MỤC LỤC
Trang tựa

TRANG

Quyết định giao đề tài
Lý lịch khoa học

i

Lời cam đoan

ii

Lời c m ơn

iii

Tóm tắt

iv

Mục lục

vi

Danh sách các ký hiệu

ix

Danh sách các hình

1.3. Nhiệm vụ c a đề tài và giới h n đề tài

10

1.3.1 Nhiệm vụ

10

1.3.2 Giới h n đề tài

10

1.4. Phương pháp nghiên c u
Ch

ng 2. C

10

SỞ LÝ THUYẾT

11

2.1 Các phương pháp đo độ c ng hiện nay

11

2.1.1 Độ c ng Brinell

11


33

2.3.1 Tôi cao tần (tôi c m ng điện từ)

33

2.3.2 Những đặc điểm ch yếu c a austenit t o thành khi nung nóng

35

bằng dòng điện tần số cao
2.3.3 Chọn chế độ tôi tần số
Ch

35

ng 3. TRÌNH TỰ THÍ NGHIỆM

37

3.1. Mẫu thực nghiệm

37

3. 1.1. Kích thước c a mẫu

37

3.1.2. Vật liệu


39

4.1.2. Đo độ c ng mẫu bằng phương pháp đo Rockwell (HRC)

41

4.2. Xử lý số liệu thí nghiệm
4.2.1.

43

ng dụng phần mềm Origin Pro 8.0 vào xử lý số liệu

4.2.2. Xử lý số liệu
Ch

39

43
44

ng 5. KẾT QU THỰC NGHIỆM

5.1. Biểu đồ mối quan hệ giữa đo độ c ng bằng phương pháp Rocwell

53
53

và thời gian tôi cao tần

TÀI LIỆU THAM KH O

61

Phụ lục 1

63

Phụ lục 2

64

Phụ lục 3

65

Phụ lục 4

66

Phụ lục 5

67

Phụ lục 6

68

Phụ lục 7


Phụ lục 15

83

Phụ lục 16

85

Phụ lục 17

87

viii


DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT
P: là lực tác dụng
F: Diện tích vết lõm
D: Đường kính bi thép
d: Đường kính vết lõm
P0: t i trọng sơ bộ
HB: độ c ng Brinell
HV: độ c ng Vickers
HRA: độ c ng Rocwell thang A
HRB: độ c ng Rocwell thang
HRC: độ c ng Rocwell thang
 : bước sóng
SWL : giới h n bước sóng ngắn
2 : góc nhiễu x
d : kho ng cách giữa các mặt ph ng phân tử (hkl )

L : chiều dài phân tố bị nhiễu x
Lc : chiều dài th m th u c a tia tới và nhiễu x đi ra ngoài mẫu đo.
dV = Ldrd : thể tích phân tố bị nhiễu x
B: bề rộng trung bình đường nhiễu x .
BI: bề rộng tích phân c a hàm Gaussian.
w: là sai lệch chu n, đặc trưng cho độ mở rộng c a đường nhiễu x
xc: giá trị trung bình c a hàm Gaussian.
Ix: mật độ dòng điện ở cách bề mặt một kho ng là x.
Im: mật độ dòng điện ở bề mặt.
e: cơ số logarit tự nhiên.
δ: kho ng cách từ bề mặt vào đến chỗ có mật độ dòng điện gi m đi e lần so với Im
ρ - Điện trở su t c a kim lo i nung.
µ- Độ từ th m c a kim lo i nung.
f- Tần số c a dòng điện.
ρ0 : là điện trở su t ở nhiệt độ t0

x


α: hệ số thay đổi điện trở su t su t theo nhiệt độ
N: Số thí nghiệm cần làm.
k: Tổng các yếu tố xét được kiểm soát trong thí nghiệm.
n0: Thí nghiệm cần thực hiện thêm.

xi


DANH SÁCH CÁC HÌNH
HÌNH


6

khác nhau
Hình 1.6:

Mối quan hệ độ từ th m c a điện từ trường và nhiệt độ

7

Hình 1.7:

So sánh sự gi m phân phối ng su t mô phỏng, là kết qu c a

9

các phương pháp khử lớp khác nhau trong một t m phằng
Hình 2.1:

Máy kiểm tra độ c ng Brinel

11

Hình 2.2:

Kích thước bi tròn làm mũi thử Brinel

11

Hình 2.3:


Hình d ng vết lõm

15

Hình 2.9:

Kích thước vết lõm và giá trị độ c ng

15

Hình 2.10:

Góc độ không gian c a mũi thử

16

Hình 2.11:

