BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ
DƯƠNG MINH HÙNG

NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH ĐỘ CỨNG CỦA THÉP C45
ĐƯỢC TÔI CAO TẦN SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP
NHIỄU XẠ X-QUANG

NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ - 60520103

S K C0 0 4 5 2 3

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 04/2015


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ
DƯƠNG MINH HÙNG

NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH ĐỘ CỨNG CỦA THÉP C45 ĐƯỢC
TÔI CAO TẦN SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP
NHIỄU XẠ X-QUANG

NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ - 60520103


Điện thoại: 0985.95.91.90
E-mail:
II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO:
Đại học:
Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian đào tạo từ 2003 đến 2008.
Nơi học (trường, thành phố): Trường Đại Học Cần Thơ.
Ngành học: Cơ khí.
III. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT
NGHIỆP ĐẠI HỌC:
Thời gian
2010 đến nay.

Nơi công tác
Trường Đại học Trà Vinh

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 4 năm 2015
(Ký tên và ghi rõ họ tên)

Dƣơng Minh Hùng



Trung tâm Hạt Nhân TP. HCM

-

Gia đình, bạn bè và đồng nghiệp.

Một lần nữa, em xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ, sự hỗ trợ động viên quý
báu của tất cả mọi người. Xin trân trọng cảm ơn
Tp. Hồ Chí Minh, tháng 4 năm 2015
Học viên thực hiện luận văn

Dƣơng Minh Hùng

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
(Rockwell,Vickers, Brinell).
Với nhược điểm trên,trong bài viết này tác giả đã nghiên cứu một phương
pháp mới có thể kiểm tra độ cứng của vật liệu mà không làm phá hủy bề mặt
bằng việc sử dụng máy đo nhiễu xạ X quang. Bài báo này nghiên cứu độ
cứng của thép C45 được tôi cao tần với thời gian tôi của các mẫu thử khác
nhau (10 giây, 15 giây, 20 giây, 25 giây, 30 giây, 40 giây và 50 giây). Sau đó
các mẫu thử được kiểm tra bằng phương pháp nhiễu xạ x-quang (thể hiện
qua bề rộng trung bình của đường nhiễu xạ).
Kết quả thực nghiệm cho thấy rằng độ cứng của các mẫu thử (HRC) tăng dần
thì bề rộng trung bình (B) cũng tăng dần và mối quan hệ của chúng được thể

Trang tựa

TRANG

Quyết định giao đề tài
Lý lịch khoa học

i

Lời cam đoan

ii

Lời cảm ơn

iii

Tóm tắt

iv

Mục lục

vi

Danh sách các ký hiệu

ix

Danh sách các hình

10

1.3.1 Nhiệm vụ

10

1.3.2 Giới hạn đề tài

10

1.4. Phương pháp nghiên cứu

10

Chƣơng 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT

11

2.1 Các phương pháp đo độ cứng hiện nay

11

2.1.1 Độ cứng Brinell

11

2.1.2.Độ cứng Vickers

14


33

2.3.2 Những đặc điểm chủ yếu của austenit tạo thành khi nung nóng

35

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

35

Chƣơng 3. TRÌNH TỰ THÍ NGHIỆM

37

3.1. Mẫu thực nghiệm

37

3. 1.1. Kích thước của mẫu

37

3.1.2. Vật liệu

37

3.1.3. Mạng tinh thể

37

43

4.2.1. Ứng dụng phần mềm Origin Pro 8.0 vào xử lý số liệu

43

4.2.2. Xử lý số liệu

44

Chƣơng 5. KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM
5.1. Biểu đồ mối quan hệ giữa đo độ cứng bằng phương pháp Rocwell

53
53

và thời gian tôi cao tần
5.2 Biểu đồ mối quan hệ giữa Bề rộng trung bình B và thời gian tôi

vii

54


cao tần
5.3. Mối quan hệ giữa độ cứng Rockwell và bề rộng trung bình B

55

5.4 So sánh độ cứng thực nghiệm và nội suy


Phụ lục 4

66

Phụ lục 5

67

Phụ lục 6

68

Phụ lục 7

69

Phụ lục 8

70

Phụ lục 9

71

Phụ lục 10

73

Phụ lục 11

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: tải trọng sơ bộ
HB: độ cứng Brinell
HV: độ cứng Vickers
HRA: độ cứng Rocwell thang A
HRB: độ cứng Rocwell thang
HRC: độ cứng Rocwell thang
 : bước sóng
SWL : giới hạn bước sóng ngắn
2 : góc nhiễu xạ
d : khoảng cách giữa các mặt ph ng phân tử (hkl )
n : bậc bức xạ
(P) : mặt ph ng chứa ống phát và ống thu tia X ( mặt ph ng nghiêng )
(Q) : mặt ph ng vuông góc với trục hình trụ chứa hướng đo ứng suất
Ψ : góc tạo bởi phương pháp tuyến của mẫu đo với phương pháp tuyến của họ mặt
ph ng nguyên tử nhiễu xạ
Ψo : góc tạo bởi phương pháp tuyến của mẫu đo và tia tới X
 : là góc phân giác của tia tới và tia nhiễu xạ X
o : là góc tạo bởi phương pháp tuyến của họ mặt ph ng nhiễu xạ và tia tới X

