Tìm hiểu khả năng dùng vật liệu XADO để khôi phục bề mặt cổ trục bằng phương pháp lăn miết, chương 14 pot

-
60
-
Chương 14:
Quá trình thấm và các yếu tố
ả
nh hưởng đến quá trình
thấm
Quá trình thấm là đặt chi tiết vào trong môi trường có
ch
ứa nguyên tố
t
hấm
với những điều kiện nhất định (nhiệt
độ, áp suất…) là cho các nguyên tố đó
t
hấm
vào bề mặt chi
ti
ế
t
.
Dù là nguyên tố nào, thì toàn bộ quá trình thấm bao giờ cũng
g
ồm ba quá trình
cơ
bản: Phân hoá, hấp thụ và
khuy
ếch
t
án.

-
61
-
a. Quá trình phân
hoá
Môi trường có chứa nguyên tố thấm, dưới những điều kiện
nh
ất định sẽ xảy
ra
phản ứng hoá học, tiết ra nguyên tử của nguyên tố thấm có
ho
ạt tính cần
t
h
i
ế
t
.
b. Quá trình hấp
phụ
Các nguyên tử hoạt tính sau khi tiết ra (nguyên tử ở trạng
thái s
ơ sinh), bị
bề
mặt chi tiết hấp thụ (hoà tan). Quá trình xảy ra phải
có hai
điều
k
i
ện

:
- Còn tồn tại nguyên tử hoạt tính. Khi nguyen tố thấm ở
trạng thái phân tử
t
h
ì
không thể bị kim loại (chi tiết) hấp
phụ.
- Nguyên tố thấm có thể thấm vào trong kim loại chính (chi
tiết) tạo thành
dung
dịch rắn hoặc hợp chất kim
l
oạ
i
.
c. Quá trình khuếch
tán
Các nguyên tử của nguyên tố thấm, sau khi bị bề mặt chi
ti
ết hấp phụ, sẽ
d
i
chuyển vào bên trong và đạt đến một
n
ồng độ và chiều sâu nhất định. Có
ha
i
nhân tố ảnh hưởng
đến quá trình đó

l
à
:
- Sự chênh lệch nồng độ của nguyên tố thấm theo chiều
sâu c
ủa lớp thấm.
Sự
chênh lệch này càng lớn thì khuếch tán
càng d
ễ
dàng.
- Sự chuyển động nhiệt của các nguyên tử. Khi nguyên tử
khuếch tán vào
bên
trong chi tiết cần phải có năng lượng đầy
đủ. Nhiệt độ càng cao, năng lượng
của
nguyên tử càng lớn,
càng khu
ếch tán dễ
dàng.
-
62
-
Sự chênh lệch về nồng độ là do quá trình hấp thụ tạo lên,
vì có s
ự hấp thụ
nên
bề mặt chi tiết có nồng độ cao
hơn.

Do đó ta thấy quá trình hấp thụ này tùy thuộc vào quá trình
phân hoá, còn
quá
trình khuếch tán tuỳ thuộc vào quá trình
h
ấp thụ. Ba quá trình cơ bản đó diễn
ra
không ngừng, đạt đến
s
ự hoàn thành toàn bộ quá trình
t
hấm.
Sự diễn biến của ba quá trình đó thuận lợi hay không sẽ
trực tiếp ảnh
hưởng
đến hiệu quả của quá trình thấm.
Trong những điều kiện nhất định, các
mô
i
trường tạo ra
các nguyên tử hoạt tính (chất thấm) có thể là thể rắn, lỏng,
khí.
Dù
là môi trường nào, số lượng các nguyên tử hoạt tính
sản sinh ra qua phản ứng
hoá
học nhiều hay ít sẽ ảnh hưởng
đến nồng độ lớp thấm và chiều sâu lớp
t
hấm

-
63
-
khuếch tán vào bên trong. Số lượng nguyên tử hoạt tính càng
nhi
ều, nồng độ
l
ớp
thấm càng cao, khuếch tán cũng càng
nhanh. Nhưng nếu số lượng nguyên tử
hoạ
t
tính quá nhiều dễ
kết hợp thành phân tử và sẽ ảnh hưởng đến quá trình hấp
t
hụ.
Vì vậy khi tiến hành thấm, cần phải lựa chọn, điều
chỉnh và không chế
t
hành
phần của chất
t
hấm.
Quá trình hấp thụ chỉ phát sinh ở bề mặt tiếp xúc giữa chi
ti
ết với chất
t
hấm.
Các nguyên tử bị hấp thụ không phải hoàn
toàn ổn định. Khi áp lực môi

