Xác định độ cứng của thép C45 tôi cao tần sử dụng kỹ thuật nhiễu xạ X-Quang

Nội dung text: Xác định độ cứng của thép C45 tôi cao tần sử dụng kỹ thuật nhiễu xạ X-Quang

1. XÁC ĐỊNH ĐỘ CỨNG CỦA THÉP C45 TÔI CAO TẦN SỬ DỤNG KỸ THUẬT NHIỄU XẠ X-QUANG DETERMINATION OF HARDNESS OF INDUCTED C45 STEEL USING X-RAY DIFFRACTION TECHNIQUE Lê Chí Cương*1, Dương Minh Hùng*2 *1 Khoa Cơ khí máy – Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp. HCM *2 Khoa Kỹ thuật & Công nghệ - Trường Đại học Trà Vinh 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. Trong bài báo này tác giả đã nghiên cứu một phương pháp mới có thể kiểm tra độ cứng của vật liệu mà không phá hủy bề mặt bằng việc sử dụng kỹ thuật đo nhiễu xạ X quang. Độ cứng các mẫu thử thép C45 được tôi cao tần với thời gian tôi khác nhau. Kết quả độ cứng của các mẫu thử được kiểm tra bằng phương pháp nhiễu xạ x- quang (thể hiện qua bề rộng trung bình của đường nhiễu xạ) được so sánh với phương pháp thử bằng thang đo HRC. Kết quả thực nghiệm cho thấy rằng độ cứng của các mẫu thử (HRC) tăng dần thì bề rộng trung bình (B) của đường nhiễu xạ cũng tăng Từ khóa: Không phá hủy, Nhiễu xạ X quang, Độ cứng, Tôi cao tần, Bề rộng trung bình. ABSTRACT The hardness is a significant issue of mechanical and determined by conventional destructive methods. This paper the authors have studied a new nondestructive testing the surface by the use of X-ray diffraction technique. The hardness of inducted C45 steel with different time. Results of the test sample hardness were checked by x-ray diffraction (shown by the Full Width at Half Maximum of the diffraction lines) and was compared with the destructive methods (HRC). 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 Keywords: Nondestructive, X-ray diffraction, Hardness, induction heating, Full Width at Half Maximum. 1. Giới thiệu Khi tôi cao tần thì độ quá nhiệt cao nên Độ cứng là khả năng chống lại biến dạng tốc độ chuyển biến pha khi nung rất dẻo cục bộ và có liên quan chặt chẽ đến nhanh, thời gian chuyển ngắn hạt γ nhỏ độ bền kéo. Phương pháp đo độ cứng của mịn nên sau khi tôi được M rất nhỏ mịn vật liệu bằng thang đo Rockwell (dùng [2]. mũi đâm hình côn bằng kim cương hoặc bi thép) đã được thực hiện từ lâu và đây là phương pháp phá hủy, gây hư hại bề mặt chi tiết máy. [1] 1
2. suy từ các điểm thực nghiệm bằng các đường cong tương ứng). Tuy nhiên, phương pháp Gauss được xác định là có độ chính xác cao hơn các phương pháp khác và có thể tính được độ lặp lại hoặc độ tin cậy (reproducibility), đặc biệt là Hình 1: Phương pháp đo Rockwell phương pháp số được sử dụng rất thông Sử dụng phương pháp không phá hủy để dụng hiện nay trên toàn thế giới [5]. Do xác định độ cứng của vật liệu như sóng đó, nghiên cứu này xác định bề rộng siêu âm, laser, và một phương pháp trung bình của thép tôi cao tần dùng mới, trong đó có sử dụng phương pháp phương pháp đường cong Gauss. Một nhiễu xạ X-quang để xác định độ cứng. cách tổng quát, hàm mật độ xác