Luận văn Nghiên cứu chế tạo phục hồi gầu công dụng chung của máy xúc Komatsu PC220 nhằm nâng cao chất lượng và hiệu quả kinh tế

dịch chuyển điểm có ứng suất tiếp cực đại lên gần bề mặt hơn (hình 2.11) do đó vị trí hỏng do mỏi tiến gần bề mặt hơn. Sự trượt thúc đẩy sự phá huỷ bề mặt do dính. Bôi trơn thích hợp có thể hạn chế đến tối thiểu ảnh hưởng phá huỷ bề mặt do trượt trong điều kiện tiếp xúc này. * Mỏi tiếp xúc trƣợt Khi hai bề mặt trượt tương đối mòn xảy ra do dính và cào xước. Tuy nhiên có thể thấy rằng các đỉnh nhấp nhô có thể tiếp xúc và trượt với nhau mà không bị dính hoặc cào xước. ứng suất tiếp xúc ở đỉnh các nhấp nhô làm cho đỉnh các nhấp nhô ở một hoặc cả hai bề mặt bị biến dạng dẻo. Sự biến dạng ở bề mặt hoặc dưới bề mặt xảy ra theo chu kỳ là nguyên nhân xuất hiện các vết nứt (từ mầm vết nứt hoặc Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 50 những chỗ trống hoặc vết nứt tế vi có sẵn) ở trên bề mặt hoặc dưới bề mặt. Các vết nứt này tiếp tục phát triển. Sau một số lần tiếp xúc nhất định, các nhấp nhô này bị phá huỷ và tạo thành hạt mòn. Rất khó có thể chứng minh mỏi là nguyên nhân mòn chính trong một tập hợp các điều kiện xác định. Archard và Hirst cho rằng kim loại dính sang bề mặt đối tiếp (material transfer) cuối cùng tách ra thành những hạt mòn do quá trình mỏi. Hệ số k trong phương trình mòn do dính được giải thích là xác xuất của một đỉnh nhấp nhô tiếp xúc tạo ra một mảnh mòn mà không có một giải thích nào về bản chất vật lý của việc tạo nên mảnh mòn. Mặc dù lý thuyết mòn do dính giải thích hiện tượng dính vật liệu sang bề mặt đối tiếp nhưng không giải thích được hiện tượng hình thành hạt mòn rời, đặc biệt sự hình thành hạt mòn của vật liệu cứng hơn khi hai bề mặt trượt trên nhau. Tất cả những điều này có thể giải thích bằng giải thuyết rằng mòn là một quá trình mỏi. yếu tố k có thể hiểu rằng một hạt mài được tạo ra khi một nhấp nhô có số lần tiếp xúc và biến dạng đủ để tạo nên sự nứt vì mỏi. Khi điều này xảy ra, một hạt mòn rời được tạo ra và tất nhiên cơ chế này dùng để giải thích cho sản phẩm của các hạt mòn hình thành từ cả bề mặt vật liệu rắn hơn và mềm hơn. Cơ chế mòn do mỏi không loại bỏ khả năng dính của vật liệu sang bề mặt đối tiếp bằng cơ chế dính nhưng dường như phần lớn các hiện tượng mòn đều có thể giải thích về định tính trên khía cạnh mòn do mỏi. Kragelskii cố gắng xây dựng một lý thuyết mỏi định lượng dựa trên các kết quả của Tavernelli và Coffin người đã chỉ ra rằng trong một dải rộng của vật liệu biến dạng dẻo tạo ra trong mỗi chu kỳ mỏi có quan hệ với số chu kỳ phá huỷ N theo công thức sau: N p ailf          2 2   Trong đó: p là độ lớn biến dạng dẻo sau mỗi chu kỳ; fail là biến dẻo khi phá huỷ trong kéo đúng tâm. