Luận văn Nghiên cứu và xác định đo độ cứng của thép cacbonnhiệt luyện bằng phương pháp nhiễu xạ tia X (Phần 1)

Nội dung text: Luận văn Nghiên cứu và xác định đo độ cứng của thép cacbonnhiệt luyện bằng phương pháp nhiễu xạ tia X (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ DƯƠNG CÔNG CƯỜNG NGHIÊN CỨU VÀ XÁC ĐỊNH ĐO ĐỘ CỨNG CỦA THÉP CACBONNHIỆT LUYỆN BẰNG PHƯƠNG PHÁP NHIỄU XẠ TIA X NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY - 605204 S KC 0 0 4 0 3 6 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 04 năm 2013
2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ DƯƠNG CÔNG CƯỜNG NGHIÊN CỨU VÀ XÁC ĐỊNH ĐỘ CỨNG CỦA THÉP CACBON NHIỆT LUYỆN BẰNG PHƯƠNG PHÁP NHIỄU XẠ TIA X NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY - 605204 TP. Hồ Chí Minh, tháng 4 năm 2013.
3. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ DƯƠNG CÔNG CƯỜNG NGHIÊN CỨU VÀ XÁC ĐỊNH ĐỘ CỨNG CỦA THÉP CACBON NHIỆT LUYỆN BẰNG PHƯƠNG PHÁP NHIỄU XẠ TIA X NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY- 605204 Hướng dẫn khoa học: TS. LÊ CHÍ CƯƠNG TP. Hồ Chí Minh, tháng 4 năm 2013.
4. LÝ LỊCH KHOA HỌC I. LÝ LỊCH SƠ LƢỢC: Họ & tên: Dương Công Cường Giới tính: Nam. Ngày, tháng, năm sinh: 25 - 12 - 1984 Nơi sinh: Nghệ An. Quê quán: Hưng Thịnh-Hưng Nguyên-Nghệ An. Dân tộc: Kinh Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc: trường cao đẳng nghề lilama 2 – long Phước – Long Thành – ĐN. Điện thoại: 0976808384 E-mail: congcuong2512@gmail.com II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: Đại học: Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian đào tạo từ 09 / 2003 đến 02/ 2008. Nơi học (trường, thành phố): Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật. TPHCM. Ngành học: Công Nghệ Chế Tạo Máy. III. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Thời gian Nơi công tác Công việc đảm nhiệm 3/2008 đến Trường cao đẳng nghề lilama2 Giáo viên. nay. Trang i
5. 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 04 năm 2013 (Ký tên và ghi rõ họ tên) Dương Công Cường Trang ii
6. 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 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 củng 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 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 04 năm 2013 Học viên thực hiện luận văn Dương Công Cường Trang iii
7. 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 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. Từ khóa: Nhiễu xạ X quang, Độ cứng, Thép tôi, Bề rộng trung bình, Đường cong Gauss. ABSTRACT The hardness is a significant issue of mechanical materials, and usually determined by conventional destructive methods using pointers. This paper studied on the relation between the hardness of quenched and temperred steel C50 and the broadness of the diffraction line, represented by the width of the Gaussian curve method. The experimental result has determined a proportional relation to the line half-width, thus showing a posibility of evaluating the hardness of crystalline materials using X-ray diffraction. Keywords: X-ray diffraction, Hardness, Quenched Steel, Half-width, Gaussian curve. Trang iv