Độ c ng Vickers c a một số vật liệu

16

Hình 2.12:

Thiết bị đo độ c ng Rockwell

17

Hình 2.13:


Sự phát tán từ một electron đến điểm M

23

xii


Hình 2.19:

Đường nhiễu x c a vật liệu Al 2024-T3

24

Hình 2.20:

Hiệu chỉnh đường phông c a đường nhiễu x

24

Hình 2.21:

nh hưởng c a kích thước tinh thể đến nhiễu x

28

Hình 2.22:

Đường nhiễu x chung và các đường nhiễu x thành phần

29

37

Hình 3.2:

Kiểu m ng tinh thể thép C45

37

Hình 4.1:

Phương pháp đo kiểu  cố định 

39

Hình 4.2:

Mặt nhiễu x c a thép C45

41

Hình 4.3:

Phương pháp đo

42

Hình 4.4:

Máy đo độ c ng Rockwell model HRC-150


47

Hình 4.10:

Đường nhiễu x mẫu tôi cao tần với t = 20 giây

48

Hình 4.11:

Đường nhiễu x mẫu tôi cao tần với t = 25 giây

49

Hình 4.12:

Đường nhiễu x mẫu tôi cao tần với t = 30 giây

50

Hình 4.13:

Đường nhiễu x mẫu tôi cao tần với t = 40 giây

51

Hình 4.14:

Đường nhiễu x mẫu tôi cao tần với t = 50 giây


bình B theo d ng đường cong
Hình 5.5

So sánh phép nội suy

58

Hình 5.6

So sánh độ c ng nội suy và thực nghiệm

59

xiv


DANH SÁCH CÁC B NG
B NG

TRANG

B ng 1.1:

Mẫu thử và điều kiện xử lý nhiệt.

6

B ng 1.2:

Đặc tính c a thép C45 t i nhiệt độ phòng.

Các lo i ống phong tia X và đặc tính

40

B ng 4.3:

Điều kiện thí nghiệm bằng nhiễu x X quang

41

B ng 4.4:

Giới h n đo c a các thang Rockwell

42

B ng 4.5 :

Số liệu các mẫu đo độ c ng bằng Rockwell

43

B ng 4.6:

Giá trị tham số c a hàm nội suy mẫu không nhiệt luyện

45

B ng 4.7:


Giá trị tham số c a hàm nội suy mẫu tôi cao tần với t = 40 giây

51

B ng 4.13:

Giá trị tham số c a hàm nội suy mẫu tôi cao tần với t = 50 giây

52

B ng 5.1:

Số liệu đo độ c ng Rockwell c a các mẫu đo

53

B ng 5.2:

Số liệu đo bề rộng trung bình B c a nhiễu x các mẫu đo

54

B ng 5.3:

Số liệu đo độ c ng Rockwell và bề rộng trung bình B các mẫu

55

thực nghiệm
B ng 5.4

Tôi cao tần là sự liên kết ph c t p c a điện từ tr

ng, truyền nhiệt, nhiệt luyện

liên quan đến nhiều yếu t . Thành phần chính c a hệ th ng tôi cao tần là lõi, nguồn
cung cấp, hệ th ng nâng, hệ th ng làm nguội và phôi. δõi c a hệ th ng tôi cao tần
đ ợc thiết kế đặc biệt cho các lo i hình dáng và kích cỡ khác nhau.
Độ c ng là một thuộc tính cơ b n c a vật liệu, thuật ngữ độ c ng ph n ánh
tính chịu u n, độ bền, mài mòn, trầy x ớc c a vật liệu. Cùng với sự phát triển c a
khoa học vật liệu đư có rất nhiều ph ơng pháp đo độ c ng ra đ i. Một s ph ơng
pháp đo độ c ng th

ng đ ợc biết đến, đặc biệt ng dụng cho lĩnh vực vật liệu kim

lo i
Độ c ng là kh năng ch ng l i biến d ng dẻo cục bộ và có liên quan chặt chẽ
đến độ bền kéo. Độ c ng đ ợc xác định bằng cách đo m c độ ch ng l i lực ấn c a
mũi đâm có d ng chuẩn lên bề mặt vật liệu. Vật liệu mũi đâm có thể là thép đư nhiệt

