Vật liệu học ủ kết tinh lại

Học phần:
Vật NHÂN
Liệu Học
Đề tài:PHỐ
Ủ Kết
Lại
ỦY BAN
DÂN–THÀNH
HỒTinh
CHÍ MINH
TRƯỜNG CĐKT LÝ TỰ TRỌNG TP.HCM

KHOA ĐỘNG LỰC

Mục Lục

LỚP 13CĐ_Ô1

Trang
Nhận xét của giáo viện…………………………………………………… 4
Định nghĩa………………………………………………………………… 5
Chuẩn bị cho thí nghiệm………………………………………………… 6
Thử phần tram cacbon trong thép……………………………………… 7
Đo độ cứng trước khi ủ kết tinh lại……………………………………... 9
Cánh tiến hành ử kết tinh……………………………………………….. 10
Quá trình tiến hành thí nghiệm ử kết tinh lại………………………… 12
Đo độ cứng sau khi ử kết tinh lại……………………………………….. 14
Kết luận thí nghiệm……………………………………………………… 15

Vật Liệu Học
Đề tài: Ủ

Kết Tinh Lại

Giáo viên hướng dẫn:
Nguyễn Ngọc Quỳnh
Học sinh thực hiện:
Trần Việt Thắng
Đỗ Thị Cẩm Thu
Phạm Minh Tiến
Lương Văn Tình
Cái Đại Nam

TP.HCM,16 tháng 12 năm 2014.

Nhóm 7

Page 1


Học phần: Vật Liệu Học – Đề tài: Ủ Kết Tinh Lại

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................

....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................

Nhóm 7

Page 2


Học phần: Vật Liệu Học – Đề tài: Ủ Kết Tinh Lại
Ngày nhận đề tài: 28/10/2014
Ngày nộp đề tài: 16/12/2014
Phạm vi nghiên cứu đề tài: môn Vật Liệu Học trong phạm vi bật cao đẳng kỹ thuật.
* Định nghĩa:
Ủ thép là phương pháp nung nóng thép đến nhiệt độ nhất định,
giữ nhiệt rồi làm nguội chậm cùng với lò, để đạt được tổ chức ổn định theo giản đồ
trạng thái với độ cứng thấp nhất và độ dẻo cao. Tổ chức đạt được sau khi ủ thép là P
(có thể có thêm F hay XeII tuỳ loại thép trước hay sau cùng tích).
*Ủ Kết Tinh Lại
- Ủ kết tinh lại là phương pháp ủ nung nóng thép tới nhiệt độ nhỏ
hơn Ac1 để không có chuyển biến pha xảy ra.

- Mục đích và đặc điểm: Ủ kết tinh lại được tiến hành cho các thép qua biến
dạng nguội bị biến cứng cần khôi phục lại tính dẻo, độ cứng trước khi gia công cơ khí.
- Nhiệt độ ủ kết tinh lại cho thép cacbon là từ 600 ÷ 700%C tức là thấp hơn
nhiệt độ Ac1.
Loại ủ này làm thay đổi được kích thước hạt và giảm độ cứng, nhưng rất ít áp dụng
cho thép vì khó tránh tạo nên hạt lớn.
Thành phần phần trăm cacbon trong thép là 0,2%C –> 0,4%C
*Phương pháp xác định %C trong thép
+ Phương pháp thông thường (dùng đá mài):

Nhóm 7

Page 3


Học phần: Vật Liệu Học – Đề tài: Ủ Kết Tinh Lại
•
•

•

•

•
•
•
•

•

Nhóm 7

Phương pháp này thường sử dụng máy mài bàn (VD: máy mài 2 đá)
để tạo hoa lửa, đôi khi cũng có thể sử dụng máy mài cầm tay.
Đá mài phải quay với tốc độ tối thiểu là 23 m/s (vận tốc dài), thực tế
nên điều chỉnh trong khoảng 38 ~ 48 m/s. Đá mài nên sử dụng loại
thô và cứng (loại oxit nhôm hoặc carborundum – SiC).
Chiều dài của hoa lửa phụ thuộc vào lực mài à rất khó so sánh nếu
nếu lực mài mẫu khác nhau. Trong thực tế, lực mài sao cho chùm tia
lửa của thép 0.2% C có chiều dài khoảng 500mm thường được dùng
làm lực chuẩn.
Để tránh ảnh hưởng của ánh sáng mặt trời hoặc để điều chỉnh độ
sáng xung quanh, cần thiết phải sử dụng các loại màn che hoặc
buồng tối. Khi mài, để mẫu tiếp xúc nhẹ với đá mài.
Hướng của chùm tia lửa nên theo phương ngang hoặc hơi chếch lên
trên. Và vị trí quan sát nên ở phía sau hoặc bên phải của chùm tia.
Để nhận biết chính xác hơn, nên có thêm mẫu chuẩn (đã phân tích
chính xác thành phần hóa học) để làm mẫu đối chiếu.
Các mẫu thử cần được làm sạch bề mặt, loại bỏ các lớp thấm (C, N),
các lớp oxit và thoát carbon ... Có thể thực hiện bằng cách mài sâu.
Khi kiểm tra, cần quan sát kỹ chùm hoa lửa từ gốc đến ngọn (theo
hình 1). Đặc biệt cần chú ý vào một số đặc điểm sau:
o Chùm tia lửa: màu sắc, số lượng, độ sáng, chiều dài các
tia lửa.
o Hoa lửa: màu sắc, số lượng, hình dạng, kích cỡ
o Trở lực mài: theo cảm giác ở tay khi mài mẫu.
Chú ý: bề mặt đá mài phải vệ sinh thường xuyên để tránh bám vụn
kim loại (dùng cà đá)

