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


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


Điện thoại: 0976808384
E-mail:
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
3/2008 đến
nay.

Nơi công tác
Trường cao đẳng nghề lilama2

Trang i

Công việc đảm nhiệm
Giáo viên.


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 iii


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



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)


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


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


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


33

Chƣơng 2: CHẾ TẠO MẪU ĐO

34

2.1. Mẩu thực nghiệm

34

Trang vi


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


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


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


Chƣơng 4: KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM
4.1. Biểu đồ mối quan hệ giữa đo độ cứng bằng phƣơng pháp
Rocwell và nhiệt độ ram
4.2 Biểu đồ mối quan hệ giữa Bề rộng trung bình B và nhiệt độ
ram

56
56
57

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


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

BC : chiề u dài nhiễu xa ̣ từ phân tố bi ̣nhiễu xa ̣ đế n ra ngoài mẫu đo
 : chiề u sâu thẩ m thẩ m thấ u ta ̣i  = 0o
R : bán kính của mẫu đo hình trụ

Trang ix


r : bán kính tại phân tố bị nhiễu xạ
dr : chiề u dày phân tố bi ̣nhiễu xa ̣

 : góc giới ha ̣n vùng nhiễu xa ̣
d : bề rô ̣ng phân tố bi ̣nhiễu xa ̣
L : chiề u dài phân tố bi ̣nhiễu xa ̣
Lc : chiề u dài thẩ m thấ u của tia tới và nhiễu xa ̣ đi ra ngoài mẫu đo.
dV = Ldrd : thể tić h phân tố bi ̣nhiễu 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


DANH SÁCH CÁC HÌNH
HÌNH

TRANG

Hình A.1:

(Máy kiểm tra độ cứng Brinel)


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)


(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:


(Độ rộng scherrer đường nhiễu xạ)

26

Trang xi


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:

(Biể u đồ biế n đổ i nhiê ̣t đô ̣ nung khi nhiê ̣t luyê ̣n)

30

Hình B2.1:

(Kiểu mạng tinh thể thép C50)


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)


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:


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 B3.6:

(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 B3.16:

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


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


- 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


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: