Đánh giá mòn của vật liệu (9XC) làm chày dập thuốc viên sau khi nhiệt luyện

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

i
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP



NGUYỄN THU THỦY


Tên luận văn:
“ĐÁNH GIÁ MÕN CỦA VẬT LIỆU (9XC) LÀM CHÀY DẬP THUỐC VIÊN
SAU KHI NHIỆT LUYỆN”


Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT









Thái Nguyên - 2014

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

ii
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi. Các kết quả, số
liệu nêu trong luận văn là trung thực.


Tác giả luận văn



Nguyễn Thu Thủy

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

iii
LỜI CẢM ƠN

Bằng tất cả sự kính trọng và chân thành tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc
đến thầy PGS.TS Phan Quang Thế ngƣời đã tận tình hƣớng dẫn tôi trong suốt
quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận văn này.
Đồng thời tôi cũng xin chân thành cảm ơn Ban giàm hiệu trƣờng Đại Học
Kỹ Thuật Công Nghiệp, Ban chủ nhiệm khoa đào tạo Sau Đại Học, Ban giam
hiệu trƣờng Trung Cấp Nghề Thái Nguyên đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi
trong quá trình học tập, nghiên cứu và thực hiện luận văn này.
Cuối cùng tôi xin chân thành cảm ơn gia đình, ngƣời thân và đồng nghiệp
đã động viên giúp đỡ tôi trong quá trình học tập, nghiên cứu và thực hiện luận
văn này.
Tôi xin chân thành cảm ơn!

Tác giả

Nguyễn Thu Thủy

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

iv
MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i
LỜI CẢM ƠN iii
DANH MỤC HÌNH VẼ vii
CÁC KÝ HIỆU DÙNG TRONG LUẬN VĂN ix
DANH MỤC BẢNG BIỂU xi
1.Giới thiệu. 1
2. Mục tiêu của nghiên cứu 3
3. Dự kiến kết quả đạt đƣợc. 3
4. Phƣơng pháp và phƣơng pháp luận. 3
5. Các công cụ cần thiết cho nghiên cứu. 3
6. Kế hoạch thực hiện. 4
CHƢƠNG I:TỔNG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU VỀ MÒN , MÒN HÓA HỌC
VÀ NHIỆT LUYỆN 5
1.1. Lý thuyết cơ bản về mòn 5
1.2.Phân loại mòn 6
1.3 Các cơ chế mòn 7
1.3.1.Mòn do dính 7
1.3.2. Mòn do cào xƣớc 10
1.3.3. Mòn do cào xƣớc bằng biến dạng dẻo 12
1.3.4.Mòn do cào xƣớc bằng nút tách 18
1.3.5. Mòn do va chạm 20

1.3.6. Mòn hóa học 22
1.4 Nhiệt luyện 23
1.4.1. Khái niệm 23
1.4.2. Các tác dụng chủ yếu của Nhiệt Luyện…………………………………… 23

1.4.3. Đặc điểm của quá trình nhiệt luyện 24
KẾT LUẬN CHƢƠNG I 25

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

v
CHƢƠNG II: NGHIÊN CỨU CƠ CHẾ MÒN CỦA CHÀY CỐI DẬP THUỐC
VIÊN… 26
2.1. Mòn chày cối dập thuốc viên 26
2.1.1. Sơ đồ cấu tạo máy dập thuốc viên 27
2.1.2. Nguyên lí làm việc. 28
2.1.3 Cơ chế mòn của chày, cối dập thuốc dạng viên 29
2.2.Cơ chế mòn của chầy dập thuốc viên 32

2.4. KẾT LUẬN CHƢƠNG II. 38
CHƢƠNG III:QUÁ TRÌNH NHIỆT LUYỆN THÉP 9XC VÀ ĐÁNH GIÁ ĐỘ
MÒN SAU NHIỆT LUYỆN 38
3.1.Khái quát về nhiệt luyện 38
3.1.1. Tôi 39
3.1.2. Ram 40
3.2. Cấu trúc lò nhiệt luyện 40
3.3.Quy trình thực nghiệm 42
3.4.Thực hiện quá trình nhiệt luyện 42
3.4.1.Chuẩn bị mẫu 42
3.4.2. Hóa chất 43

3.4.3.Thiết bị nhiệt luyện 43
3.4.4.Phƣơng pháp tiến hành thí nghiệm 44
3.5.Tổ chức tế vi của thép 9XC trƣớc khi nhiệt luyện, sau khi nhiệt luyện
(tôi,ram) 46
3.6. THÍ NGHIỆM ĐO MÒN 48
3.6.1. Thiết bị thí nghiệm 48
3.6.2.Hóa chất 49
3.6.3. Quá trình chuẩn bị đo mòn 49
3.6.4.Thực hiện đo mòn 51
3.6.5. Kết qủa đo độ mòn 52
3.6.6.Bề mặt của thép 9XC sau khi tiến hành đo mòn. 53

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

vi
3.7. KẾT LUẬN CHƢƠNG III 55
CHƢƠNG IV : KẾT QUẢ 56
4.1 Phân tích kết quả của quá trình làm thực nghiệm 56
4.2 Kết luận 58
4.3 Hƣớng nghiên cứu tiếp theo của đề tài. 59
TÀI LIỆU THAM KHẢO 56








Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

vii
DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1: Cơ chế tác dụng lực lên bộ khuôn chày 1
Hình 1.2: Sơ đồ mô tả hai khả năng cắt tại tiếp xúc đỉnh nhấp nhô 7
theo bề mặt tiếp xúc chung (giữa CT1 và CT2) hoặc lấn vào một 7
trong hai bề mặt(chi tiết 2) 7
Hình 1.3: Sơ đồ mô hình lý thuyết tạo ra một hạt mòn bán cầu 8
trong tiếp xúc ma sát trƣợt 8
Hình 1.4: Sơ đồ (a) bề mặt cứng và nhám hoặc bề mặt cứng gắn các 11
hạt cứng trƣợt trên bề mặt mềm hơn (b) các hạt cứng tự do 11
kẹt giữacác bề mặt trong dó ít nhất một bề mặt có độ cứng 11
thấp hơn độ cứng của hạt cứng. 11
Hình 1.5: Sơ đồ vùng đƣờng trƣợt của ba dạng biến dạng của vật tiện rắn, tuyệt
đối dẻo gây ra bởi sự ƣớt của hình chêm phẳng cứng từ phải 13
qua trái (a) cày (b) sự hình thành vật liệu dồn ép (c) cắt. 13
Hình 1.6: Sơ đồ ba chế độ của mòn cào xƣớc và profile tƣơng ứng của mặt cắt
ngang quan sát trên SEM. 14
Hình 1.7: Các chế độ biến dạng quan sát khi trƣợt mũi cao cứng trên đồng a.
thép các bon trung bình (45%) và thép trắng ôcxtenit là hàm số chứa sức bền cắt
trên mặt tiếp xúc và độ chìm sâu của mũi cầu. 15
Hình 1.8: Một hạt cứng hình nón trong tiếp xúc trƣợt với bề mặt vật liệu mềm
hơn của chế độ mòn do cào xƣớc. Gọi dW là áp lực pháp tuyến tác 15
dụng lên mặt nhấp nhô hình nón. 15
Hình 1.9: Sự hình thành và phát triển của vết nứt trong các chu kỳ chịu và nhấc
tải của kính đá vôi sử dụng mũi hình tháp nhọn 18
Hình 1-10: Sơ đồ cơ chế mòn gây ra bởi hạt cứng sắc khi trƣợt trên mặt phẳng
của vật liệu dòn do thớ ngang (1ateral-fractture) 19
Hình 1-11: Tốc độ mòn va chạm hạt cứng là một hàm số của góc va chạm θ 20
Hình 1.12: Sơ đồ mòn va chạm của một hạt cứng va chạm thẳng góc vào một bề

mặt mềm hơn 22

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

viii
Hình 1.13: Sơ đồ của quá trình nhiệt luyện đơn giản nhất 25
Hình 2.1: Máy dập viên ZP33 26
Hình 2.2: Cấu tạo các bộ phận chính của máy dập thuốc dạng viên loại GZPK27
Hình 2.3: Vị trí hao mòn của chày dập thuốc GZPK-3037 28
Hình 2.2.a. Mòn vùng giữa bề mặt làm việc của chày dập thuốc viên C… 32
Hình 2.2.b. Điểm mòn vùng giữa bề mặt đƣợc phóng to…………………… 32
Hình 2.2.c. Mòn vùng biên bề mặt làm việc của chày dập thuốc viên C…… 32
Hình 2.3.a. Mòn vùng giữa bề mặt làm việc của chày dập thuốc viên Fe…… 33
Hình 2.3.b. Điểm mòn vùng giữa bề mặt làm việc chày dập thuốc viên Fe… 33
Hình 2.3.c. Mòn cận giữa bề mặt làm việc của chày dập thuốc viên Fe……….33
Hình 2.3.d. Điểm mòn đƣợc phóng to………………………………………….33
Hình 2.3.e. Mòn vùng cận biên bề mặt làm việc chày dập thuốc viên Fe…… 34
Hình 2.3.f. Mòn vùng biên bề mặt làm việc của chày dập thuốc viên Fe… …34
Hình 2.4.a. Mòn vùng giữa bề mặt làm việc của cối dập thuốc viên C……… 34
Hình 2.4.b. Ảnh phóng to mòn vùng giữa bề mặt làm việc của cối ………… 34
Hình 2.4.c. Mòn vùng biên bề mặt làm việc của cối dập thuốc viên C……… 35
Hình 2.5.a. Mòn vùng giữa bề mặt làm việc của cối dập thuốc viên Fe ………35
Hình 2.5.b. Ảnh phóng to mòn vùng giữa bề mặt…………………………… 35
Hình 2.5.c.Mòn vùng biên bề mặt làm việc của cối dập thuốc viên Fe……… 36
Hình 3.1: Mẫu thép cácbon 9XC 43
Hình 3.2: Lò nhiệt luyện 43
Hình 3.3: Tủ điện (trái) điều khiển lò nhiệt luyện 44
Hình 3.4: Giản đồ Fe-C 44
Hình 3.5: Máy đo mòn 48
Hình 3.7: Máy đánh bóng soi tổ chức tế vi εcomet 250 46

