Đề tài Tìm hiểu khả năng dùng vật liệu XADO để khôi phục bề mặt cổ trục bằng phương pháp lăn miết

- 1 - MỤC LỤC M ục Trang MỤC LỤC…………………………………………………………………..........1 LỜI NÓI ĐẦU……………………………………………………………… …..5 LỜI CẢM ƠN………………………………………………………………. …..6 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN………………………………………………… …..7 I. GIỚI THIỆU VỀ VẬT LIỆU GỐM……………………………………...7 I.1 Khái niệm về vật liệu gốm……………….………………………...7 I.2 Cấu tạo và công dụng của vật liệu gốm…………………………...7 I.3 Những đặc tính và cấu trúc của gốm....……………………………8 I.3.1 Sự xung nhiệt...………..…………………………………..12 I.3.2 Nhiệt cơ học không bền vững…………………………......14 I.3.3 Các hợp kim xử lý nhiệt…………………………………..16 I.3.4 Các công dụng bằng hợp kim gốm ………………………..18 I.4 Ứng dụng…………………………………………………………20 I.5 Gốm kim loại……………………………………………………..21 I.5.1 Khái niệm…………………………………………………21 I.5.2 Các thành phần của gốm kim loại………………………...22 I.5.3 Ứng dụng gốm kim loại vào lĩnh vực hoá bền chi tiết……25 II. TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU XADO………………………………...26 II.1 Lịch sử ra đời của công nghệ XADO……………………………26 II.2 Cơ sở lý thuyết của công nghệ XADO…………………………. 26 II.2.1 Bản chất vật lý, nguyên tắc hoạt động của công nghệ XADO………………………………………………………….26 II.2.1.1 Ma sát và vấn đề chống mài mòn……………….26 II.2.1.2 Công nghệ XADO………………………………28 II.2.1.3 Chất hồi sinh XADO……………………………29 II.2.1.4 Cơ chế tạo thành lớp gốm kim loại……………..30 II.2.1.5 Những đặc tính của lớp gốm kim loại…………. 34 - 2 - II.2.1.6 Hiệu quả của công nghệ…………………………..34 III. ỨNG DỤNG CỦA CÔNG NGHỆ XADO……………………………37 III.1 Lĩnh vực ứng dụng……………………………………………...37 III.2 Phạm vi ứng dụng………………………………………………38 III.3 Tình hình ứng dụng của công nghệ XADO…………………….39 III.3.1 Trên thế giới……………………………………………..39 III.3.2 Ở Việt Nam……………………………………………...40 III.4 Các giai đoạn của quá trình phục hồi công nghệ XADO……….40 III.4.1 Giai đoạn xử lý làm sạch bề mặt………………………...40 III.4.2 Giai đoạn bồi phủ tạo ra lớp gốm kim loại bù đắp hao mòn……………………………………………………………. 40 III.5 Ứng dụng sản phẩm XADO…………………………………….41 III.5.1 Các chất Revitalizant XADO thông dụng ………………41 III.5.2 Lựa chọn chất XADO để sử dụng……………………………43 III.5.2.1 Chất XADO dùng cho hộp giảm tốc. (XADO Gel)…. 43 III.5.2.2 XADO dạng mơ……………………………………….45 CHƯƠNG II: LĂN MIẾT VÀ TÁC DỤNG CỦA LĂN MIẾT……………49 I. CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA PHƯƠNG PHÁP LĂN MIẾT…………………...49 I.1 Sai lệch mạng tinh thể- bản chất của biến dạng dẻo……………………49 I.1.1 Sai lệch điểm……………………………………………………49 I.1.2. Sai lệch đường-Lệch……………………………………………50 I.1.3 Sai lệch mặt……………………………………………………..51 I.1.4 Sai lệch khối…………………………………………………….51 I.2 Biến dạng dẻo và hoá bền biến dạng……………………………………52 I.3 Các tính chất năng lượng bề mặt vật rắn………………………………..55 I.3.1 Các dạng bề mặt của vật rắn…………………………………….55 I.3.2 Tính chất bề mặt của vật rắn……………………………………57 I.4 Bôi trơn giới hạn với chất bôi trơn rắn………………………………….58 I.4.1 Quá trình thấm và các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình thấm…...60 II. TÁC DỤNG CỦA CÔNG