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 51 Tuy nhiên Kragelskii dường như đã sử dụng tổng biến dạng chứ không phải là chỉ biến dạng dẻo. Hơn nữa ông đánh giá xấp xỉ cường độ biến dạng theo hình dạng hình học của nhấp nhô. Vì thế có thể thấy cho đến nay không có một lý thuyết mòn do mỏi hoàn thiện nào tồn tại, mặc dù đây là cơ chế mòn dường như đáng tin cậy hơn cơ chế của lý thuyết mòn do dính. 1.2.4. Mòn do va chạm Mòn do va chạm gồm 2 loại chính: erosion gây ra bỏi các tia, dòng các hạt rắn, các hạt chất lỏng và sự vỡ ra của bọt hình thành trong chất lỏng và mòn do va chạm theo chu kỳ của các vật rắn. 1.2.4.1. Mòn do va chạm của hạt cứng (erosion) * Khái niệm Erosion là hiện tượng va chạm của các hạt cứng. Đây là một dạng của mòn cào xước do hạt cứng gây ra nhưng có đặc trưng riêng đó là ứng suất tiếp xúc sinh ra do năng lượng động lực học của các hạt khi va chạm vào bề mặt. Tốc độ của hạt, góc va chạm kết hợp với kích thước của các hạt tạo nên năng lượng va chạm của chúng tỷ lệ với bình phương vận tốc. Các hạt mòn do va chạm tách ra khỏi bề mặt sau một số chu kỳ va chạm nhất định. Tương tự như mòn do cào xước nguyên nhân của mòn do va chạm hạt cứng là biến dạng dẻo và nứt tách phụ thuộc vào vật liệu bị mòn và các thông số của quá trình. Hình 2.12. chỉ ra sự phụ thuộc của tốc độ mòn vào góc va chạm, có thể thấy tốc độ mòn của vật liệu dẻo và dòn là rất khác nhau bởi chúng xảy ra theo các cơ chế khác nhau (biến dạng dẻo và nứt tách). Hình dạng của các hạt cứng ảnh hưởng đến kiểu biến dạng dẻo xảy ra quanh vị trí va chạm và có quan hệ H×nh 2.12. Tèc ®é mßn va ch¹m h¹t cøng lµ mét hµm sè cña gãc va ch¹m . Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 52 với lượng vật liệu bị đẩy ra. Trong trường hợp vật liệu dòn, mức độ và sự khốc liệt của vết nứt phụ thuộc vào độ sắc của các hạt, các hạt sắc gây mòn mạnh hơn so với hạt cùn. Đối với vật liệu dẻo, người ta đã quan sát được hai cơ chế mòn cơ bản do va chạm của hạt cứng đó là cắt (cutting erosion) và cày (ploughing erosion). Tuy nhiên mức độ mòn gây bởi hai cơ chế này cũng phụ thuộc vào góc va chạm. ở chế độ cắt mòn xảy ra mạnh nhất theo phương grazing và chế độ cày theo phương vuông góc. Độ cứng bề mặt và tính dẻo là hai tính chất quan trọng nhất của vật liệu chống lại mòn do va chạm cắt và biến dạng dẻo của hạt cứng. Mòn do va chạm của các hạt cứng là một vấn đề quan tâm trong máy móc như sự va chạm của các hạt cát vào cánh tua bin, cánh máy bay lên thẳng, cánh quạt máy bay, chắn gió máy bay, đầu phun cát, tua bin than, tua bin thuỷ lực bơm ly tâm sử dụng bơm bùn than. Tuy nhiên va chạm hạt cứng cũng có nhiều ứng dụng có lợi trong việc làm sạch các bề mặt của chi tiết máy. * Phƣơng trình định lƣợng Xem xét hiện tượng liên quan đến biến dạng dẻo gây ra bởi một hạt cứng va chạm vào một bề mặt mềm hơn với góc va chạm bằng 90o. Giả thiết hạt cứng không bị biến dạng và biến dạng của bề mặt là tuyệt đối dẻo với độ cứng không đổi. Tại thời điểm t sau tiếp xúc ban đầu, hạt cứng với khối lượng dm và vận tốc v sẽ đi vào bề mặt với chiều sâu là x và diện tích mặt cắt ngang tương ứng là A(x) phụ thuộc vào hình dạng của hạt cứng chỉ ra trên hình 2.13. Phương trình vi phân chuyển động của hạt có thể viết như sau: 2 2 )( dt xd dmxHA  Hình 2.13. Sơ đồ mòn va chạm của một hạt cứng va chạm thẳng góc vào một bề mặt mềm hơn. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 53 Nếu hạt cứng đạt tới vị trí nghỉ ở độ sâu d sau khoảng thời gian to thì tổng công của lực cản bằng năng lượng động lực ban đầu của hạt 2 0 2 1 )( dmvdxxHA d   hay H dmv dv 2 2  Trong dv là thể tích của vật liệu bị dồn đẩy khỏi vết va chạm. Nếu m là khối lượng hạt va chạm thì: H mv v 2 2  Vì không phải tất cả vật liệu bị dồn đẩy đều tạo thành hạt mòn nên nếu k là hệ số tỷ lệ với lượng vật liệu bị dồn đẩy tạo thành hạt mòn thì. H mv kv 2 2  Phương trình mòn do va chạm của hạt cứng thường được viết dưới dạng tỷ số va chạm không thứ nguyên E bằng khối lượng vật liệu bị tách ra chia cho khối lượng các hạt cứng va chạm vào bề mặt. H vk E 2 2  Trong đó:  là tỷ trọng của vật liệu bị mòn. So sánh với phương trình mòn do cào xước, thể tích mòn do va chạm của hạt cứng cũng tỷ lệ nghịch với độ cứng H. Tải trọng pháp tuyến được thay thế bằng mv 2. Tuy nhiên đây chỉ là mô hình đơn giản vì trong mô hình không đề cập đến góc va chạm, hình dáng và kích thước của hạt cứng. Hệ số k biến thiên từ 10-5-10-1. Mòn do va chạm của hạt cứng do nứt tách vì dòn phụ thuộc vào độ dai va đập của vật liệu bị mòn do va chạm. 1.2.4.2. Mòn do va chạm của các vật rắn (percussion) Percussion là va chạm có chu kỳ của vật thể rắn thường gặp ở đầu búa in trong máy in, các ứng dụng điện cơ cao tốc và trong các nhấp nhô bề mặt nhô cao trong ổ bôi trơn khí. Trong phần lớn các ứng dụng va chạm liên quan đến trượt nghĩa là bao gồm cả thành phần pháp và tiếp. Mòn do percussion xảy ra nhờ cơ chế Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 54 hybrid là sự kết hợp của một loạt cơ chế: dính, hạt cứng, mỏi bề mặt, nứt tách và tribochemical. Hình 2.14. Sơ đồ va chạm của một đầu va chạm với tấm phẳng chuyển động ngang. Mô hình của mòn do va chạm vật rắn chỉ ra trên hình 2.14 bao gồm đầu va chạm bán kính R hướng vuông góc với chuyển động của một khối có vận tốc u. Đầu va chạm có thể coi như một chất điểm và được đỡ bằng một lò xo có độ cứng k. Tại thời điểm ts đầu va chạm gặp khối chuyển động ngang. Sau đó chúng cùng chuyển động cho tới khi va chạm kết thúc. Sự biến đổi của lực va chạm Hec sau một chu kỳ của quá trình va chạm chỉ ra trên hình 2.15 có dạng quả chuông. Để đơn giản ta giả thiết lực va chạm Hec F(t) biến thiên theo quy luật hình sin.        i o t t FtF  sin)( Giá trị cực đại Fo phụ thuộc vào hình dạng hình học, vật liệu và các thông số va chạm pháp tuyến. Đối với một tiếp xúc đàn hồi của đầu va chạm trên trên một tấm phẳng khối lượng vô hạn có mô đun đàn hồi vô hạn ta có:   5/2 2/1 2 5/3 2 13 4 3 5               R E mvF elastico  Viết phương trình động lượng của tấm khối lượng vô cùng chuyển động theo phương ngang. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 55 Trong đó:  là hệ số ma sát. Sử dụng 2 phương trình đầu tính thời gian trượt ts )1(cos 1 S t t is    Trong đó: iotF mu S    S gọi là yếu tố trượt. Nếu S=0, sự va chạm vuông góc xảy ra. Nếu S lớn sự trượt xảy ra trong thời gian dài hơn trong quá trình va chạm. Nếu S  2, sự trượt xảy ra trong toàn bộ thời gian tiếp xúc. Mòn do va chạm tỷ lệ thuận với yếu tố trượt bởi vì mòn chủ yếu xảy ra trong phần va chạm của trượt tương đối. Va chạm pháp tuyến trên bề mặt cứng hơn có thể tạo nên cơ chế mòn do mỏi dưới bề mặt. Một va chạm xảy ra cùng sự trượt (va chạm kết hợp) tạo nên mỏi bề mặt và/hoặc dính, mòn do cào xước. Các cơ chế mòn riêng biệt phụ thuộc vào hình học, vật liệu và các thông số của quá trình. Với các vật liệu có độ dai va đập cao, sự tham gia của mỏi bề mặt có thể bỏ qua. Áp dụng phân tích mòn do va chạm cho va chạm của đầu in với giấy bao phủ tấm phẳng. Mòn do cào xước đầu in xảy ra trong quá trình trượt (slipping time). Thể tích mòn v theo khoảng cách trượt x của đầu in với giấy là: H tkF tdx tdv )( )( )(  Trong đó k là hệ số mòn, H là độ cứng của đầu in. Tổng thể tích mòn sau mỗi chu kỳ va chạm là.   st oiu H SFtk tdxtF H k v 0 2 )()(  Víi 0  S  2 H×nh 2.15. S¬ ®å chu kú lùc va ch¹m Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 56        SH Fkut H kmv v oi 1 1 2 2 2  Víi S  2 Khi thể tích mòn trong một chu kỳ được xác định, mòn tổng sau N chu kỳ có thể xác định bằng cách nhân mòn đơn vị với N. 1.2.4. Mòn hoá học Mòn hoá học xảy ra khi các bề mặt đối tiếp hoạt động trong môi trường có hoạt tính hoá học. Trong không khí nguyên tố có hoạt tính hoá học nhất là ôxy, do đó mòn hoá học trong không khí đôi khi gọi là mòn do ôxy hoá. Khi các bề mặt đối tiếp không có chuyển động tương đối, sản phẩm ăn mòn hoá học là lớp màng bề mặt có có chiều dày nhỏ hơn 1m có xu hướng cản trở hoặc ngăn quá trình ăn mòn tiếp tục phát triển. Nhưng khi trượt xảy ra giữa hai bề mặt, lớp màng do ăn mòn hoá học bị cuốn đi vì thế các phản ứng hoá học lại tiếp tục xảy ra. Mòn hoá học vì vậy cần hai điều kiện cả phản ứng hoá học và chuyển động trượt tương đối để làm vỡ lớp màng hoá học. Mòn hoá học là một hiện tượng cần quan tâm, đặc biệt trong các ngành công nghiệp như mỏ, tuyển khoáng, dây chuyền hoá học, xử lý bùn, nước thải. Mòn hoá học xảy ra do sự tương tác hoá học hoặc điện hoá của bề mặt chi tiết với môi trường. Mòn hoá học xảy ra trong môi trường ăn mòn, nhiệt độ và độ ẩm cao. Mòn điện hoá xảy ra khi phản ứng hoá học đi kèm theo với tác dụng của dòng điện xảy ra trong quá trình điện phân. Sự tồn tại của chất bôi trơn có tác dụng cô lập các bề mặt tiếp xúc khỏi môi trường ăn mòn hoá học. Tuy nhiên các chất ăn mòn có thể hoà tan vào chất bôi trơn như nước vào dầu và chất bôi trơn cũng bị phân tích để trở nên có hoạt tính hoá mạnh hơn. Khi ăn mòn hoá học là nguyên nhân chính của mòn, một tương tác phức tạp giữa các cơ chế mòn khác nhau luôn tồn tại. Đầu tiên mòn có thể là do dính hoặc do cào xước sau đó là sự kết hợp của mòn hoá học và mòn do cào xước. ứng suất tiếp xúc cao có thể làm tăng ăn mòn cục bộ dẫn đến sự tạo thành các lỗ châm kim trên bề mặt. ứng suất dư trong lòng kim loại có thể gây ra nứt do kết hợp với sự ăn mòn Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 57 trong môi trường hoạt tính cao. Hiên tượng này kết hợp với sự trượt bề mặt có thể gây ra mòn mạnh giống như sự ăn mòn của một pha trong hợp kim ổ hai pha. Hiện tượng ăn mòn đôi khi cũng có lợi, lớp màng ôxy hoá và các sản phẩm của sự ăn mòn có thể ngăn cản dính giữa đỉnh các nhấp nhô và giảm mòn kim loại trong chân không. 