8. MỤC LỤC Trang tựa TRANG Quyết định giao đề tài Lý lịch cá nhân i Lời cam đoan ii Cảm tạ iii Tóm tắt iv Mục lục v Danh sách các chữ viết tắt ix Danh sách các hình xi Danh sách các bảng xiii Phần A: DẪN NHẬP 1 I. Đặt vấn đề 1 II. Các phƣơng pháp đo độ cứng hiện nay 1 1. Độ cứng Brinell 2 2. Độ cứng Vickers (HV): 5 3. Độ cứng Rockwell (HR) 8 III. Hƣớng nghiên cứu 10 IV. Điểm mới của luận văn và giá trị thực tiển 12 V. Nhiệm vụ của đề tài và giới hạn đề tài 12 1. Nhiệm vụ 12 2. Giới hạn đề tài 12 VI. Phƣơng pháp nghiên cứu 12 Phần B: NỘI DUNG 13 Chƣơng 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 13 1.1. Lý thuyết về nhiễu xạ tia X-ray. 13 1.1.1. Định luật Bragg và điều kiện nhiễu xạ. 13 1.1.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến cường độ nhiễu xạ LPA 15 Trang v
9. 1.1.2.1. Hệ số hấp thụ A trên mẩu phẳng 16 1.1.2.2. Hệ số Lorentz L(2θ) 17 1.1.2.3. Hệ số phân cực trên mẫu phẳng P(2θ 19 1.2. Sự mở rộng đƣờng nhiễu xạ 19 1.2.1. Khái niệm đường nhiễu xạ 19 1.2.2. Chuẩn hóa thừa số Lorentz-polarization(LP) 20 1.2.3. Chuẩn hóa đường phông (Background) 20 1.2.4. Xác định chỉ số cho giản đồ nhiễu xạ 21 1.2.5. Sự mở rộng đường nhiễu xạ 24 1.2.5.1 Các yếu tố ảnh hưởng đến Sự mở rộng đường nhiễu xạ 24 1.2.5.2 Khái niệm độ rộng vật lý đường nhiễu xạ 26 1.3. Lý thuyết hàm Gaussian và bề rộng trung bình đường nhiễu xạ (B) 27 1.4. Lý thuyết nhiệt luyên 30 1.4.1. Khái niệm 30 1.4.2. Tôi 31 1.4.2.1. Định nghiã 31 1.4.2.2. Đặc điểm 31 1.4.2.3. Mục đích 31 1.4.2.4. Chọn nhiệt độ tôi 31 1.4.2.5. Thời gian Tôi 32 1.4.3. Ram 32 1.4.3.1. Phân loại ram 33 1.4.3.1.1. Ram thấp 33 1.4.3.1.2. Ram trung bình: 33 1.4.3.1.3. Ram cao 33 1.4.1.3.2. Chuyển biến pha khi ram 33 Chƣơng 2: CHẾ TẠO MẪU ĐO 34 2.1. Mẩu thực nghiệm 34 Trang vi
10. 2.1.2. Vật liệu 34 2.1.3. Mạng tinh thể 34 2.1.4. Số mẫu chế tạo 34 2.2. Nhiệt luyện mẫu đo 35 2.2.1. Tôi mẫu 35 2.2.2. Ram 36 2.2.3. Làm sạch bề mặt 36 2.3. Đo mẫu bằng phƣơng pháp nhiễu xạ tia X 36 2.3.1. Lựa chọn phương pháp đo nhiễu xạ tia X 36 2.3.2. Lựa chọn ống phóng, tấm lọc theo bảng sau 37 2.3.2. Lựa chọn ống phóng, tấm lọc theo bảng sau 38 Chƣơng 3: SỐ LIỆU ĐO VÀ XỬ LÝ SỐ LIỆU THÍ NGHIỆM 40 3.1. Số liệu đo 40 3.1.1. Số liệu Đo mẫu bằng phương pháp nhiễu xạ tia X 40 3.1.2. Số liệu đo độ cứng mẫu bằng phương pháp đo Rockwell (HRC) 41 3.2. Xử lý số liệu thí nghiệm 43 3.2.1. Ứng dụng phần mềm Origin Pro 8.0 vào xữ lý số liệu 43 3.2.2. Xử lý số liệu 43 3.2.2.1. Mẫu chưa qua nhiệt luyện 44 3.2.2.2. Mẫu nhiệt luyện: Tôi (Chưa ram) 45 3.2.2.3. Mẫu nhiệt luyện :Tôi+ Ram ở nhiệt độ 2500C 45 3.2.2.4. Mẫu nhiệt luyện :Tôi+ Ram ở nhiệt độ 3000C 46 3.2.2.4. Mẫu nhiệt luyện :Tôi+ Ram ở nhiệt độ 3000C 47 3.2.2.6. Mẫu nhiệt luyện :Tôi+ Ram ở nhiệt độ 4000C 48 3.2.2.7. Mẫu nhiệt luyện :Tôi+ Ram ở nhiệt độ 4500C 49 3.2.2.8. Mẫu nhiệt luyện :Tôi+ Ram ở nhiệt độ 5000C 50 3.2.2.9. Mẫu nhiệt luyện: Tôi+ Ram ở nhiệt độ 5500C 51 3.2.2.10. Mẫu nhiệt luyện: Tôi+ Ram ở nhiệt độ 6000C 52 3.2.2.11. Mẫu nhiệt luyện: Tôi+ Ram ở nhiệt độ 6500C 54 Trang vii