NGHỆ LĂN MIẾT……………………………….62 - 3 - III. MỘT SỐ VẤN ĐỀ VỀ MA SÁT ƯỚT VÀ BÔI TRƠN ƯỚT …………….63 III.1 Khái niệm và phân loại……………………………………………….63 III.2 Bôi trơn trong điều kiện ma sát giới hạn R≤1………………………..64 III.3 Bôi trơn ướt hoàn toàn 5≤ R ≤ 100…………………………………..65 III.4 Bôi trơn trong trường hợp ma sát thủy động đàn hồi 1≤ R≤10………65 III.5 Bôi trơn thuỷ động tiếp xúc…………………………………………..67 III.6 Bôi trơn trong điều kiện ma sát hỗn hợp R≤5 ……………………….69 CHƯƠNG III: XÂY DỰNG CÔNG NGHỆ VÀ THỰC NGHIỆM………..70 I. XÂY DỰNG CÔNG NGHỆ LĂN MIẾT……………………………….70 I.1 Mô tả phương pháp lăn miết…………………………………………...70 I.2 Mục đích của đề tài…………………………………………………….71 I.3 Xây dựng mô hình thí nghiệm………………………………………….72 I.3.1 Nguyên lý hoạt động của máy MS-TS1………………………...73 I.3.2 Cách xác định mô men ma sát trên máy MS-TS1………………74 1.3.3 Xác định thông số cường độ mòn……………………………... 77 I.3.4 Công dụng của máy MS-TS1…………………………………...77 II. XÂY DỰNG THỰC NGHIỆM……………………………………………….77 II.1 Quy trình thực nghiệm…………………………………………………77 II.1.1 Các bước tiến hành thí nghiệm………………………………...77 II.1.2 Chọn vật liệu chế tạo mẫu……………………………………...78 II.1.3 Chọn số lượng mẫu thí nghiệm………………………………...79 II.1.4 Chọn vật liệu chế tạo mẫu và số lượng con lăn………………..79 II.1.5 Phương pháp chế tạo mẫu thử và con lăn……………………...80 II.1.5.1 Cấu tạo của mẫu thử và con lăn……………………...80 II.1.5.2 Đặc điểm và điều kiện làm việc……………………..80 II.1.5.3 Phương pháp chế tạo phôi……………………………84 II.1.5.4 Phương pháp gia công………………………………..85 II.2. Tiến hành thử nghiệm trên máy MS-TS1……………………………..85 II.2.1 Bước chuẩn bị………………………………………………….85 II.2.2 Tính toán tải trọng tác dụng lên mẫu thử………………………87 II.2.3 Bước tiến hành thí nghiệm trên máy khảo nghiệm MS-TS1 …90 - 4 - II.2.3.1 Thí nghiệm XADO trên mẫu thử. ……………………90 I.2.3.2 Tiến hành thử nghiệm bạc lót trên mẫu thử. ………..91 II.2.4 Kết quả sơ bộ sau khi thí nghiệm ……………………………..93 II.2.5 Nhận Xét ……………………………………………………..100 Chương IV : KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT………………………………………104 I. KẾT LUẬN …………………………………………………………………104 II. ĐỀ XUẤT Ý KIẾN ………………………………………………………...104 TÀI LIỆU THAM KHẢO..........................................................................................106 - 5 - LỜI NÓI ĐẦU Đất nước ta hiện nay đang đi vào thời kỳ phát triển vì vậy việc áp dụng các loại thiết bị máy móc vào trong các lĩnh vực sản xuất nhằm phục vụ đời sống của xã hội là điều rất cần thiết hiện nay. Xã hội càng phát triển thì nhu cầu về sinh hoạt, đi lại, mức sống của con người ngày càng tăng. Trong quá trình hoạt động của các loại máy móc cũng như các loại phương tiện giao thông bằng động cơ, có rất nhiều các tác động bên ngoài như nhiệt độ, hơi nước… và đối với chính bản thân của máy móc khi hoạt động rất dễ xảy ra các hiện tượng hao mòn, hỏng hóc bề mặt chủ yếu là do hiện tượng ma sát. Chính vì vậy hàng tháng, hàng năm con người đều phải có một hình thức phục hồi máy là bảo trì hay trung tu, đại tu máy móc theo một định kỳ. Để có thể làm được điều đó con người phải mất rất nhiều thời gian, cũng