1.2.5. Mòn Tribochemical Ma sát làm thay đổi động lực học của các tương tác hoá học giữa các bề mặt trượt và với khí hoặc chất lỏng trong môi trường do tác dụng sinh nhiệt trên bề mặt tiếp xúc. Ngành hoá học nghiên cứu tác dụng thay đổi các phản ứng hoá học bằng ma sát hoặc năng lượng cơ học gọi là tribochemistry, mòn bị kiểm soát bởi các phản ứng này gọi là mòn hoá học. Nhiệt sinh ra do tương tác ma sát ở đỉnh các nhấp nhô làm tăng tốc độ của phản ứng hoá học là cơ chế đặc trưng nhất của mòn tribochemical. Ngoài nhiệt do ma sát các cơ chế khác bao gồm: sự hình thành các bề mặt sạch do hiện tượng phá huỷ các lớp màng bề mặt, tăng tốc hiện tượng khuyếch tán và kích thích cơ hoá trực tiếp liên kết bề mặt. Các phản ứng tribochemical là nguyên nhân mòn ôxy hoá kim loại, mòn tribochemical của ceramics, và sự hình thành các lớp màng chất dẻo ma sát trên bề mặt trượt khi có sự tồn tại của chất hữu cơ, sự hoà tan của Nitrit Silic trong nước khi trượt mà không bị nứt tách. ứng dụng của tribochemistry bao gồm sự hình thành sự hình thành lớp màng ma sát polymer, mòn và đánh bóng bề mặt không gây nứt tách (chemomechanical polishing). 2.2.6. Mòn fretting Hiện tượng fretting xảy ra khi chuyển động dao động với tần số thấp (trong khoảng vài chục nanômét đến vài chục micrômét) xảy ra trên bề mặt tiếp xúc chung của các bề mặt (về danh nghĩa là đứng yên). Đây là hiện tượng phổ biến bởi vì phần lớn các máy móc đều bị dao động, cả khi vận chuyển lẫn khi hoạt động. Thực chất fretting là một dạng của mòn do dính và do hạt cứng mà ở đó tải trọng pháp tuyến gây nên hiện tượng dính ở đỉnh các nhấp nhô và chuyển động dao động gây nên sự cắt đứt tạo nên các mảnh mòn. Fretting kết hợp với ăn mòn hoá Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 58 học là hiện tượng phổ biến nhất gọi là fretting hoá. Ví dụ các hạt mòn thép sạch được tạo ra giữa hai bề mặt sẽ bị ôxy hoá tạo thành ôxuýt Fe2O3 sẽ là nguồn các hạt cứng trên mặt tiếp xúc chung. Bởi vì các bề mặt được ép sát với nhau và dao động với biên độ rất nhỏ nên các bề mặt không bao giờ tách rời nhau và như thế sẽ không có cơ hội để các mảnh mòn này lọt ra ngoài. Dao động tiếp tục xảy ra tạo ra các mảnh mòn mới và tiếp tục bị ôxy hoá và cứ thế. Do vậy mòn trên một đơn vị chiều dài trượt do fretting có thể lớn hơn so với mòn do dính và do cào xước thông thường. Dao động trong mòn fretting chủ yếu do kích động từ bên ngoài, nhưng trong nhiều trường hợp đó là kết quả của một trong những chi tiết chịu ứng suất thay đổi chu kỳ. Các vết nứt sẽ được tạo ra và dạng mòn đó gọi là mỏi fretting. Mòn do fretting sẽ tăng đột ngột khi biên độ dao động trượt vượt qua dải biên độ giới hạn. Với một biên độ dao động nhất định, khối lượng mòn