nghiên cứu xác định độ cứng của thép c45 được tôi cao tần sử dụng phương pháp nhiễu xạ x quang

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ
DƯƠNG MINH HÙNG

NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH ĐỘ CỨNG CỦA THÉP C45
ĐƯỢC TÔI CAO TẦN SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP
NHIỄU XẠ X-QUANG

NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ - 60520103

S K C0 0 4 5 2 3

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 04/2015


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ
DƯƠNG MINH HÙNG

NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH ĐỘ CỨNG CỦA THÉP C45 ĐƯỢC
TÔI CAO TẦN SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP
NHIỄU XẠ X-QUANG

NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ - 60520103

TP. Hồ Chí Minh, tháng 04 năm 2015


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ
DƯƠNG MINH HÙNG

NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH ĐỘ CỨNG CỦA THÉP C45 ĐƯỢC
TÔI CAO TẦN SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP
NHIỄU XẠ X-QUANG

NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ- 60520103
Hướng dẫn khoa học: PGS.TS. LÊ CHÍ CƯƠNG

TP. Hồ Chí Minh, tháng 04 năm 2015


LÝ LỊCH KHOA HỌC
I. LÝ LỊCH SƠ LƢỢC:
Họ & tên: Dương Minh Hùng
Giới tính: Nam
Ngày, tháng, năm sinh: 18 - 06 - 1985
Nơi sinh: Trà Vinh
Quê quán: Ấp 10 – Long Hữu - Duyên Hải - TràVinh.
Dân tộc: Kinh
Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc: Trường Đại học Trà Vinh – 126, Quốc
lộ 53, K4, P5, Tp.Trà Vinh, Tỉnh Trà Vinh

Điện thoại: 0985.95.91.90
E-mail:
II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO:
Đại học:
Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian đào tạo từ 2003 đến 2008.
Nơi học (trường, thành phố): Trường Đại Học Cần Thơ.
Ngành học: Cơ khí.
III. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT
NGHIỆP ĐẠI HỌC:
Thời gian
2010 đến nay.

Nơi công tác
Trường Đại học Trà Vinh

i

Công việc đảm nhiệm
Giáo viên.


LỜI CAM ĐOAN
 Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi.
 Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai
công bố trong bất kỳ công trình nào khác
Tp. Hồ Chí Minh, ngày….. tháng 4 năm 2015
(Ký tên và ghi rõ họ tên)

Dƣơng Minh Hùng

ii


LỜI CẢM ƠN
Trong thời gian học tập và nghiên cứu trong chương trình đào tạo sau đại học
của trường Đại học sư phạm kỹ thuật TP.HCM, em đã tiếp thu và đúc kết được
nhiều kiến thức bổ ích cho chuyên môn của mình. Với đề tài nghiên cứu dưới hình
thức luận văn thạc sỹ, em đã vận dụng những kiến thức đã được học của mình để
giải quyết một vấn đề thực tế. Đề tài của em là nghiên cứu và giải quyết vấn đề mới
trong lĩnh vực đo độ cứng và kiểm tra không phá hủy, nghiên cứu lý thuyết và làm
thực nghiệm, vì lần đầu tiên tiếp xúc nên em gặp rất nhiều khó khăn.
Với sự hướng dẫn tận tình của thầy hướng dẫn PGS.TS. Lê Chí Cương cùng
với sự hỗ trợ của gia đình, bạn bè, trung tâm Hạt Nhân TP.HCM. Cho đến thời điểm
này luận văn của em cũng đạt được những kết quả như mong muốn.
Đến đây, cho phép em gửi lời cảm ơn chân thành đến:
-

Ban Giám Hiệu trường Đại học sư phạm kỹ thuật TP.HCM.

-

Thầy PGS.TS. Lê Chí Cương – Khoa Cơ Khí Chế tạo Máy - trường Đại
học sư phạm kỹ thuật TP.HCM.

-

Quý thầy cô trong khoa Cơ Khí Chế Tạo Máy - Trường Đại học sư
phạm kỹ thuật TP.HCM.

-

Trung tâm Hạt Nhân TP. HCM

-

Gia đình, bạn bè và đồng nghiệp.

