HCMUTE giới thiệu bộ 20 mẫu gang thép phục vụ nghiên cứu tổ chức tế vi

Tài liệu nghiên cứu Hcmute thiết lập bộ 20 mẫu gang thép dùng cho nghiên cứu tổ chức tế vi, tổng hợp lý thuyết và thực hành, cung cấp kiến thức chuyên sâu về .

• Tác giả: Nguyễn Văn Thức
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Vật Liệu Học
• Đề tài: Bộ 20 Mẫu Gang Thép Dùng Cho Nghiên Cứu Tổ Chức Tế Vi
• Loại tài liệu: báo cáo tổng kết đề tài KH&CN cấp trường
• Năm xuất bản: 2014
• Địa điểm: Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: HỢP KIM FE-C
• 1.1. Khái niệm thép
• 1.2. Mục đích hợp kim hóa
• 1.3. Phân loại thép cacbon
• 1.4. Phân loại thép hợp kim
• 1.5. Nguyên lý hợp kim hóa thép
• 1.6. Kí hiệu thép hợp kim
• 2. CHƯƠNG 2: THÍ NGHIỆM
• 2.1. Cấu tạo của kim loại và hợp kim
• 2.2. Nguyên lý nghiên cứu tổ chức tế vi
• 2.3. Kính hiển vi kim loại
• 2.4. Thí nghiệm chế tạo mẫu
• 2.5. Kết quả thí nghiệm
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Giới thiệu về Bộ 20 mẫu gang thép tại HCMUTE

Bài viết trình bày về bộ 20 mẫu gang thép được thiết lập tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh (HCMUTE), phục vụ mục đích nghiên cứu tổ chức tế vi. Công trình này đóng vai trò quan trọng trong việc hỗ trợ giáo trình kỹ thuật kim loại, cung cấp tài liệu nghiên cứu vật liệu cho sinh viên HCMUTE. Nghiên cứu khoa học này tập trung vào việc chuẩn bị mẫu, bao gồm các bước tìm kiếm, cắt, mài, đánh bóng, tẩm thực và quan sát hiển vi. Việc thiết lập bộ mẫu này đáp ứng nhu cầu thực tiễn của phòng thí nghiệm HCMUTE, khắc phục tình trạng thiếu hụt mẫu vật cũ. Bộ mẫu tiêu chuẩn này sẽ hỗ trợ giảng dạy và thí nghiệm vật liệu, góp phần nâng cao chất lượng đào tạo kỹ thuật vật liệu tại Đại học Công nghệ TP.HCM.

1.1 Mục tiêu và phạm vi nghiên cứu

Mục tiêu chính là thiết lập bộ 20 mẫu gang thép với bề mặt đã được chuẩn bị kỹ lưỡng, phù hợp cho nghiên cứu tổ chức tế vi. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào các loại gang thép thông dụng. Công trình này sử dụng phương pháp nghiên cứu bao gồm tìm kiếm mẫu, chuẩn bị mẫu (mài, đánh bóng, tẩm thực), quan sát hiển vi, chụp ảnh và lưu trữ. Kỹ thuật kim loại và kỹ thuật vật liệu là nền tảng cho toàn bộ quá trình. Kết quả nghiên cứu là bộ 20 mẫu gang thép kèm theo hình ảnh tổ chức tế vi tương ứng. Phòng thí nghiệm HCMUTE sẽ là nơi lưu trữ và sử dụng bộ mẫu này. Việc áp dụng kết quả sẽ tập trung vào hỗ trợ giảng dạy và thí nghiệm vật liệu học. Đây là một nỗ lực thiết thực nhằm nâng cao chất lượng đào tạo kỹ thuật kim loại tại HCMUTE.