Hình 3.8: Kính hiển vi quang học Hình 3.9:Cân điện tử 49
Electronic Mode: WT3003NE 49
Hình 3.10 : Mẫu thép 9XC sau khi mài mòn 52


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

ix
CÁC KÝ HIỆU DÙNG TRONG LUẬN VĂN
Q: Tổng thể tích mòn
N: Tổng số các tiếp xúc và tải trọng pháp tuyến
K: Hệ số mòn
H: Hệ số xác suất một tiếp
K
m:

Hằng số cho kim loại trƣợt
Β: Tỷ số giữa diện tích tiếp xúc trực tiếp kim loại- kim loại và thực

F: Hệ số ma sát trƣợt
V : Tổng thể tích vật liệu bị dịch chuyển
(tgθ)
th
:
Giá trị trung bình của tất cả các nhấp nhô
k
abr
: Hệ số mòn bao hàm cả tính chất hình học của các nhấp nhô
H/K
c

: Chỉ số độ dòn của vật liệu

H: Độ cứng
Kc: Độ dai va đập
C : Chiều dài vết nứt
1

: Hằng số phụ
D: Chiều sâu vết nứt ngang
2

: Hằng số không phụ thuộc vật liệu khác
N: Đỉnh nhấp nhô
V : Thể tích mòn
W: Tải
3

: Hệ số không phụ thuộc vào vật liệu
Dv: Thể tích của vật liệu bị dồn đẩy khỏi vết va chạm
M: Khối lƣợng hạt va chạm
P: Tỷ trọng của vật liệu bị mòn
S: Yếu tố trƣợt
D: Yếu tố vật liệu
E : Yếu tố điều kiện làm việc

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

x
G : Yếu tố vận tốc

H : Yếu tố lệch tâm
N : Số chu kỳ phá huỷ
p

: Độ lớn biến dạng dẻo
fail

: Biến dẻo khi phá huỷ
T
0
n
: Nhiệt độ nung nóng
t
gn
: Thời gian giữ nhiệt
V
nguội
:Tốc độ nguội
T
liên tiếp

: Thời gian của chu trình sản xuất tổng hợp liên tục

: Thời gian của mỗi thao tác
H: Số chi tiết cho vào lò một lần
Q: Số lƣợng thao tác
T
song song :
Thời gian của cả quá trình khi tổng hợp song song
max


: Thời gian của thao tác dài nhất.
P: Lực nén
N
p
: Phản lực pháp tuyến
F
ms”:
Lực ma sát












Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

xi
DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 3.1 : Các loại hóa chất sử dụng cho quá trình soi tổ chức 41
Bảng 3.2 : Bảng đo khối lƣợng mẫu trƣớc khi mài mòn và sau khi mài mòn 49

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

1
1.Giới thiệu.
Mòn là hiện tƣợng phá huỷ bề mặt hay quá trình tách vật liệu từ một hoặc
cả hai bề mặt trong chuyển động trƣợt, lăn hoặc va chạm tƣơng đối với nhau.
Mòn xảy ra do các tƣơng tác cơ, điện, hoá và nói chung chịu xúc tác của nhiệt

ma sát. Do tƣơng tác cơ học các vết nứt có thể xuất hiện do hiện tƣợng bẻ gãy
các liên kết phân tử trong chất dẻo, sự trƣợt trong kim loại, sự phá vỡ biên giới
hạt trong ceramics hoặc sự phá huỷ bề mặt của composite hoặc vật liệu nhiều
pha. Các vết nứt này sẽ phát triển và tạo ra các hạt mòn.
Trong dây chuyền của máy dập thuốc, chày và cối là một trong những cụm
chi tiết hay bị mài mòn, ăn mòn và thƣờng xuyên phải thay thế. Mòn bộ khuôn
chày nói chung có thể liên quan đến các cơ chế mòn do ma sát, mòn do cào xƣớc
và mòn hoá học gây ra bởi tƣơng tác hoá học của vật liệu ép giữa các bề mặt của
chày, cối và sản phẩm của bột thuốc.


Hình 1.1: Cơ chế tác dụng lực lên bộ khuôn chày
Vì vậy trong quá trình dập thuốc chày dập sẽ bị mòn. Bị chùn (đặc biệt là
phần đầu chày), hậu quả là giảm độ nén của viên, gây ra độ không đồng đều về
khối lƣợng viên. Bị mài mòn và ăn mòn khốc liệt phần đƣờng kính ngoài của

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

2
đầu chày, đặc biệt là phần giao tuyến giữa mặt đầu và mặt ngoài, làm cho viên
thuốc có nhiều lơ via, làm tăng sự nhiễm của các thành phần kim loại vào thành
phần của thuốc, làm thất thoát bột thuốc, làm giảm chất lƣợng, làm xấu viên
thuốc, nghiêm trọng hơn làm ảnh hƣởng đến liều dùng của ngƣời bệnh,….
Khi chày, cối bị mòn sẽ làm tăng thể tích của viên thuốc, điều này không
những ảnh hƣởng đến tiêu hao vật liệu làm thuốc mà còn ảnh hƣởng đến ngƣời
sử dụng thuốc. Chính vì vậy đến một giá trị hao mòn nào đó cần phải thay chày,
cối.
Do đó trong quá trình chế tạo chày cối, nhiệt luyện đóng vai trò quan trọng
vì không những nó tạo cho chi tiết sau khi gia công có những tính chất cần thiết
nhƣ độ cứng, độ bền, độ dẻo dai, khả năng chống mài mòn, chống ăn mòn….,