t
rường
thấp, nồng độ nguyên
t
ử hoạt tính không cao thì chúng có thể quay lại
mô
i
trường chất
t
hấm.
Có rất nhiều các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp thụ
như áp lực của
mô
i
trường xung quanh vào thép, nồng độ
của nguyên tử hoạt tính, độ hoà tan
của
nguyên tố thấm vào
thép, nhi
ệt độ khi thấm và tổ chức của thép ở nhiệt độ
đó,
thành phần hoá học của thép và độ sạch bề mặt chi tiết… Áp
lực của môi
t
rường
xung quanh càng lớn, nồng độ nguyên tử
hoạt tính càng cao, độ hoà tan
nguyên
tố thấm xung quanh
càng lớn, nồng độ nguyên tử hoạt tính càng cao, hộ hoà

t
an
nguyên tố thấm vào trong thép càng lớn, nhiệt độ khi thấm
càng cao, hàm
l
ượng
các bon trong thép càng thấp và hàm
lượng nguyên tố hợp kim có thể hoà
hợp
với nguyên tố thấm
càng cao thì khả năng hấp thụ của chi tiết càng
mạnh.
II. TÁC DỤNG CỦA CÔNG NGHỆ
LĂN
MIẾT
-
64
-
Công nghệ lăn miết là một phương pháp gia công mới mà
các tài liệu nói
về
phương pháp này rất ít, vì vậy việc tìm
hiểu kỹ về tính chất của công nghệ
còn
hạn chế, do vậy chỉ
có thể nêu ra một số tính chất một cách khái quát và chủ
yếu
dựa vào khái
n
i

ệm.
Tác dụng chủ yếu của
l
ăn
m
i
ế
t:
 Làm thay đổi tính chất của bề mặt chi tiết trong quá
trình gia công
bằng
phương pháp biến dạng
dẻo.
 Trạng thái bề mặt của chi tiết thay đổi, các nhấp nhô bề
mặt bị san
phẳng.
 Phương pháp này có thể áp dụng cho gia công tinh lần
cuố
i
.
-
65
-
 Trong quá trình làm việc chi tiết vừa được con lăn, vừa
mi
ết trên bề
mặ
t
gây biến dạng bề
mặ

t
.
 Để quá trình làm việc được tốt hơn có thể sử dụng thêm
ch
ất phụ gia
hoặc
là chất bôi trơn nào
đó…
Tóm lại lăn miết là một phương pháp làm biến dạng, xô
l
ệch mạng tinh
t
hể
của bề mặt chi tiết gia công. Quá trình
lăn miết diễn ra bởi sử tương tác của
ha
i
bề mặt chi tiết được
cho ti
ếp xúc nhau và được tương tác dụng một
l
ực.
III. MỘT SỐ VẤN ĐỀ VỀ MA SÁT ƯỚT VÀ BÔI TRƠN
ƯỚT
III.1 Khái niệm và phân
l
oạ
i
Ma sát ướt tồn tại giữa hai mặt tiếp xúc khi hai bề mặt của
vật rắn (các chi

ti
ế
t
máy) được phân cách bởi một lớp bôi
trơn, ma sát giữa hai bề mặt từ ma
sá
t
ngoài chuyển thành
ma sát n
ội tại của chất lỏng bôi trơn. Nội ma sát của
chấ
t
lỏng làm giảm cản trở ma sát và cường độ hao mòn cũng như
tăng cường hấp
t
hụ
dao động trong máy móc. Chất bôi trơn
khi chảy qua bề mặt bôi trơn còn tải
đ
i
một phần nhiệt lượng
làm gi
ảm nhiệt độ của vùng tiếp
xúc.
Độ dày và đặc tính của lớp bôi trơn xác định loại hình bôi
tr
ơn. Để phân
l
oạ
i

các kiểu bôi trơn, người ta đưa ra đại
lượng gọi là độ dày tương đối của lớp
bô
i
trơn và được định
ngh
ĩa qua công
t
hức.
Bề dày lớp dầu bôi trơn
h
R =
=
-
66
-
Tổng độ lệch trung bình của 2 mấp mô bề mặt
R
a1
+R
a2
Loại hình bôi trơn các chi tiết máy được phân loại theo giá
tr
ị của R và
được
trình bày trên (hình
2-3
)
-
67

-
1≤
R≤1
Thủy động lực
đàn
hồi
5≤ R ≤
100
R≤5
Thủy tĩnh Thủy động Khí
động
Bôi trơn hỗn
hợp
R≤1
Bôi
trơn
giới
hạn
0
1
5
10
Hình 2-9: Các loại bôi trơn chi tiết
máy
.
III.2 Bôi trơn trong điều kiện ma sát giới hạn
R≤1
Cản trở ma sát cũng như cường độ hao mòn các bề mặt ma
sát trong điều
k