Page 4

Học phần: Vật Liệu Học – Đề tài: Ủ Kết Tinh Lại

Nhóm 7

Page 5


Học phần: Vật Liệu Học – Đề tài: Ủ Kết Tinh Lại

Thí nghiệm thử phần trăm cacbon trong thép

Nhóm 7

Page 6


Học phần: Vật Liệu Học – Đề tài: Ủ Kết Tinh Lại
Kết Luận chọn vật liệu
•
•
•
•
•
•
•
•


Nhóm 7

Chùm tia lửa:
Màu sắc : cam vàng
Số lượng: trung bình
Độ sáng: sáng
Chiều dài các tia lửa: khoảng 500mm
Hoa lửa:
Màu sắc: Cam vàng
Số lượng: Trung bình
Hình dạng: Nhiều nhánh cho đến đa nhánh cấp 3
Kích cỡ: Trung bình
Chọn đúng vật liệu

Page 7


Học phần: Vật Liệu Học – Đề tài: Ủ Kết Tinh Lại
Đo độ cứng trước khi ủ kết tinh lại
Stt
1

Quá trình đo độ cứng trước khi ủ kết tinh lại

độ cứng =96HRB

độ cứng =85,5HRB

độ cứng =96,5HRB
Độ cứng trung bình của vật = 92.67HRB

Nhóm 7

Page 8

Ghi chú


Học phần: Vật Liệu Học – Đề tài: Ủ Kết Tinh Lại

Cách tiến hành ủ kết tinh lại
Đây là giai đoạn quan trọng nhất với các đột biến về cấu trúc mạng tinh thể, tổ chức tế
vi và tính chất.
Bản chất kết tinh lại
Khi nung nóng cao hơn nhiệt độ nhất định (gọi là nhiệt độ kết tinh lại), trong mạng
tinh thể bị xô lệch có quá trình hình thành các hạt mới không có các sai lệch do biến
dạng dẻo gây ra theo cơ chế tạo mầm và phát triển mầm như kết tinh:
- Mầm là những vùng không chứa sai lệch do biến dạng dẻo; chúng sinh ra chủ yếu ở
những vùng bị xô lệch mạnh nhất, năng lượng dự trữ cao nhất nên kém ổn định nhất
(như mặt trượt, biên hạt) do đó dễ trở về trạng thái câ n bằng với ít sai lệch nhất. Như
vậy kim loại bị biến dạng dẻo càng mạnh, mầm kết tinh lại sẽ được tạo nên càng nhiều
nên hạt càng nhỏ.
- Sự phát triển tiếp theo là quá trình tự nhiên.
Sau khi kết thúc kết tinh lại, có các hạt hoàn toàn mới đa cạnh với mạng tinh thể ít sai
lệch nhất như trước khi bị biến dạng dẻo và mọi tính chất trở lại mức như trước khi bị
biến dạng tức xảy ra quá trình thải bền: độ dẻo tăng lên và độ bền, độ cứng giảm đi
một cách đột ngột. ở đây có hai vấn đề đáng quan tâm là nhiệt độ tiến hành quá trình
này và kích thước hạt nhận được
Nhiệt độ
Nhiệt độ kết tinh lại là nhiệt độ nhỏ nhất tại đó xảy ra quá trình kết tinh lại (tạo mầm

và phát triển mầm) với tốc độ đáng kể . Do kết tinh lại phụ thuộc vào sự dịch chuyển
xa của nguyên tử nên nhiệt độ của quá trình đó Toktl - phụ thuộc vào nhiệt độ nóng
chả y - ToS - theo công thức:
Toktl = a. ToS (cả hai nhiệt độ đều tính theo oK)
trong đó hệ số a phụ thuộc vào độ sạch của kim loại, mức độ biến dạng và thời gian
giữ nhiệt. Trong điều kiện thường gặp nhất: mức độ biến dạng lớn (> 40 - 50%), thời
gian giữ nhiệt khi nung nóng khoảng 1h, đối với kim loại nguyên chất kỹ thuật thì a ≈
0,4, kim loại tinh khiết (hầu như nguyên chất) a ≈ 0,2 - 0,3, hợp kim là dung dịch rắn a
≈ 0,5 - 0,8. Độ biến dạng càng lớn, thời gian ủ càng dài hệ số a tương ứng càng nhỏ.
Trên cơ sở này có thể tính được nhiệt độ ủ để khôi phục các tính chất ban đầu cho các
kim loại và hợp kim, một việc làm thường phải giải quyết trong công nghệ gia công
kim loại.
Như vậy các kim loại (nguyên chất kỹ thuật) thường gặp có nhiệt độ kết tinh lại khác
nhau, như sau:
Fe (toS = 1539oC) - 450oC, Cu (toS = 1083oC) - 270 oC,
Al (toS = 660oC) - 100oC, Pb, Zn, Sn (toS trên dưới 300oC) - < to thường.
Tổ chức tế vi và độ hạt
Sau kết tinh lại được các hạt mới đa cạnh, đẳng trục, mất hẳn dạng hạt méo, kéo dài;
song điều cần bàn ở đây là độ hạt, vì như đã biết nó có ảnh hưởng lớn đến cơ tính (hạt
càng nhỏ càng tốt). Người ta nhận thấy sau kết tinh lại độ hạt phụ thuộc chủ yếu vào