mà còn làm tăng tính công nghệ của vật liệu.Công nghệ nhiệt luyện là quá trình
làm thay đổi tính chất của vật liệu (chủ yếu là vật liệu kim loại ) bằng cách thay
đổi cấu trúc bên trong mà không làm thay đổi hình dáng và kích thƣớc của chi
tiết Chi phí nhiệt luyện thƣờng chiếm 10 - 15% giá thành sản phẩm (một số sản
phẩm đặc biệt có thể lên tới30%), nhƣng lại nâng cao tuổi thọ chi tiết lên nhiều
lần với chi tiết không qua nhiệt luyện, hoặc nhiệt luyện không đảm bảo yêu cầu
kỹ thuật đề ra.
Thực tế hiện nay, tại Việt Nam phần lớn các nhà máy chế tạo cơ khí đang sử
dụng thiết bị đã cũ. Thiết bị công nghệ, trong đó có thiết bị nhiệt luyện đã lạc
hậu và hƣ hỏng nhiều nên khả năng và hiệu quả sử dụng rất hạn chế. Nhiều
chủng loại chi tiết máy không đƣợc nhiệt luyện hoặc nhiệt luyện không đảm bảo
yêu cầu kỹ thuật khi đƣa vào sử dụng. Cơ tính, độ biến dạng, độ cứng, độ dai va
đập của những sản phẩm này không đảm bảo, tuổi thọ thấp, ảnh hƣởng xấu đến
chất lƣợng và giá thành sản phẩm. Song song với việc xuống cấp thiết bị là sự
hạn chế ứng dụng các công nghệ nhiệt luyện tiên tiến: Nhƣ nhiệt luyện trong
môi trƣờng chân không.
Công nghệ nhiệt luyện sản phẩm cơ khí chất lƣợng cao nhƣ các loại bánh răng
truyền động của máy móc thiết bị, dụng cụ cắt, dụng cụ đo lƣờng cơ khí. Đặc

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

3
biệt là các loại khuôn mẫu: Khuôn đúc áp lực, khuôn rèn, khuôn dập nguội
thƣờng yêu cầu chế độ nhiệt luyện nghiêm ngặt để đạt đƣợc các yêu cầu kỹ thuật
nhƣ:
- Chịu mài mòn ở nhiệt độ làm việc cao.
- Khả năng chống mỏi nhiệt, chống nứt nóng.
- Khả năng biến dạng do nhiệt luyện là nhỏ nhất.
Vì vậy có thể nói nhiệt luyện là một trong những yếu tố công nghệ quan
trọng quyết định chất lƣợng của sản phẩm cơ khí.

Xuất phát từ những đặc điểm và tình hình trên, tác giả lựa chọn đề tài:
“Đánh giá độ mòn của chày dập thuốc viên sau khi nhiệt luyện”
2. Mục tiêu của nghiên cứu
Nghiên cứu ứng dụng của nhiệt luyện nhằm nâng cao khả năng chống mòn
trong điều kiện mòn và ăn mòn hóa học.
3. Dự kiến kết quả đạt đƣợc.
Thành công của đề tài sẽ đƣợc ứng dụng rộng rãi trong thực tiễn nhằm nâng
cao chất lƣợng sản phẩm thuốc và tuổi thọ của chày, cối.
4. Phƣơng pháp và phƣơng pháp luận.
* Phƣơng pháp nghiên cứu:
- Sử dụng phƣơng pháp thực nghiệm.
* Phƣơng pháp luận:
- Nghiên cứu lý thuyết mòn để xác định các nguyên nhân gây mòn chày.
- Nghiên cứu lý thuyết về nhiệt luyện nhằm nâng cao chất lƣợng của vật liệu
làm chày
- Nghiên cứu thực nghiệm để kiểm chứng độ mòn của vật liệu làm chày sau khi
nhiệt luyện.
5. Các công cụ cần thiết cho nghiên cứu.
- Máy đo mòn
- Lò nhiệt luyện
- Máy đánh bóng soi tổ chức tế vi εcomet 250

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

4
- Kính hiển vi quang học Olympus GX71
- Cân điện tử Electronic
6. Kế hoạch thực hiện.
* Dự kiến thực hiện đề tài trong 6 tháng
- Nghiên cứu tổng quan về công nghệ sản xuất thuốc viên trong ngành dƣợc, sơ

đò cấu tạo, nguyên lý làm việc của máy dập thuốc viên: Dự kiến 02 tháng.
- Thực nghiệm đánh giá tốc độ mòn của chày dập thuốc, xác định tuổi thọ của
chày đang sử dụng trên thị trƣờng. Xác định cơ chế mòn chày dập thuốc viên:
Dự kiên 03 tháng.
- Xác định đƣợc yêu cầu kỹ thuật và các giải pháp nâng cao chất lƣợng chày
dập thuốc viên. Dự kiến 01 tháng.

BAN
KHOA ĐÀO TẠO
HD KHOA HỌC
HỌC VIÊN
GIÁM HIỆU
SAU ĐẠI HỌC









PGS.TS.
Phan Quang Thế




Nguyễn Thu Thủy

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

5
CHƢƠNG I
TỔNG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU VỀ MÕN , MÕN HÓA HỌC VÀ
NHIỆT LUYỆN

1.1. Lý thuyết cơ bản về mòn
Mòn là hiện tƣợng phá hủy bề mặt hay quá trình bóc tách vật liệu từ một
hoặc cả hai bề mặt trong chuyển động trƣợt, lăn hoặc va chạm tƣơng đối với
nhau. Nói chung, mòn xảy ra do sự tƣờn tác nhấp nhô bề mặt.
Trong quá trình chuyển động tƣơng đối, đầu tiên vật liệu trên bề mặt tiếp
xúc bị biến dạng do ứng xuất ở đỉnh các nhấp nhô vƣợt quá giới hạn chảy,
nhƣng chỉ một phần rất nhỏ hoặc không một chút vật liệu nào bị tách ra. Sau đó
vật liệu bị tách ra từ một bề mặt dính sang bề mặt đối tiếp hoặc tách ra thành
những hạt mòn rời. Trong trƣờng hợp vật liệu chỉ dính từ bề mặt này sang bề
mặt khác, thể tích hay khối lƣợng mòn ở vùng tiếp xúc chung bằng không mặc
dù một bề mặt vẫn bị mòn.
Định nghĩa mòn nói chung dựa trên sự mất mát của vật liệu, tuy nhiên sự
phá hủy của vật liệu do biến dạng mà không kèm theo sự thay đổi về khối lƣợng
hoặc thể tích của vật thể cũng đƣợc coi là mòn.
Giống nhƣ ma sát, mòn không phải là tính chất của một vật liệu mà là sự
phản ứng của một hệ thống. Các điều kiện vận hành sẽ ảnh hƣởng trực tiếp tới
mòn ở bề mặt tiếp xúc chung. Mòn có quan hệ với ma sát tuy nhiên không phải
cứ ma sát lớn là gây ra mòn với tốc độ cao. Ví dụ các cặp bề mặt tiếp xúc sử
dụng chất bôi trơn rắn và chất dẻo cho ma sát tƣơng đối thấp nhƣng mòn lại

tƣơng đối cao, trái lại ceramics cho ma sát trung bình nhƣng mòn lại rất
thấp.Thƣờng hệ số ma sát trƣợt của đa số cặp vật liệu thay đổi trong phạm vi từ
0,1 đến 1 nhƣng tốc độ mòn có thể thay đổi trong phạm vi lớn. Điều này đƣợc
giải thích là do mòn liên quan đến nhiều hiện tƣợng đa dạng kết hợp với nhau
theo cơ chế không thể dự đoán trƣớc đƣợc và thay đổi trong phạm vi rất rộng.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

6
Mòn có thể có hại hoặc có ích. Mòn ở đầu bút chì, khi mài, đánh bóng, và
nạo là các ví dụ về mòn có lợi. Mòn là điều không mong muốn trong các bộ
phận và chi tiết nhƣ ổ, phớt, bánh răng và cam. Chi tiết có thể phải thay thế khi
bị mòn một lƣợng rất nhỏ hoặc nếu nhƣ bề mặt bị quá ráp. Trong các hệ thống
đƣợc thiết kế tốt về ma sát, mòn và bôi trơn, quá trình mòn xảy ra rất chậm
nhƣng ổn định và liên tục. Tuy nhiên sự sinh ra và tuần hoàn của các hạt mòn có
thể gây ra sự phá hủy bề mặt trên các bề mặt tiếp xúc chung. Khi các hạt mòn có
kích thƣớc lớn hơn khe hở tiếp xúc có thể gây ra phá hỏng bề mặt gây ảnh
hƣởng nghiêm trọng đến khả năng làm việc của đôi ma sát hơn là lƣợng mòn
thực tế.
1.2.Phân loại mòn
Mòn xảy ra do tƣơng tác cơ, điện, hóa và nói chung chịu xúc tác của nhiệt
ma sát. Do tƣơng tác cơ học các vết nứt có thể xuấ hiện do hiện tƣợng bẻ gãy
các liên kết phân tử trong chất dẻo, sự trƣợt trong kim loại, sự phá vỡ biên giới
hạt trong ceramics hoặc sự phá hủy bề mặt của composite hoặc vật liệu nhiều
pha. Các vết nứt này sẽ phát triển và tạo ra các hạt mòn.
Mòn bao gồm sáu hiện tƣợng chính tƣơng đối khác nhau và có chung một
kết quả là sự tách vật liệu từ các bề mặt trƣợt đó là: Dính (adhesive), cào xƣớc (
abrasive), mỏi bề mặt(fatigue), va chạm, hóa, ăn mòn và điện. Các dạng mòn
khác thƣờng gặp nhƣ fretting hay ăn mòn fretting là sự kết hợp của các dạng
mòn dính, hạt cứng và va chạm. Theo thống kê, khoảng hai phần ba mòn xảy ra

trong công nghiệp là do cơ chế dính vật và cào xƣớc. Trừ mòn do mỏi, mòn do
các cơ chế khác là một hiện tƣợng xảy ra liên tục.
Trong thực tế mòn xảy ra do một hoặc nhiều cơ chế. Trong nhiều trƣờng
hợp mòn sinh ra do một cơ chế nhƣng có thể phát triển do sự kết hợp với các cơ
chế khác làm phức tạp hóa sự phân tích hỏng do mòn. Phân tích bề mặt các chi
tiết bị hỏng do mòn xác định đƣợc các cơ chế mòn xảy ra ở giai đoạn cuối mà
thôi. Kính hiển vi và rấ nhiều kỹ thuật phân tích bề mặt đƣợc sử dụng để thực
hiện các nghiên cứu về phân tích bề mặt.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

