Bộ môn: Vật liệu học, xử lý NHiệt và bề mặt

VLHI_1
2
bi thí nghiệm số 1
chuẩn bị mẫu tế vi và xác định cấp hạt

1. Mục đích và yêu cầu
- Biết và thực hành các giai đoạn chuẩn bị mẫu để nghiên cứu tổ chức tế vi
của kim loại;
- Bớc đầu làm quen với kính hiển vi kim loại, quan sát và vẽ lại tổ chức tế vi
của mẫu thép vừa chuẩn bị xong;
- Xác định cấp hạt của kim loại.
2. Nội dung thí nghiệm
2.1. Chuẩn bị mẫu để nghiên cứu tổ chức tế vi
a) Chọn và cắt mẫu
Mẫu để nghiên cứu tổ chức tế vi cần phải mang tính đặc trng cho chi tiết hoặc loại
chi tiết cần nghiên cứu.
Thông thờng mẫu có dạng hình trụ, đờng kính 10-15mm, chiều cao 10-15 mm
hoặc có dạng hình hộp, kích thớc 12x12x10 mm.
Ngoài ra, ngời ta cũng dùng mẫu có hình thù đặc biệt cắt từ chi tiết cụ thể để hạn
chế việc phá hỏng chi tiết.
b) Mài thô
Trớc khi mài mẫu trên giấy ráp, nếu mặt mẫu quá xấu (mẫu gang sau khi đập,
mẫu thép sau khi cắt, ) có thể mài phẳng trên máy mài sau đó mới tiến hành mài
thô trên mặt giấy ráp từ thô đến mịn. Thờng thì ngời ta dùng từ 3 đến 4 loại giấy
ráp có độ hạt thô, mịn khác nhau. Giấy ráp Việt Nam đợc đánh số: 0, 1, 2, 3 theo
thứ tự từ mịn đến thô. (Hiện nay phòng thí nghiệm đang dùng giấy ráp của Nhật
với độ mịn hạt nhỏ đợc đánh số tử 100, 200, 400, 800, 1000.v.v).
Giấy ráp đợc đặt lên kính dày để mặt mài đợc nhẵn và phẳng. Khi mài chú ý

d) Tẩm thực
Mục đích của tẩm thực: Để hiện rõ tổ chức của kim loại hoặc hợp kim khi quan
sát trên kính hiển vi quang học. Dung dịch tẩm thực thờng dùng là dung dịch axit
trong nớc hoặc cồn. Đối với thép và gang, dung dịch tẩm thực thờng là dung dịch
1-3% HNO
3
trong cồn.
Cách tiến hành: Mẫu sau khi đánh bóng đợc rửa sạch bằng nớc và tốt nhất bằng
cồn (nếu có điều kiện), thấm và sấy khô. Dùng dung dịch tẩm thực bôi nhẹ lên mặt
mẫu, giữ vài giây để dung dịch xâm thực lên bề mặt mẫu. Khi bề mặt mẫu vừa đổi
màu thì rửa sạch bằng nớc, thấm và sấy khô, đa đi quan sát trên kính hiển vi kim
loại.
2.2. Quan sát tổ chức tế vi và xác định cấp hạt
a) Kính hiển vi kim loại
Kính hiển vi kim loại đợc cấu tạo gồm một hệ thống các thấu kính quang học
nhằm mục đích phóng đại tổ chức tế vi của kim loại và hợp kim lên thờng từ 50
đến 1000 lần. Hệ thống chiếu sáng và kính màu giúp ta quan sát một cách rõ ràng
tổ chức tế vi của mẫu. Ngoài ra còn có hệ thống chụp ảnh để chụp các tổ chức cần
nghiên cứu. Độ phóng đại của kính hiển vi L
K
đợc xác định bằng tích số giữa độ
phóng đại thị kính L
T
và độ phóng đại vật kính L
V
:

Bộ môn: Vật liệu học, xử lý NHiệt và bề mặt

VLHI_1

Fx
S
6
10
= (m
2
) (1.2)
S: Diện tích trung bình của một hạt (m
2
).
F: Diện tích thực mà ta cần tính số hạt (mm
2
).
Z: Số hạt tính gần đúng trong diện tích cần đo.
Z = Z
1
+ 1/2 Z
2

Trong đó Z
1
là số hạt nguyên, Z
2
là số hạt bị cắt. So sánh giá trị S với bảng 1.1
để xác định cấp hạt.