trên một đơn vị chiều dài trượt của một đơn vị tải trọng pháp tuyến sẽ tăng tuyến tính theo số chu kỳ dao động tới biên độ dao động đến 100 m. Khi vượt qua biên độ giới hạn này, tốc độ mòn sẽ đạt tới hằng số giống như tốc độ mòn trong trượt liên tục và trượt khứ hồi. Điều này cho phép đưa ra một giới hạn trên có thể của biên độ trượt cho fretting. ở biên độ nhỏ, đặc trưng của fretting, vận tốc trượt tương đối nhỏ hơn rất nhiều so với trượt thông thường mặc dù biên độ dao động có thể cao. Tốc độ mòn do fretting tỷ lệ thuận với tải trọng pháp tuyến với biên độ trượt cho trước. Trong trượt bộ phận, tần số dao động ít ảnh hưởng tới tốc độ mòn trên một đơn vị chiều dài trượt trong dải tần số thấp. Tăng tốc độ biến dạng ở tần số cao dẫn đến tăng phá huỷ do mỏi và ăn mòn hoá học do nhiệt độ tăng. Tuy nhiên trong trượt toàn phần tần số ít có ảnh hưởng. Để giảm đến mức thấp nhất mòn do fretting, máy móc thiết kế phải giảm đến tối thiểu dao động, giảm ứng suất hoặc loại trừ việc thiết kế hai phần cùng nhau. 1.2. Mòn vật liệu Quá trình mòn nói chung được định lượng bằng tốc độ mòn là thể tích hay khối lượng vật liệu bị tách ra khỏi bề mặt trong một đơn vị thời gian hay một đơn vị chiều dài trượt. Các dạng khác có thể không có thứ nguyên như tỷ số chiều sâu vật Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 59 liệu mòn trên một đơn vị chiều dài trượt hoặc tỷ số thể tích vật liệu tách ra trên một đơn vị chiều dài trượt hoặc tỷ số thể tích vật liệu tách ra trên một đơn vị diện tích tiếp xúc và một đơn vị chiều dài trượt.[4] Từ đồ thị tốc độ mòn có thể thấy rằng tốc độ mòn giữ hằng số trong một giai đoạn nào đó sau sau đó có thể thay đổi nếu có sự thay đổi về cơ chế mòn. Mòn trong quá trình chạy rà phụ thuộc vào tính chất và cấu trúc vật liệu ban đầu cũng như trạng thái bề mặt như độ nhẵn, sự tồn tại của lớp màng bề mặt. Trong giai đoạn chuyển cơ chế mòn, độ nhám bề mặt bị biến đổi do biến dạng dẻo. Tuy nhiên các điều kiện đầu có ảnh hưởng tới sự phá huỷ trong giai đoạn chuyển đổi và thời lượng của nó. Giống như ma sát, tốc độ mòn của một vật liệu phụ thuộc vào vật liệu đối tiếp hoặc cặp vật liệu, trạng thái bề mặt và điều kiện làm việc, ý nghĩa của các hệ số mòn hoặc dữ liệu mòn trong các công trình công bố thường nằm ở các giá trị tương đối hơn là các giá trị tuyệt đối. Mòn là một hàm số phức tạp theo thời gian. Tốc độ mòn ban đầu có thể thấp sau đó tăng hoặc ngược lại (hình 2.16). Sau một khoảng thời gian nhất định tốc độ mòn giữ hằng số trong một giai đoạn sau đó có thể thay đổi nếu có sự thay đổi về cơ chế mòn trong quá trình thí nghiệm về mòn. Quá trình chạy rà phụ thuộc vào cấu Hình 2.16. Ba trường hợp giả thuyết về thể tích mòn là hàm số của khoảng cách trượt chỉ ra các giai đoạn chạy rà, ổn định và khốc liệt - 60 - Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên trúc, tính chất ban đầu của vật liệu và các trạng thái bề mặt. Trong giai đoạn chuyển tiếp này độ nhám bề mặt bị biến đổi do biến dạng dẻo ở đỉnh các nhấp nhô bề mặt. Điều kiện ban đầu ảnh