1.2 Phương pháp nghiên cứu và kết quả đạt được

Nghiên cứu này áp dụng các kỹ thuật kim loại tiên tiến trong việc chuẩn bị mẫu. Các bước cụ thể bao gồm: tìm kiếm các mẫu gang thép phù hợp, cắt mẫu, mài mẫu đến độ nhẵn cần thiết, đánh bóng bề mặt mẫu để loại bỏ vết xước, tẩm thực để làm nổi bật cấu trúc tổ chức vi mô, và cuối cùng là quan sát hiển vi kim loại. Phân tích ảnh hiển vi và xử lý ảnh hiển vi là các kỹ thuật quan trọng trong việc đánh giá kết quả. Hệ thống hiển vi điện tử hiện đại được sử dụng để thu được hình ảnh chất lượng cao. Kết quả thu được là bộ 20 mẫu gang thép đã được chuẩn bị kỹ lưỡng, cùng với tập hợp ảnh hiển vi kim loại minh họa cấu trúc vi mô của từng mẫu. Dữ liệu này sẽ được sử dụng làm tài liệu giảng dạy và nghiên cứu trong lĩnh vực vật liệu kim loại tại HCMUTE. Phần mềm phân tích hình ảnh hỗ trợ trong việc phân tích ảnh hiển vi.

II. Ứng dụng và ý nghĩa của bộ mẫu

Bộ 20 mẫu gang thép này có ý nghĩa thiết thực trong việc giảng dạy và nghiên cứu tại HCMUTE. Bộ mẫu đáp ứng nhu cầu thực tiễn của môn học thí nghiệm vật liệu học, cung cấp nguồn tài liệu trực quan và thực tế cho sinh viên HCMUTE. Việc sử dụng bộ mẫu này giúp sinh viên hiểu rõ hơn về cấu trúc vi mô của gang thép, từ đó nâng cao kiến thức về tổ chức vi mô gang, tổ chức vi mô thép, và các đặc tính của hợp kim Fe-C. Nghiên cứu sinh HCMUTE cũng có thể sử dụng bộ mẫu này trong các đề tài nghiên cứu của mình. Công trình này góp phần nâng cao chất lượng đào tạo và nghiên cứu trong lĩnh vực kỹ thuật kim loại tại Đại học Công nghệ TP.HCM. Giảng viên HCMUTE có thể tận dụng bộ mẫu để minh họa trực quan trong quá trình giảng dạy.

2.1 Giá trị thực tiễn

Bộ mẫu được thiết kế để phục vụ trực tiếp cho các bài thực hành và thí nghiệm trong chương trình đào tạo của HCMUTE, đặc biệt là các môn học liên quan đến kỹ thuật kim loại và kỹ thuật vật liệu. Việc tiếp cận trực tiếp với các mẫu vật chuẩn bị sẵn sẽ giúp sinh viên tiết kiệm thời gian và tập trung vào việc quan sát và phân tích cấu trúc vi mô. Đây là một nguồn tài nguyên quý giá giúp cải thiện chất lượng giảng dạy và tăng cường tính thực tiễn của chương trình. Phân tích ảnh hiển vi trở nên dễ dàng hơn với bộ mẫu này. Giáo trình kỹ thuật kim loại sẽ được bổ sung bằng những hình ảnh thực tế và minh họa rõ ràng hơn. Đào tạo kỹ thuật kim loại tại HCMUTE được nâng tầm nhờ bộ mẫu này. Báo cáo khoa học về bộ mẫu này có thể được trình bày tại các hội thảo khoa học.

2.2 Đóng góp cho nghiên cứu khoa học

Bộ 20 mẫu gang thép cũng là nguồn tài nguyên hữu ích cho các nghiên cứu khoa học trong lĩnh vực vật liệu kim loại. Các nhà nghiên cứu có thể sử dụng bộ mẫu này làm đối tượng nghiên cứu để tìm hiểu sâu hơn về mối liên hệ giữa cấu trúc vi mô và các tính chất cơ lý của gang thép. Việc này góp phần mở rộng kiến thức và phát triển công nghệ trong ngành công nghiệp sản xuất gang thép. Nghiên cứu vật liệu được hỗ trợ mạnh mẽ nhờ bộ mẫu này. Phân tích vi cấu trúc các loại gang thép khác nhau có thể được thực hiện dễ dàng hơn. Bộ mẫu là một minh chứng cho sự đầu tư vào cơ sở hạ tầng nghiên cứu tại HCMUTE. Thí nghiệm vật liệu sẽ đạt hiệu quả cao hơn nhờ bộ mẫu này.

Trích đoạn nội dung tài liệu

MỞ ĐẦU 1. Tổng quan tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực đề tài ở trong và ngoài nƣớc: Nghiên cứu được tiến hành ở các trường đại học có trang bị các phòng thí nghiệm kim tương. Ờ Việt Nam có các trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM, ĐH Bách Khoa TP.HCM, ĐH Bách Khoa Hà Nội. Nghiên cứu được tiến hành rộng rãi ở các trường có khoa Cơ khí hay Vật liệu trên thế giới, tiêu biểu là Đại học Cambrige.