11. Chƣơng 4: KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 56 4.1. Biểu đồ mối quan hệ giữa đo độ cứng bằng phƣơng pháp 56 Rocwell và nhiệt độ ram 4.2 Biểu đồ mối quan hệ giữa Bề rộng trung bình B và nhiệt độ 57 ram 4.3. Mối quan hệ giữa đô cứng Rockwell và bề rộng trung bình B 58 4.3.1. Mối quan hệ giữa đô cứng Rockwell và bề rộng trung bình B 58 4.3.2. Mối quan hệ giữa đô cứng Rockwell và bề rộng tích phân BI 60 Chƣơng 5: KẾT LUẬN 62 TÀI LIỆU THAM KHẢO 63 PHỤ LỤC 65 Phụ lục 1: Số liệu đo mẫu không nhiệt luyện 65 Phụ lục 2: Số liệu đo mẫu tôi 68 Phụ lục 3: Số liệu đo mẫu tôi + ram 2500 C. 71 Phụ lục 4: Số liệu đo mẫu tôi + ram 3000 C 74 Phụ lục 5: Số liệu đo mẫu tôi + ram 3500 C 77 Phụ lục 6: Số liệu đo mẫu tôi + ram 4000 C 80 Phụ lục 7: Số liệu đo mẫu tôi + ram 4500 C 83 Phụ lục 8: Số liệu đo mẫu tôi + ram 5000 C 86 Phụ lục 9: Số liệu đo mẫu tôi + ram 5500 C 89 Phụ lục 10: Số liệu đo mẫu tôi + ram 6000 C 92 Phụ lục 11: Số liệu đo mẫu tôi + ram 6500 C 95 Trang viii
12. DANH SÁCH CÁC KÝ HIỆU  : bước sóng SWL : giới haṇ bước sóng ngắn 2 : góc nhiễu xạ d : khoảng cách giữa các mặt phẳng phân tử ( hkl ) n : phản xạ bậc cao h : hằng số Plank V : hiêụ điêṇ thế của điã ( P ) : măṭ phẳng chứ a ống phát và ống thu tia X ( măṭ phẳng nghiêng ) ( Q ) : măṭ phẳng vuông góc với truc̣ hình tru ̣chứ a hướng đo ứ ng suất Ψ : góc tạo bởi phương pháp tuyến của mẫu đo với phương pháp tuyến của họ mặt phẳng nguyên tử nhiêũ xa ̣ 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 phẳng 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 phẳng nghiêng : góc tạo bởi trục đứng mẫu đo hình trụ với ( P ) a : hê ̣số tính chất của vâṭ liêụ ( phụ thuộc loại vật liệu ) b : thể tích phần năng lươṇ g tia tới trên môṭ đơn vi ̣ 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 loaị vâṭ liêụ mâũ đo) AB : chiều dài tia tới thẩm thấu đến phân tố bi ̣nhiêũ xa ̣ BC : chiều dài nhiêũ xa ̣từ phân tố bi ̣nhiêũ xa ̣đến ra ngoài mâũ đo  : chiều sâu thẩm thẩm thấu taị  = 0o R : bán kính của mẫu đo hình trụ Trang ix
13. r : bán kính tại phân tố bị nhiễu xạ dr : chiều dày phân tố bi ̣nhiêũ xa ̣  : góc giới haṇ vùng nhiêũ xa ̣ d : bề rôṇ g phân tố bi ̣nhiêũ xa ̣ L : chiều dài phân tố bi ̣nhiêũ xa ̣ Lc : chiều dài thẩm thấu của tia tới và nhiêũ xa ̣đi ra ngoài mâũ đo. dV = Ldrd : thể tích phân tố bi ̣nhiêũ xa ̣ B: bề rộng trung bình đường nhiễu xạ. BI, : bề rộng tích phân của hàm Gaussian. W, là sai lệch chuẩn, đặc trưng cho độ mở rộng của đường nhiễu xạ Trang x
14. DANH SÁCH CÁC HÌNH HÌNH TRANG Hình A.1: (Máy kiểm tra độ cứng Brinel) 1 Hình A.2: (Máy kiểm tra độ cứng Brinel) 2 Hình A.3: (Kích thước bi tròn làm mũi thử) 2 Hình A.4: (Đo hình dạng, kích thước vết lõm) 3 Hình A.5: (Đo độ cứng bằng phương pháp thủ công) 4 Hình A.6: (Biểu đồ lõm) 4 Hình A.7: ( Biểu đồ xác định độ cứng theo chiều sâu vết lõm) 5 Hình A.8: (Máy kiểm tra độ cứng Vicker: Brinel) 5 Hình A.9: (Hình dạng vết lõm) 6 Hình A.10: (Kích thước vết