NGHIÊN cứu xác ĐỊNH TRẠNG THÁI mỏi của lớp TĂNG bền bề mặt TRONG QUÁ TRÌNH làm VIỆC BẰNG PHƯƠNG PHÁP NHIỄU xạ x QUANG

M ωL ω
TRAσG T A
QUY T Đ σH GIAτ Đ TÀI
XÁω σH σ ω A ωÁσ ψ H

σG D σ

δụ δ ωH KHτA H ω................................................................................................i
δ I ωAε ĐτAσ......................................................................................................iii
δ I ω ε σ............................................................................................................iv
Tịε T T...................................................................................................................v
ε ω δ ω................................................................................................................vii
DAσH SÁωH ωÁω ωH

VI T T T.......................................................................ix

DAσH SÁωH ωÁω HỊσH........................................................................................xi
DAσH SÁωH ωÁω ψ σG.....................................................................................xiii
ωh

ng 1μ T NG QUAN
QUAN.........................................................................................1
1. ε c tiêu đ tƠi.................................................................................................γ
β. Đ i t
γ. Ph

ng vƠ ph m vi nghiên c u...................................................................γ
ng pháp nghiên c u.................................................................................γ

4. Tính m i c a đ tƠi..........................................................................................4
η. K t cấu c a lu n văn t t nghiệp.......................................................................4

ωh

ng 2μ ω

S Lụ THUY T.............................................................................η

β.1. ω s lỦ thuy t m i.......................................................................................η
β.1.1. Hiện t

ng m i c a kim lo i.................................................................η

β.1.β. σh ng y u t

nh h

ng đ n đ b n m i..............................................8

β.1.γ. ω ch lan truy n v t n t m i..............................................................1β
β.β. ω s lỦ thuy t v m điện l p mƠng m ng ωrôm.....................................1η
β.β.1. ω s lỦ thuy t c a quá trình m điện.................................................1η
β.β.β. ω s lỦ thuy t c a quá trình m ωrôm...............................................ββ
β.β.γ. ωác ph

ng pháp đo đ bám dính l p m ...........................................βη

β.γ. σguyên lỦ nhiễu x tia X trên mƠng m ng.................................................β7

vii

β.γ.1. Tia X vƠ s phát sinh tia X...................................................................β7
β.γ.β. Hiện t
β.γ.γ. Ph

ng c b n................................................................................βλ

ng trình ψragg..............................................................................γβ

β.γ.4. Phơn tích phổ nhiễu x tia X................................................................γ4
ωh

ng 3μ Đ XU T THI T K ωHI TI T M U VÀ T O MÀNG M NG

ÔM TR
ểN N N TH
ÉP ω45 ψ NG PH
ωR
ωRÔ
TRể
THÉ

ỄP M ĐI N...............40
NG PH
PHỄ

γ.1. Đ xuất thi t k chi ti t m u cho thí nghiệm m i u n...............................40
γ.1.1. ω s t o m u thí nghiệm....................................................................40
γ.1.β. ε u thí nghiệm ch t o bằng thép ω4η...............................................41
γ.β. T o mƠng m ng ωrôm bằng ph

ng pháp m điện...................................4β

γ.β.1. ωhu n b m u.......................................................................................4β
γ.β.β. Tính toán ch đ m ωrôm...................................................................4γ
ωh

ng 4μ TH
THệệ NGHI M M I U N VÀ NHI U X TIA X...........................47
4.1. Thí nghiệm m i u n...................................................................................47
4.1.1. εáy Thí nghiệm m i u n....................................................................47
4.1.β. Tính toán l c P tác d ng lên m u thí nghiệm......................................48
4.1.γ. Quy ho ch th c nghiệm.......................................................................4λ
4.1.4. Thí nghiệm m i u n.............................................................................η4
4.1.η. X lỦ m u sau khi t o m i u n............................................................ηθ
4.β. σhiễu x tia X.............................................................................................η7
4.β.1. Thi t b nhiễu x X' Pert Pro................................................................η7
4.β.β. Tính toán góc nhiễu x .........................................................................η7

ωh

ng 5μ K T QU VÀ TH O LU N............................................................θ8
η.1. K t qu ........................................................................................................θ8
η.β. Th o lu n....................................................................................................θ8

TÀI LI U THAM KH O......................................................................................70

viii


DANH SỄωH ωỄω ωH VI T T T

λ

ωhi u dƠi sóng c a tia X

θ ,θ 0

Góc ψragg khi có vƠ không có ng suất

βθ

Góc nhiễu x

h, k , l

ωác ch s εiller

( h, k , l )

εặt nhiễu x

d ( h , k ,l )

Kho ng cách mặt m ng c a mặt nhiễu x (h,k,l)