1


luyện hoặc kim c ơng, có thể có hình cầu hoặc hình tháp. Độ c ng đ ợc xác định
theo kích th ớc c a vết lõm mũi đâm để l i trên bề mặt vật kiểm. Đó cũng là m c
ch ng l i lực ấn c a mũi đâm có d ng chuẩn lên bề mặt vật liệu.
Ph ơng pháp nhiễu x tia X đ ợc sử dụng để xác định ng suất d , tính ng
suất m i, xác định pha tinh thể... mà không phá h y chi tiết mẫu. Nhiều nghiên c u
tr ớc đây cho thấy, bất c sự thay đổi nào trong cấu trúc c a vật liệu tinh thể (nh
biến d ng dẻo, xử lý nhiệt, quá trình hợp kim hóa,…) đều nh h
tr ng c a đ

(mẫu chuẩn) g(x) dựa trên ph ơng pháp phân tích điều hòa c a Stokes.
Áp dụng tính toán biến d ng tế vi, kích th ớc hat c a vật liệu tinh thể nano đư
và đang đ ợc nghiên c u và ng dụng trong nhiều lĩnh vực nh luyện kim, g m,
th y tinh, xúc tác, vật liệu phát quang, xử lí chất th i ô nhiễm môi tr
CeO2.

2

ng,… là


Hình 1.1: Đ

ng nhiễu x cho mẫu chuẩn sau khi hiệu chỉnh LP.

- Ths. D ơng Công C

ng, Nghiên cứu và xác định độ cứng của thép cacbon

nhiệt luyện bằng ph ơng pháp nhiễu x tia X, thực hiện năm β01γ t i đ i học SPKT
Tp.HCM.[10]
Độ c ng là một chỉ tiêu cơ tính quan trọng c a vật liệu cơ khí, và th

ng đ ợc

xác định bằng các ph ơng pháp phá h y truyền th ng dùng mũi đâm. Bài báo này
nghiên c u m i liên hệ giữa độ c ng c a thép Cη0 tôi-ram
rộng c a đ

nhiều nhiệt độ và bề

ng ph ơng pháp đo ng suất bằng nhiễu

x tia X, thì vùng nhiễu x tia X trên bề mặt mẫu thử thì gia tăng với việc tăng góc
ψ. Sử dụng mẫu thép đ ợc tôi và ram sẽ có bề rộng đ

3

ng nhiễu x khác nhau, nh


h

ng c a hệ s δPA đ i với giá trị ng suất đư đ ợc kh o sát. Hệ s δPA có nh

h

ng lớn đ i với giá trị ng suất là đ

ng nhiễu x đ ợc m rộng. Trong ph ơng

pháp điều chỉnh ngoài độ nghiêng tiêu chuẩn thì hệ s δPA có nh h

ng ít đ i với

giá trị c a ng suất và điều đó đ ợc b qua. Công th c để tính sai s chuẩn giữa
những ng suất khác nhau với ngoài việc hiệu chỉnh hệ s δPA đư đ ợc thiết lập.

Hình 1.2: Ph ơng pháp hiệu chỉnh góc ψ [12]

Hình 1.3: Ph ơng pháp hiệu chỉnh góc

Trong tr
m ng

ng hợp tôi c m ng, máy phát có tần s cao làm cho một lớp c ng

khu vực kh o sát. Ngoài ra, độ c ng cho mẫu có đ

ng kính nh hơn đ ợc

thử nghiệm. Trong nghiên c u này, quá trình làm c ng các bề mặt bằng tôi c m ng
b i các máy phát tần s cao (βεHz), kết qu mang l i cho điều kiện xử lý nhiệt rất
t t, chiều sâu độ c ng (chiều sâu lớp thấm) c a mẫu thử là 0,4mm và độ c ng
kho ng θ00HV. Hơn nữa, kết qu t t nhất trong mẫu thử có đ
chiều sâu lớp thấm kho ng 0,0λmm và độ c ng kho ng θ00HV.

5

ng kính γmm thì


B ng 1.1μ mẫu thử và điều kiện xử lý nhiệt [14]

- A. Zabett, S.H. Mohamadi Azghandi, Simulation of induction tempering
process of carbon steel using finite element method, Materials and Design 36 (2012)
415–420. [15]

Hình 1.5: Đ

ng biểu diễn nhiệt độ - th i gian với điều kiện tôi c m ng khác nhau[15]


triển và áp dụng để tăng độ chính xác và độ tin cậy c a dữ liệu vật liệu. Cùng một
lúc, vì một s tính năng đặc biệt c a nhiệt c m ng cho c ng bề mặt, phân tích độ
nh y đư đ ợc thực hiện để đánh giá chính xác cần thiết trong việc xác định các đặc
tính để thực hiện mô hình s .

