Báo cáo thí nghiệm vật liệu học và xử lý bài 2 bài 3

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

KHOA CƠ KHÍ
BỘ MÔN THIẾT BỊ & CNVL CƠ KHÍ

BÀI BÁO CÁO
XEM CẤU TRÚC TẾ VI

SVTH

:

MSSV

:

GV LÝ THUYẾT

: Nguyễn Hải Đăng

NHÓM HỌC LÝ THUYẾT

: L03 - A

NGÀY THỰC HÀNH

: Chiều thứ 5, 11/4/2019

NHÓM THỰC HÀNH

: L07 - Nhóm 2

TP. HCM, THÁNG 04 NĂM 2019


BÁO CÁO THÍ NGHIỆM VẬT LIỆU HỌC VÀ XỬ LÝ

BÀI 2. XEM CẤU TRÚC TẾ VI

-

1. MỤC TIÊU THÍ NGHIỆM
Biết được hình dạng, phân bố, tỉ lệ các pha.
Quan sát được cấu trúc tê vi của kim loại
Biết được các bước thực hiện để xem được tổ chức kim loại
Làm quen với những vật liệu và thiết bị cần thiết cho công việc làm mẫu.
2. TÓM TẮT LÝ THUYẾT

Để nghiên cứu tổ chức tế vi của kim loại, người ta dùng một thiết bị quang học
đặc biệt gọi là kính hiển vi kim tương. Phương pháp dùng kính hiển vi kim tương để
đánh giá, phân tích tổ chức tế vi gọi là phương pháp phân tích kim tương.
Kính hiển vi kim tương có độ phóng đại từ 80 đến 2000 lần. Muốn quan sát với
độ phóng đại cao hơn, ta phải dùng kính hiển vi điện tử.
Nhờ kính hiển vi, ta có thể quan sát được tổ chức của các pha, sự phân bố, hình
dáng và kích thước của chúng. Với gang, ta dễ dàng xác định hình dáng, kích thước
của graphit. Ngoài ra, ta còn có thể thấy được các khuyết tật của vật liệu như: nứt tế
vi, rỗ và các tạp chất.
Trình tự chế tạo mẫu như sau:
+ Chọn mẫu và cắt: 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.
Mẫu nên ủ để có thể thể hiện các pha tốt hơn. Mẫu có dạng hình trụ với kích

thước Ф 10 ÷ 15mm, chiều cao h= 15 ÷20mm, hoặc hình hộp có kích thước 10 x 10
x 10mm và 15 x 15 x 15mm.
+ Mài mẫu: Mẫu sau khi cắt được mài thô 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.
+ Đánh bóng: Để đánh bóng mẫu, người ta tiến hành trên máy đánh bóng. Cũng
tương tự như ở máy mài thô, 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.
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. Nếu thấy trên kính hiển
vi vẫn còn nhiều vết xước thì nên đánh bóng lại.
Đánh bóng bằng dung dịch: Nguyên tắc của đánh bóng điện phân là dùng phương
pháp hòa tan anod trong dung dịch điện phân dưới tác dụng của dòng điện một
SV:

2


BÁO CÁO THÍ NGHIỆM VẬT LIỆU HỌC VÀ XỬ LÝ

chiều. Tùy theo chế độ điện, mà ta có thể đánh bóng và tẩm thực mẫu ngay trên
máy. Đánh bóng điện phân có ưu điểm là rất bóng và không tạo ra lớp biến dạng
trên bề mặt mẫu, thời gian tương đối nhanh.
+ 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…
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 các pha và tổ chức. Do đó, có thể nhận biết được hình dáng, kích
thước và sự phân bố của các pha.
3. NỘI DUNG THÍ NGHIỆM (Trình bày quá trình làm – Không quá 2 trang)
- Giảng viên thu báo cáo bài thí nghiệm 1, kiểm tra và nhận xét bài thí nghiệm 1
cho từng sinh viên
- Giảng viên điểm danh và đặt câu hỏi xem sinh viên có đọc trước bài không,
sau đó giảng viên hướng dẫn lý thuyết và hướng dẫn các bước thực hành
- Mỗi cá nhân được phát 1 mẫu hình trụ, 4 tờ giấy nhám với các số là 320, 600,
800 1000. Và bắt đầu mài với từng giấy nhám theo thứ tự với lực tăng dần.
+ Giấy nhám 320 với thời gian mài 4’
+ Giấy nhám 600 với thời gian mài 8’
+ Giấy nhám 800 với thời gian mài 12’
+ Giấy nhám 1000 với thời gian mài 12’
Mài theo 1 phương
+ Đặt mẫu vuông góc với giấy nhảm
+ Chỉ mài theo 1 chiều tới
+ Chiều về thì kéo nhẹ hoặc nâng vật
Sau khi mài với giấy nhám 1000. Ta mang mẫu mài tinh với giấy nhám 1200 bằng
máy thay cho đánh bóng. ( Mài 3 lần mỗi lần 5s).
-

-

SV:

Sau khi mài tinh lau khô mẫu bằng bông gòn và nhờ giảng viên chụp ảnh thứ
nhất.
Tiếp theo tẩm thực mẫu bằng cách dùng kẹp để kẹp bông gòn trong dd HNO3
4% bôi đều lên bề mặt được mài của mẫu 10s. Tẩm thực xong, dùng bông gòn

rửa sạch bề mặt ở vòi nước chảy, sau đó rửa lại bằng cồn và sấy khô.
Sau cùng nhờ giảng viên chụp ảnh thứ hai.

3


BÁO CÁO THÍ NGHIỆM VẬT LIỆU HỌC VÀ XỬ LÝ

4. HÌNH ẢNH TRƯỚC VÀ SAU TẨM THỰC
Ảnh trước tẩm thực:

SV:

4


BÁO CÁO THÍ NGHIỆM VẬT LIỆU HỌC VÀ XỬ LÝ

Ảnh sau tẩm thực:

5. NHẬN XÉT – RÚT RA KẾT LUẬN
- Ảnh thứ nhất, ta thấy sau khi mài mặt dù bề mặt có sáng hơn nhưng vẫn còn
các vết xước nhỏ,các vết xước nhỏ đa phần song song với nhau. Nguyên nhân
do sử dùng bài tinh thay cho đánh bóng, khi mài không cho mẫu hướng theo 1
phương nên có 1 vài vết xước không song song nhau
- Ảnh thứ 2, là giúp ta thấy được các pha như peclit (màu đen) và ferric (màu
trắng), có dạng hạt. Dựa vào hình vẽ thì tỉ lệ peclit chiếm khoảng 0,6 hình ảnh,
phân bố thì đang xen nhau.

SV:

5


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
TÔI VÀ RAM THÉP

SVTH
MSSV
GV LÝ THUYẾT

: Nguyễn Hải Đăng

NHÓM HỌC LÝ THUYẾT

: L03 – A

NGÀY THỰC HÀNH

: chiều thứ 5, 18/4/2019

NHÓM THỰC HÀNH

: L07 - Nhóm 2

TP. HCM, THÁNG 04 NĂM 2019

SV:

6


BÁO CÁO THÍ NGHIỆM VẬT LIỆU HỌC VÀ XỬ LÝ

BÀI 3. TÔI VÀ RAM THÉP
6.
7.
-

MỤC TIÊU THÍ NGHIỆM
Kiểm định sự thay đổi độ cứng trong quá trình tôi và ram
Biết được ảnh hưởng của nhiệt độ ram tới độ cứng
Làm quen với thiết bị và biết được cách ram
TÓM TẮT LÝ THUYẾT
Chuyển biến pha trong quá trình nung đến các nhiệt độ:

A1 = 727oC (đường PSK): là nhiệt độ tới hạn tại đó có chuyển biến giữa hai pha P
→ γ. Điểm nhiệt độ A1 được áp dụng cho tất cả các loại thép.
A3 = 727 – 911oC (đường SG): là nhiệt độ tới hạn tại đó thép trước cùng tích có
chuyển biến giữa hai pha α → γ.
Acm = 727 – 1147oC (đường SE): là nhiệt độ tới hạn tại đó thép sau cùng tích có
chuyển biến giữa hai pha XeII → γ.
a. 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. Đối với
thép cùng tích và trước 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°tôi = 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.
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.