Một lần nữa, em xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ, sự hỗ trợ động viên quý
báu của tất cả mọi người. Xin trân trọng cảm ơn
Tp. Hồ Chí Minh, tháng 4 năm 2015
Học viên thực hiện luận văn

Dƣơng Minh Hùng

iii


TÓM TẮT
Độ cứng là một chỉ tiêu cơ tính quan trọng của vật liệu cơ khí và thường
được xác định bằng các phương pháp phá hủy truyền thống
(Rockwell,Vickers, Brinell).
Với nhược điểm trên,trong bài viết này tác giả đã nghiên cứu một phương
pháp mới có thể kiểm tra độ cứng của vật liệu mà không làm phá hủy bề mặt
bằng việc sử dụng máy đo nhiễu xạ X quang. Bài báo này nghiên cứu độ
cứng của thép C45 được tôi cao tần với thời gian tôi của các mẫu thử khác
nhau (10 giây, 15 giây, 20 giây, 25 giây, 30 giây, 40 giây và 50 giây). Sau đó
các mẫu thử được kiểm tra bằng phương pháp nhiễu xạ x-quang (thể hiện
qua bề rộng trung bình của đường nhiễu xạ).
Kết quả thực nghiệm cho thấy rằng độ cứng của các mẫu thử (HRC) tăng dần
thì bề rộng trung bình (B) cũng tăng dần và mối quan hệ của chúng được thể

hiện qua công thức:
.
Từ khóa: Vật liệu, Nhiễu xạ X quang, Độ cứng, Thép C45, Bề rộng trung
bình.

ABSTRACT
The hardness is a significant issue of mechanical and determined by
conventional destructive methods (Rockwell,Vickers, Brinell).
With this disadvantage, this paper the authors have studied a new
nondestructive testing the surface by the use of X-ray diffraction
measurements. This paper studies the hardness of steel C45 with time of high
frequency of different samples (10 seconds, 15 seconds, 20 seconds, 25
seconds, 30 seconds, 40 seconds and 50 seconds). Then the sample was

iv


checked by x-ray diffraction (shown by the Full Width at Half Maximum of
the diffraction lines).
The experimental results show that the hardness of the samples (HRC)
increases, the Full Width at Half Maximum of the diffraction lines (B) also
increases and their relationship are shown in equation:

Keywords: Material, X-ray diffraction, Hardness, steel C45, Full Width at Half
Maximum.

v


MỤC LỤC

Trang tựa

TRANG

Quyết định giao đề tài
Lý lịch khoa học

i

Lời cam đoan

ii

Lời cảm ơn

iii

Tóm tắt

iv

Mục lục

vi

Danh sách các ký hiệu

ix

Danh sách các hình

xii

Danh sách các bảng

xv

Chƣơng 1. TỔNG QUAN

1

1.1 Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu, các kết quả nghiên cứu

1

trong và ngoài nước đã công bố
1.1.1 Tầm quan trọng của công nghệ nhiệt luyện

1

1.1.2 Các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nước

2

1.2 Mục đích của đề tài

10

1.3. Nhiệm vụ của đề tài và giới hạn đề tài

10

1.3.1 Nhiệm vụ

10

1.3.2 Giới hạn đề tài

10

1.4. Phương pháp nghiên cứu

10

Chƣơng 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT

11

2.1 Các phương pháp đo độ cứng hiện nay

11

2.1.1 Độ cứng Brinell

11

2.1.2.Độ cứng Vickers

14

2.1.3 Độ cứng Rockwell

16

2.2. Lý thuyết về nhiễu xạ tia X

18

vi


2.2.1. Định luật Bragg và điều kiện nhiễu xạ

18

2.2.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến cường độ nhiễu xạ LPA (Lorenz, hệ

19

số phân cực, hàm hấp thu)
2.2.3. Sự mở rộng đường nhiễu xạ

23

2.3 Lý thuyết nhiệt luyện về tôi cao tần

33

2.3.1 Tôi cao tần (tôi cảm ứng điện từ)

33

2.3.2 Những đặc điểm chủ yếu của austenit tạo thành khi nung nóng

35

bằng dòng điện tần số cao
2.3.3 Chọn chế độ tôi tần số

35

Chƣơng 3. TRÌNH TỰ THÍ NGHIỆM

37

3.1. Mẫu thực nghiệm

37

3. 1.1. Kích thước của mẫu

37

3.1.2. Vật liệu

37

3.1.3. Mạng tinh thể

37

3.1.4 Nhiệt luyện mẫu đo

38

3.1.5. Số mẫu chế tạo

38

3.2. Làm sạch bề mặt

38

Chƣơng 4. PHƢƠNG PHÁP ĐO, SỐ LIỆU ĐO VÀ XỬ LÝ SỐ
LIỆU THỰC NGHIỆM
4.1. Phương pháp đo và số liệu đo