Bộ môn: Vật liệu học, xử lý NHiệt và bề mặt

VLHI_1
5


Bộ môn: Vật liệu học, xử lý NHiệt và bề mặt

VLHI_1
6
3.2. Vẽ tổ chức tế vi vào hình tròn (Hình 1.3). Ghi các pha và độ phóng đại.

Hình 1.3. Tổ chức của thép.
3.3. Xác định cấp hạt theo bảng chuẩn.
Bộ môn: Vật liệu học, xử lý NHiệt và bề mặt

VLHI_1

+ Có thể thử cho nhiều loại chi tiết có hình dáng, chiều dày khác nhau nh
dạng trụ, tấm và hình thù phức tạp;
+ Thông qua giá trị đo độ cứng, có thể xác định gần đúng giới hạn bền, khả
năng chịu mài mòn, tuổi thọ của chi tiết, khả năng gia công nh: cắt gọt,
dập và cán, kéo nguội;
+ Thời gian thử ngắn, thông thờng thời gian thử chỉ một vài phút cho một
mẫu.
2.2. Các phơng pháp đo độ cứng
a) Độ cứng Brinen
+ Độ cứng Brinen đợc xác định bằng cách dùng lực P(kG) thông qua mũi
đâm là viên bi bằng thép đã đợc tôi cứng đờng kính D(mm) lên bề mặt

Bộ môn: Vật liệu học, xử lý NHiệt và bề mặt

VLHI_2
9
mẫu thử. Sau khi thử tạo ra vết lõm hình chỏm cầu I diện tích F
0
(mm
2
)
(hình 2.1). Độ cứng Brinen đợc xác định theo công thức (2.1):
0
F
P
HB =
(kG/mm
2
) (2.1)
P - tải trọng: từ (187,5 ữ 3000) kG.

0
(mm) để tính diện tích F
0
theo
công thức (2.2):
)(
2
1
2
0
2
0
dDDDF =

(2.2)
Thay (2.2) vào (2.1) ta có:
)(
2
2
0
2
dDDD
P
HB

=

(kG/mm
2
) (2.3)

Hình 2.2. Sơ đồ đo độ cứng Rockwen.
Để khắc phục ảnh hởng của bề mặt chi tiết thử, tải trọng tác động P đợc chia ra
làm hai phần: P
0
là tải trọng sơ bộ (P
0
= 10 kG) và P
1
là tải trọng chính có giá trị P
1
=
P - P
0
. Trên hình 2.2, ta có:
P: là tải trọng toàn bộ, P = P
0
+ P
1
.
h
0
: là chiều sâu mũi đâm dới tác dụng của tải trọng P
0
.
h: là chiều sâu mũi đâm dới tác dụng của tải trọng P.
h
1
: là chiều sâu mũi đâm dới tác dụng của tải trọng chính P
1
.

=
(2.5)
Trong đó chiều sâu h đo bằng mm.
c) Độ cứng Vicker và độ cứng tế vi
Độ cứng Vicker đợc xác định bằng cách tác động tải trọng P(kG) thông qua mũi
đâm kim cơng hình tháp, có góc ở đỉnh là 136
0
, nén lên bề mặt mẫu cần thử tạo ra
vết lõm có đờng chéo d(mm) (hình 2.3).

Bộ môn: Vật liệu học, xử lý NHiệt và bề mặt

VLHI_2
11
Độ cứng Vicker đợc xác định theo đờng chéo vết lõm d(mm) bằng công thức

2
854,1
d
P
HV =
(kG/mm
2
,N/mm
2
) (2.6)
Tải trọng P thờng dùng từ 5 đến 120 kG.
P
d



4.2. Xác định độ cứng HB theo công thức (2.3) khi biết D và d
0
.

4.3. So sánh kết quả với số liệu ở bảng 2.1.

4.4. Tra cứu các giá trị độ cứng tơng đơng theo bảng 2.2. Bộ môn: Vật liệu học, xử lý NHiệt và bề mặt

VLHI_2
13
Bảng 2.1. Bảng giá trị độ cứng HB.
Số độ cứng Brinen khi tải trọng
P (kG)
Số độ cứng Brinen khi tải
trọng P (kG)
Đờng
kính vết