hưởng đáng kể đến tốc dộ mòn bề mặt trong quá trình chạy rà và khoảng thời gian chạy rà. Một cặp đôi ma sát cùng loại thép cho ma sát và mòn cao còn các cặp kim loại khác nhau cho ma sát và mòn trung bình trong trường hợp có bôi trơn. Khác với thép và kim loại ceramics trượt so với lim loại hoặc với chính nó hoặc với ceramics khác loai cho hệ số ma sát trung bình nhưng mòn lại rất thấp. Polymers và chất bôi trơn rắn trượt với bề mặt cứng cho hệ số ma sát rất thấp nhưng mòn lại khá cao. 1.2.1.Mòn kim loại và hợp kim [4] CẶP KIM LOẠI ĐỘ CỨNG VICKERS (Kg/mm 2 ) HỆ SỐ MÕN k (x10 4 ) Cadmium trượt trên Cadmium 20 57 Kẽm trượt trên kẽm 38 530 Bạc trượt trên bạc 43 40 Đồng trượt trên đồng 95 110 Platin trượt trên Platin 138 130 Thép C thấp trượt trên thép C thấp 158 150 Thép trắng trượt trên thép trắng 217 70 Cadmium trượt trên thép C thấp 20 0,3 Đồng trượt trên thép cácbon thấp 95 5 Platin trượt trên thép các bon thấp 138 5 Thép cácbon thấp trượt trên đồng 95 1,7 Platin trượt trên bạc 43 0,3 Bảng 2.1. Hệ số mòn của vật liệu mềm cho các cặp lim loại - kim loại khác nhau Các bề mặt kim loại và hợp kim sạch ở các tiếp xúc rắn biểu hiện tính dính cao do đó ma sát và mòn cao, đặc biệt tiếp xúc của các bề mặt sạch trong chân không cho tốc độ mòn rất cao. Các lớp màng hóa học mỏnh nhất hình thành trên các mặt tiếp xúc đều có khả năng giảm dính dẫn đến giảm ma sát và mòn. Trong trường - 61 - Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên hợp kim loại mền như In, Pb, Sn tiếp xúc ở đỉnh các nhấp nhô rất rộng và thậm chí khi tải trọng khi tải trọng nhỏ nên tốc độ mòn cao. Các kim loại có cấu trúc lục giác xếp chặt như Co và Mg cũng như các kim loại khong có cấu trúc này như Mo, Cr đều biều hiện ma sát và mòn thấp. Do đó Co, Mo và Cr là các nguyên tố hợp kim thông dụng trong thép để giảm ma sát và mòn đồng thời tăng khả năng chống ăn mòn. Nói chung mòn của hợp kim thấp hơn các nguyên tố nguyên chất. Hệ số mòn k cho một loại các kim loại giống và khác nhau cho trong bảng 2.1. Thép là loại vật liệu thông dụng nhất sử dụng trong cả ứng dụng cấu trúc và tribological. Trên cơ sở của thành phần hóa học (tỷ lệ % của nguyên tố hợp kim và cácbon) và đặc điểm của quá trình gia công, một loạt các tính chất vật lý và cấu trúc tế vi khác nhau được hình thành. Khả năng chống mòn của thép có cấu trúc khác nhau chỉ ra trên hình 2.17 Hình 2.17. Khả năng chống mòn tương đối như là một hàm số của độ cứng theo cấu trúc tế vi khác nhau. a. Ảnh hƣởng của nhiệt độ đến mòn ôxy hóa Sự hình thành lớp màng ôxy hóa bề mặt có thể giảm tốc độ mòn tới hai lần so với làm việc trong môi trường khí trơ. Ở nhiệt độ thấp, sản phẩm của quá trình ôxy hóa bề mặt chỉ hình thành ở đỉnh các nhấp nhô tiếp xúc. Ở nhiệt độ cao hơn, - 62 - Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên ôxy hóa xảy ra trên toàn bề mặt và ảnh hưởng tới mòn. Khi sử dụng thép làm đôi ma sát sản phẩm ôxy hóa của các hạt mòn chủ yếu là  - Fe2O3, còn ở tốc độ trung bình chủ yếu là Fe3O4, ở tốc độ cao là FeO. [4] Ôxy và các