39
39

4.1.1. Đo mẫu bằng phương pháp nhiễu xạ tia X

39

4.1.2. Đo độ cứng mẫu bằng phương pháp đo Rockwell (HRC)

41

4.2. Xử lý số liệu thí nghiệm

43

4.2.1. Ứng dụng phần mềm Origin Pro 8.0 vào xử lý số liệu

43

4.2.2. Xử lý số liệu

44

Chƣơng 5. KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM
5.1. Biểu đồ mối quan hệ giữa đo độ cứng bằng phương pháp Rocwell

53
53

và thời gian tôi cao tần
5.2 Biểu đồ mối quan hệ giữa Bề rộng trung bình B và thời gian tôi

vii

54


cao tần
5.3. Mối quan hệ giữa độ cứng Rockwell và bề rộng trung bình B

55

5.4 So sánh độ cứng thực nghiệm và nội suy

58

Chƣơng 6. KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ

60

6.1 Kết luận

60

6.2 Kiến nghị

60

TÀI LIỆU THAM KHẢO

61

Phụ lục 1

63

Phụ lục 2

64

Phụ lục 3

65

Phụ lục 4

66

Phụ lục 5

67

Phụ lục 6

68

Phụ lục 7

69

Phụ lục 8

70

Phụ lục 9

71

Phụ lục 10

73

Phụ lục 11

75

Phụ lục 12

77

Phụ lục 13

79

Phụ lục 14

81

Phụ lục 15

83

Phụ lục 16

85

Phụ lục 17

87

viii

DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT
P: là lực tác dụng
F: Diện tích vết lõm
D: Đường kính bi thép
d: Đường kính vết lõm
P0: tải trọng sơ bộ
HB: độ cứng Brinell
HV: độ cứng Vickers
HRA: độ cứng Rocwell thang A
HRB: độ cứng Rocwell thang
HRC: độ cứng Rocwell thang
 : bước sóng
SWL : giới hạn bước sóng ngắn
2 : góc nhiễu xạ
d : khoảng cách giữa các mặt ph ng phân tử (hkl )
n : bậc bức xạ
(P) : mặt ph ng chứa ống phát và ống thu tia X ( mặt ph ng nghiêng )
(Q) : mặt ph ng vuông góc với trục hình trụ chứa hướng đo ứng suất
Ψ : góc tạo bởi phương pháp tuyến của mẫu đo với phương pháp tuyến của họ mặt
ph ng nguyên tử nhiễu xạ
Ψo : góc tạo bởi phương pháp tuyến của mẫu đo và tia tới X
 : là góc phân giác của tia tới và tia nhiễu xạ X
o : là góc tạo bởi phương pháp tuyến của họ mặt ph ng nhiễu xạ và tia tới X

 : góc tạo bởi tia tới X và phương ngang
 : góc tạo bởi tia nhiễu xạ và phương ngang
 : góc tạo bởi phương pháp tuyến của mẫu đo với mặt ph ng nghiêng
 : góc tạo bởi trục đứng mẫu đo hình trụ với ( P )
a : hệ số tính chất của vật liệu ( phụ thuộc loại vật liệu )

ix


b : thể tích phần năng lượng tia tới trên một đơn vị thể tích ( phụ thuộc vào đặc tính
của tia X như Cr-K, Cr-K, Cu-K, Co-K . . .)