Tính cấp thiết: Bổ sung mẫu ở phòng thí nghiệm Vật Liệu Học, phục vụ chương trình 150 tín chỉ. Mẫu ở phòng thí nghiệm bị mòn nhiều, sắp hết sử dụng được. Mục tiêu: Tạo bộ 20 mẫu gang thép đã chuẩn bị bề mặt để có thể đem nghiên cứu tổ chức tế vi. Cách tiếp cận: Tìm hiểu nhu cầu các loại mẫu của phòng thí nghiệm, từ đó tìm kiếm các mẫu phù hợp với chương trình giảng dạy của môn Vật liệu học.

Phƣơng pháp nghiên cứu: Tìm kiếm mẫu phù hợp. Chuẩn bị mẫu: mài, đánh bóng, tẩm thực.Quan sát, chụp ảnh, lưu trữ. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu: Đối tượng nghiên cứu là các loại gang thép. Phạm vi nghiên cứu là các loại gang thép thông dụng.

Nội dung nghiên cứu: Tìm kiếm mẫu, cắt, mài, đánh bóng, tẩm thực, quan sát, chụp hình để làm dữ liệu. 7 Luan van CHƢƠNG I : HỢP KIM FE-C Thép là hợp kim của Fe với C (C chiếm 0.14 % trọng lượng, tùy loại thép). Thép là một trong những vật liệu thông dụng nhất, đóng vai trò quan trọng trong ngành cơ khí, giao thông vận tải, xây dựng. Chúng chiếm khoảng 90% tổng khối lượng kim loại sử dụng hằng năm trên thế giới.

Năm 2014 cả thế giới sản xuất được hơn 1600 triệu tấn thép (http://www. Tùy theo thành phần hóa học, thép được chia ra làm thép cacbon và thép hợp kim. Hợp kim Fe-C: 1.1 Khái niệm thép : Thép là hợp kim trên cơ sở Fe với C. Tùy loại thép, cacbon chiếm 0.

Ngoài C ra, do quá trình nấu luyện, trong thép còn có một số tạp chất như Mn, Si, P, S ;các tạp chất ẩn như O2, H2, N2; các tạp chất ngẫu nhiên như Cr, Ni, Cu, Ti, V, Mo, … Mn và Si là những tạp chất có lợi, giúp nâng cao cơ tính thép. Chúng đi vào thép trong quá trình khử O2 khi luyện thép. Trong điều kiện thông thường của luyện kim, chúng có trong thép với lượng: Mn ≤ 0.1: Tháp Eiffel làm bằng thép P, S là những tạp chất có hại. P làm cho thép bị giòn nguội, còn S gây giòn nóng.

Chúng tồn tại trong thép do có ở trong quặng và nhiên liệu khi luyện thép. Thông thường chúng có trong thép với lượng: P ≤ 0. Thành phần hóa học của thép cacbon, ngoài Fe ra, là: C < 2%, Mn ≤ 0.2 Khái niệm thép hợp kim: Ngoài các nguyên tố Fe, C và các tạp chất Mn, Si, P, S,…như thép cacbon, trong thép hợp kim người ta cố ý đưa vào một lượng nhất định các nguyên tố hợp kim vào, nhằm thay đổi tổ chức và tính chất của thép sao cho hợp với yêu cầu sử dụng. Các nguyên tố hợp kim thường dùng là: Cr, Ni, Mn, Si, W, Mo, V, Ti , Cu…Giới hạn để coi đó là nguyên tố hợp kim hay tạp chất là: Cr: 0.

Lượng các tạp chất có hại như P, S và các khí như O2, H2, N2 trong thép hợp kim so với thép cacbon là thấp hơn nhiều do việc khử chúng triệt để hơn.1 Mục đích hợp kim hóa : a. Về cơ tính: Độ bền của thép hợp kim cao hơn hẳn với thép cacbon, nhất là sau khi quá trình nhiệt luyện gồm tôi và ram. Do độ thấm tôi của thép hợp kim cao hơn nhiều so với thép cacbon, và thép hợp kim càng cao thì ưu việt này càng rõ. Cần lưu ý rằng:  Ưu việt này chỉ thể hiện rõ khi thép hợp kim đã qua nhiệt luyện.