như tiền của để khôi phục lại sự hỏng hóc của hệ thống máy móc của mình bằng nhiều phương pháp. Vấn đề đặt ra là liệu có một loại chất nào, hay một loại vật liệu nào có thể cải tiến được quá trình hư hỏng, phục hồi lại bề mặt của chi tiết bằng một phương pháp nào đó mà không phải tháo máy, có thể thực hiện khôi phục bề mặt chi tiết ngay trong quá trình làm việc. Chính vì lý do trên mà nhà trường đã giao cho em làm luận án tốt nghiệp với đề tài “Tìm hiểu khả năng dùng vật liệu XADO để khôi phục bề mặt cổ trục bằng phương pháp lăn miết”. Nội dung của đề tài bao gồm 3 chương: Chương I : Tổng quan Chương II : Lăn miết và tác dụng của lăn miết. Chương III : Xây dựng công nghệ và thực nghiệm. Chương IV : Kết luận và đề xuất ý kiến. Do thời gian có hạn nên việc tìm hiểu kỹ hơn và thực hiện các thông số kỹ thuật về vật liệu còn hạn chế vì vậy đề tài này còn phải tìm hiểu và phát triển tiếp về ở mức nâng cao hơn và rộng hơn. - 6 - LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành được đồ án tốt nghiệp của mình trong thời gian qua: Trước hết em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy PGS.TS Quách Đình Liên đã nhiệt tình hướng dẫn em thực hiện đề tài này. Cảm ơn các thầy cô giáo trong bộ môn chế tạo máy đặc biệt là Thầy Ths. Trần Ngọc Nhuần và Ths. Nguyễn Hữu Thật đã tạo điều kiện cho em trong công việc đo các thông số kỹ thuật, bộ môn động lực tầu thuyền đặc biệt là Thầy TS. Lê Bá Khang đã tạo điều kiện cho em tiến hành thực nghiệm tại xưởng động lực, các thầy giáo và các anh công nhân trong xưởng cơ khí của trường Đại Học Nha Trang, các thầy cô giáo của phòng thí nghiệm thuộc bộ môn công nghệ thực phẩm khoa chế biến. Em xin chân thành cảm ơn các thầy, cô giáo đã dạy dỗ em trong suốt thời gian qua. Nhân đây em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới gia đình em đã nuôi, dạy bảo em khôn lớn để có được ngày hôm nay. Nha Trang, tháng 6 năm 2007 Người thực hiện Hoàng Mạnh Hùng - 7 - CHƯƠNG I: TỔNG QUAN I. GIỚI THIỆU VỀ VẬT LIỆU GỐM (CERAMIC) I.1 Khái niệm về vật liệu gốm ( Ceramic) Từ Ceramic có nguồn gốc từ tiếng Hi Lạp- keramikes. Là thuật ngữ chỉ chất vô cơ phi kim loại có tính chất chịu nhiệt. Từ lâu người ta đã biết sản xuất vật liệu và đồ gia dụng bằng gốm. Gốm cũng là thước đo cho nền văn hoá của loài người từ thời cổ xưa. Đồ gốm cổ hiện nay là món hàng đang được sưu tập. Từ những năm 1950 trở lại đây người ta đã nghiên cứu và đa dạng hoá các loại vật liệu gốm (ceramic), và ứng dụng ngày càng rộng trong kỹ thuật nói chung trong ngành cơ khí nói riêng. Hiện nay vật liệu gốm được phát triển mạnh trong 4 lĩnh vực: Xây dựng: Gạch, ngói, gạch nền, thủy tinh… Vật liệu chịu lửa: Vật liệu lót lò lung, luyện, lò đốt khí ga, nồi nấu thép thủy tinh… Gốm trắng (đồ sứ) liên quan đến đồ ăn uống trang trí nội thất và mỹ nghệ. Kỹ thuật (người đi tiên phong là Nhật Bản), đó là các sản phẩm chất lượng đặc biệt phục vụ cho mọi lĩnh vực công nghiệp và dân dụng, trong cơ khí là gốm kim loại, hợp kim chất lượng cao (ceramet), mà nguyên liệu của nó không chỉ là đất sét. I.2 Cấu tạo và công dụng của vật liệu gốm:  Cấu tạo không tinh thể- vô định hình, điển hình là thủy tinh.  