Nhóm 7

Page 9


Học phần: Vật Liệu Học – Đề tài: Ủ Kết Tinh Lại
ba yếu tố sau.
- Mức độ biến dạng. Nói chung kim loại bị biến dạng dẻo càng mạnh, sau khi ủ kết
tinh lại hạt tạo thành càng nhỏ, điều này được giải thích là do xô lệch mạng mạnh tạo

nên nhiều mầm. Chính vì vậy ngoài lý do năng suất ra người ta thường cố gắng biến
dạng với lượng ép lớn để tạo hạt nhỏ khi kết tinh lại. Biến dạng nhỏ với lượng ép 2 8% chỉ tạo ra rất ít vùng xô lệch nên tạo ra ít mầm, hạt tạo thành rất lớn, độ biến dạng
như vậy được gọi là độ biến dạng tới hạn, thường phải tránh. Tuy nhiên trong trường
hợp ngược lại cần hạt to (trong thép kỹ thuật điện) lại phải lợi dụng hiệu ứng này.

Sự biến đổi của tổ chức và cơ tính của kim loại đã qua biến dạng dẻo khi bị nung
nóng.
- Nhiệt độ ủ. Nhiệt độ ủ càng cao tốc độ tạo mầm và phát triển mầm đều tăng nhưng
tốc độ phát triển tăng nhanh hơn nên hạt to lên.
- Thời gian giữ nhiệt. Thời gian giữ nhiệt tại nhiệt độ ủ càng dài càng có điều kiện cho
hạt phát triển nên hạt càng lớn.
Trong thực tế thường biến dạng với lượng ép lớn (≥ 40 - 50%), khi ủ chú ý không tăng
nhiệt độ quá mức quy định và thời gian giữ chỉ khoảng 1h (tối đa không quá 2h) để
tạo ra hạt nhỏ. Tùy thuộc vào kích thước hạt đạt được sau khi kết tinh lại to hay nhỏ
hơn, cơ tính sẽ có biến đổi tương ứng so với trước khi biến dạng. Ủ kết tinh lại là
phương pháp nhiệt luyện tạo hạt nhỏ duy nhất cho các kim loại, hợp kim không có
chuyển biến thù hình

Nhóm 7

Page 10


Học phần: Vật Liệu Học – Đề tài: Ủ Kết Tinh Lại

Bảng màu kim loại khi ở nhiệt độ:

Nhóm 7

Page 11

Học phần: Vật Liệu Học – Đề tài: Ủ Kết Tinh Lại

Thanh thép được bỏ vào lửa để chuẩn bị ử kết tinh lại

Thanh thép đạt được nhiệt độ 600 đến 700 độ C. Thanh thép có
màu nâu sẫm
Nhóm 7

Page 12


Học phần: Vật Liệu Học – Đề tài: Ủ Kết Tinh Lại

Nhóm 7

Page 13


Học phần: Vật Liệu Học – Đề tài: Ủ Kết Tinh Lại
Sau khi đạt đến nhiệt độ 600, 700 độ C thì cho thanh thép nguội
lại cùng lò

Sau 2 giờ ủ cho thanh thép nguội lại cùng lò thì sẽ lấy thanh thép
ra khỏi lò

Nhóm 7

Page 14

Học phần: Vật Liệu Học – Đề tài: Ủ Kết Tinh Lại
Stt
1

Quá trình đo độ cứng trước khi ủ kết tinh lại

độ cứng =46HRB

độ cứng =47HRB

độ cứng =57,5HRB
Độ cứng trung bình của vật = 50,16HRB

Đo độ cứng sau khi ủ kết tinh lại

Nhóm 7

Page 15

Ghi chú

Sai lệch 1HRB


Học phần: Vật Liệu Học – Đề tài: Ủ Kết Tinh Lại

Kết Luận Thí nghiệm
Độ cứng trung bình trước khi ủ kết tinh lại là: 96,67HRB

Độ cứng trung bình sau khi ủ kết tinh lại là: 50,16 HRB
Độ cứng giảm được 46,51 HRB => giảm 48,11%
*** Thí nghiệm thành công
Đạt được mục đích yêu cầu đầu đề tài
Độ cứng giả
+ Tìm đúng loại thép cho thí nghiệm
+ Làm đúng quy trình ủ kết tinh lại

Nhóm 7

Page 16