8/28/2021
1
TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI
Khoa Cơkhí –Bộ môn Công nghệ cơkhí
THÍ NGHIỆM VẬT LIỆU KỸ THUẬT
Giảng viên: TS. Nguyễn Thị Hằng Nga
Email : nthnga@tlu.edu.vn
Mobile : 0888 901 902
GIỚI THIỆU MÔN HỌC
-Số tín chỉ: 1 (1-1-0)
-Số tiết: tổng: 15 tiết; LT: 9 tiết; BT: 0 tiết; TN: 6 tiết
-Đánh giá: + Điểm quá trình: 50 % (Chuyên cần: 20%, Báo cáo Thí nghiệm: 80%)
+ Điểm thi kết thúc: 50 %
-Hình thức thi: Vấn đáp
TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI
Khoa Cơkhí –Bộ môn Công nghệ cơkhí
MỤC ĐÍCH MÔN HỌC
Sau khi kết thúc học phần sinh viên:
-Có kiến thức về cách thức nhiệt luyện và các phương pháp làm sạch sau khi nhiệt luyện
vật liệu kim loại thường dùng trong kỹ thuật.
-Có khả năng phân tích cấu trúc, tổ chức tế vi, tính chất cơ học của các loại vật liệu.
-Có khả năng vận dụng các kiến thức của môn học trong tính toán thiết kế chi tiết máy.
-Có kỹ năng sử dụng các thiết bị thực hành.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI
Khoa Cơkhí –Bộ môn Công nghệ cơkhí
NỘI DUNG LÝ THUYẾT MÔN HỌC
GIỚI THIỆU CHUNG VỀ KHOA HỌC VÀ CÔNG
NGHỆ VẬT LIỆU
Chương Nội dung
1Nhiệt luyện thép
2Nhiệt luyện gang và hợp kim màu
3Những phương pháp làm sạch chi tiết sau khi nhiệt luyện
TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI
Khoa Cơkhí –Bộ môn Công nghệ cơkhí
NỘI DUNG THỰC HÀNH MÔN HỌC
GIỚI THIỆU CHUNG VỀ KHOA HỌC VÀ CÔNG
NGHỆ VẬT LIỆU
Bài TN Nội dung
1Nhiệt luyện một số loại gang, thép và hợp kim màu
2
Đo
độ cứng và quan sát tổ chức của một số loại thép, gang
và
hợp kim màu (đã nhiệt luyện ở bài TN số 1)
TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI
Khoa Cơkhí –Bộ môn Công nghệ cơkhí
NỘI DUNG:
1.1 Các chuyển biến khi nung nóng thép
1.2 Nhiệt luyện một số loại thép thông dụng
1.3 Nhiệt luyện chi tiết máy
1.4 Nhiệt luyện dụng cụ cắt và khuôn dập
1.5 Nhiệt luyện kết cấu mối hàn
CHƯƠNG 1
NHIỆT LUYỆN THÉP
TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI
Khoa Cơkhí –Bộ môn Công nghệ cơkhí
8/28/2021
2
Cơ sở xác định chuyển biến khi nung nóng
-Cơ sở xác định chuyển biến khi nung
nóng thép là giản đồ trạng thái Fe-C
0,76
- Trong mỗi loại thép ở nhiệt độ thường có
tổ chức Ferit + Xe (Peclit)
- Các thép trước và sau cùng tích có tổ chức
phức tạp hơn,có thêm Ferit và XeII
1.1. CÁC CHUYỂN BIẾN KHI NUNG NÓNG THÉP
7
0,76
+ Khi nung nóng đến Ac1,sẽ có quá trình chuyển
biến:
[Fe+ Fe3C]0,76 Fe(C)0,76
-Đối với thép cùng tích?
-Đối với thép trước cùng tích?
-Đối với thép sau cùng tích?
Vậy khi nung nóng quá Ac1thì sự
chuyển biến:
1.1. CÁC CHUYỂN BIẾN KHI NUNG NÓNG THÉP
8
0,76
+ TừAc1Ac3, có quá trình hoà tan của Fvào
.
Khi nhiệt độ lớn hơn Ac3, tổ chức nhận được hoàn toàn là
.
+TừAc1Accm,có quá trình hoà tan của XeII vào
.
Khi nhiệt độ lớn hơn Accm,tổ chức nhận được hoàn toàn
là .
Như vậy theo giản đồ trạng thái Fe–Cta hoàn toàn xác
định được các tổ chức tạo thành khi nung nóng;
Trong các chuyển biến đó,chuyển biến cơ bản là tạo
thành Austenit từ Peclit;
1.1. CÁC CHUYỂN BIẾN KHI NUNG NÓNG THÉP
9
1.1. CÁC CHUYỂN BIẾN KHI NUNG NÓNG THÉP
10
0,76
Giản đồ pha Fe –Fe3C
Chuyển biến Peclit thành Austenit
0,76
Nhiệt độ chuyển biến
-Chuyển biến Peclit thành Austenit xảy ra ở
727Cvới điều kiện là nung nóng vô cùng
chậm.
-Với tốc độ nung thực tế,chuyển biến luôn luôn
xảy ra ở nhiệt độ lớn hơn 727C;
1.1. CÁC CHUYỂN BIẾN KHI NUNG NÓNG THÉP
11
-Như vậy ta thấy rằng:tốc độ nung càng lớn V2>V1(càng nhanh), chuyển biến P
xảy ra ởnhiệt độ càng cao và thời gian càng ngắn.
1.1. CÁC CHUYỂN BIẾN KHI NUNG NÓNG THÉP
12
8/28/2021
3
Kích thước hạt
-Độ hạt Austenit ảnh hưởng rất lớn đến độ hạt của thép ở nhiệt độ thường do đó ảnh hưởng
đến cơ tính của nó.
-Chuyển biến Peclit thành Austenit có cơ chế như quá trình kết tinh tạo mầm và phát triển
mầm
- Các tâm mầm Austenit sinh ra ởbiên giới hạt giữa Xe và Flúc mới tạo thành có kích thước
rất nhỏ,nếu tiếp tục nung nóng thì hạt sẽ lớn lên;
- Kích thước hạt phụ thuộc vào nhiệt độ nung và thời gian giữ nhiệt.Nhiệt độ nung càng cao,
thời gian giữ nhiệt càng dài, hạt càng lớn.
1.1. CÁC CHUYỂN BIẾN KHI NUNG NÓNG THÉP
13
-Những quy luật lớn lên của hạt khi nung nóng ởcác loại thép khác nhau cũng khác
nhau:
+ Thép có bản chất hạt lớn;
+ Thép có bản chất hạt nhỏ.
1.1. CÁC CHUYỂN BIẾN KHI NUNG NÓNG THÉP
14
Các quá trình xảy ra khi giữ nhiệt
- Giai đoạn giữ nhiệt là rất cần thiết để:
+ Làm đồng đều nhiệt độ giữa bề mặt và lõi, để lõi cũng có chuyển biến như bề mặt;
+Đủ thời gian cần thiết sẽ tạo điều kiện để các chuyển biến xảy ra hoàn toàn;
+ Làm đồng đều thành phần hoá học của Austenit.Do được tạo ra từ Fvà Xe có thành
phần Cacbon rất khác nhau.
Thời gian giữ nhiệt chỉ nên lấy vừa đủ, không nên quá dài vì làm cho hạt quá lớn, thép bị
giòn.
1.1. CÁC CHUYỂN BIẾN KHI NUNG NÓNG THÉP
15
Chuyển biến của Austenit khi làm nguội đẳng nhiệt
Là phương pháp làm nguội nhanh Austenit
xuống dưới Ar1giữ nhiệt ở nhiệt độ này rồi
xác định thời gian bắt đầu và kết thúc sự
chuyển biến từ P.
