Báo cáo TN Vật Liệu Học và Xử Lý (ĐO ĐỘ CỨNG KIM LOẠI)

BÁO CÁO THÍ NGHIỆM VẬT LIỆU HỌC VÀ XỬ LÝ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

KHOA CƠ KHÍ
BỘ MÔN THIẾT BỊ & CNVL CƠ KHÍ

BÀI BÁO CÁO
ĐO ĐỘ CỨNG KIM LOẠI

TP. HCM, THÁNG 03 NĂM 2016

SV: DƯƠNG TUẤN AN

2


BÁO CÁO THÍ NGHIỆM VẬT LIỆU HỌC VÀ XỬ LÝ

BÀI 1. ĐO ĐỘ CỨNG KIM LOẠI
MỤC TIÊU THÍ NGHIỆM :

I)

Đo và xác định được thông số độ cứng, độ bền của kim loại cần đo.
Xác định được các bước, trình tự và thang đo của độ cứng.
So sánh được sai số giữa lí thuyết và thực nghiệm của độ cứng
Nắm vững nguyên lý đo độ cứng theo các phương pháp Brinell, Rockwell và
Vicker.

TÓM TẮT LÝ THUYẾT :

II)

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.
Phương pháp đo độ cứng khác nhau:
- Phương pháp đâm: dùng 1 tải trọng xác định đặt lên mũi đâm có độ cứng rất
cao để mũi đâm tác dụng lên bề mặt mẫu, gây ra biến dạng tại vị trí đâm.
- 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.
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. 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.
Dưới đây giới thiệu các phương pháp đo độ cứng thông dụng theo phương pháp
đâm.
1.

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(), thì số đo Brnell được tính bằng biểu
thức:

SV: DƯƠNG TUẤN AN

3


BÁO CÁO THÍ NGHIỆM VẬT LIỆU HỌC VÀ XỬ LÝ

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).
2. 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 1200, 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 được xác định bằng hiệu số chiều
sâu.

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:
k là hằng số, khi dùng mũi bi k = 130; mũi kim cương k = 100.
h là chiều sâu vết lõm do tải trọng chính tác dụng (mm).
3. 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 dày mẫu đo.
Gọi tải trọng là P, diện tích bề mặt vết lõm
là S, d là đường chéo ta có:

P đo bằng N hoặc kg
d: mm

SV: DƯƠNG TUẤN AN

4


BÁO CÁO THÍ NGHIỆM VẬT LIỆU HỌC VÀ XỬ LÝ

NỘI DUNG THÍ NGHIỆM :

III)

1) Nhận phôi và chuẩn bị:

Tiến hành mài nhẵn mặt cần đo độ cứng và mài sơ mặt còn lại.

-

2)

Thực hành :

- Tiến hành đo HRA trên máy đo (số 1) 3 lần và lấy giá trị trung bình.
3) Thao tác thực hành:

Đo HRA:
-

-

Đặt phôi lên Đế đặt phôi,
Quay tay quay củng 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. Sau khi đồng hồ thời gian đếm
về 0 và trở lại 10 sẽ phát ra tiếng “Bíp”, đọc giá trị HRA. Quay ngược Tay
quay lại để lấy phôi và tiếp tục đo ở vị trí khác cho đủ 3 lần đo.
Sau đó Lấy giá trị trung bình so sánh với 60. > 60 => tiến hành đo HRC 3 lần

Đo HRC:
- Đặt phôi lên Đế đặt phôi,
- Vặn núm điều chỉnh lực, thay đổi chế độ đo 980.
- Quay tay quay củng 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. Sau khi đồng hồ thời gian đếm
về 0 và trở lại 10 sẽ phát ra tiếng “Bíp”, đọc giá trị HRC. Quay ngược Tay
quay lại để lấy phôi và tiếp tục đo ở vị trí khác cho đủ 3 lần đo.
Đo HV trên máy đo số 2.
-

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.

SV: DƯƠNG TUẤN AN

5


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.
-

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.

SỐ LIỆU ĐO ĐƯỢC :

IV)

-

HRA

Đầu tiên đo HRA bằng máy đo HRA 3 lần trước rồi tính
kết hợp
tra bảng xác định HV theo lý thuyết
Xét thấy giá trị đo HRA>60, ta sẽ tiếp tục đo HRC 3 lần bằng máy đo
HRC và HV 3 lần bằng máy đo HV. Tiếp đến tính

HV

BẢNG 1: SỐ LIỆU ĐO ĐƯỢC

HV

V)

LẦN 1

LẦN 2

LẦN 3

TRUNG BÌNH

HRA

82

82

83

82,33

HRC

65

63

64

64

ĐƯỜNG CHÉO

LỖ 1

LỖ 2

LỖ 3

D1

0,54

0,575

0,497

D2

0,465

0,570

0,492

XỬ LÝ SỐ LIỆU ĐO :

Khi có số liệu 3 lần đo HRA tính trung bình ta thấy >60, nên ta chọn thang
HRC đo tiếp 3 lần, ta tính trung bình và điền giá trị tính được vào cột “TRUNG
BÌNH”
Tương tự với giá trị đường chéo ở bước đo HV, tính giá trị HV trung bình
đường chéo D1, D2 ứng với từng lần rồi điền vào bảng.

SV: DƯƠNG TUẤN AN

6


BÁO CÁO THÍ NGHIỆM VẬT LIỆU HỌC VÀ XỬ LÝ

Ta áp dụng công thức (phần lí thuyết) để tính HV thực tế của 3 lần đo, ta
được giá trị độ cứng HV thực tế 3 lần đo, cuối cùng tính trung bình HV theo yêu
cầu bài báo cáo.
Cuối cùng là tính sai số giữa HV lí thuyết và trung bình thực tế

Tra bảng:
 Chứng minh :

-

Áp dụng công thức nội suy
Vì sai số máy đo = 0,8
Ta có :
HRA = 82,33 + 0,8 = 83,13

-

Suy ra :
HV = .(790-780) + 780
 HV =

Tính toán HV/HB:
Bảng 2 : Tra HRV và HV
 Chứng minh :

-

Áp dụng công thức nội suy
Vì sai số máy đo = 0,8
Ta có :
HRA = 82,33 + 0,8 = 83,13

-

Suy ra :
HRC = .(63,7-63,4) + 63,4
 HRC =

Tính phần trăm sai số giữa thực tế và lý thuyết:
Vì HRCthực tế = HRC đo được + Sai số máy đo = 64 + 0,8 =64,8
Sai số : = 100%
SV: DƯƠNG TUẤN AN

7


BÁO CÁO THÍ NGHIỆM VẬT LIỆU HỌC VÀ XỬ LÝ

= 100% = 2,14%
Tính toán HV/HB
1,854.

= 1,854.

= 734,239

1,854.

= 1,854.

= 565,66

1,854.

= 1,854. =758,188
= 686,029

Tính phần trăm sai số giữa thực tế và lý thuyết:

Sai số : = 100% = 100%
= 12,22%

VI)

NHẬN XÉT – RÚT RA KẾT LUẬN :

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.
Sau buổi thí nghiệm, sinh viên có thể hình dung rõ hơn các phương pháp đo độ
cứng, biết cách vận hành máy đo.

SV: DƯƠNG TUẤN AN

8