 : hằng số hấp thụ ( phụ thuộc vào đặc tính của tia X và loại vật liệu mẫu đo)
AB : chiều dài tia tới th m thấu đến phân tố bị nhiễu xạ
BC : chiều dài nhiễu xạ từ phân tố bị nhiễu xạ đến ra ngoài mẫu đo
R : bán kính của mẫu đo hình trụ
r : bán kính tại phân tố bị nhiễu xạ
dr : chiều dày phân tố bị nhiễu xạ

 : góc giới hạn vùng nhiễu xạ
d : bề rộng phân tố bị nhiễu xạ
L : chiều dài phân tố bị nhiễu xạ
Lc : chiều dài th m thấu của tia tới và nhiễu xạ đi ra ngoài mẫu đo.
dV = Ldrd : thể tích phân tố bị nhiễu xạ
B: bề rộng trung bình đường nhiễu xạ.
BI: bề rộng tích phân của hàm Gaussian.
w: là sai lệch chu n, đặc trưng cho độ mở rộng của đường nhiễu xạ
xc: giá trị trung bình của hàm Gaussian.
Ix: mật độ dòng điện ở cách bề mặt một khoảng là x.
Im: mật độ dòng điện ở bề mặt.
e: cơ số logarit tự nhiên.
δ: khoảng cách từ bề mặt vào đến chỗ có mật độ dòng điện giảm đi e lần so với Im
ρ - Điện trở suất của kim loại nung.
µ- Độ từ th m của kim loại nung.
f- Tần số của dòng điện.
ρ0 : là điện trở suất ở nhiệt độ t0

x


α: hệ số thay đổi điện trở suất suất theo nhiệt độ
N: Số thí nghiệm cần làm.
k: Tổng các yếu tố xét được kiểm soát trong thí nghiệm.
n0: Thí nghiệm cần thực hiện thêm.

xi


DANH SÁCH CÁC HÌNH
HÌNH

TRANG

Hình 1.1:

Đường nhiễu xạ cho mẫu chu n sau khi hiệu chỉnh LP.

3

Hình 1.2:

Phương pháp hiệu chỉnh góc ψ

4

Hình 1.3:

Phương pháp hiệu chỉnh góc η

4

Hình 1.4:

Đường biểu diễn độ cứng Vickers trên mặt cắt của thép C45

5

Hình 1.5:

Đường biểu diễn nhiệt độ - thời gian với điều kiện tôi cảm ứng

6

khác nhau
Hình 1.6:

Mối quan hệ độ từ th m của điện từ trường và nhiệt độ

7

Hình 1.7:

So sánh sự giảm phân phối ứng suất mô phỏng, là kết quả của

9

các phương pháp khử lớp khác nhau trong một tấm phằng
Hình 2.1:

Máy kiểm tra độ cứng Brinel

11

Hình 2.2:

Kích thước bi tròn làm mũi thử Brinel

11

Hình 2.3:

Đo hình dạng, kích thước vết lõm

12

Hình 2.4:

Đo độ cứng bằng phương pháp thủ công

13

Hình 2.5:

Biểu đồ lõm

13

Hình 2.6:

Biểu đồ xác định độ cứng theo chiều sâu vết lõm

14

Hình 2.7:

Máy kiểm tra độ cứng Vickers

14

Hình 2.8:

Hình dạng vết lõm

15

Hình 2.9:

Kích thước vết lõm và giá trị độ cứng

15

Hình 2.10:

Góc độ không gian của mũi thử

16

Hình 2.11:

Độ cứng Vickers của một số vật liệu

16

Hình 2.12:

Thiết bị đo độ cứng Rockwell

17

Hình 2.13:

Kích thước vết lỏm đo độ cứng Rockwell

17

Hình 2.14:

Định luật Bragg

18

Hình 2.15:

Mối quan hệ giữa góc 2theta và đỉnh nhiễu xạ

20

Hình 2.16:

Nhiễu xạ trên một phân tử

20

Hình 2.17:

Hệ số Lorent

22

Hình 2.18:

Sự phát tán từ một electron đến điểm M

23

xii


Hình 2.19:

Đường nhiễu xạ của vật liệu Al 2024-T3

24

Hình 2.20:

Hiệu chỉnh đường phông của đường nhiễu xạ

24

Hình 2.21:

Ảnh hưởng của kích thước tinh thể đến nhiễu xạ

28

Hình 2.22:

Đường nhiễu xạ chung và các đường nhiễu xạ thành phần

29

Hình 2.23:

Độ rộng scherrer đường nhiễu xạ

30

Hình 2.24:

Độ rộng Laue đường nhiễu xạ

30

Hình 2.25:

Đường nhiễu xạ X quang được nội suy bằng đường cong

32

Gauss
Hình 2.26

Tôi cao tần(tôi cảm ứng điện từ)