Cấu tạo tinh thể, sự kết tinh của vật liệu gốm tinh thể rất khó điều khiển trong quá trình công nghệ. Theo công dụng của vật liệu người ta thường phân ra:  Đồ gốm (ceramic).  Gốm kim loại (ceramet).  Thủy tinh (glases)  Kim loại chịu lửa (refractory). - 8 -  Hợp kim chất lượng cao (super alloys).  Áo của hợp kim cứng I.3 Những đặc tính và cấu trúc của gốm. Điểm nóng chảy: 12750C-3600 0C Độ cứng: 157 - 3500 DPH Độ bền kéo: 517 - 2400 MPA Mô đun đàn hồi: 150-550 GPA Tỷ trọng: 2. 2E+3 - 1. 7E+4 KG/m3 Độ giãn nở nhiệt: 2. 2E-6 - 1. 78E-5 m/m Độ dẫn nhiệt: 1, 6-176 W/m Độ bền đứt: 0, 7-12 MPA Các gốm khác với các hợp kim kim loại ở chỗ chúng là các Ion hoặc các tinh thể được liên kết khi quá trình kết dính kim loại được thực hiện nhờ các electron tự do. Kim loại có thể bị tan chảy và cho phép tạo ra các tinh thể khi rót thành hình dạng giống như khi làm nguội. Gốm phụ thuộc vào sự gắn kết của các tinh thể rắn dạng bột để tạo ra những hình dạng lớn hơn. Nó được tạo thành nhờ các chất kết dính định hình có các điểm tan chảy tương đối thấp hoặc tự kết dính các tinh thể được nén và kết tủa ở nhiệt độ cao. Mối liên kết giữa các nguyên tử trong liên kết hóa trị của gốm ở các vật liệu bằng hợp kim rất bền vững và ở mức định hình cao. Do đó, các mối liên kết bền vững và có các điểm nóng chảy khá cao. Ví dụ: Các bua Hafini có điểm nóng chảy cao nhất 4150 0C (7500 0F). Các vật liệu này cũng có các tỷ lệ độc hại rất thấp. Các mối liên kết của kim loại thì khó định hình được vì vậy, việc định hình sai có thể xảy ra do ứng suất dư thấp hơn nhiều. Các tinh thể liên kết các ion lại với nhau nhờ sự hút của chuỗi ion dương và âm. Trong các tinh thể đơn, lực cản trượt là tương đối thấp, do đó, tinh thể đơn MgO và NaCl có đặc tính cơ học tương tự như của kim loại. Tuy nhiên, các hệ thống trượt trong các vật liệu chứa ion được giới hạn hơn trong các kim loại và khi các tinh thể ion được liên kết lại - 9 - để tạo ra các loại vật liệu đa tinh thể. Sự biến dạng tồn tại là do các tinh thể đơn không thể ổn định được về những thay đổi ở các tinh thể kế cận. Do vậy, sự phá vỡ sẽ phát triển tạo ra các hạt nhỏ dọc theo đường biên. Một số hợp kim, như nhôm chẳng hạn, có thể có hệ thống trượt phức tạp bởi vì các ion dương và âm được liên kết trên các chuỗi trượt tương đồng nên các vị trí chưa định hình phải mở rộng đến các chuỗi để chuyển qua tinh thể mà không làm thay đổi trường lực trong mạng (tinh thể). Nó làm cho độ trượt trong nhôm đa tinh thể khác nhau và do đó, làm tăng tính giòn cho vật liệu này. Phụ thuộc vào phương pháp chế tạo hợp kim nó hầu như không đạt được tỷ trọng lí thuyết trong một chi tiết được tạo ra, do đó làm hợp kim rỗ. Độ rỗ của chúng và có các vi xước nên hợp kim này giòn do đó rất khó khăn trong việc kiểm tra độ rỗ của khối hợp kim nên đôi khi người ta phải kiểm tra toàn diện các giá trị về độ bền. Một số thông số kỹ thuật, giá trị của vật liệu gốm. Hình 1-1: Khoảng phân bố giá trị mô