 : góc tạo bởi tia tới X và phương ngang
 : góc tạo bởi tia nhiễu xạ và phương ngang
 : góc tạo bởi phương pháp tuyến của mẫu đo với mặt ph ng nghiêng
 : góc tạo bởi trục đứng mẫu đo hình trụ với ( P )
a : hệ số tính chất của vật liệu ( phụ thuộc loại vật liệu )



x


α: hệ số thay đổi điện trở suất suất 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

TRANG

Hình 1.1:

Đường nhiễu xạ cho mẫu chu n sau khi hiệu chỉnh LP.

3

Hình 1.2:

Phương pháp hiệu chỉnh góc ψ

4

Hình 1.3:

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

Máy kiểm tra độ cứng Brinel

11

Hình 2.2:

Kích thước bi tròn làm mũi thử Brinel

11

Hình 2.3:

Đo hình dạng, kích thước vết lõm

12

Hình 2.4:

Đo độ cứng bằng phương pháp thủ công

13

Hình 2.5:

Biểu đồ lõm

13


Hình 2.11:

Độ cứng Vickers của một số vật liệu

16

Hình 2.12:

Thiết bị đo độ cứng Rockwell

17

Hình 2.13:

Kích thước vết lỏm đo độ cứng Rockwell

17

Hình 2.14:

Định luật Bragg

18

Hình 2.15:

Mối quan hệ giữa góc 2theta và đỉnh nhiễu xạ

20

Hiệu chỉnh đường phông của đường nhiễu xạ

24

Hình 2.21:

Ảnh hưởng của kích thước tinh thể đến nhiễu xạ

28

Hình 2.22:

Đường nhiễu xạ chung và các đường nhiễu xạ thành phần

29

Hình 2.23:

Độ rộng scherrer đường nhiễu xạ

30

Hình 2.24:

Độ rộng Laue đường nhiễu xạ

30

Hình 2.25:



Mặt nhiễu xạ của thép C45

41

Hình 4.3:

Phương pháp đo

42

Hình 4.4:

Máy đo độ cứng Rockwell model HRC-150

42

Hình 4.5:

Biểu tượng của phần mềm Origin pro 8.0

43

Hình 4.6:

Hàm nội suy Gauss Amp

44

Hình 4.7:


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

50

Hình 4.13:

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

51

Hình 4.14:

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

52

Hình 5.1:

Mối quan hệ độ cứng (HRC) và thời gian tôi cao tần

53

Hình 5.2:

Mối quan hệ giữa bề rộng trung bình B và thời gian tôi cao tần

54

Hình 5.3:


DANH SÁCH CÁC BẢNG
BẢNG

TRANG

Bảng 1.1:

Mẫu thử và điều kiện xử lý nhiệt.

6

Bảng 1.2:

Đặc tính của thép C45 tại nhiệt độ phòng.

8

Bảng 2.1:

Hằng số hấp thu  phụ thuộc vào kim loại.

22

Bảng 2.2:

Dạng tổng bình phương của một số chỉ số Miller cho hệ mạng lập

26



Bảng 4.5 :

Số liệu các mẫu đo độ cứng bằng Rockwell

43

Bảng 4.6:

Giá trị tham số của hàm nội suy mẫu không nhiệt luyện

45

Bảng 4.7:

Giá trị tham số của hàm nội suy mẫu tôi cao tần với t = 10 giây

46

Bảng 4.8:

Giá trị tham số của hàm nội suy mẫu tôi cao tần với t = 15 giây

47

Bảng 4.9:

Giá trị tham số của hàm nội suy mẫu tôi cao tần với t = 20 giây

48


Bảng 5.2:

Số liệu đo bề rộng trung bình B của nhiễu xạ các mẫu đo

54

Bảng 5.3:

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

55

thực nghiệm
Bảng 5.4

So sánh độ cứng nội suy và thực nghiệm

xv

59


Chƣơng 1

TỔNG QUAN
1.1 Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu, các kết quả nghiên cứu trong và
ngoài nƣớc đã công bố.
1.1.1 Tầm quan trọng của công nghệ nhiệt luyện
Có nhiều phương pháp nhiệt luyện chi tiết như: tôi cao tần (tôi cảm ứng), sử

trưng của đường nhiễu xạ X quang, bao gồm ba thông số quan trọng là vị trí đỉnh
nhiễu xạ, hình dạng và độ lớn của đường nhiễu xa