33

Hình 3.1:

Kích thước mẫu thử

37

Hình 3.2:

Kiểu mạng tinh thể thép C45

37

Hình 4.1:

Phương pháp đo kiểu  cố định 

39

Hình 4.2:

Mặt nhiễu xạ của thép C45

41

Hình 4.3:

Phương pháp đo

42

Hình 4.4:

Máy đo độ cứng Rockwell model HRC-150

42

Hình 4.5:

Biểu tượng của phần mềm Origin pro 8.0

43

Hình 4.6:

Hàm nội suy Gauss Amp

44

Hình 4.7:

Đường nhiễu xạ mẫu không nhiệt luyện

45

Hình 4.8:

Đường nhiễu xạ mẫu tôi cao tần với t = 10 giây

46

Hình 4.9:

Đường nhiễu xạ mẫu tôi cao tần với t = 15 giây

47

Hình 4.10:

Đường nhiễu xạ mẫu tôi cao tần với t = 20 giây

48

Hình 4.11:

Đường nhiễu xạ mẫu tôi cao tần với t = 25 giây

49

Hình 4.12:

Đường nhiễu xạ mẫu tôi cao tần với t = 30 giây

50

Hình 4.13:

Đường nhiễu xạ mẫu tôi cao tần với t = 40 giây

51

Hình 4.14:

Đường nhiễu xạ mẫu tôi cao tần với t = 50 giây

52

Hình 5.1:

Mối quan hệ độ cứng (HRC) và thời gian tôi cao tần

53

Hình 5.2:

Mối quan hệ giữa bề rộng trung bình B và thời gian tôi cao tần

54

Hình 5.3:

Đồ thị mối quan hệ giữa độ cứng Rockwell và Bề rộng trung

56

xiii


bình B theo dạng đường th ng
Hình 5.4:

Đồ thị mối quan hệ giữa độ cứng Rockwell và Bề rộng trung

57

bình B theo dạng đường cong
Hình 5.5

So sánh phép nội suy

58

Hình 5.6

So sánh độ cứng nội suy và thực nghiệm

59

xiv

DANH SÁCH CÁC BẢNG
BẢNG

TRANG

Bảng 1.1:

Mẫu thử và điều kiện xử lý nhiệt.

6

Bảng 1.2:

Đặc tính của thép C45 tại nhiệt độ phòng.

8

Bảng 2.1:

Hằng số hấp thu  phụ thuộc vào kim loại.

22

Bảng 2.2:

Dạng tổng bình phương của một số chỉ số Miller cho hệ mạng lập

26

phương
Bảng 3.1:

Thành phần hóa học thép C45

37

Bảng 4.1:

Khoảng cách nguyên tử của một số vật liệu và kiểu mạng

40

Bảng 4.2:

Các loại ống phong tia X và đặc tính

40

Bảng 4.3:

Điều kiện thí nghiệm bằng nhiễu xạ X quang

41

Bảng 4.4:

Giới hạn đo của các thang Rockwell

42

Bảng 4.5 :

Số liệu các mẫu đo độ cứng bằng Rockwell

43

Bảng 4.6:

Giá trị tham số của hàm nội suy mẫu không nhiệt luyện

45

Bảng 4.7:

Giá trị tham số của hàm nội suy mẫu tôi cao tần với t = 10 giây

46

Bảng 4.8:

Giá trị tham số của hàm nội suy mẫu tôi cao tần với t = 15 giây

47

Bảng 4.9:

Giá trị tham số của hàm nội suy mẫu tôi cao tần với t = 20 giây

48

Bảng 4.10:

Giá trị tham số của hàm nội suy mẫu tôi cao tần với t = 25 giây

49

Bảng 4.11:

Giá trị tham số của hàm nội suy mẫu tôi cao tần với t = 30 giây

50

Bảng 4.12:

Giá trị tham số của hàm nội suy mẫu tôi cao tần với t = 40 giây

51

Bảng 4.13:

Giá trị tham số của hàm nội suy mẫu tôi cao tần với t = 50 giây

52

Bảng 5.1:

Số liệu đo độ cứng Rockwell của các mẫu đo

53

Bảng 5.2:

Số liệu đo bề rộng trung bình B của nhiễu xạ các mẫu đo

54

Bảng 5.3:

Số liệu đo độ cứng Rockwell và bề rộng trung bình B các mẫu

55

thực nghiệm
Bảng 5.4

So sánh độ cứng nội suy và thực nghiệm

xv

59


Chƣơng 1

TỔNG QUAN
1.1 Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu, các kết quả nghiên cứu trong và
ngoài nƣớc đã công bố.
1.1.1 Tầm quan trọng của công nghệ nhiệt luyện
Có nhiều phương pháp nhiệt luyện chi tiết như: tôi cao tần (tôi cảm ứng), sử

dụng khí gas, tấm muối, tia hồng ngoại, điện v.v.. Mỗi phương pháp có một thuận
lợi riêng. Nhưng không có phương pháp nào là tốt nhất cho mọi trường hợp của
việc gia nhiệt và xử lý nhiệt của kim loại.
Hệ thống thiết bị tôi cao tần thường có thời gian bắt đầu và kết thúc tương đối
nhỏ và chi phí vận hành tương đối thấp. Những yếu tố quan trọng của thiết bị tôi
cao tần là đảm bảo chất lượng, tự động, độ tin cậy cao và bảo trì hệ thống dễ dàng
[4].
Tôi cao tần là sự liên kết phức tạp của điện từ trường, truyền nhiệt, nhiệt luyện
liên quan đến nhiều yếu tố. Thành phần chính của hệ thống tôi cao tần là lõi, nguồn
cung cấp, hệ thống nâng, hệ thống làm nguội và phôi. Lõi của hệ thống tôi cao tần
được thiết kế đặc biệt cho các loại hình dáng và kích cỡ khác nhau.
Độ cứng là một thuộc tính cơ bản của vật liệu, thuật ngữ độ cứng phản ánh
tính chịu uốn, độ bền, mài mòn, trầy xước của vật liệu. Cùng với sự phát triển của
khoa học vật liệu đã có rất nhiều phương pháp đo độ cứng ra đời. Một số phương
pháp đo độ cứng thường được biết đến, đặc biệt ứng dụng cho lĩnh vực vật liệu kim
loại
Độ cứng là khả năng chống lại biến dạng dẻo cục bộ và có liên quan chặt chẽ
đến độ bền kéo. Độ cứng được xác định bằng cách đo mức độ chống lại lực ấn của
mũi đâm có dạng chuẩn lên bề mặt vật liệu. Vật liệu mũi đâm có thể là thép đã nhiệt

1


luyện hoặc kim cương, có thể có hình cầu hoặc hình tháp. Độ cứng được xác định
theo kích thước của vết lõm mũi đâm để lại trên bề mặt vật kiểm. Đó cũng là mức
chống lại lực ấn của mũi đâm có dạng chuẩn lên bề mặt vật liệu.
Phương pháp nhiễu xạ tia X được sử dụng để xác định ứng suất dư, tính ứng
suất mỏi, xác định pha tinh thể... mà không phá hủy chi tiết mẫu. Nhiều nghiên cứu
trước đây cho thấy, bất cứ sự thay đổi nào trong cấu trúc của vật liệu tinh thể (như
biến dạng dẻo, xử lý nhiệt, quá trình hợp kim hóa,…) đều ảnh hưởng đến các đặc

trưng của đường nhiễu xạ X quang, bao gồm ba thông số quan trọng là vị trí đỉnh
nhiễu xạ, hình dạng và độ lớn của đường nhiễu xa

1.1.2 Các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nƣớc
1.1.2.1 Trong nƣớc
- Ths.Lê Hoàng Anh ” Phân tích các yếu tố Ảnh hưởng đến độ rộng đường
nhiễu xạ tia X – quang”, Thực hiện năm 2008 tại đại học SPKT TP HCM.[9]
Dựa trên cơ sở lý thuyết vật lý tia X, lý thuyết phân tích cấu trúc tia X, lý
thuyết phân tích đường nhiễu xạ (LPA), đặc biệt là phương pháp phân tích Fourier
đường nhiễu xạ, lý thuyết về lệch mạng kết hợp với xử lý, phân tích, lập trình tính
toán và vẽ đồ thị các dữ liệu nhiễu xạ bằng ngôn ngữ Matlab.
Nghiên cứu tổng hợp mô hình tính toán cho việc tách đường nhiễu xạ vật lý
f(x) từ đường hiễu xạ đo được (mẫu nghiên cứu) h(x) và đường nhiễu xạ chuẩn
(mẫu chuẩn) g(x) dựa trên phương pháp phân tích điều hòa của Stokes.
Áp dụng tính toán biến dạng tế vi, kích thước hat của vật liệu tinh thể nano đã
và đang được nghiên cứu và ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như luyện kim, gốm,
thủy tinh, xúc tác, vật liệu phát quang, xử lí chất thải ô nhiễm môi trường,… là
CeO2.