đun đàn hồi của vật liệu gốm. - 10 - Hình 1-2: Tỉ trọng lý thuyết (Theoretical Density), nhiệt độ nóng chảy và phân huỷ (Melting Point or Decomposition Temperature) của một số vật liệu gốm. - 11 - Hình 1-3: Giá trị giãn nở nhiệt tuyến tính của một vài vật liệu gốm. . Hình 1-4: Độ dẫn nhiệt của một số loại vật liệu gốm. - 12 - Hình 1-5: Độ cứng vi mô của vật liêu gốm. I.3.1 Sự xung nhiệt Nói chung, các hợp kim đều được sử dụng ở nhiệt độ cao hoặc trong những vị trí nơi nhiệt do ma sát tạo ra trên bề mặt cao. Do đó, việc ngăn ngừa sự xung nhiệt là cần thiết trong các ứng dụng này. Việc làm nguội nhanh các hợp kim sẽ làm tổn hại nhiều hơn so với nhiệt tăng. Nó làm cho bề mặt căng ra. Do vậy, trong quá trình thiết kế phải giảm việc tôi vật liệu. Các gradien nhiệt cao được tạo ra trong các hợp kim được xem là kết quả nhiệt dẫn của chúng thấp và hạn chế các vết xước, làm tăng độ bền của các hợp kim. Điều đáng chú ý là việc xung nhiệt được hạn chế chính là là hệ số giãn nở vì nhiệt, các mô đun đàn hồi và tính dẫn nhiệt. Do đó: TSR~K/Eα. (1-1) Trong đó:  là ứng suất đứt gẫy. K là độ dẫn nhiệt. E là mô đun đàn hồi. α. là hệ số giãn nở vì nhiệt. Các giá trị TSR ở các vật liệu bằng gốm và các kim loại rắn đã được so sánh ở (bảng 1-1 ) - 13 - Bảng 1-1: Độ bền xung nhiệt của các loại gốm Vật liệu Nhiệt giãn nở (%C) Nhiệt dẫn W/m%C TRS Beryl 36 1.7 0.01 Các bua tungsten 6 1.56 0.42 PSZ 10 1.7 0.6 Crôm các bua 9.8 19 1.4 HP Tic 8.6 17.3 1.7 PSZ Z191 10 2.9 1.5 Boron các bua 2.5 19 3 Nhôm 7.1 34.6 3.4 Silic 12.96 164.7 3.5 Titan các bua 8 26 6 Silic các bua 4 147 10.3 SiALON 3.04 21.3 10.95 Silic Nitrit 2.3 30 22 Thép công cụ 10 38 50 Than chì S95 4 138.4 244 Từ bảng trên ta thấy độ bền giá trị ứng suất nhiệt của vật liệu Berili (BeO) có mô đun đàn hồi cao, hệ số giãn nở vì nhiệt cao và độ bền kéo thấp. Khi so sánh độ bền ứng suất nhiệt của Nitrit Silic với cácbua Silic ta thấy. Nitrit Silic có độ bền kéo cao hơn Cácbua Silic. Mức dẫn nhiệt cao của than các bon chỉ ra trong bảng nêu rõ độ bền xung nhiệt cao. Các giá trị mô đun đàn hồi quá thấp đối với than các bon chỉ ra giá trị bất thường này. Ngay cả PSZ cũng có độ bền đứt gãy cao đối với các vật liệu bằng hợp kim, tính chịu xung nhiệt của nó thấp đáng kể so với độ dẫn nhiệt kém và cao hơn so với hệ số giãn nở vì nhiệt. Đây là yếu tố có ý nghĩa quan trọng trong các đặc tính của nó ở các điều kiện trượt ở vận tốc cao đồng thời với các đặc tính về độ bền cơ-nhiệt thấp của nó được giải thích dưới đây. Sự ảnh hưởng của sự xung nhiệt ở trên chỉ là dự báo, nó không thể sử dụng được như là độ đo chính xác thực về độ bền đứt gẫy. - 14 - Các nghiên cứu khác cũng đề cập đến xu hướng này của các vật liệu đàn hồi tạo ra xung nhiệt được gợi mở đó là việc áp dụng các tiêu chuẩn đối với độ bền đứt. I.3.2 Nhiệt cơ học không bền vững Trong suốt quá trình trượt với vận tốc cao trên bề mặt khô, các vật liệu có thể tạo ra các điểm nóng. Quá trình này thuộc về hiện tượng đã được biết đến gọi là nhiệt cơ học không bền (TMI). Nó còn được gọi là nhiệt đàn hồi không bền