7
1.3 Các cơ chế mòn
1.3.1.Mòn do dính

Hình 1.2: Sơ đồ mô tả hai khả năng cắt tại tiếp xúc đỉnh nhấp nhô
theobề mặt tiếp xúc chung (giữa CT1 và CT2) hoặc lấn vào một
trong hai bề mặt(chi tiết 2)

Mòn do dính xảy ra khi hai bề mặt rắn, phẳng trƣợt so với nhau. Dính xảy ra
tại chỗ tiếp xúc ở đỉnh các nhấp nhô dƣới tác dụng của tải trọng pháp tuyến, khi
sự trƣợt xảy ra vật liệu ở vùng này bị trƣợt (biến dạng dẻo) dính sang bề mặt đối
tiếp hoặc tạo thành các mảnh mòn rời. Một số mảnh mòn còn đƣợc sinh ra theo
cơ chế mòn do mỏi ở đỉnh các nhấp nhô.
Một số giả thuyết đƣợc đƣa ra để giải thích cơ chế tách một mảnh vật liệu do
dính. Theo giả thuyết đầu tiên về mòn do trƣợt, sự cắt có thể xảy ra ở bề mặt tiếp
xúc chung hoặc về phía vùng yếu nhất của hai vật liệu tại chỗ tiếp xúc.Trong
phần lớn các trƣờng hợp, sức bền ở chỗ tiếp xúc nhỏ hơn sức bền cắt ở vùng lân
cận và cắt xảy ra trên bề mặt tiếp xúc chung, mòn bằng không
(Hình 1.1).Trong một phần nhỏ của các tiếp xúc, sự cắt xảy ra vào vùng lân cận

của một trong hai vật thể và dính sang bề mặt đối tiếp. Mảnh vật liệu dính này
có dạng hình khối đặc biệt.
Theo giả thuyết khác, nếu sức bền dính đủ lớn để cản trở chuyển động trƣợt
tƣơng đối, một vùng của vật liệu sẽ bị biến dạng dƣới tác dụng của ứng suất nén
và cắt và sự trƣợt xảy ra mạnh dọc theo các mặt phẳng trƣợt của các tinh thể
trong vùng biến dạng dẻo. Những dải trƣợt này tạo thành các mảnh mòn dạng lá

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

8
mỏng. Nếu biến dạng dẻo xảy ra trên diện rộng ở vùng tiếp xúc đôi khi mảnh
mòn sinh ra có dạng hình chêm và dính sang bề mặt đối tiếp.Quá trình trƣợt giữa
hai bề mặt tạo ra nhiều mảnh mòn dính sang bề mặt đối tiếp, tích tụ và tạo nên
các mảnh mòn rời do tác dụng ôxy hoá của ôxy trong môi trƣờng hoặc do năng
lƣợng đàn hồi lớn hơn năng lƣợng dính.
Khi hai vật liệu khác loại kết hợp với nhau, các mảnh mòn của cả hai loại
vật liệu đều đƣợc tạo thành tuy nhiên các mảnh từ vật liệu mềm hơn thƣờng lớn
hơn. Sự tồn tại của các khuyết tật và vết nứt trong vật liệu có độ cứng cao hơn
tạo nên các vùng cục bộ có sức bền thấp. Khi những vùng này trùng với các
vùng cục bộ có sức bền cao của vật liệu mềm hơn sẽ tạo nên các mảnh mòn của
vật liệu cứng hơn. Những mảnh mòn loại này cũng có thể tạo nên do mỏi sau
một số chu kỳ chịu tải và bỏ tải.
Một số dạng mòn do dính (adhesion) còn đƣợc gọi là galling, scuffing,
welding hay smearing.
 Các phƣơng trình định lƣợng.
Giả thiết tiếp xúc đƣợc tạo nên bằng một số các tiếp xúc ở đỉnh các nháp nhô có
bán kính a nhƣ Hình 1.2

Hình 1.3: Sơ đồ mô hình lý thuyết tạo ra một hạt mòn bán cầu
trong tiếp xúc ma sát trượt

Có thể thấy diện tích của mỗi tiếp xúc là : πa
2
. Mỗi tiếp xúc sẽ chịu một tải
trọng là p
0
πa
2
, trong đó p
0
là giới hạn chảy. Các bề mặt sẽ dịch chuyển một

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

9
khoảng 2a qua mỗi nhấp nhô và ta giả thiết mảnh mòn sinh ra từ mỗi đỉnh nhấp
nhô có dạng nửa hình cầu thể tích
3
2
πa
3
.
Tổng thể tích mòn Q trên một đơn vị chiều dài trƣợt đƣợc xác định nhƣ sau:
Q = ∑
a
a
2
3
2
3