SV:

7


BÁO CÁO THÍ NGHIỆM VẬT LIỆU HỌC VÀ XỬ LÝ

- 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 Acm, tức nung lên trạng thái không hoàn toàn ôstenit. Tổ chức nung để tôi là γ +
XeII. Đây là phương pháp tôi không hoàn toàn. Nhiệt độ tôi được chọn:
t°tôi = AC1 + ( 30 - 50) °C.
Như vậy, tất cả các thép sau cùng tích đều có nhiệt độ tôi giống nhau, khoảng 760
÷780°C, không phụ thuộc vào thành phần cacbon. Sở dĩ ta không nung lên cao quá
Acm vì cacbon hòa tan nhiều, nhiệt độ tôi cao, sau khi tôi, nhận được nhiều austenit
dư, kim mactenxit lớn, ứng suất nhiệt cao. Trong khi đó, nếu chỉ nung lên trạng thái
γ + XeII, ta không cần nhiều nhiệt, sau khi làm nguội, vẫn được tổ chức là mactenxit
+ XeII, tận dụng được độ cứng của XeII, chi tiết ít bị ứng suất nhiệt làm cong vênh,
oxy hóa bề mặt.
+ 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 độ 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.
+ 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.
b. Ram
- Là phương pháp nhiệt luyện nung nóng thép đã tôi có tổ chức mactenxit quá bão
hòa và ôstenit dư chuyển thành các tổ chức ổn định hơn phù hợp với yêu cầu đặt ra.
- Ram còn làm giảm hoặc khử hoàn toàn ứng suất, cũng như tăng độ dẻo dai cho
chi tiết sau tôi.
- Khi ram thép cabon, xảy ra sự chuyển biến của mactenxit tôi thành mactenxit

ram, nghĩa là cacbon quá bão hòa được tiết ra khỏi mạng dưới dạng cacbit ε, độ
chính phương c/a giảm dần và cacbit ε chuyển dần thành xementit Fe3C, còn ôstenit
dư lại phân hủy thành mactenxit ram.
SV:

8


BÁO CÁO THÍ NGHIỆM VẬT LIỆU HỌC VÀ XỬ LÝ

Tùy theo tổ chức nhỏ mịn của xementit và ferit tiết ra khi ram mà ta có các tổ
chức trustit ram hoặc xoobit ram. Các quá trình trên phụ thuộc vào nhiệt độ và thời
gian ram. Phụ thuộc vào nhiệt độ ram, người ta chia làm 3 loại ram:
+ Ram thấp (150÷ 200°C): Tổ chức nhận được là mactenxit ram, độ cứng hầu như
không thay đổi, ứng suất giảm chút ít, chi tiết có độ cứng và chịu mòn cao.
+ Ram trung bình (300÷ 200°C): Tổ chức nhận được là trustit ram. Độ cứng còn
khá cao (40 - 45HRC), ứng suất giảm mạnh, độ dẻo dai tăng, giới hạn đàn hồi đạt
giá trị lớn nhất.
+ Ram cao (500÷650°C): Độ cứng giảm nhiều.
8.
-

-

NỘI DUNG THÍ NGHIỆM
15 phút đầu giờ nộp báo cáo, giáo viên nhận xét báo cáo, kiểm tra bài mới.
Giáo viên hướng dẫn lý thuyết bài 3 và 4, hướng dẫn cách làm thí nghiệm
Nhóm lấy 3 phôi trong 15 phôi đem đi đo HRA, đo 3 lần đối với 1 phôi
Sau đó cả lớp góp 15 phôi lại đem nung nóng ở nhiệt độ 8500 trong thời gian
20 phút