vững. Khi TMI xuất hiện nóng đỏ đến sáng trắng có thể quan sát thấy trên mặt trượt. Các vật này thường có xu hướng kéo về sau và tới trước bởi một đường ăn mòn đứt đoạn. Một ví dụ của TMI đã chỉ ra ở (hình vẽ 1-6). Nó được phát triển thành dạng nút bấm để chống lại vết dạng tròn dạng đĩa, Đĩa này quay được ở vận tốc cao và các vệt này được ghi lại qua các mép của vệt dạng tròn. Hình 1-6: Vết nhiệt độ cao ứng với nút điều khiển đĩa tốc độ cao của các loại gốm thử nghiệm 8800 C Nhiệt làm biến dạng bề mặt mặt trượt là phản ứng của sự phát triển của những vết nóng. Quá trình này là quá trình tự hoạt động trong điều kiện khắc nghiệt đó mà ở đó một số điểm tiếp xúc không phẳng đã làm cho nhiệt cục bộ tăng nhanh. Do vật liệu không có khả năng tản nhiệt nên nhiệt sẽ tăng lên theo chiều cao của bề mặt. Điểm này sau đó phần lớn tiếp xúc với tải và làm cho nhiệt - 15 - đầu vào tăng lên. Nhiệt độ và sự giãn nhiệt tăng lên theo tỷ lệ cho đến khi giảm sự bay hơi và độ phẳng khác tạo ra sự tiếp xúc và quá trình này được lặp lại. Các vùng có nhiệt độ thay đổi theo kết quả của bề mặt. Biểu đồ quá trình này đã được nêu ở (hình vẽ 1-7). Đối với một số vật liệu, tồn tại các đặc tính xung nhiệt thấp nên TMI dễ bị phá hủy. Các điểm nóng truyền sang toàn bộ bề mặt làm cho độ mài mòn tăng. Hình 1-7: Biểu đồ của quá trinh nhiệt cơ học không bền vững Một mô hình toán học về TMI đã được đưa ra. Việc bắt đầu của TMI có thể đươc xem như tốc độ tới hạn đối với một vật liệu cho trước và vận tốc trượt. Tốc độ tới hạn, tốc độ trượt tới hạn Vcr có thể được lấy từ phương trình sau đây: Vcr = 42/(µ E)2z (1-2) trong đó: Vcr là tốc độ tới hạn  là độ dẫn nhiệt  là hệ số ma sát  hệ số giãn nở vì nhiệt E là mô đun đàn hồi  nhiệt khuyếch tán (k/dc) d là tỷ trọng c nhiệt riêng z bề rộng của mặt trượt Tốc độ tới hạn là tốc độ trượt tương đối ở trên mà tại đó nhiệt không bền vững được tạo nên. Chú ý tải tiếp xúc không có ảnh hưởng tới nhiệt không bền vững. Tải sẽ ảnh hưởng tới số lượng nhiệt ma sát nói chung. - 16 - Có sự khác nhau lớn giữa các giá trị của tốc độ tới hạn đối với các loại hợp kim, phụ thuộc vào đặc tính cơ - nhiệt của chúng và hệ số ma sát trên mặt trượt. Một số vật liệu bằng hợp kim đã được so sánh ở (bảng 1-2.) Những khác biệt lớn về tốc độ tới hạn đối với các vật liệu đã chỉ ra ở (bảng 1-2) có thể thấy rõ, được Dufrane chứng minh trong thực nghiệm động cơ. Bảng 1-2: Tốc độ tới hạn về nhiệt cơ học không bền vững của một số loại gốm Vật liệu Hệ số ma sát (ước lượng) Tốc độ tới hạn cm/s(fpm) PSZ() 0.12( Được bôi trơn) 8.9(17.6) ATTZ 0.12(Được bôi trơn) 15(29.7) Si3N4 0.8 538(1065) SiC 0.7 1100(2178) I.3.3 Các hợp kim xử lý nhiệt. Sự biến đổi bền vững của các loại gốm đã được phát triển thành trong công nghệ. Bằng cách bổ xung vào cấu trúc một lượng nhỏ chất phụ gia, độ bền rắn có thể đạt được nhờ gia tăng ứng suất dư có lợi. Zicon làm bền nhờ alumin (ZIA) là hợp kim gốc alumin tốt có chứa từ 10 – 20% Zicon. Việc điều chỉnh thêm alumin làm tăng độ bền và tính đàn hồi gấp 2-3 độ bền đứt gãy mà không làm tăng tỷ trọng của chúng. ZIA không được sử dụng ở trên 900 0C vì khi đó sự dão vì nhiệt sẽ tăng cao, các gốm khác cũng có độ bền tương tự như Siliccon Vỉtide – Zicon. Bản thân Zicon cũng có thể bền vững nhờ bổ xung thêm các chất phụ gia và xử lý nhiệt. Oxit Canxi, Magiê và Ytri đã được sử dụng thành công trong quy trình này. Rõ ràng là các chất phụ gia này được sử dụng để ổn định cấu trúc lập phương; Zicon sử dụng có hiệu quả khi nung. Ở nhiệt độ đông kết khi Zicon kết tụ và làm mát ở nhiệt độ thường pha khối chuyển sang pha nếp uốn thì có sự thay đổi lớn về khối lượng. Kết quả các ứng suất kéo sẽ làm mở rộng các vết nứt trong khối vật rắn Zicon đã ổn định hoàn toàn giữ được hình khối nhưng có hệ số giãn - 17 - nở vì nhiệt cao, đồng thời cũng có tỷ lệ giãn nhiệt thấp, kết quả là độ bền xung nhiệt thấp. Nếu số lượng các chất ổn định giảm thì Zicon được ổn định từng phần (PSZ) sẽ được tạo ra biểu đồ của pha Zicon – Magiê được chỉ ra ở hình vẽ 1-8. điều này chứng tỏ việc bổ xung Magiê sẽ làm giảm nhiệt độ của khối cho đến khi thay đổi bằng tứ pha. Hình 1-8: Hệ thống biểu đồ pha của Zicon – Magiê ôxyt. Bằng việc sử dụng hàm lượng 8 – 11% MgO trong PSZ người ta có thể nung ở nhiệt độ thích hợp. Do sự thay đổi các pha trong vật liệu này này tương đối chậm nên có thể giới hạn bằng vật liệu khối có chứa một lượng tứ pha nhất định. Vật liệu này có hệ số giãn nở vì nhiệt thấp hơn Zicon do có độ giãn khối làm mát, vật liệu đã cho có độ bền thấp. Tuy vậy, nếu vật liệu được nung trong khối và có độ hoá già tăng cộng với phạm vi của tứ pha thì pha này có thể chuyển - 18 - sang pha nếp uốn đơn khi tạo ra ứng suất cho các khu vực nén, do đó sẽ tạo sự phát triển của các khe nứt. Độ bền đứt tăng gấp 2 lần so với Các bua Silic. Độ cứng và tính chịu mòn vẫn giữ được. Toàn bộ Zicon ở TZP đều có qua công đoạn nung bột Zicon khác biệt, bởi vậy ngăn chặn được việc chuyển tiếp qua pha nếp uốn đơn. ZTP có độ bền và độ cứng khá cao. Những thuận lợi của gốm đang được sử dụng khá nhiều trong các chi tiết có hao mòn phức tạp. Bao gồm: các ống nối, các vấu cam, các đệm kín chịu được nhiệt độ cao, các ổ trục chịu nhiệt độ cao của bơm nước. Các vật liệu PSZ đang được nghiên cứu sử dụng nhiều trong các động cơ điêzen.Thực nghiệm đã chỉ ra rằng ngay cả các vật liệu có độ bền đứt và độ bền cao, tốc độ tới hạn của nhiệt cơ học không bền vững thấp hơn vận tốc của pittông tiêu chuẩn được quy định trong đông cơ cấp tiến. Kết quả là tạo ra độ va cham nhiệt (xung nhiệt) bởi các đỉnh nhiệt xuất hiện. I.3.4 Các công cụ bằng hợp kim gốm Gốm đang được ứng dụng như các vật liệu công cụ có tốc độ cao nhất, tốc độ di chuyển cao làm việc gia công cơ khí rất khó khăn do đó, tỷ lệ loại bỏ cao và khó khăn khi sử dụng đối với các vật liệu cơ học. Đặc tính ưu điểm của gốm là mang đến độ bền tức thời, và tính chịu mài mòn cao. Hai loại hợp kim thường được sử dụng để cắt kim loại: Alimin và Silicon nitride. Do có độ giòn, mà các vật liệu này được bổ sung thêm để tạo ra một công cụ có thể chịu được các điều kiện gia công.  