=

2
3
1
a

=
n
a
3
2

(1-1)
Trong đó n là tổng số các tiếp xúc và tải trọng pháp tuyến tổng W sẽ là :
W = p
0
πa
2
n
Hay : nπa
2
=
0
P
W
( 1-2)
Do đó: Q =
0

3p

Nếu chỉ có một phần k các tiếp xúc nhấp nhô gặp nhau và tạo nên hạt mài thì:
Q = k
0
3p
(1-3)
Trong đó k là hệ số xác suất một tiếp xúc tạo nên một hạt mài.
Từ phƣơng trình này có thể rút ra ba quy luật mòn.
- Thể tích vật liệu mòn tỷ lệ thuận với quãng đƣờng trƣợt.
- Thể tích vật liệu mòn tỷ lệ thuận với tải trọng pháp tuyến.
- Thể tích vật liệu mòn tỷ lệ nghịch với giới hạn chảy hay độ cứng của vật
liệu mềm hơn.
Kết quả thực nghiệm cho thấy hệ số mòn k giữa thép và thép giữ không đổi cho
đến ứng xuất khoảng H/3 (H là độ cứng của thép). Khi tăng ứng suất trên giá trị
này tốc độ mòn tăng đột ngột thúc đẩy hàn và dính (seizure). Điều này vẫn đúng
khi vật liệu đối tiếp là kim loại khác.
Tuy nhiên, ngoài độ cứng, các tính chất khác của vật liệu cũng đóng vai
trò quan trọng ảnh hƣởng tới tốc độ mòn.
 Thuyết mòn dính của Rowe

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

10
Rowe đã bổ xung lý thuyết mòn của Archard có kể đến tác dụng của lớp màng
bề mặt (surface films).
Q = k
0
3p
= k

’
A (1-4)
Thể tích của mòn dính liên quan đến diện tích tiếp xúc trực tiếp kim loại-kim
loại Am
Q = k
m
A
m
K
m
là một hằng số cho kim loại trƣợt và độc lập với các tính chất của chất bôi
trơn hay của lớp màng bề mặt. Đặt β =
A
A
m
là tỷ số giữa diện tích tiếp xúc trực
tiếp kim loại- kim loại và thực khi đó có lớp bôi trơn.
Q = k
m
βA = k
m
β
0
p
(1-5)
Theo Rowe giá trị thích hợp cho giới hạn chảy p ( pháp) là giá trị tính đến sự kết
hợp giữa ứng xuất pháp và tiếp chứ không phải chỉ riêng do tải trọng pháp tuyến
tĩnh gây ra p
o.
P

2
+ αs
2
= p
2
0

Do s = fp ( f là hệ số ma sát trƣợt ) nên p =
 
2
1
2
0
1 f
p



Q = K
m
 
2
1
2
1 f



β
0

p
(1-6)
1.3.2. Mòn do cào xƣớc
Mòn do cào xƣớc xảy ra khi các nhấp nhô của một bề mặt cứng và ráp
hoặc các hạt cứng trƣợt trên một bề mặt mềm hơn và phá hủy bề mặt tiếp xúc
chung bằng biến dạng dẻo hoặc nứt tách. Trong trƣờng hợp vật đối tiếp là vật
liệu dẻo có độ dai va đập cao ( kim loại và hợp kim ), đỉnh các nhấp nhô cứng
hoặc các hạt cứng sẽ gây nên biến dạng dẻo của vật liệu mềm hơn trong cả
trƣờng hợp tải nhẹ nhất.Trong trƣờng hợp vật liệu dẫn có độ dai va đập thấp,
mòn xảy ra do nứt tách khi đó trên vùng mòn nứt tách là biểu hiện chủ yếu.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

11

Hình 1.4: Sơ đồ (a) bề mặt cứng và nhám hoặc bề mặt cứng gắn các
hạt cứng trượt trên bề mặt mềm hơn (b) các hạt cứng tự do
kẹt giữacác bề mặt trong dó ít nhất một bề mặt có độ cứng
thấp hơn độ cứng của hạt cứng.

Có hai trƣờng hợp mòn do cào xƣớc. Trong trƣờng hợp thứ nhất (cào
xƣớc hai vật) bề mặt cứng là bề mặt cứng hơn trong hai bề mặt trƣợt ( Hình
1.3a). Mòn sẽ không xảy ra nếu bề mặt cứng hơn tuyệt đối phẳng và nhẵn.
Trong trƣờng hợp thứ hai ( cào xƣớc ba vật), bề mặt cứng là vật thứ ba, các hạt
cứng nằm giữa hai bề mặt khác và đủ cứng để mòn một trong hai bề mặt này
(Hình 1.3b). Mòn cũng không xảy ra nếu các hạt mài quá bé hoặc có độ cứng
nhỏ hơn độ cứng các bề mặt trƣợt.Trong nhiều trƣờng hợp mòn bắt đầu do dính
tạo nên các hạt mòn ở vùng tiếp xúc chung, các hạt mòn này sau đó bị ôxy hóa,
biến cứng và tích tụ lại là nguyên nhân tạo nên mòn hạt cứng ba vật.Trong một
số trƣờng hợp hạt cứng sinh ra và đƣợc đƣa vào hệ thống từ môi trƣờng.