1.1.2 Các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nƣớc
1.1.2.1 Trong nƣớc
- Ths.Lê Hoàng Anh ” Phân tích các yếu tố Ảnh hưởng đến độ rộng đường
nhiễu xạ tia X – quang”, Thực hiện năm 2008 tại đại học SPKT TP HCM.[9]
Dựa trên cơ sở lý thuyết vật lý tia X, lý thuyết phân tích cấu trúc tia X, lý
thuyết phân tích đường nhiễu xạ (LPA), đặc biệt là phương pháp phân tích Fourier
đường nhiễu xạ, lý thuyết về lệch mạng kết hợp với xử lý, phân tích, lập trình tính
toán và vẽ đồ thị các dữ liệu nhiễu xạ bằng ngôn ngữ Matlab.
Nghiên cứu tổng hợp mô hình tính toán cho việc tách đường nhiễu xạ vật lý
f(x) từ đường hiễu xạ đo được (mẫu nghiên cứu) h(x) và đường nhiễu xạ chuẩn
(mẫu chuẩn) g(x) dựa trên phương pháp phân tích điều hòa của Stokes.
Áp dụng tính toán biến dạng tế vi, kích thước hat của vật liệu tinh thể nano đã
và đang được nghiên cứu và ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như luyện kim, gốm,
thủy tinh, xúc tác, vật liệu phát quang, xử lí chất thải ô nhiễm môi trường,… là
CeO2.

2


Hình 1.1: Đường nhiễu xạ cho mẫu chuẩn sau khi hiệu chỉnh LP.
- Ths. Dương Công Cường, Nghiên cứu và xác định độ cứng của thép cacbon
nhiệt luyện bằng phương pháp nhiễu xạ tia X, thực hiện năm 2013 tại đại học SPKT
Tp.HCM.[10]
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


- I. Magnabosco *,P. Ferro,A. Tiziani,F. Bonollo, Induction heat treatment of
a ISO C45 steel bar: Experimental and numerical analysis, Elsevier B.V,2005[13]
Nghiên cứu thực nghiệm và phân tích số của xử lý nhiệt cảm ứng áp dụng
cho thép ISO C45 đã được thực hiện với hai mẫu bình thường và nhiệt luyện. Các
thông số của quá trình được thực hiện trong một mã số (Sysweld 2000) Với mục
đích dự đoán lịch sử nhiệt và luyện kim của vật liệu. Mục đích của việc này là tạo ra
một mô hình nhiệt luyện của xử lý nhiệt cảm ứng xác nhận bởi kết quả thực
nghiệm. Kết quả thực nghiệm (vi cấu trúc và vi độ cứng cấu hình) được so sánh với
các giá trị của phương pháp số.

Hình 1.4: Đường biểu diễn độ cứng Vickers trên mặt cắt của thép C45 [13]
- Daisuke Suzuki, Koji Yatsushiro, Seiji Shimizu, Yoshio Sugita,Motoki
Saito, Katsuhiko Kubota, Development of induction surface hardening process for
small diameter carbon stell, JCPDS-International Centre for Diffraction Data 2009
ISSN 1097-0002, p 569-576.[14]
Trong trường hợp tôi cảm ứng, máy phát có tần số cao làm cho một lớp cứng
mỏng ở khu vực khảo sát. Ngoài ra, độ cứng cho mẫu có đường kính nhỏ hơn được
thử nghiệm. Trong nghiên cứu này, quá trình làm cứng các bề mặt bằng tôi cảm ứng
bởi các máy phát tần số cao (2MHz), kết quả mang lại cho điều kiện xử lý nhiệt rất
tốt, chiều sâu độ cứng (chiều sâu lớp thấm) của mẫu thử là 0,4mm và độ cứng
khoảng 600HV. Hơn nữa, kết quả tốt nhất trong mẫu thử có đường kính 3mm thì
chiều sâu lớp thấm khoảng 0,09mm và độ cứng khoảng 600HV.

5


Bảng 1.1: mẫu thử và điều kiện xử lý nhiệt [14]

- A. Zabett, S.H. Mohamadi Azghandi, Simulation of induction tempering

- 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 xạ X-quang là một kỹ thuật hữu ích để phân tích các cơ chế hoạt động
về mỏi trong cơ khí và liên quan đến việc kiểm tra bề mặt mỏi. Trong việc khảo sát
hiện nay, kỹ thuật này đã được sử dụng để nghiên cứu độ bền mỏi của thép cacbon
trung bình C45 trong điều kiện xử lý nhiệt khác nhau. Những hướng quan sát khác

7