10D
2
2,5D
2

2,90 444 - - 4,55 174 58,1 14,5
2,95 429 - - 4,60 170 56,8 14,2
3,00 415 - 34,6 4,65 167 55,5 13,9
3,05 401 - 33,4 4,70 163 54,3 13,6
3,10 388 129 32,3 4,75 159 53,0 13,3
3,15 375 125 31,3 4,80 156 51,9 13,0
3,20 363 121 30,3 4,85 152 50,7 12,7
3,25 352 117 29,3 4,90 149 49,6 12,4
3,30 341 114 28,4 4,95 146 48,6 12,2
3,35 331 110 27,6 5,00 143 47,5 11,9
3,40 321 107 26,7 5,05 140 46,5 11,6
3,45 311 104 25,9 5,10 137 45,5 11,4
3,50 302 101 25,2 5,15 134 44,6 11,2
3,55 293 97,7 24,5 5,20 131 43,7 10,9
3,60 285 95,0 23,7 5,25 128 42,8 10,7
3,65 277 92,3 23,1 5,30 126 41,9 10,5
3,70 269 89,7 22,4 5,35 123 41,0 10,3
3,75 262 87,2 21,8 5,40 121 40,2 10,1
3,80 255 84,9 21,2 5,45 118 39,4 9,86
3,85 248 82,6 20,7 5,50 116 38,6 9,66
3,90 241 80,4 20,1 5,55 114 37,9 9,46
3,95 235 78,3 19,6 5,60 111 37,1 9,27
4,00 229 76,3 19,1 5,65 109 36,4 9,10
4,05 223 74,3 18,6 5,70 107 35,7 8,93
4,10 217 72,4 18,1 5,75 105 35,0 8,70

lõm
(mm)
Số độ
cứng
HB
HRC
150
(kG)
HRB
100
(kG)
HRA
60
(kG)
Độ
cứng
Vicker
HV
Đờg
kính
vết
lõm
(mm)
Số độ
cứng
HB
HRC
150
(kG)
HRB

311 3,45 311 32 - 66 129 5,25 128 - 75 -
303 3,50 302 31 - 66 127 5,30 126 - 74 -
292 3,55 293 30 - 65 123 5,35 123 - 73 -
285 3,60 285 29 - 65 127 5,40 121 - 72 -
278 3,65 277 28 - 64 118 5,45 118 - 71 -
270 3,70 269 27 - 64 116 5,50 116 - 70 -
261 3,75 262 26 - 63 115 5,55 114 - 68 -
255 3,80 255 25 - 63 113 5,60 111 - 67 -
249 3,85 248 24 - 62 110 5,65 110 - 66 -
240 3,90 244 23 102 62 109 5,70 109 - 65 -
235 3,95 235 21 101 62 108 5,75 107 - 64 -Bộ môn: Vật liệu học & NHiệt luyện

VLHI_3
15
bi thí nghiệm số 3
Tổ chức tế vi CủA THéP Và GANG theo giản đồ Fe - Fe
3
C.

1. Mục đích và yêu cầu
- Bớc đầu làm quen với tổ chức tế vi của thép và gang trắng ở trạng thái giả
cân bằng (Fe-Fe
3
C).
- Nhận biết và phân biệt đợc các pha nh: ferit, xêmentit, peclit, lêđêburit.
- Xác định hàm lợng cacbon trong thép cùng tích.
- Vẽ các nét đặc trng của tổ chức thép và gang trắng.