Các nghiên cứu thực nghiệm về mòn do hạt cứng cho thấy hiện tƣợng cào
xƣớc trên bề mặt mềm hơn thể hiện qua hàng loạt các rãnh song song với hƣớng
trƣợt. Trên mặt cắt ngang biến dạng dẻo của các lớp dƣới bề mặt ít hơn so với
mòn do dính. Tuy nhiên, độ cứng tế vi của bề mặt mòn tăng từ 10% - 80%.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

12
Mòn do cào xƣớc đƣợc ứng dụng rộng rãi trong các nguyên công gia công
tinh nhƣ mài, đánh bóng v.v
1.3.3. Mòn do cào xƣớc bằng biến dạng dẻo
* Cơ chế mòn
Vật liệu tách khỏi bề mặt thông qua biến dạng dẻo trong quá trình mòn do cào
xƣớc có thể xảy ra theo vài chế độ biến dạng bao gồm cày (plowing), dồn ép vật
liệu (wedge formation) và cắt.
Cày là hiện tƣợng tạo rãnh do hạt cứng trƣợt và gây ra biến dạng dẻo của
vật liệu mềm hơn. Trong quá trình cày, vật liệu bị biến dạng bị dồn sang hai bên
của rãnh mà không bị tách ra.
Tuy nhiên, sau nhiều lần nhƣ thế phần vật liệu này có thể bị tách ra bởi cơ
chế mỏi với chu kỳ thấp. Quá trình cày cũng gây nên biến dạng dẻo của các lớp
dƣới bề mặt và có thể góp phần vào sự hình thành mầm các vết nứt tế vi.
Quá trình chịu tải và bỏ tải tiếp theo (mỏi chu kỳ thấp và ứng suất cao)
làm các vết nứt tế vi song song với bề mặt phát triển, lan truyền, liên kết với
nhau tạo thành các mảnh mòn mỏng. Trong trƣờng hợp vật liệu rất mềm nhƣ
indium và chì, khối lƣợng mòn sinh ra rất nhỏ và vật liệu bị biến dạng sẽ dịch
chuyển sang hai bên của rãnh.
Sự hình thành lƣợng vật liệu dồn ép ở phía trƣớc của hạt cứng là một
dạng mòn do cào xƣớc.
Một hạt cứng khi chà sát trên bề mặt sẽ tạo nên một rãnh và một lƣợng
vật liệu bị dồn ép ở phía trƣớc của nó. Điều này thƣờng xảy ra khi tỷ số giữa sức

bền cắt của bề mặt tiếp xúc chung đối với sức bền cắt trong lòng vật liệu cao
(0,5 - 1). Khi này chỉ một phần vật liệu bị biến dạng sang hai bên rãnh còn phần
lớn sẽ dồn ép về phía trƣớc của hạt cứng tạo nên hiện tƣợng này.
Dạng cắt của mòn do cào xƣớc xảy ra khi hạt cứng với góc tiếp xúc lớn
di chuyển tạo nên rãnh và tách vật liệu ra khỏi rãnh dƣới dạng mảnh mòn có
dạng giống nhƣ phoi dây hoặc vụn.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

13
Quá trình này xảy ra chủ yếu là do cắt còn lƣợng vật liệu bị biến dạng
sang hai bên rãnh là rất nhỏ.
Challen và Oxley đã phân tích ba dạng biến dạng phân biệt trên của mòn
do cào xƣớc sử dụng vùng đƣờng trƣợt gây ra bởi một nhấp nhô bề mặt lý tƣởng
(chêm 2D). Theo phân tích này vật liệu giả thiết là tuyệt đối dẻo và các đỉnh
nhấp nhô chỉ chịu biến dạng phẳng.



Hình 1.5: Sơ đồ vùng đường trượt của ba dạng biến dạng của vật tiện rắn,
tuyệt đối dẻo gây ra bởi sự ướt của hình chêm phẳng cứng từ phải
qua trái (a) cày (b) sự hình thành vật liệu dồn ép (c) cắt.

Hình 1.4 (a) chỉ ra chế độ cày trong đó vật liệu bị dồn sang hai bên của rãnh
tạo nên bởi hạt cứng.
Hình 1.4 (b) chỉ ra chế độ hình thành vật liệu bị dồn ép ở phía trƣớc hạt cứng.
Hình 1.4 (c) chỉ ra chế độ cắt, vật liệu phía trƣớc của hạt cứng bị cắt ra do bị
biến dạng trong vùng biến dạng thứ nhất tạo thành phoi.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

14
Dính xảy ra ở phía trƣớc của hạt cứng và vật liệu bị đẩy dồn ra khỏi bề mặt.
Một phần vật liệu này bị dồn sang hai bên, phần còn lại dính ở phía trƣớc hạt
cứng và cuối cùng bị tách ra giống nhƣ trƣờng hợp cắt. Đối với kim loại dẻo, các
cơ chế cày, dồn ép và cắt đƣợc quan sát trên SEM chỉ ra trên Hình 1.6

Hình 1.6: Sơ đồ ba chế độ của mòn cào xước và profile tương ứng của mặt
cắt ngang quan sát trên SEM.
(a): Chế độ cắt của đầu thép trượt trên đĩa đồng
(b): Chế độ dồn ép vật liệu của đầu thép trên đĩa thép trắng
(c): Chế độ cày của đầu thép trên đĩa đồng