σ

ng suất

Ń||

ng suất d phẳng trong mƠng m ng

ε

ψi n d ng

E ,ν

εô-đun đƠn hồi Young vƠ hệ s Poisson

K

Hằng s

p

V trí đ nh c a m t đ

ϕ

Góc gi a pháp tuy n c a m u th v i mặt phẳng c a tia t i vƠ tia nhiễu

ng suất

x trong ph
ψ ,ψ 0

ng pháp nhiễu x nghiêng m t bên

Góc gi a pháp tuy n c a mặt nhiễu x hoặc tia X t i v i pháp tuy n c a

m u trong ph

η0

ng nhiễu x tia X

ng pháp nhiễu x nghiêng Iso

Góc gi a tia t i v i mặt phẳng pháp tuy n c a m u vƠ ph
suất c a kỹ thu t c đ nh

η

0

trong ph

ng đo ng

ng pháp nhiễu x nghiêng m t bên

Góc gi a tia t i v i pháp tuy n c a mặt phẳng nhiễu x c a kỹ thu t c
đ nh

trong ph

ng pháp nhiễu x nghiêng m t bên

α, β

Góc gi a tia t i vƠ nhiễu x v i pháp tuy n c a m u

LPA

Hệ s δorentz - Phơn c c - Hấp thu

z, y

S l

µ

Hệ s hấp thu tuy n tính

ng tia X khi có vƠ không có hiệu ch nh hệ s δPA

ix


I0 , I

ω

M,N

Hệ s góc vƠ hệ s chặn c a đ

li

σgh ch đ o c a hệ s δPA

a, b, c

ωác thông s m ng tinh thể

aijX,Y

εa tr n chuyển đổi từ hệ t a đ tham chi u (X, Y = C, L, S)

XSA

Phơn tích ng suất tia X (X-ray stress analysis)

ng đ tia X t i vƠ tia X nhiễu x
ng thẳng trong biểu đồ Sinβ

Hệ s hấp thu hoặc hệ s suy gi m chi u dƠi
m

Hệ s hấp thu kh i l

ng

ρ

ε t đ kh i l

ń1/e

ωhi u sơu thấm 1/e

{ci}

Hệ t a đ tinh thể

{si}

Hệ t a đ m u

ℑ

HƠm giao thoa

K0, K

Vect c a chùm tia X t i vƠ chùm tia tán x

Q

Vect tán x

ng

N1,N2,N3 S ô đ n v c a tinh thể đ n
R

ψán kính giác k

c

V n t c ánh sáng trong chơn không

B, β2θ

ψ r ng m t n a đ nh phổ nhiễu x

x


DANH SỄωH ωỄω HÌNH
2.1μ S tích lũy phá h y m i c a kim lo i.........................................................η
Hình 2.1
Hình 2.2
2.2μ Đ

ng cong m i Wöhler............................................................................θ

Hình 2.3
2.3μ Đ

ng cong phá h y m i thép ω4η d ng ph

ng trình Stussi..................7

2.4μ σh ng n i có t p trung ng suất..............................................................11
Hình 2.4
Hình 2.5
2.5μ ωác pha trên đ

ng cong m i Wöhler......................................................1β

Hình 2.6
2.6μ σh ng giai đo n lan truy n v t n t m i...................................................1γ
Hình 2.7
2.7μ S đồ hệ m điện......................................................................................1θ
Hình 2.8
2.8μ Kỹ thu t b trí anot để l p m đồng đ u..................................................1λ
Hình 2.λ
2.λμ Dùng mƠn che để phơn b l i dòng điện..................................................β0
Hình 2.10
2.10μ δ p m ωrôm c ng................................................................................ββ
2.11μ δ p m ωrôm m ng đặc.........................................................................βγ
Hình 2.11
Hình 2.12
2.12μ Đo đ bám dính l p m theo ph

ng pháp bẻ g p λ00..........................βθ

Hình 2.13
2.13μ S đồ đo đ bám dính bằng ph

ng pháp tách c h c..........................β7

2.14μ S đồ nguyên lỦ ng phát tia X..............................................................β7
Hình 2.14
Hình 2.15
2.15μ Quá trình phát x tia X c a nguyên t (a)ν m c năng l

ng s cấp (b)ν

phổ phát x tia X c a anot (c)...................................................................................β8
Hình 2.16
2.16μ Đ

ng hấp th tia X...............................................................................βλ

Hình 2.17
2.17μ Xơy d ng hình h c c a vect tán x ......................................................γ0
2.18μ Ph
Hình 2.18

ng trình ψragg từ ph

Hình 2.1λ
2.1λμ Hiệu ch nh n n c a đ

ng diện hình h c........................................γβ

ng nhiễu x .......................................................γ4

Hình 2.20
2.20μ Ph

ng pháp n a b r ng.......................................................................γθ

Hình 2.21
2.21μ Ph

ng pháp tr ng tơm..........................................................................γ7