Khi ở trạng thái chưa nhiệt luyện (ví dụ trạng thái ủ), cơ tính không cao hơn nhiều so với thép cacbon.  Cùng với sự tăng mức độ hợp kim hóa, tính công nghệ (hàn, đúc, cán, rèn, dập, gia công cắt gọt…) sẽ xấu đi.2 Ảnh hƣởng của mức độ hợp kim hóa lên độ thấm tôi 9 Luan van b. Về tính chịu nhiệt: Thép hợp kim có tính cứng nóng và tính bền nóng tốt hơn hẳn so với thép cacbon. Độ cứng và độ bền của thép cacbon sau khi tôi khá cao, nhưng không giữ được ở nhiệt độ trên 200C.

Do mactenxit bị phân hủy và xêmentit kết tụ, làm thép cacbon bị biến dạng và bị oxy hóa mạnh… Các nguyên tố hợp kim đóng vai trò cản Hình 1.3: Dụng cụ cắt gọt và xupap làm bằng thép hợp kim chịu nhiệt trở sự phân hóa của mactenxit và sự kết tụ của cacbit. Chúng xảy ra ở nhiệt độ cao hơn, vì thế thép hợp kim giữa được độ cứng cao của trạng thái tôi và tính chống dão tới 600C. Để đạt được tính chất này, thép cần được hợp kim hóa với lượng nguyên tố hợp kim tương đối cao. Ưu điểm này được ứng dụng trong thép dụng cụ và thép bền nóng.

Về tính chất vật lý và hóa học: Thép cacbon bị gỉ trong không khí, bị ăn mòn trong các môi trường axít, bazơ, muối,…Có thể tạo ra thép không rỉ, thép có từ tính cao, thép không có từ tính, thép đàn hồi đặc biệt,…bằng cách hợp kim hóa thép với thành phần và lượng nguyên tố hợp kim chặt chẽ. Tóm lại, thép hợp kim là vật liệu không thể thiếu được trong chế tạo dụng cụ, thiết bị nhiệt, điện, công nghiệp hóa học… Nó thường được làm các chi tiết quan trọng nhất trong điều kiện làm việc nặng. 10 Luan van Thép Hình 1.4 Giản đồ trạng thái Fe-C 2.1 Phân loại thép cacbon: có nhiều cách phân loại thép cacbon + Theo chất lƣợng: tùy theo chất lượng luyện kim, tức là theo mức độ đồng nhất về thành phần hóa học, tổ chức và tính chất của thép, đặc biệt là hàm lượng tạp chất có hại P, S, người ta chia ra:  Thép có chất lượng thường có thể chứa tới 0.  Thép có chất lượng tốt S ≤ 0.

 Thép có chất lượng cao S, P ≤ 0.  Thép có chất lượng đặc biệt cao S ≤ 0. Chất lượng của thép do phương pháp luyện quy định. Thép cacbon có thể gồm 3 chất lượng đầu, thép hợp kim có thể gồm 3 chất lượng sau.

11 Luan van + Theo phƣơng pháp khử oxy: người ta chia ra làm thép sôi, thép lặng, thép nửa lặng.  Thép sôi: là thép không được khử oxy triệt để do chỉ dùng Fero-Mn. Fero-Mn là chất khử không mạnh nên trong thép lỏng vẫn tồn tại FeO, nó tác dụng với C trong thép lỏng : FeO + C = Fe + CO ↑ Khí CO bay lên làm bề mặt thép lỏng như đang sôi. Khi rót khuôn, trong thỏi thép đúc vẫn còn khí CO tạo thành các bọt khí trong thỏi thép.

Do có bọt khí và chứa ít Si (không dùng Fero-Si) nên thép sôi dẻo, dễ cán, dập sâu, rẻ tiền, khó hàn.  Thép lặng: là thép được khử O2 triệt để bằng Fero-Mn, Fero-Si và Al. FeO còn rất ít nên ít khí CO bay lên, mặt thép lỏng phẳng lặng. Thỏi đúc thép lặng không có bọt khí nhưng lại có lõm co lớn.