Chờ nhóm 1 lấy 3 phôi trong 15 phôi cho vào nước
Sau đó nhóm 2 lấy 3 phôi trong 12 phôi đem tới chổ trống để (làm nguội
trong không khí) chờ 20 phút cho phôi nguội sau đo rưa lại bằng nước cho
phôi nguội hoàn toàn, lau khô phôi, mài sơ và đem đi đo HRA 3 lần cho mỗi
phôi.
Ghi lại số liệu trên bảng, lấy kết quả đo từ các nhóm còn lại.
Làm vệ sinh phòng học và ra về

SV:

9

-


BÁO CÁO THÍ NGHIỆM VẬT LIỆU HỌC VÀ XỬ LÝ

9. CÁC SỐ LIỆU ĐO ĐƯỢC

Trước tôi
(kgf/mm2)
Nước
(kgf/mm2)
Nước muối
(kgf/mm2)
Không khí
(kgf/mm2)
Dầu
(kgf/mm2)
Cùng lò

(kgf/mm2)
Ram thấp
(kgf/mm2)
Ram cao
(kgf/mm2)

Phôi 1
53
52
54
80
82
81
83
83
82
62
64
62
64
66
65
56
56,5
56,5
80
80
81
67
68

69

Phôi 2
54
53,5
55
80
82,5
82
82
82,5
81,5
62
64
63
66
66
68
57
58
57,5
80
79
79
67,5
68
68,5

Phôi 3
52,5

54
54
78
78
79
80
81
82
62
63
63
65
66
67
56
57
57
79
79
80
69
68,5
67,5

Trung bình
53,55
80,28
81,89
62,78
65,89

56,83
79,67
68,1

10. MỐI QUAN HỆ
a. Mối quan hệ trước và sau khi tôi
- HRAtrước tôi = 53,55(kgf/mm2) < HRAnước = 80,28(kgf/mm2) (sau khi tôi
được làm nguội trong nước).
Đô cứng tăng lên:
-

.100% = 49,9%

53,55

HRAtrước tôi = 53,55(kgf/mm2) < HRAnước muối = 81,89(kgf/mm2) (sau khi tôi
được làm nguội trong nước muối).
Độ cứng tăng lên:

-

80,28−53,55

81,89−53,55
53,55

. 100% = 52,9%

HRAtrước tôi = 53,55(kgf/mm2) < HRAkhông khí = 62,78(kgf/mm2) (sau khi tôi
được làm nguội trong không khí).

Độ cứng tăng lên:

62,78−53,55
53,55

. 100% = 17,24%

-

HRAtrước tôi = 53,55(kgf/mm2) < HRAdầu = 65,89(kgf/mm2) (sau khi tôi được
làm nguội trong dầu).

SV:

10


BÁO CÁO THÍ NGHIỆM VẬT LIỆU HỌC VÀ XỬ LÝ

Độ cứng tăng lên:
-

53,55

.100% = 23,04%

HRAtrước tôi = 53,55(kgf/mm2) < HRAcùng lò = 56,83(kgf/mm2) (sau khi tôi
được làm nguội trong cùng lò).
Độ cứng tăng lên:

-

65,89−53,55

56,38−53,55
53,55

. 100% = 5,3%

Sau khi tôi được làm nguội trong nước, nước muối, không khí, cùng lò thì
cứng nhất là khi được làm nguội trong nước muối 81,89 (kgf/mm2) , mềm
nhất là khi được làm nguội trong cùng lò 56,83(kgf/mm2).