Alumin: là chất phụ gia kèm với Các bua Titan, Zinco và Các bua Silic.Một trong những chất phụ gia được sử dụng là “hợp kim đen” hoặc alumin có 25 – 40% Tic. Nó làm tăng độ cứng và nhiệt dẫn của Alumin. Alumin rắn chuyển sang Zicon (ZTA) được tạo ra nhờ bổ sung thêm 10 – 20% Zicon.. Alumin với hàm lượng Zicon cao hơn cả lượng Các bua tungsten cũng được sử dụng cho các vật liệu gia công, cũng như Các bua Silic được tăng cứng bởi Alumin. - 19 - Đ ộ c ứng Vick er s (HV) ,kg/mm 2  Silicon nitride: là sự hoà trộn thích hợp của các đặc tính cơ học ở nhiệt độ cao, tỷ lệ với độ bền xung nhiệt, nhiệt dẫn hầu như tăng gấp đôi so với so với Alumin – Tic và tính giãn nhiệt khoảng ½. Do đó, như đã nói trước đây, tính chịu nhiệt tỷ lệ thuận với tốc độ dẫn nhiệt và tỷ lệ nghịch với tính giãn nhiệt. Silicon nitride ở nhiều dạng nhờ các chất phụ gia khác nhau đòi hỏi làm tăng độ nung. Alumin và Silic là các chất phụ gia phổ biến nhất được sử dụng. SIALONS là một chuỗi các thành phần hợp nhất của Silicon nitride và Alumin. Một ưu thế được lấy ra từ việc sử dụng Alumin chính là tính trơ của nó. Sự có mặt của Alumin đã hạn chế được sự tái tạo hao mòn do phản ứng hoá học giữa công cụ và chi tiết gia công. mặc dù SIALONS không cứng như cácbua Titan có bổ xung thêm Alumin. Tính chịu mòn của nó và độ bền nhiệt là rất tốt. Độ bền nhiệt của một số vật liệu gia công đã được nêu trong biểu đồ ở (hình vẽ 1-9.) Hình 1-9: Độ bền nhiệt của một số hợp kim vật liệu công cụ Chú ý rằng SIALONS vẫn duy trì được độ cứng tốt hơn các vật liệu khác từ - 20 - 6000C – 10000C. Điều này chứng tỏ rằng Silicon nitride sẽ phản ứng với thép khi nhiệt độ tăng. Bởi vậy SIALONS thường không sử dụng được để cắt thép. Alumin-Tic thì thích hợp hơn để cắt các hợp kim cao cấp, SIALON và SIC được tăng cứng nhờ cho thêm Alumin đều có thể được sử dụng. I.4 Ứng dụng Do gốm có những đặc tính như ở trên mà nó được ứng dụng rất rộng trong nhiều lĩnh vực. Chủ yếu được sử dụng trong lĩnh vực ma sát trong môi trường có nhiệt độ cao, hoặc môi trường có tính ăn mòn cao. Ví dụ: Các dụng cụ cắt có vận tốc cắt cao, các mũi khoan đá, các thiết bị khí đốt than đá, bơm nước với nhiệt độ cao, các kiểu van và bộ phận trao đổi nhiệt, các chi tiết của loại bơm có các đường ống dẫn chất lỏng, ổ lăn tiếp xúc có vận tốc cao, cũng như hệ thống băng tải có vận tốc cao. Gốm không chỉ có giá trị trong cấu trúc của chúng mà còn cả trong các chi tiết gia công từ chúng. Các chi tiết bằng hợp kim được chế tạo ra theo mẫu hoặc nung cho đến chi tiết cuối cùng làm tốn nhiều thời gian và tiền bạc cho việc thực hiện mài bóng. Các kỹ thuật đặc trưng đang được áp dụng để loại bỏ các mảnh vụn do mài mòn, có thể làm cho kết quả xấu đi, khi nó đang vận hành. Do những nguyên nhân trên mà chúng ta cần phối hợp chế tạo ra những chi tiết bằng gốm, mạ gốm một cách bình thường như chúng đã từng phát triển. Theo phương pháp này chi phí của một chi tiết được chế tạo bằng hợp kim , kim loại tương đối thấp hơn và các bề mặt ma sát được phủ thêm lớp vật liệu bằng hợp kim thích hợp. Phương pháp tương tự cũng đã đ