phần tử của các nguyên tố khác hấp thụ trên bề mặt của kim loại và ceramics sạch tạo nên liên kết hóa học mạnh với các bề mặt này. Sự khuếch tán của các nguyên tố có hoạt tính qua lớp này bị chậm dần theo thời gian. Tốc độ ôxy hóa của sắt và nhiều kim loại tuân theo quy luật parabôn. [4] 2/1Cth  Trong đó: h là chiều dày của lớp màng ôxy hóa, t là giá trị tăng trung bình của thời gian, C là hằng số của parabôn. Bởi vì hiện tượng khuếch tán phụ thuộc vào tác động của nhiệt, tốc độ dày lên của lớp màng ôxy hoá trong quá trình trượt là một hàm số của nhiệt độ tương tự như ôxy hoá ở điều kiện tĩnh.  RTQeK / K là hằng số cảu parabôn mô tả tốc độ dày lên cảu lớp màng ôxy hoá, A là hằng số Arrhenius (kg/(m4s)) của phản ứng ôxy hoá, Q là năng lượng hoạt tính của paraboon liên quan đến ôxuyt (KJ/mole), là hằng số khí Arrhenius trong trường hợp trượt. Hằng số này gấp khoảng vài lần hằng số trong điều kiện tĩnh. Điều này có nghĩa là tốc độ ôxy hoá trong điều kiện trượt xảy ra nhanh hơn điều kiện tĩnh nhiều do tốc độ khuếch tán của sắt qua lớp màng ôxy hoá tăng. b. Ảnh hƣởng của điều kiện vận hành - 63 - Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Hình 2.18 Bản đồ vùng mòn của đầu thép trượt khô trên đĩa thép (pin on disk) trong không khí ở nhiệt độ trong phòng. Bản đồ mòn loại trừ ảnh hưởng của môi trường đến các cơ chế mòn. Không có một cơ chế mòn đơn nào xảy ra trong một dải rộng các điều kiện vận hành, thực tế luôn tồn tại một vài cơ chế mòn mà vai trò của chúng đối với mòn thay đổi khi điều kiện vận hành thay đổi. Sự chuyển tiếp của các cơ chế mòn chính gây nên sự thay đổi về tốc độ mòn, điều này thường xảy ra khi tải trọng và tốc độ trượt thay đổi. Trong một vài trường hợp sự thay đổi xảy ra theo hàm số của thời gian. Sự thống trị của các cơ chế mòn tuỳ theo sức bền cơ học và mức độ dính ở chỗ tiếp xúc. Tăng tải trọng pháp tuyến dẫn đến sự phá huỷ cơ học bề mặt do ứng suất tiếp xúc cao. Tăng tải trọng pháp tuyến và vận tốc trượt dẫn đến tăng nhiệt độ trên các lớp bề mặt là nguyên nhân tạo thành các lớp màng hóa học bề mặt (chủ yếu là màng ôxy hoá) đồng thời giảm sức bền cơ học và đôi khi thay đổi cả cấu trúc tế vi bề mặt. Trong điều kiện tích PV lớn, có thể xảy ra hiện tượng chảy cục bộ vùng gần bề mặt. Các vùng mòn cơ học (biến dạng dẻo là chủ yếu) và hoá học (ôxy hoá) cho các cặp vật liệu trượt vẽ trên một bản đồ mòn đơn (chế độ mòn hay cơ chế mòn) - 64 - Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên theo áp suất và vận tốc trượt đặc trưng. Áp suất đặc trưng là tỷ số giữa áp suất danh nghĩa và độ cứng bề mặt (p/H) và vận tốc trượt đặc trưng là tỷ số giữa vận tốc trượt trên vận tốc của dòng nhiệt (là bán kính của diện tích tiếp xúc danh nghĩa tròn chia cho hệ số thấm nhiệt). Hình 2.18 là bản đồ các vùng mòn của thép trượt trên thép trong không khí trên thiết bị pin-on-disk. Bản đồ này chia thành các vùng tương ứng với các chế độ mòn khác nhau với các biên là áp suất tiếp xúc và vận tốc trượt giới hạn. Bên ngoài các giới hạn này mòn do ôxy hoá