xuất ngẫu Phương pháp nhiễu xạ tia X được sử nhiên (Gauss) có công thức: dụng để xác định ứng suất dư, tính ứng 1 ( x x )2 suất mỏi, xác định pha tinh thể mà 1 2 c (1) g(x) exp 2w không phá hủy chi tiết mẫu. Những biến 2 w dạng như biến dạng dẻo, xử lý nhiệt, quá Trong đó: x là giá trị trung trình hợp kim hóa, làm thay đổi cấu trúc c bình(mean) hàm Gauss. của tinh thể vật liệu đều ảnh hưởng đến w: là sai lệch chuẩn, cho thấy mức độ đường nhiễu xạ X-quang.[3] phân tán của hàm. Qua các kết quả nghiên cứu thì hệ số LPA Trường hợp chuyển trục tung về giá trị xc, (Lorentz – polarization and absorption) ta có: 1 có ảnh hưởng đến đường nhiễu xạ. Hệ số (x)2 1 2 (2) hấp thu cho phương pháp điều chỉnh góc g(x) exp 2w ψ và góc ψ0 cho thấy có ảnh hưởng lớn 2 w đến sự mở rộng của đường nhiễu xạ [4] Và bề rộng trung bình được tính như sau: 1 (x)2 1 2 1 1 Bài báo này nhằm xác định mối quan hệ exp 2w (3) độ cứng với bề rộng trung bình của 2 w 2 2 w đường nhiễu xạ X-quang, từ đó đề xuất Điều kiện w ≠ 0, và phương pháp đo độ cứng cho các vật liệu tinh thể khác. B 2w 2ln 2 (4) 2. Lý thuyết hàm Gauss và bề rộng 3. Trình tự thí nghiệm trung bình đường nhiễu xạ (B) Các mẫu thí nghiệm được gia công đạt Có nhiều phương pháp có thể xác định bề kích thước như hình 2, trong đó các mẫu rộng trung bình như phương pháp bề rộng được tôi cao tần trên thiết bị có tần số 50 trung bình (tính toán từ ba điểm dữ liệu kHz, công suất 20kW với các thời gian xuang quanh vị trí trung bình), phương khác nhau: 10 giây, 15 giây, 20 giây, 25 pháp Gauss và phương pháp parabola (nội giây, 30 giây, 40 giây, 50 giây. Số mẫu 2
3. thí nghiệm là 7 (theo quy hoạch thực nghiệm) [6]. Cuối cùng toàn bộ mẫu được 4. Kết quả và Khảo sát đánh bóng bằng giấy nhám P1000, Các mẫu sau khi được đo bằng phương P1500, P2000. pháp nhiễu xạ được bảng dữ liệu mối quan hệ giữa góc 2θ (2theta) và cường độ nhiễu xạ y. Hàm Gauss nội suy Hình 2: Kích thước mẫu thử (mm) Hình 4: Đường nhiễu xạ mẫu không nhiệt luyện nội suy bằng hàm Gauss Hình 4 thể hiện các điểm dữ liệu được nội Mẫu thử suy theo công thức (1) cho mẫu thép C45 Hình 3: Mẫu được tôi cao tần chưa xử lý nhiệt ta được hàm nội suy sau: Điều kiện đo bằng nhiễu xạ trên máy đo (5) nhiễu xạ X’PERT PRO được cho trong và bề rộng trung bình của đường nhiễu xạ Bảng 1. Đồng thời để đối chiếu với phương pháp nhiễu xạ, các mẫu được đo là B = 0,4844 độ. độ cứng theo thang đo HRC và lấy giá trị Bảng 2: Số liệu đo độ cứng Rockwell và trung bình. bề rộng trung bình B các mẫu thực Bảng 1: Điều kiện thí nghiệm bằng nhiễu nghiệm xạ X quang [7] Mẫu tôi cao Bề rộng trung Độ cứng Phương pháp đo Kiểu  cố định  tần bình B (Độ) (HRC) (211) mạng lập Không nhiệt Mặt nhiễu xạ 0,4844 16,5 phương thể tâm luyện Góc Bragg (2θ) 82º 10 0,4987 19,5 Phạm vi góc nhiễu xạ 80-85º 15 0,5004 25,1 Bước nhiễu xạ 0,03º 20 0,515 28,6 Thời gian đo 4s 25 0,6291 38,1 Ống phóng CuKα i gian (giây) 30 0,7907 51,8 bước sóng 1,54 A0 ờ 40 0,8607 57,7 Th Tấm lọc Tấm Ni 50 0,8755 59,5 3