lõm và giá trị độ cứng) 6 Hình A.11: (Góc độ không gian của mũi thử) 7 Hình A.12: (Độ cứng Vickers của một số vật liệu) 7 Hình A.13: ( thiết bị đo độ cứng Rockwell) 8 Hình A.14.a: (Kích thước vết lỏm đo độ cứng Rockwell) 9 Hình A.14.b: (Kích thước vết lỏm đo độ cứng Rockwell) 9 Hình B1.1: (Định luật Bragg) 13 Hình B1.2: (mối quan hệ giữa góc 2theta và cường độ nhiễu xạ I) 14 Hình B1.3: (mối quan hệ giữa góc 2theta và đĩnh nhiễu xạ) 15 Hình B1.4: (Mối quan hệ giữa góc 2theta và đỉnh nhiễu xạ) 16 Hình B1.5: (Nhiễu xạ trên một phân tử) 17 Hình B1.6: (Hệ số lorent) 18 Hình B.1.7: (Đường nhiễu xạ của vật liệu Al 2024-T3) 19 Hình B.1.8: (Sự phát tán từ một electron đến điểm M) 20 Hình B1.9: (Chuẩn hóa đường phông của đường nhiễu) 21 Hình B1.10: (Ảnh hưởng của kích thước tinh thể đến nhiễu) 25 Hình B1.11: (Đường nhiễu xạ chung và các đường nhiễu xạ) 25 Hình B1.12: (Độ rộng scherrer đường nhiễu xạ) 26 Trang xi
15. Hình B1.13: (Độ rộng Laue đường nhiễu xạ) 27 Hình B1.14: (Đường nhiễu xạ X quang được nội suy bằng đường cong 28 Gauss) Hình B1.15: (Biểu đồ biến đổi nhiêṭ đô ̣nung khi nhiêṭ luyêṇ ) 30 Hình B2.1: (Kiểu mạng tinh thể thép C50) 34 Hình B2.2: (Thực hiện nhiệt luyện tại DH SPKT TP) 35 Hình B2.3: (Phương pháp đo kiểu  cố định ) 36 Hình B2.4: (Máy đo nhiễu xạ tại trung tâm hạt nhân) 38 Hình B3.3: Hệ giác kế của máy nhiễu xạ tia X X’Pert Pro. 39 Hình B3.4: Phương pháp đo 41 Hình B3. 5: Máy đo độ cứng Rockwell model HRC-150 41 Hình B3.6: (Hàm Gaussian amp) 41 Hình B3.7: (Đường nhiễu xạ mẫu không nhiệt luyện) 42 Hình B3.8: (Đường nhiễu xạ mẫu Tôi ) 43 Hình B3.9: (Đường nhiễu xạ mẫu nhiệt luyện (tôi + ram 2500 C) 44 Hình B3.10: (Đường nhiễu xạ mẫu nhiệt luyện (tôi +ram 3000 C) 45 Hình B3.11: (Đường nhiễu xạ mẫu nhiệt luyện (tôi +ram 3500 C)) 46 Hình B3.12: (Đường nhiễu xạ mẫu nhiệt luyện tôi +ram 4000 C) 47 Hình B3.13: (Đường nhiễu xạ mẫu nhiệt luyện (tôi +ram 4500 C) 48 Hình B3.14: (Đường nhiễu xạ mẫu nhiệt luyện tôi +ram 5000 C) 50 Hình B3.15: (Đường nhiễu xạ mẫu nhiệt luyện (tôi +ram 5500 C) 51 Hình B3.16: (Đường nhiễu xạ mẫu nhiệt luyện tôi +ram 6000 C) 52 Hình B3.17: (Đường nhiễu xạ mẫu nhiệt luyện (tôi +ram 6500 C) 53 Hình B4.1: (Biểu đồ mối quan hệ đo độ cứng bằng phương pháp Rockwell 56 (HRC) và nhiệt độ ram) Hình B4.2: (Biểu đồ giữa bề rộng trung bình B và nhiệt độ ram) 57 Hình B4.3: (Đồ thị mối quan hệ giữa đo đô cứng Rockwell và Bề rộng 59 trung bình B các mẫu thực nghiệm) Trang xii
16. Hình B4.4: (Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa đô cứng Rockwell và bề 60 rộng trung bình (B) và bề rộng tích phân đường nhiễu xạ BI.) Trang xiii