Thép lặng có tính chất ngược lại với thép sôi: đắt tiền do phải cắt bỏ phần lõm co, độ cứng cao hơn, dễ hàn do không có bọt khí.5 Thép lặng và thép sôi  Thép nửa lặng: là trung gian giữa thép sôi và thép lặng, được khử O2 bằng Fero-Mn và Al.1 Phân loại thép theo phƣơng pháp khử oxy Loại thép Phƣơng pháp khử O2 Tƣơng ứng với Thép sôi Fero-Mn Thép cacbon thấp. Thép nửa lặng Fero-Mn + Al Thép cacbon thấp, thép cacbon trung bình. Thép cacbon thấp, thép cacbon trung bình, Thép lặng Fero-Mn + Fero-Si + Al thép cacbon cao, thép hợp kim. + Theo công dụng: là cách phân loại thông dụng nhất.

 Thép cacbon chất lượng thường: chủ yếu dùng trong xây dựng và các công việc tương tự.  Thép kết cấu: dùng để chế tạo các chi tiết máy.  Thép dụng cụ: chủ yếu dùng làm các dụng cụ cắt gọt, đo lường. 12 Luan van  Thép có công dụng riêng.

Thép cacbon Thép cán Thép có công nóng Thép kết cấu Thép dụng cụ dụng riêng Hình 1.6 Phân loại thép cacbon theo công dụng 2.2 Phân loại thép hợp kim: Thường phân loại thép hợp kim theo: tổ chức tế vi, nguyên tố hợp kim, tổng lượng các nguyên tó hợp kim hay thep công dụng.1 Phân loại theo tổ chức tế vi: Thường phân loại thép hợp kim theo tổ chức ở trạng thái cân bằng và sau khi thường hóa. Ở trạng thái cân bằng: Sau khi ủ, thép có tổ chức cân bằng ổn định. Tùy lượng cacbon và các nguyên tố hợp kim ta có các loại thép sau: Bảng 1.2 Phân loại các loại thép theo tổ chức tế vi ở trạng thái cân bằng STT Loại thép Tổ chức 1 Thép trước cùng tích Ferit và peclit. 2 Thép cùng tích Peclit (dạng tấm hoặc hạt).

3 Thép sau cùng tích Peclic và cacbit. Gồm cacbit và tổ chức lêđêburit. Do nguyên tố hợp kim hòa tan vào pha austenit làm giảm 4 Thép lêđêburit khả năng hòa tan của pha này với cacbon, nên tổ chức lêđêburit hình thành với lượng cacbon thấp hơn thép cacbon thông thường. Có thể gọi là gang lêđêburit.

Tổ chức ferit. 5 Thép ferit Thép này chứa một lượng lớn các nguyên tố hợp kim mở rộng vùng  như Cr, Si… và với lượng cacbon rất thấp. 13 Luan van Tổ chức austenit. 6 Thép austenit Tương tự như thép ferit, thép austenit chứa một lượng lớn các nguyên tố hợp kim mở rộng vùng  như Ni, Mn… Peclit- Ferit-Peclit Peclit tấm Ferit Austenit Xêmentit Hình 1.7 Tổ chức tế vi các loại thép b.

Ở trạng thái thƣờng hóa (trạng thái cung cấp): Từ tổ chức của mẫu chuẩn  25 mm sau khi austenit hóa rồi làm nguội ngoài không khí tĩnh (thường hóa), ta có các loại thép sau: Bảng 1.3 Phân loại các loại thép theo tổ chức tế vi ở trạng thái thƣờng hóa Mức độ hợp Loại Tổ chức kim hóa Thép peclit Thấp Peclit (Xoocbit, Trustit). Do tính ổn định của austenit quá nguội thấp, đường cong chữ C chưa dịch chuyển mạnh sang phải. Thép Trung bình Mactenxit. mactenxit và cao Tính ổn định của austenit quá nguội lớn, đường cong chữ C (Thép tự tôi) dịch chuyển mạnh sang phải.

Thép austenit Cao (Ni, Các nguyên tố mở rộng vùng  đồng thời hạ nhiệt độ Ms (nhiệt Mn…) độ chuyển biến  → Mactenxit) xuống dưới 0C, nên tổ chức ở nhiệt độ thường vẫn là austenit.2 Phân loại theo nguyên tố hợp kim: Ta phân loại dựa vào tên nguyên tố hợp kim chính của thép.