2


Hình 1.1: Đường nhiễu xạ cho mẫu chuẩn sau khi hiệu chỉnh LP.
- Ths. Dương Công Cường, Nghiên cứu và xác định độ cứng của thép cacbon
nhiệt luyện bằng phương pháp nhiễu xạ tia X, thực hiện năm 2013 tại đại học SPKT
Tp.HCM.[10]
Độ cứng là một chỉ tiêu cơ tính quan trọng của vật liệu cơ khí, và thường được
xác định bằng các phương pháp phá hủy truyền thống dùng mũi đâm. Bài báo này
nghiên cứu mối liên hệ giữa độ cứng của thép C50 tôi-ram ở nhiều nhiệt độ và bề
rộng của đường nhiễu xạ, thể hiện thông qua độ rộng của đường cong Gauss. Kết

quả cho thấy một mối liên hệ tuyến giữa bề rộng trung bình của đường nhiễu xạ, từ
đó mở ra khả năng xác định độ cứng của vật liệu tinh thể bằng phương pháp nhiễu
xạ X quang.
1.1.2.2 Ngoài nƣớc
- PGS. TS. Lê Chí Cương ”Absorption factor and influence of lpa factor on
stress and diffraction line width in x-ray stress measurement with and without
restricsion of x-ray diffractin area”.[12]
Trong phương pháp đo ứng suất bằng tia X, đường nhiễu xạ phải được hiệu
chỉnh bằng hệ số LPA (Lorentz – polarization and absorption) để xác định giá trị
ứng suất. Hệ số hấp thu cho phương pháp điều chỉnh góc ψ và góc ψ0 sử dụng cho
độ nghiêng tiêu chuẩn, và phương pháp điều chỉnh η and η0 sử dụng phương pháp
ngoài độ nghiêng tiêu chuẩn. Thông thường phương pháp đo ứng suất bằng nhiễu
xạ tia X, thì vùng nhiễu xạ tia X trên bề mặt mẫu thử thì gia tăng với việc tăng góc
ψ. Sử dụng mẫu thép được tôi và ram sẽ có bề rộng đường nhiễu xạ khác nhau, ảnh

3


hưởng của hệ số LPA đối với giá trị ứng suất đã được khảo sát. Hệ số LPA có ảnh
hưởng lớn đối với giá trị ứng suất là đường nhiễu xạ được mở rộng. Trong phương
pháp điều chỉnh ngoài độ nghiêng tiêu chuẩn thì hệ số LPA có ảnh hưởng ít đối với
giá trị của ứng suất và điều đó được bỏ qua. Công thức để tính sai số chuẩn giữa
những ứng suất khác nhau với ngoài việc hiệu chỉnh hệ số LPA đã được thiết lập.

Hình 1.2: Phương pháp hiệu chỉnh góc ψ [12]

Hình 1.3: Phương pháp hiệu chỉnh góc η [12]

4

- I. Magnabosco *,P. Ferro,A. Tiziani,F. Bonollo, Induction heat treatment of
a ISO C45 steel bar: Experimental and numerical analysis, Elsevier B.V,2005[13]
Nghiên cứu thực nghiệm và phân tích số của xử lý nhiệt cảm ứng áp dụng
cho thép ISO C45 đã được thực hiện với hai mẫu bình thường và nhiệt luyện. Các
thông số của quá trình được thực hiện trong một mã số (Sysweld 2000) Với mục
đích dự đoán lịch sử nhiệt và luyện kim của vật liệu. Mục đích của việc này là tạo ra
một mô hình nhiệt luyện của xử lý nhiệt cảm ứng xác nhận bởi kết quả thực
nghiệm. Kết quả thực nghiệm (vi cấu trúc và vi độ cứng cấu hình) được so sánh với
các giá trị của phương pháp số.