Hình 1.6: M i quan hệ độ từ thẩm c a điện từ tr

ng và nhiệt độ[16]

- K. Rajanna, B. H. Kolsters and B. Pathiraj, Fatigue Fracture surface analysis in
C45 steel specimens using X-ray fractography,Engineering Frocrure MechanicsVol.
39, No. I, pp. 147-157, 1991.[17]
Nhiễu x X-quang là một kỹ thuật hữu ích để phân tích các cơ chế ho t động
về m i trong cơ khí và liên quan đến việc kiểm tra bề mặt m i. Trong việc kh o sát
hiện nay, kỹ thuật này đư đ ợc sử dụng để nghiên c u độ bền m i c a thép cacbon
trung bình C4η trong điều kiện xử lý nhiệt khác nhau. Những h ớng quan sát khác

7


nhau c a ng suất d (a) và bề rộng c a đ

ng nhiễu x toàn bộ t i một nửa c

độ t i đa (E) các m i quan hệ với các yếu t c

ng

ng độ ng suất cực đ i (K) trên bề


ng suất d

(εPA)

ng suất d (Psi)

Chiều sâu
Hình 1.7: So sánh sự gi m phân ph i ng suất mô ph ng, là kết qu c a
các ph ơng pháp khử lớp khác nhau trong một tấm phằng [18]
a. Phân ph i ng suất tuyến tính ban đầu
b. Ph ơng pháp FEA c a dưi vuông góc với ng suất
c. FEA lớp đầy đ
d. δo i lớp đầy đ theo εoore và Evans
e. H c FEA, γD

Vấn đề còn tồn tạiμ thép C4η đ ợc tôi cao tần có ng dụng nhiều trong lĩnh
vực cơ khí (trục, bánh răng, trục khuỷu…) nên việc kiểm tra độ c ng c a chi tiết là
rất cần thiết. Nh ng việc kiểm tra bằng cách truyền th ng (Vickers, Brinel,
Rocwell) sẽ làm chi tiết bị phá huỷ. Việc xác định độ c ng c a thép C4η đ ợc tôi
cao tần bằng ph ơng pháp nhiễu x X-quang thực nghiệm là ph ơng pháp mới để
xác định độ c ng c a thép C4η đ ợc tôi cao tần.
Ngoài ra, việc kiểm tra chi tiết

các điều kiện tôi cao tần khác nhau cũng

cần thiết để xác định độ c ng nhất định c a chi tiết khi đó sẽ hiệu qu hơn cho việc
sử dụng chi tiết vào các mục đích khác nhau.

9


Ch

C
2.1 Các ph

S

ng 2

LÝ THUY T

ng pháp đo độ c ng hi n nay

Hiện nay độ c ng đ ợc đo theo ba ph ơng pháp thông dụngμ
- Theo thang Brinell – Dùng mũi đâm bằng bi thép hoặc wolfram.
- Theo thang Vickers – dùng mũi đâm kim c ơng d ng hình tháp vuông.
- Theo thang Rockwell – dùng mũi đâm hình côn bằng kim c ơng hoặc bi
thép.Kích th ớc vết lõm đ ợc dùng để xác định giá trị độ c ng - vết lõm
càng nh thì vật liệu càng c ng.
2.1.1 Độ c ng Brinell [8]
Độ c ng Brinell có ký hiệu là HB do nhà nghiên c u ng

i Sweden có tên

Dr. Johan August Brinell đề xuất.

Hình 2.1: εáy kiểm tra độ c ng Brinel [8]

Hình 2.2: Kích th ớc bi tròn làm mũi thử Brinel [8]



P: là lực tác dụng vào bi thép
ạ: Diện tích vết lõm
D: Đ ờng kính bi thép
d: Đ ờng kính vết lõm

Hình 2.3: Đo hình d ng, kích th ớc vết lõm [8]

12

(2.1)


Ph ơng pháp đo độ c ng Brinell th

ng dùng để đo vật liệu có độ c ng thấp,

thang đo d ới 4η0HB. Quá giới h n này thì không thực hiện đ ợc chính xác vì viên
bi đo bị biến d ng.
- Trong một s tr

ng hợp đơn gi n có thể dùng ph ơng pháp th công để

kiểm tra nh hình vẽ sauμ

Hình 2.4: Đo độ c ng bằng ph ơng pháp th công [8]
- Độ c ng Brinell có thể xác định theo biểu đồ vết lõm sauμ

Hình 2.5: Biểu đồ lõm [8]


P
d2

Trong đó:
HV : Độ cứng Vickers
P: Lực tác dụng
d: kính th ớc vết lõm (d = 0,5( d1 + d2 ))

15

(2.2)