HRC
15
30
45
55
62
1.1. CÁC CHUYỂN BIẾN KHI NUNG NÓNG THÉP
16
Giản đồ chuyển biến đẳng nhiệt TTT
(Time-Temperature-Transformation)
Thép cùng tích
- Khi phân hoá ở700CPeclit [F+Xe] (Xe có dạng tấm với kích thước thô
to), có độ cứng 10 15 HRC;
- Khi phân hoá ở600 700CXoocbit [F+Xe] (Xe có dạng tấm với kích
thước 10-1 10-4 mm), có độ cứng khoảng 20 35 HRC, ký hiệu là X;
- - Khi phân hoá ở500 600CTrustit [F+Xe] (Xe dạng tấm rất nhỏ mịn
với kích thước,10-5mm), ký hiệu T.Độ cứng của nó khoảng 40 HRC;
P,X,Tđều là hỗn hợp cơ học của Fvà Xe trong đó Xe ở dạng tấm nhưng với mức
độ nhỏ mịn khác nhau.
Các sản phẩm phân hoá đẳng nhiệt của Austenit quá nguội
1.1. CÁC CHUYỂN BIẾN KHI NUNG NÓNG THÉP
17
-Khi phân hoá ở500CBainit [F+Xe] (Xe có dạng tấm với kích thước nhỏ
mịm, 10-6 mm ), có độ cứng 50 55 HRC, bao gồm:
+ Bainit trên khi phân hoá ở 350 500C;
+ Bainit dưới khi phân hoá ở 250 350C.
-Bainit có đặc điểm:
+ %C trong Flớn hơn giới hạn hoà tan một chút (0,1%);
+ Có một ít dư.
Là chuyển biến trung gian, giữa chuyển biến Peclit và chuyển biến Mactenxit.
1.1. CÁC CHUYỂN BIẾN KHI NUNG NÓNG THÉP
18
8/28/2021
4
Tổ chức tế vi của xoocbit tôi
Tổ chức tế vi bainit dưới
Tổ chức tế vi của trôstit tôi
Tổ chức tế vi bainit trên
1.1. CÁC CHUYỂN BIẾN KHI NUNG NÓNG THÉP
19
1.2. NHIỆT LUYỆN MỘT SỐ LOẠI THÉP THÔNG DỤNG
20
Thép trước cùng tích Thép sau cùng tích
Giản đồ chuyển biến đẳng nhiệt TTT (Time-Temperature-Transformation)
Chuyển biến của Austenit khi làm nguội liên tục
Đặc điểm của sự phân hoá Austenit khi làm
nguội liên tục là:
•Với các tốc độ nguội khác nhau, bị quá
nguội đến các nhiệt độ khác nhau và phân hoá
thành các tổ chức khác nhau tương ứng với
các nhiệt độ đó
Nhiệt độ cùng tích
MS(bắt đầu)
Nhiệt độ, C
Thời gian, s
Nhiệt độ, F
Tốc độ
nguội
tới hạn
1.1. CÁC CHUYỂN BIẾN KHI NUNG NÓNG THÉP
21
-Làm nguội trong không khí nén, V3:
T
-Làm nguội trong dầu, V4:
T+M
-Làm nguội trong nước, V5:
M
-Làm nguội chậm cùng lò, V1:
P(P dạng tấm,độ cứng thấp)
- Làm nguội trong không khí tĩnh, V2:
X
MS
1.1. CÁC CHUYỂN BIẾN KHI NUNG NÓNG THÉP
22
Giản đồ chuyển biến CCT
(Continuous Cooling-Transformation)
•Tổ chức nhận được không đồng nhất trên toàn bộ tiết diện
-Bề mặt thường nhận được tổ chức có độ cứng cao hơn bên trong lõi (do tốc độ nguội
nhanh hơn).
•Không đạt được tổ chức hoàn toàn là Bai-nít,
-Có thể đạt được tổ chức này cùng với Trustit và Mactenxit.
•Những đặc điểm trên chỉ đúng đối với thép Carbon
-Với các thép hợp kim các đặc điểm trên không còn phù hợp nữa.