Hình 1.4: Đường biểu diễn độ cứng Vickers trên mặt cắt của thép C45 [13]
- Daisuke Suzuki, Koji Yatsushiro, Seiji Shimizu, Yoshio Sugita,Motoki
Saito, Katsuhiko Kubota, Development of induction surface hardening process for
small diameter carbon stell, JCPDS-International Centre for Diffraction Data 2009
ISSN 1097-0002, p 569-576.[14]
Trong trường hợp tôi cảm ứng, máy phát có tần số cao làm cho một lớp cứng
mỏng ở khu vực khảo sát. Ngoài ra, độ cứng cho mẫu có đường kính nhỏ hơn được
thử nghiệm. Trong nghiên cứu này, quá trình làm cứng các bề mặt bằng tôi cảm ứng
bởi các máy phát tần số cao (2MHz), kết quả mang lại cho điều kiện xử lý nhiệt rất
tốt, chiều sâu độ cứng (chiều sâu lớp thấm) của mẫu thử là 0,4mm và độ cứng
khoảng 600HV. Hơn nữa, kết quả tốt nhất trong mẫu thử có đường kính 3mm thì
chiều sâu lớp thấm khoảng 0,09mm và độ cứng khoảng 600HV.

5


Bảng 1.1: mẫu thử và điều kiện xử lý nhiệt [14]

- A. Zabett, S.H. Mohamadi Azghandi, Simulation of induction tempering

process of carbon steel using finite element method, Materials and Design 36 (2012)
415–420. [15]

Hình 1.5: Đường biểu diễn nhiệt độ - thời gian với điều kiện tôi cảm ứng khác nhau[15]

- T. Zedler, A. Nikanorov, B. Nacke, Investigation of relative magnetic
permeability as input data for numerical simulation of induction surface hardening,
International Scientific ColloquiumModelling for Electromagnetic Processing
Hannover, October 27-29, 2008, p. 119-126.[16]
Một mô hình số đã được phát triển để mô phỏng một quá trình tôi cảm ứng
để giải quyết vấn đề về điện từ trường. Sự phân bố nhiệt độ bên trong hợp kim của
thép đã được tính toán và độ cứng cuối cùng đã được dự đoán sử dụng mối quan hệ

6


theo Jaffe và Gordon. Các thí nghiệm được thực hiện với thiết lập quá trình tôi cảm
ứng khác nhau ở một số điều kiện trong công nghiệp.
Độ từ thẩm tương đối của thép không chỉ phụ thuộc vào các thông số như
cường độ từ trường và nhiệt độ quá trình, mà còn về thành phần hóa học thực tế của
thép. Thông tin trong sách tham khảo hiện nay là giới hạn dữ liệu về thép carbon ví
dụ C45 ..Những đặc tính này có thể khác nhau đáng kể từ các thuộc tính của thép
thực sự được sử dụng và do đó có thể không luôn luôn được khuyến khích để thực
hiện một mô hình số.Một phương pháp xác định độ từ thẩm tương đối đã được phát
triển và áp dụng để tăng độ chính xác và độ tin cậy của dữ liệu vật liệu. Cùng một
lúc, vì một số tính năng đặc biệt của nhiệt cảm ứng cho cứng bề mặt, phân tích độ
nhạy đã được thực hiện để đánh giá chính xác cần thiết trong việc xác định các đặc
tính để thực hiện mô hình số.

Hình 1.6: Mối quan hệ độ từ thẩm của điện từ trường và nhiệt độ[16]

- K. Rajanna, B. H. Kolsters and B. Pathiraj, Fatigue Fracture surface analysis in
C45 steel specimens using X-ray fractography,Engineering Frocrure MechanicsVol.
39, No. I, pp. 147-157, 1991.[17]
Nhiễu xạ X-quang là một kỹ thuật hữu ích để phân tích các cơ chế hoạt động
về mỏi trong cơ khí và liên quan đến việc kiểm tra bề mặt mỏi. Trong việc khảo sát
hiện nay, kỹ thuật này đã được sử dụng để nghiên cứu độ bền mỏi của thép cacbon
trung bình C45 trong điều kiện xử lý nhiệt khác nhau. Những hướng quan sát khác

7