- tiết ra khi làm nguội Ferit. Xe có thể nằm trong hỗn hợp
cùng tích (Peclit) hoặc trong hỗn hợp cùng tinh (Lêđêburit). Trên kính hiển
vi Xe trong peclit là các tấm mảnh, quan sát thấy chúng nh các vạch đen,
thực chất đó là các bóng chiếu xuống của các tấm xêmentit (quan sát thấy

Bộ môn: Vật liệu học & NHiệt luyện

VLHI_3
16
trong các peclit tấm). Khi xêmentit ở dạng hạt lớn hoặc hoặc các tấm to, ta
thấy chúng có màu trắng sáng ở gang trắng sau cùng tinh.
Peclit(P) là hỗn hợp cơ học của ferit và xêmentit. Lợng xêmentit trong
peclit là 12%. Có hai loại peclit là peclit tấm (Xe dạng tấm) và peclit hạt
(Xe dạng vòng tròn). Hàm lợng cacbon trong peclit là 0,8%. Cơ tính của
peclit phụ thuộc vào độ phân tán và nhỏ mịn của xêmentit. Xêmentit càng
nhỏ mịn, càng phân tán thì độ bền độ cứng càng cao. Với độ phóng đại
không lớn, chỉ nhìn thấy Peclit có màu sẫm.

Hình 3.1. Giản đồ Fe-C (Fe-Fe
3
C)với các khu vực tổ chức khác nhau.
Lêđêburit(Le) ở nhiệt độ thờng là hỗn hợp cơ học của peclit và xêmentit
cùng kết tinh do đó khi cắt ngang có dạng da báo, trong đó có thể peclit có
màu đen, nền sáng còn lại là xêmentit. Lêđêburit là tổ chức rất cứng và giòn
(2/3 là xêmentit).
3. Nội dung thí nghiệm
3.1. Thiết bị thí nghiệm
- Kính hiển vi quang học Asiovert 25A, dùng với độ phóng đại thờng X100,
X200;
- Bảng ảnh chuẩn của các tổ chức tế vi theo giản đồ pha;

Chú ý: Dựa vào lới Xe bao quanh hạt cũng có thể dự đoán hàm lợng cacbon có
trong thép sau cùng tích, chẳng hạn, nếu lới Xe đứt đoạn thì lợng cacbon nhỏ,
còn lới Xe liên tục và dày thì lợng cacbon lớn.
3.3. Quan sát tổ chức tế vi của gang trắng
a) Gang trắng trớc cùng tinh:
Theo giản đồ pha, tổ chức tế vi gồm Le + P + Xe
II

Quan sát tổ chức tế vi của gang trắng %C < 4.3%: P có dạng hạt màu sẫm, Xe màu
sáng, vùng có dạng da báo là một phần của Le.

Bộ môn: Vật liệu học & NHiệt luyện

VLHI_3
18
b) Gang trắng cùng tinh (4,3%C):
Theo giản đồ pha, tổ chức tế vi chỉ gồm Le.
Quan sát tổ chức tế vi của gang trắng %C = 4.3%: Ta cũng quan sát thấy vùng sẫm
là P trong cùng tinh, vùng sáng là Xe, một phần Le có dạng da báo.
c) Gang trắng sau cùng tinh:
Theo giản đồ pha, tổ chức tế vi gồm Le + Xe
I

Quan sát tổ chức tế vi của gang trắng %C > 4.3%: Le cùng tinh có cả vùng có dạng
da báo, Xe
I
là những dải rộng màu sáng.
3.4. Thực nghiệm
Mỗi sinh viên cần quan sát kỹ và nhận dạng tổ chức trên kính hiển vi, so sánh với
bảng ảnh, vẽ lại tổ chức tế vi và báo cáo.


Bộ môn: Vật liệu học, xử lý NHiệt và bề mặt

VLHII_1
20
Bi thí nghiệm số 4
Nghiên cứu tổ chức tế vi của gang

1. Mục đích và yêu cầu
- Phân biệt tổ chức của các loại gang trắng, gang xám, gang dẻo, gang cầu. So
sánh các tổ chức này,
- Xác định đợc nền kim loại của các loại gang xám, gang dẻo và gang cầu,
2. Cơ sở lý thuyết
Gang là hợp kim của sắt với cacbon khi hàm lợng chứa cacbon trên 2,14%. Trong
thực tế công nghiệp thờng gặp các loại gang trắng, gang xám, gang dẻo và gang
cầu. Sau đây sẽ trình bày vắn tắt các loại gang đó.
2.1. Gang trắng
Gang trắng có tổ chức tơng ứng với giản đồ pha Fe-C. Căn cứ vào lợng chứa
cacbon, gang trắng chia làm 3 loại: gang trắng trớc cùng tinh (%C < 4,3), gang
trắng cùng tinh (%C = 4,3) và gang trắng sau cùng tinh (%C > 4,3).
Tổ chức của các gang trắng nh sau:
Gang trắng trớc cùng tinh gồm P + Le + Xe. Tổ chức của gang trắng trớc cùng
tinh trình bày ở hình 4.1. Gang trắng cùng tinh chỉ có Le. Gang trắng sau cùng tinh
tổ chức gồm Le + Xe
I
. Tổ chức của nó xem ở hình 4.2.
Hình 4.1.
T
ổ chức gang trắng trớc cùng tinh
.