1.1. CÁC CHUYỂN BIẾN KHI NUNG NÓNG THÉP
23
Chuyển biến Mactenxit
+Chuyển biến Mactenxit chỉ xảy ra khi làm nguội nhanh và liên tục với tốc độ:VVth;
+ Là chuyển biến không khuếch tán: Carbon hầu như vẫn giữ nguyên vị trí, còn Fe chuyển
dời vị trí để tạo kiểu mạng mới là mạng lập phương tâm khối;
+Là quá trình tạo ra không ngừng các tinh thể mới với tốc độ phát triển rất lớn khoảng 1000
7000 m/s. Tinh thể Mactenxit có dạng hình kim (hai đầu nhọn);
1.1. CÁC CHUYỂN BIẾN KHI NUNG NÓNG THÉP
24
8/28/2021
5
+Chỉ xảy ra trong khoảng giữa hai nhiệt độ (điểm) Ms(Mđ)và Mf(Mk).
+Là chuyển biến xảy ra không hoàn toàn (còn có dư).
+Mkcàng thấp lượng dưcàng nhiều.
+%C trong thép tăng lượng dưtăng.
1.1. CÁC CHUYỂN BIẾN KHI NUNG NÓNG THÉP
25
Tính không ổn định của Mactenxit và Austenit dư
-Mvà dư trong thép là các pha không ổn định có xu hướng tiết hết các bon ra để trở
thành P(F+Xe). Chuyển biến xảy ra như sau:
Fe(C) Fe3(C) +Fe
MXe F
Fe(C) Fe3(C) + Fe
dư Xe F
1.1. CÁC CHUYỂN BIẾN KHI NUNG NÓNG THÉP
26
Chuyển biến khi ram
-Mvà chuyển biến thành P(F+Xe), là chuyển biến không trực tiếp mà
phải qua tổ chức trung gian là Mactenxit ram.Chuyển biến xảy ra như sau:
Mactenxit ram Ferit + Xementit
Mactenxit
Austenit dư
1.1. CÁC CHUYỂN BIẾN KHI NUNG NÓNG THÉP
27
Các chuyển biến xảy ra khi Ram
❖Giai đoạn I (
200
C)
- T < 80C: Không có chuyển biến gì,tổ chức vẫn là M + dư
-80C < T < 200C:
+Chiều dài mẫu giảm Mcó chuyển biến một phần cacbon tiết ra dưới dạng cacbit kiểu
mạng lục giác và Mnghèo cacbon.
+dư chưa chuyển biến;
+Mactenxit chuyển biến như sau:
Fe(C)0,8 →[Fe(C)0,25 0,4 +Fe22,4C]
Mactenxit Mactenxit Cacbit
Mactenxit ram
+ Tổ chức của giai đoạn này là:
Mactenxit ram + dư.
+ Độ cứng giảm chút ít (vài HRC)
+ Tỷ số c/a giảm.
1.1. CÁC CHUYỂN BIẾN KHI NUNG NÓNG THÉP
28
❖Giai đoạn II (200
250
C)
-Mactenxit tiếp tục tiết Cacbon Thành Fe(C)0,15 0,2;
-chuyển biến thành Mactenxitram:
Fe(C)0,8 → [Fe(C)0,15 0,2 + Fe22,4C]
Austenitdư Mactenxit Cacbit
Mactenxitram
+ Tổ chức của giai đoạn này là: Mactenxitram;
+ Giảm được ứng suất dư, có độ bền gần như Mactenxittôi;
+ Tỷ số c/a giảm mạnh.
1.1. CÁC CHUYỂN BIẾN KHI NUNG NÓNG THÉP
29
❖Giai đoạn III (250
450
C)
-Mactenxit nghèo Cacbon chuyển biến thành Ferit;
-Cacbit chuyển biến thành Xementit ở dạng hạt;
Fe(C)0,15 0,2 → Fe+Fe3Chạt
Fe22,4C→ Fe3Chạt
+ Tổ chức của giai đoạn này là: Troxtit ram;
+ Độ cứng giảm đi rõ rệt (40-45 HRC)
+Ứng suất được khử bỏ hết, tính đàn hồi tăng lên mạnh;
+Tỷ số c/a = 1.
Troxtit ram
1.1. CÁC CHUYỂN BIẾN KHI NUNG NÓNG THÉP
30