17. DANH SÁCH CÁC BẢNG BẢNG TRANG Bảng B1.1: (Hằng số hấp thu  phụ thuộc vào kim loại và đặc tính tia X) 17 Bảng B1.2: (Dạng tổng bình phương của một số chỉ số Miller cho hệ mạng 24 lập phương tâm mặt) Bảng B1.3: (Định mức thời gian nung nóng mẫu thép trong lò thí nghiệm) 32 Bảng B2.1: (Thành phần hóa học thép C50) 34 Bảng B2.2: (Nhiệt độ tôi thép C50) 35 Bảng B3.1: (khoảng cách nguyên tử của một số vật liệu và kiểu mạng) 37 Bảng B3.2: (Các loại ống phong tia X và đặc tính.) 38 Bảng B3.3: (Các đỉnh nhiễu xạ và cường độ của phổ nhiễu xạ thép C50) 40 Bảng B3.4: (Điều kiện thí nghiệm bằng nhiễu xạ X quang) 40 Bảng B3.5 : (Giới hạn đo của các thang Rockwell) 42 Bảng B3.6: (Số liệu các mẫu đo độ cưng bằng Rockwell) 42 Bảng B3.7: (Giá trị tham số của hàm nội suy mẫu không nhiệt luyện) 44 Bảng B3.8: (Giá trị tham số của hàm nội suy mẫu Tôi) 46 Bảng B3.9: (Tham số và giá trị tham số của hàm nội suy mẫu tôi+ram 2500) 47 Bảng B3.10: (Giá trị tham số của hàm nội suy mẫu tôi+ram 3000) 48 Bảng B3.11: (Giá trị tham số của hàm nội suy mẫu tôi+ram 3500) 49 Bảng B3.12: (Giá trị tham số của hàm nội suy mẫu tôi+ram 4000) 50 Bảng B3.13: Giá trị tham số của hàm nội suy mẫu tôi+ram 4500) 51 Bảng B3.14: Giá trị tham số của hàm nội suy mẫu tôi+ram 5000) 52 Bảng B3.15: Giá trị tham số của hàm nội suy mẫu tôi+ram 5500) 53 Bảng B3.16: Giá trị tham số của hàm nội suy mẫu tôi+ram 6000) 54 Bảng B3.17: Giá trị tham số của hàm nội suy mẫu tôi+ram 6500) 55 Bảng B4.1: (Số liệu đo độ cứng Rockwell của các mẫu đo) 56 Bảng B4.2: (Số liệu đo bề rộng trung bình B của nhiễu xạ các mẫu đo) 57 Bảng B4.3: (Số liệu đo đô cứng Rockwell và bề rộng trung bình B ) 58 Bảng B4.4: (Kết quả tính toán bề rộng trung bình, bề rông tích phân và độ 60 Trang xiv
18. cứng Rockwell của các mẫu thép) Trang xv
19. Phần A: DẪN NHẬP I. Đặt vấn đề 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. Hình A.1: Máy kiểm tra độ cứng Brinel 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 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. II. Các phƣơng pháp đo độ cứng hiện nay Hiện nay độ cứng được đo theo ba phương pháp thông dụng: - Theo thang Brinell – Dùng mũi đâm bằng bi thép hoặc wolfram. - Theo thang Vickers – dùng mũi đâm kim cương dạng hình tháp vuông. Trang 1
20. - Theo thang Rockwell – dùng mũi đâm hình côn bằng kim cương hoặc bi thép.Kích thước vết lõm được dùng để xác định giá trị độ cứng - vết lõm càng nhỏ thì vật liệu càng cứng. 1. Độ cứng Brinell: (Brinell Hardness Test có ký hiệu là HB) do nhà nghiên cứu người Sweden có tên Dr. Johan August Brinell đề xuất. Hình A.2: Máy kiểm tra độ cứng Brinel Hình A.3: Kích thước bi tròn làm mũi thử Độ cứng Brinell cho kết quả khôngBrinel chính xác khi khảo xát vùng ảnh hưởng nhiệt. Vì vậy được dùng chủ yếu cho kim loại cơ bản. Đơn vị đo Độ cứng Brinell: HB [kG/mm2]. Trang 2
21. Để đo độ cứng Brinell máy thuỷ lực được dùng để ép viên bi thép trên bề mặt mẫuthử tác dụng lực xác định trong 15 giây. Đường kính vết lõm trên bề mặt kim loại được đo với kính hiển vi Brinell chia vạch theo milimet. Áp dụng công thức sau để xác định độ cứng Brinell: ; Mặt khác: F= Vậy : HB= Trong đó: P: là lực tác dụng vào bi thép F: Diện tích vết lõm D: Đường kính bi thép d: Đường kính vết lõm Hình A.4: Đo hình dạng, kích thước vết lõm mũi thử Phương pháp đo độ cứng Brinell thườngBrinel dùng để đo vật liệu có độ cứng thấp, thang đo dưới 450HB. Quá giới hạn này thì không thực hiện được chính xác vì viên bi đo bị biến dạng. Trang 3