Đề cương môn thí nghiệm sức bền vật liệu- Trường Đại học bách khoa - Đại học đà nẵng.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CƠ KHÍ
BỘ MÔN THIẾT BỊ & CNVL CƠ KHÍ BÀI BÁO CÁO TÔI VÀ RAM THÉP SVTH : Huỳnh Gia Huy MSSV : 1711482 GV LÝ THUYẾT : Lương Hồng Đức NHÓM HỌC LÝ THUYẾT : L05-A NGÀY THỰC HÀNH
: Buổi chiều, ngày 19, tháng4 NHÓM THỰC HÀNH : Nhóm 1
TP. HCM, THÁNG 04 NĂM 2019 CuuDuongThanCong.com
https://fb.com/tailieudientucntt
BÁO CÁO THÍ NGHIệM VậT LIệU HọC VÀ Xử LÝ
BÀI 3. TÔI VÀ RAM THÉP
1. MỤC TIÊU 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 nhiệt độ tôi, tốc độ làm nguội đến độ cứng của thép.
2. TÓM TẮT LÝ THUYẾT a. Tôi
Là nguyên công nhiệt luyện rất thông dụng gồm nung nóng thép lên nhiệt độ xác
định, giữ ở nhiệt độđó một thời gian cần thiết và làm nguội nhanh trong môi trường
thích hợp. Mục đích của tôi nhằm nhận đượcđộ 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 xétmấy 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 vàogiản đồ trạng tháisắt cacbon để chọn nhiệt độ tôi.
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 tôihoàn toàn.
Trong khoảng 0,1-0,8%C điểm AC3 của thép giảm xuống. Ta có thể xác định trực
tiếp điểm AC3 của thépcăn cứ vào giản đồ trạng tháisắt cacbon hoặc tra cứu trong
các sổ tay nhiệt luyện. 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 nhiệtluyện, với các hệ số hiệu chỉnh về
hình dáng chi tiết, cách sắp xếp và môi trường nung. Cũng có thể tính thờigian nung
theo các công chức về truyền nhiệt. Dưới đây, giới thiệu định mức thời gian nung
và giữ nhiệt trongcác lò thí nghiệm. SV: HUỳNH GIA HUY 2
BÁO CÁO THÍ NGHIệM VậT LIệU HọC VÀ Xử LÝ
Chọn môi trường tôi
Phải bảo đảm nhận được mactenxit sau khi tôi, nghĩa là khả năng làm nguội của
môi trường phải bằnghoặc 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. b. Ram
Là phương pháp nhiệt luyện nung nóng thép đã tôi có tổ chức mactenxit quá bão
hòa và ostenit dư chuyển thành các tổ chức ổn định hơn phù hợp với yêu cầu đặt ra.
Khi ram thép cacbon, 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 dàn thành xementit Fe3C, còn ostenit dư lại
phân hủy thành mactenxit ram.
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÷2500C)
Tổ chức nhân 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÷4500C)
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÷6500C)
3. NỘI DUNG THÍ NGHIỆM a. Tôi
Đo đo cứng của 15 phôi nhận được (đo HRA).
Chọn 15 mẫu thép C45 có độ cứng tương đương nhau, đem mài nhẵn 1 mặt SV: HUỳNH GIA HUY 3
BÁO CÁO THÍ NGHIệM VậT LIệU HọC VÀ Xử LÝ
và mặt còn lại mài bằng để đo độ cứng.
Đem 3 mẫu bất kỳ đi đo độ cứng HRA.
Cài đặt lò nung ở 850°C.
Đợi nhiệt độ lò đạt 850°C bỏ 15 mẫu thép C45 vào lò.
Đợi sau 20 phút lấy mẫu ra khỏi lò:
- 3 mẫu bỏ vào xô nước muối
- 3 mẫu bỏ vào xô dầu.
- 3 mẫu để ngoài không khí.
- 3 mẫu bỏ vào xô nước.
- 3 mẫu còn lại để nguội cùng lò.
Lấy các mẫu đem mài sơ để loại lớp oxit bám trên mặt của mẫu rồi đem đi đo độ cứng HRA. b. Ram
- Thiết lập nhiệt độ lò ở 550°C.
Khi nhiệt độ lò đạt ở 550°C thì lấy 3 mẫu làm nguội trong nước bỏ vào lò.
Đợi 30 phút rồi lấy mẫu ra làm nguội ngoài không khí sau đó đi mài lớp oxit
rồi đem đo độ cứng HRA.
- Thiết lập lò ở 250°C.
Khi nhiệt độ lò đạt 250°C thì lấy 3 mẫu làm nguội trong nước muối bỏ vào lò.
Đợi 30 phút rồi lấy mẫu ra làm nguội trong nước sau đó đi mài lớp oxit rồiđem đi đo độ cứng HRA.