b. Mối quan hệ giữa độ cứng và tốc độ nguội.
HRA

90

81.89

80.28

80
70 62.78
60

65.89

56.83

56,88

50
40
30
20
10
0

0

200

400

600

800

1000

1200
0C/S

Đồ thị biểu diển mối quan hệ giữa độ cứng là tốc độ nguội
-

Từ đồ thị ta thấy tỷ lệ thuận với tốc độ làm nguội

Nguyên nhân là do, khi làm nguội với tốc độ cao sẽ đạt được tổ chức mactenxit

cứng hơn. Ngược lại khi làm nguội với tốc độ châm một phần ostenit sẽ bị phân hủy
thành các tổ chức khác, vì vậy có thể nhận được hỗn hợp mactenxit và peclit hoặc
hoàn toàn là peclit. Thì độ cứng sau khi tôi bị giảm.
Như vậy, khi tốc độ nguội của mẫu càng lớn thì tổ chức nhận được càng chứa
nhiều mactenxit và có độ cứng càng cao.
c. Mối quan hệ độ cứng sau khi ram.

SV:

11


BÁO CÁO THÍ NGHIỆM VẬT LIỆU HỌC VÀ XỬ LÝ
79.67

HRA

80

75

70

68.1

65

60

55

50
100

250

400

550
0C

Đồ thị biểu diển mối quan hệ giữa độ cứng và nhiệt độ ram
-

Từ đồ thị ta thấy nhiệt độ ram càng cao thì độ cứng càng giảm

Nguyên nhân: quá trình ram sẽ làm biến đổi mactexit tôi thành mactexit ram
làm cho phôi giảm độ cứng, mà các hợp kim hòa tan trong mactexit cản trở quá
trình biển đổi này. Các hợp kim lại có nhiệt độ biến đổi khác nhau nên khi nung
ở nhiệt độ càng cao sẽ giúp giảm độ cứng càng nhiều
11. NHẬN XÉT – RÚT RA KẾT LUẬN
 Tôi
- Sau khi tôi độ cứng của phôi tăng.
- Do làm nguội ở môi trường khác nhau nên độ cứng của phôi khác nhau, cụ
thể:
+ Độ cứng của phôi sau khi tôi theo các phương pháp khác nhau thì có thứ tự
như sau:
HRAcl < HRAkk < HRAdầu < HRAnước < HRANaCl
+ Độ cứng của phôi khi được làm nguội trong nước muối có độ cứng cao
nhất, tăng 28,34 kgf/mm2.

+ Độ cứng của phôi khi được làm nguội trong cùng lò có độ cứng thấp nhất,
giảm 3,28 kgf/mm2.
- Sự khác nhau độ cứng là do khi làm nguội với tốc độ cao sẽ đạt được tổ chức
mactenxit nhiều hơn làm cho phôi cứng hơn. Ngược lại, khi làm nguội với
tốc độ châm một phần ostenit sẽ bị phân hủy thành các tổ chức khác, vì vậy
có thể nhận được hỗn hợp mactenxit và peclit hoặc hoàn toàn là peclit. Thì
độ cứng sau khi tôi bị giảm
 Ram

SV:

12


BÁO CÁO THÍ NGHIỆM VẬT LIỆU HỌC VÀ XỬ LÝ

-

Độ cứng của mẫu sau ram cao có HRA=68,1(kgf/mm2) giảm đi tương đối
nhiều so với mẫu khi tôi trong nước có HRA=81,89(kgf/mm2) ( giảm 20% ).
Độ cứng của mẫu sau ram thấp có HRA= 79,67(kgf/mm2), giảm không quá
nhiều so với độ cứng của mẫu sau tôi trong nước muối có HRA=
81,89(kgf/mm2). ( giảm 3% ).
Nguyên nhân: quá trình ram sẽ làm biến đổi mactexit tôi thành mactexit ram
làm cho phôi giảm độ cứng, mà các hợp kim hòa tan trong mactexit cản trở
quá trình biển đổi này. Các hợp kim lại có nhiệt độ biến đổi khác nhau nên
khi nung ở nhiệt độ càng cao sẽ giúp giảm độ cứng càng nhiều.
Ram cao ta thu được mẫu có tính dẻo dai hơn

SV:

13

-

-

-