôi.
- Kiểm tra Núm đặt lực, Mũi đo phù hợp với chế độ đo HRC nên P là 60kg và mũi đo
kim cương hình côn.

Thang
đo

Loại mũi đâm

Tải
trọng

Giới hạn đo cho
phép

HRA

Kim cương hình
côn

600

70-85

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 HRC, còn màu đỏ bên trong là
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

5

SV :Nguyễn Văn Thùy

MSSV: 0974010078

Máy đo HRA, HRB, HRC
II- Kết quả thí nghiệm:
Độ cứng của mẫu trước khi tôi (Đo HRC):
Mẫu

1

2

1

55

56

2

56

56

3

54

55

Lần

6


SV :Nguyễn Văn Thùy

MSSV: 0974010078

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

Tốc

trường độ
làm

nguội

nguội

0

Nước

C/s
600

Độ cứng HRC

Thép CD80
TB

Mẫu 1
58.5

57

62 59

TB

Mẫu 2
59

60

61 60

7


SV :Nguyễn Văn Thùy

MSSV: 0974010078

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

HR
A

Mẫu 1

60

62

57
55

50
40
30
0
0

200

400

600

800

1000

1200

C/s

0

Mẫu 2
90

HR
A

61

80

70
59
60
50

73.67

60

40
30
20
10
0 0

200

400

600

800

1000

1200

C/s

0

8


III. Nhận xét
Tôi :
- Trong quá trình làm nguội nhanh (trong nước) với tốc độ cao hơn tốc
độ tới hạn vth : ostenit sẽ chuyển biến thành mactenxit.
Cơ tính
- Sau khi tôi cảm ứng thép có cơ tính là:
+ Bề mặt độ cứng đạt 55 ÷ 62HRC;
+ Lõi dẻo dai khoảng 30 ÷ 35HRC;
+ Lớp bề mặt chịu ứng suất nén dư có thể tới 800N/mm 2.
+ Chiều dày lớp tôi : ∆ = 4mm
⇒ Do đó chi tiết sau tôi có những đặc điểm dau:
+ Vừa chịu được ma sát, mài mòn vừa chịu tải trọng tĩnh và
va dập cao, rất thích hợp với bánh răng trục truyền, chốt trục khuỷu,…
+ Chịu mỏi cao;

+ Chịu uốn, xoắn tốt.
IV. XEM CẤU TRÚC TẾ VI

a- 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.
b- Cơ sở lý thuyết:
1. Chọn và cắt mẫu thép C45:
mẫu có kích thước nhỏ, mỏng, phải nhiên cứu lớp 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.


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.
b) Đánh bóng
Để đánh bóng mẫu, ta tiến hành trên máy đánh bóng. Cũng tương tự như ở máy mài
thô, thay vì dán tờ giấy nhám lên đĩa, 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 H33 CO2 H
Dầu hỏa
Na 2 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 như sau:

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

V- 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 giác hoặc xoay mẫu
tại chỗ.

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.


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

2.

2:Mẫu sau khi tẩm thực:


VII- So sánh và đánh giá:
1.So sánh:
Tôi :
o
- Với cùng nhiệt độ nung (750 C) và nung trong 30’, khi ta làm nguội ở các
môi trường khác nhau thì độ cứng của mẫu khác nhau, tăng hoặc giảm.
- Đối với làm nguội trong môi trường cùng lò, độ cứng của vật mẫu giảm (từ
53.89còn 52.5)
- Đối với làm nguội trong môi trường không khí, độ cứng của mẫu thay đổi
không đáng kể (từ 53.89 lên 54.56)
- Đối với các môi trường còn lại, độ cứng của mẫu tang theo thứ tự tăng dần
là: dầu, nước muối và nước.
- Khi làm nguội trong môi trường nước và nước muối, độ cứng của hai mẫu

này xấp xỉ bằng nhau (72.78 và 76). Do đó trong thực tế, người ta dung
phương pháp làm nguội trong nước để thu được tổ chức cần thiết thay vì làm
nguội trong nước muối, mặc dù làm nguội trong nước muối có tốc độ làm
nguội nhanh, gần gấp đôi tốc độ làm nguội trong nước.


-

Trong quá trình làm nguội nhanh (trong nước, nước muối) với tốc độ cao
hơn tốc độ tới hạn vth : ostenit sẽ chuyển biến thành mactenxit.
Trong quá trình làm nguội vừa ( trong dầu khoáng) với tốc độ nguội
o
khoảng 150 C/s. Pha ostenit sẽ chuyển biến thành bainit.

Trong quá trình làm nguội đủ chậm (cùng lò, không khí), ostenit sẽ
chuyển biến lại thành peclit.
2.Đánh giá:
0
-Tôi ở 780-800 C (Y8:ký hiệu Nga)
-Môi trường tôi bằng nước.
-Cơ tính :độ cứng đạt 62HRC.
-Tính chống mài mòn cao,độ dẻo dai cao để chống uốn ,tránh mẻ.