i
ện
ma sát giới hạn phụ thuộc vào tính chất
bề mặt và hoạt tính bề mặt của chất
bô
i
trơn. Độ nhớt của
ch
ất bôi trơn trong trương hợp này có ảnh hưởng rất nhiều
đến
điều kiện ma sát giới hạn. (hình
vẽ
)
Hình 2-10 : Mô hình hình thành lớp bôi trơn giới
hạn.
-
68
-
1. Lõi chi tiết; 2. Lõi thứ cấp; 3. Bôi trơn giới
hạn
-
69
-
III.3 Bôi trơn ướt hoàn toàn
5
≤ R ≤
100
Có thể loại bỏ được hao mòn do ma sát khi ta sử dụng được
bôi trơn ướt
hoàn

toàn. Lớp chất lỏng hoặc khí được hình
thành giữa hai bề mặt có khả năng
phân
cách hoàn toàn hai
bề mặt và loại trừ tác dụng giữa các mấp mô. Áp dụng
t
rong
lớp chất lỏng được hình thành do hiệu quả của sự chuyển
động tương đối của
ha
i
bề mặt hoặc là nguồn năng lượng
cung c
ấp từ bên ngoài. Bề dày của lớp bôi
t
rơn
dày hơn
nhiều lần bề dày lớp giới hạn và tổng các mấp mô của hai
bề mặt.
Độ
nhớt của chất bôi trơn là đặc trưng quan trọng nhất cho
ma sát
ướt. (hình
vẽ
Tải trọng nhỏ Tải trọng
lớn
3
1
2
4

a)
b)
Hình 2-11: Mô hình lớp chất lỏng trong trường
h
ợp bôi trơn
ướ
t
a. Mô hình đơn giản của lớp dầu bôi trơn
khi bôi tr
ơn
ướ
t
.
b. So sánh lớp chất lỏng được hình thành trong trường hợp
bôi tr
ơn ướt và
bô
i
trơn thủy động đàn
hồ
i
:
1. Lớp bảo vệ hay thứ cấp. 2. Chất bôi
t
rơn.
-
70
-
3. Vật đàn hồi 4. Vật
cứng.

III.4 Bôi trơn trong trường hợp ma sát thủy động đàn hồi
1
≤
R≤10
Các lý thuyết bôi trơn cổ điển đã không phân tích đến sự
biến dạng của
bề
mặt được bôi trơn khi chúng chịu áp lực
cao. Bi
ến dạng này phụ thuộc vào
đ
i
ều
kiện khi lực tác dụng
tập trung và có trị số lớn như ăn khớp bánh răng, ổ lăn
…
Lớp
dầu bôi trơn xuất hiện giữa các bề mặt như vậy được gọi là
lớp dầu bôi
t
rơn
thủy động lực đàn hồi. Do tác dụng của tải
trọng lớn lại khu vực tiếp xúc, độ
nhớ
t
của dầu tăng lên và tạo
thành l
ớp thủy động lực đàn
hồ
i

-
71
-
Giả thiết có một tấm phẳng nghiêng với tấm 2 một góc

nào đó và
chuyển
động theo phương X với vận tốc V. Kích
th
ước các tấm theo phương vuông
vớ
i
X lớn vô cùng. Chất
l
ỏng bôi trơn nằm trong khe có độ nhớt động lực học là

khi 1 chuyển động tương đối so với 2, với vận tốc V, nó kéo
theo ch
ất lỏng
vào
khe và tạo áp suất
dư.
Sự thay đổi áp suất trong lớp chất lỏng theo hướng chuyển
động X được
xác
định theo phương trình
O.Reyno
l
ds.
dp

 6

.v.
h 
h
m
dx
h
3
(2-1)
Đồ thị biến thiên áp suất dư trên hình cho thấy áp suất dư
cực đại tương
ứng
với h=h
m
. Lúc này
dp
/
dx=0
từ (2-1) ta thấy: Áp suất dư trong chất lỏng tăng nhanh khi
độ nhớt

và vận
t
ốc
t
ăng.
Khi áp lực này gây bởi chất lỏng lên tấm 1 lớn hơn áp lực
(t
ải) P ép lên nó,

t
h
ì
tấm này được
nâng
l
ên.
Nếu giá
t
r
ị:
h
m

R
1
+R
2
(2-2)
(R
1
,R
2
- độ gồ ghề bề mặt của 1 và 2) thì ma sát giữa 1 và 2
tr
ở thành ma sát
ướ
t
.
P

max
-
72
-
v
1




2
(

 d

)
dx
(p+dp)dy
pd
y

.
dx
-
73
-
Hình 2-12: Hình thành bôi trơn thuỷ động giữa hai mặt
tiếp xúc có chuyển
động
tương đối

v
ới
nhau.
Rõ ràng tác dụng thuỷ động của chất lỏng do chính chuyển
động tương đối
vớ
i
nhau trong liên kết ma sát và cấu trúc
của chúng (khe hình chêm) đã tạo ra
khả
năng biến ma sát
tr
ực tiếp thành ma sát gián tiếp- ma sát ướt với hệ số ma
sá
t
thấp hơn
nh
i
ều.