4. Từ bảng dữ liệu trên (bảng 2) ta tiến hành có thể áp dụng rộng rãi cho nhiều loại vật nội suy theo 2 dạng: đường thẳng và liệu, cần mở rộng đánh giá và kiểm đường cong như hình 5. nghiệm phương pháp cho nhiều loại vật liệu, lập hệ thống dữ liệu nhiễu xạ cho mỗi nhóm vật liệu ở nhiều trạng thái khác nhau như nhiệt luyện, biến dạng dẻo, hợp kim hóa, khác nhau. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nghiêm Hùng, Giáo trình kim loại học và nhiệt luyện, Đại học sư phạm kỹ thuật Tp. Hồ Chí Minh, 2001. [2] Phạm Thị Minh Phương, Tạ Văn Thất, Công nghệ nhiệt luyện, nhà xuất Hình 5: So sánh kết quả nội suy bản giáo dục, năm 2000. Hình 5 cho thấy độ tin cậy của dạng [3] Victor Hauk, Structural And Residual đường cong (97%) cao hơn độ tin cậy của Stress Analysic By Nondestructive dạng đường thẳng (96,5%). Điều đó cho Methods, Elsevier, 1997, pp. 85-111. thấy mối quan hệ giữa độ cứng (HRC) và [4] L.C. Cuong and M. Kurita, Absorption bề rộng trung bình (B) không tuân theo Factor And Influence of LPA Factor On quy luật tuyến tính mà có dạng hàm mũ Stress And Diffraction Line Width In X-Ray theo công thức sau: Stress Measurement With and Without Restriction Of X-Ray Diffraction( Area, The (6) Japanese Society 5 for Experimental Mechanics, 2004, pp 7-)14 . 5. Kết luận [5] Kurita, M., X-Ray Stress Bài nghiên cứu này đã xác định bề rộng Measurement By The Gaussian Curve của đường nhiễu xạ X quang bằng Method, X-Ray Diffraction Studies On phương pháp nội suy đường cong Gauss. The Deformation And Fracture Of Solids, Kết quả thực nghiệm cho các mẫu thép Current Japanese Materials Research, C45 được tôi cao tần cho thấy độ cứng Vol.10, pp. 135-151, 1993 (HRC) và bề rộng trung bình (B) có mối liên hệ như công thức (6), cho thấy nhiễu [6] Phùng Rân, Quy hoạch thực nghiệm xạ X quang có khả năng xác định độ cứng ứng dụng, Đại học sư phạm kỹ thuật Tp. của thép tôi cao tần. Đây là một kết quả Hồ Chí Minh, 2006. có ý nghĩa lớn trong việc ứng dụng các [7] B.D.Cullity and S.R.Stock, Element of phương pháp không phá hủy để đánh giá X-Ray diffraction, Addison Wesley, 2nd cơ tính của vật liệu cơ khí. Tuy nhiên để ed, 1978 4
5. Thông tin liên hệ tác giả: Điện thoại: 0985.95.91.90 Họ và tên: Dương Minh Hùng Email:duongminhhung180685@gmail.com Đơn vị: Trường Đại học Trà Vinh 5
6. BÀI BÁO KHOA HỌC THỰC HIỆN CÔNG BỐ THEO QUY CHẾ ĐÀO TẠO THẠC SỸ Bài báo khoa học của học viên có xác nhận và đề xuất cho đăng của Giảng viên hướng dẫn Bản tiếng Việt ©, TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH và TÁC GIẢ Bản quyền tác phẩm đã được bảo hộ bởi Luật xuất bản và Luật Sở hữu trí tuệ Việt Nam. Nghiêm cấm mọi hình thức xuất bản, sao chụp, phát tán nội dung khi chưa có sự đồng ý của tác giả và Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh. ĐỂ CÓ BÀI BÁO KHOA HỌC TỐT, CẦN CHUNG TAY BẢO VỆ TÁC QUYỀN! Thực hiện theo MTCL & KHTHMTCL Năm học 2016-2017 của Thư viện Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp. Hồ Chí Minh.