Hình 4.3. Tổ chức gang xám ferit. Hình 4.4. Tổ chức gang xám ferit-peclit.
b) Gang xám ferit+peclit:
Tổ chức gồm nền ferit + peclit và graphit dạng tấm (hình 4.4),
Hình 4.6. Tổ chức gang dẻo.
Hình 4.5. Tổ chức gang xám peclit.

Bộ môn: Vật liệu học, xử lý NHiệt và bề mặt

VLHII_1
22
c) Gang xám peclit:
Tổ chức gồm nền peclit và graphit dạng tấm (hình 4.5),

xám ferit-peclit, gang xám peclit, mẫu gang dẻo và gang cầu cha tẩm thực.
Hình 4.7. Tổ chức gang cầu.

Bộ môn: Vật liệu học, xử lý NHiệt và bề mặt

VLHII_1
23
4. Nội dung báo cáo
Các tổ chức của gang vẽ ngay vào báo cáo ở phòng thí nghiệm. Kết quả thí nghiệm
đánh giá ngay sau buổi thí nghiệm. Bộ môn: Vật liệu học, xử lý NHiệt và bề mặt

VLHII_2
24
Bi THí nghiệm số 5
Nghiên cứu tổ chức của kim loại và hợp kim màu

1. Mục đích và yêu cầu
Sinh viên làm quen với những đặc điểm về tổ chức của kim loại và hợp kim màu.
2. Cơ sở lý thuyết
2.1. Đồng và hợp kim đồng
a) Đồng
Đồng nguyên chất có nhiều đặc tính kỹ thuật quý nh dẻo, tính dẫn điện và tính
dẫn nhiệt cao, chống gỉ trong môi trờng không khí.
Những tạp chất có hại đối với đồng là Bismut (Bi) và Chì (Pb), Ôxy (O
2
), Hyđro
(H

(%Zn < 39) và đồng thau hai pha (%Zn > 39).
Tổ chức của đồng thau một pha ở trạng thái ủ giống nh đồng nguyên chất, tức là
những hạt phân cách nhau bằng các ranh giới. Trong các hạt cũng có song tinh
(hình 5.2a.
Tổ chức của đồng thau hai pha gồm nền sáng (pha ) và màu tối (pha ) (hình
5.2b.
a) b)
Hình 5.2. Tổ chức tế vi của đồng thau một pha (a) và đồng thau hai pha (b).
Ngời ta cũng đa nhôm, sắt, niken, mangan vào đồng thau để tăng cơ tính của
chúng.
c) Đồng thanh
Đồng thanh là hợp kim của đồng với các nguyên tố hợp kim chính khác trừ kẽm.
Thờng dùng đồng thanh thiếc, đồng thanh nhôm, đồng thanh chì và đồng thanh
berili
Đồng thanh thiếc (Cu-Sn)
Giản đồ trạng thái trình bày
ở hình 5.3.
Thiếc có thể hoà tan trong
đồng đến 14% khi lợng
thiếc cao sẽ xuất hiện pha
cứng và giòn làm giảm
mạnh tính dẻo của hợp kim.
ở trạng thái ủ, tổ chức của
đồng thanh thiếc chỉ có dung
Hình 5.3. Giản đồ trạng thái Cu-Sn.

Bộ môn: Vật liệu học, xử lý NHiệt và bề mặt

VLHII_2
26

nhôm có hoạt tính hoá học lớn nhng có khả năng chống ăn mòn tơng đối cao vì
trên bề mặt tạo thành lớp ôxyt Al
2
O
3
có tổ chức sít chặt. Do cơ tính thấp nên trong
công nghiệp chủ yếu dùng hợp kim nhôm chứ không phải nhôm nguyên chất. Tất