4. CÁC SỐ LIỆU ĐO ĐƯỢC
Độ cứng của mẫu trước khi tôi (HRA)
Chọn 3 phôi, đo mỗi phôi 3 lần, lấy trung bình để so sánh với độ cứng của thép sau nhiệt luyện. Lần Mẫu 1 2 3 1 53 53 54 2 54 54 52 3 54,5 54 54 SV: HUỳNH GIA HUY 4
BÁO CÁO THÍ NGHIệM VậT LIệU HọC VÀ Xử LÝ
Độ cứng của mẫu sau khi tôi và làm nguội cùng lò (HRA) Lần Mẫu 1 2 3 1 59 56 58 2 56 58 57 3 58 57 59
Độ cứng của mẫu sau khi tôi và làm nguội ngoài không khí (HRA) Lần Mẫu 1 2 3 1 62 64 62 2 61 63 64 3 60 59 60,5
Độ cứng của mẫu sau khi tôi và làm nguội trong dầu (HRA) Lần Mẫu 1 2 3 1 67 69 69 2 68,5 70 69 3 70 69 70 SV: HUỳNH GIA HUY 5
BÁO CÁO THÍ NGHIệM VậT LIệU HọC VÀ Xử LÝ
Độ cứng của mẫu sau khi tôi và làm nguội trong nước (HRA) Lần Mẫu 1 2 3 1 78,5 79 78,5 2 79 78 79 3 81 81 80
Độ cứng của mẫu sau khi tôi và làm nguội trong nước muối (HRA) Lần Mẫu 1 2 3 1 82 83 83 2 84,5 84 85 3 81 80 82
Độ cứng của mẫu sau khi ram cao 550 0C (HRA) Lần Mẫu 1 2 3 1 66 67 67,5 2 68,5 68 68 3 68 68,5 68 SV: HUỳNH GIA HUY 6
BÁO CÁO THÍ NGHIệM VậT LIệU HọC VÀ Xử LÝ
Độ cứng của mẫu sau khi ram thấp 250 0C (HRA) Lần Mẫu 1 2 3 1 76 77 77 2 78 78 78 3 78 77 78 5. MỐI QUAN HỆ
a. Mối quan hệ trước và sau khi tôi Độ cứng (HRA) Trước khi tôi 54,4 Cùng lò 58 Không khí 62,5 Sau khi tôi Dầu 69,9 Nước 80,1 Nước muối 84,1
b. Mối quan hệ giữa độ cứng và tốc độ nguội SV: HUỳNH GIA HUY 7
BÁO CÁO THÍ NGHIệM VậT LIệU HọC VÀ Xử LÝ 90 84.1 80.1 80 69.9 70 62.5 58 60 ) A R 50 H( ng 40 ứ c ộ 30 Đ 20 10 0 0 200 400 600 800 1000 1200 TỐc độ nguội (oC/s)
Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa độ cứng và tốc độ nguội
- Với cùng nhiệt độ nung 850oC và giữ nhiệt trong 20’, khi làm nguội ở các môi
trường khác nhau thì độ cứng của mẫu thay đổi khác nhau, cụ thể là:
- Đối với làm nguội trong môi trường cùng lò, độ cứng của mẫu tăng (từ 54,5 tăng lên 58)
- Đối với làm nguội trong môi trường không khí, độ cứng của mẫu thay đổi đáng kể (từ 54,4 lên 62,5)
- Đối với các môi trường còn lại, độ cứng của mẫu tăng theo thứ tự tăng dần là:
dầu, nước và nước muối.
- Khi làm nguội trong môi trường nước và nước muối, độ cứng của hai này gần
bằng nhau (80,1 và 84,1). Do đó trong thực tế, người ta dùng 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 và nước muối) với tốc độ cao hơn
tốc độ tới hạn: Austenit sẽ chuyển biến thành mactenxit. SV: HUỳNH GIA HUY 8
BÁO CÁO THÍ NGHIệM VậT LIệU HọC VÀ Xử LÝ
- Trong quá trình làm nguội vừa (trong dầu khoáng) với độ nguội khoảng 150oC/s.
Pha Austenit sẽ chuyển biến thành banit.
- Trong quá trình làm nguội đủ chậm (cùng lò, không khí), Austenit sẽ chuyển biến lại thành peclit.
c. Mối quan hệ độ cứng sau khi ram 80 78.2 78 76 ) A R H( 74 ng ứcộ 72 Đ 70 68.5 68 0 100 200 300 400 500 600 Nhiệt độ ram (oC)
Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa độ cứng và nhiệt độ ram
- Sau khi tôi, thép có tổ chức Mactenxit tôi và Austenit dư (từ quá trình làm nguội
trong nước và trong nước muối). Cả hai pha này đều không ổn định ở nhiệt độ thường).
- Đối với ram cao, Mactenxit tôi phân hủy hoàn toàn thành Ferit là Xemantit. Phụ
thuộc kích thước của phân tử Xementit mà ta có được trustit hoặc xoocbit ram có
độ cứng, độ bền thấp hơn Mactenxit, nhưng độ dẻo dai lại cao hơn.
- Đối với ram thấp, Austenit dư sẽ bị phân hủy, sản phẩm tạo ra thành giống sản
phẩm của chuyển biến trung gian Bainit.
→ Thế nên, với ram cao ta thu được mẫu có tính dẻo dai, còn với ram thấp ta thu
được mẫu có tính cứng của mactenxit tôi với ostenit đã bị khử hết, làm tăng tính ổn định. SV: HUỳNH GIA HUY 9
BÁO CÁO THÍ NGHIệM VậT LIệU HọC VÀ Xử LÝ
6. NHẬN XÉT – RÚT RA KẾT LUẬN
Cùng một nhiệt độ tôi và thời gian giữ nhiệt như nhau nhưng ở các môi trường làm
nguội khác nhau ta thấy độ cứng của mẫu thép C45 đo được cũng khác nhau rất rõ
ràng thể hiện qua đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa độ cứng và tốc độ nguội.
Từ đồ thị trên có thể khẳng định được môi trường tôi của thép C45 trong ngành
công nghiệp đối với các chi tiết cồng kềnh, đơn giản ta nên chọn môi trường tôi là
môi trường nước. Vì đây là môi trường rất dễ sử dụng, không đòi hỏi nhân công cần
có tay nghề cao, hơn nữa lại không gây ra độc hại đối với sức khỏe của người lao
động, giá thành sản phẩm sau gia công rẻ. Đây là yếu tố đặc biệt khi chọn môi
trường làm nguội đối với mỗi một chi tiết. SV: HUỳNH GIA HUY 10