Hình 2.22
2.22μ V ch nhiễu x b d ch chuyển vƠ m r ng do ng suất.........................γ7
Hình 3.1
3.1μ εô hình máy t o m i đa năng..................................................................40
Hình 3.2
3.2μ S đồ nguyên lỦ t o m i u n....................................................................41
Hình 3.3
3.3μ S đồ chất t i lên m u đ

ng kính quay tròn v i tần s

, 1/s................41

Hình 3.4
3.4μ ψ n v kỹ thu t m u thí nghiệm...............................................................4β

xi


3.5μ ε u thí nghiệm sau khi gia công bằng ph
Hình 3.5

ng pháp c t dơy..................4γ

3.6μ ε u thí nghiệm sau khi m ωrôm............................................................4η
Hình 3.6
Hình 3.7
3.7μ Đo chi u dƠy l p m bằng ph

ng pháp ET............................................4θ

Hình 4.1μ εáy thí nghiệm m i u n..........................................................................47
Hình 4.2μ S đồ chất t i lên m u thí nghiệm............................................................48
Hình 4.3μ εặt c t nguy hiểm t i phần lƠm việc c a m u.........................................48
Hình 4.4μ ε u thí nghiệm sau khi t o m i u n........................................................η4
Hình 4.5μ εặt đ t gưy c a m u thí nghiệm sau khi m i u n...................................ηη
Hình 4.6μ Đ

ng cong m i c a m u thí nghiệm theo d ng ph

ng trình Stussi.....ηθ

Hình 4.7μ Phần lƠm việc c a m u sau khi c t dơy (WEDε)...................................ηθ

xii


DANH SỄωH ωỄω ψ NG
2.1μ S liệu σf c a m t s kim lo i...................................................................θ
ψ ng 2.1
ψ ng 2.2
2.2μ S liệu th c nghiệm kích th

c h t nh h

ng đ n đ b n m i................λ

ψ ng 2.3
2.3μ Giá tr t i h n Katb c a m t s v t liệu.....................................................1η
2.4μ Đ

ψ ng 2.4

ng l

ng điện hóa K c a các kim lo i..............................................18

ψ ng 2.5
2.5μ ψán kính h t tinh thể theo thang 1β.........................................................β0
ψ ng 2.6
2.6μ ωác dung d ch m ωrôm...........................................................................β4
ψ ng 2.7
2.7μ ωác v t liệu ch t o anot..........................................................................βλ
ψ ng 2.
2.88μ Hằng s m ng c a m t s kim lo i có cấu trúc l p ph
vƠ l p ph

ng tơm mặt (Fωω)

ng tơm kh i (ψωω).................................................................................γβ

ψ ng 2.λ
2.λμ Kho ng cách phẳng d gi a các mặt tinh thể............................................γγ
2.10μ Hệ s A c a ph
ψ ng 2.10

ng pháp Ω vƠ

.........................................................γ4

ψ ng 2.11

2.11μ Hằng s Scherrer c a m t vƠi d ng tinh thể..........................................γ8
ψ ng 3.1
3.1μ ωác thƠnh phần nguyên t c a thép ω4η..................................................4β
ψ ng 3.2
3.2μ Dung d ch m vƠ ch đ m .....................................................................44
ψ ng 3.3
3.3μ ωhi u dƠy l p m đo bằng ph

ng pháp ET............................................4η

ψ ng 4.1
4.1μ Thông s kỹ thu t c a máy.......................................................................47
ψ ng 4.2
4.2μ K t qu c a thí nghiệm m i u n..............................................................η4

xiii


ng 1

ωh

T NG QUAN
Hiện t
th i gian.

ng m i lƠ hiện t

ng khá ph c t p, x y ra khi ng suất thay đổi theo

ng suất nƠy tồn t i trên v t liệu chi ti t máy có tr s nh h n gi i h n b n,

th m chí còn nh h n gi i h n đƠn hồi c a v t liệu chi ti t máy đó. Tuy nhiên nó l i
gơy ra nh ng d ng h h ng trầm tr ng nhất, không ph c hồi đ

c, gơy ra nh ng h u

qu nguy hiểm vƠ tổn thất nghiêm tr ng v kinh t [1].
Gi i h n m i c a m t chi ti t ph thu c vƠo nhi u nhơn t ph c t p, nh ng
nhơn t nƠy có thể h thấp gi i h n m i c a chi ti t. Trong kỹ thu t ngoƠi việc ch n
v t liệu ch t o có đ b n cao vƠ k t cấu nh , ng

i ta rất chú tr ng tìm cách nơng

cao gi i h n m i c a các chi ti t bằng biện pháp ch t o vƠ công nghệ. ψên c nh
biện pháp ch t o ng
chất l

i ta còn dùng nh ng biện pháp công nghệ nhằm nơng cao

ng b mặt c a chi ti t. ợ i v i các chi ti t ch u u n hoặc xo n, ng suất

mặt ngoƠi l n nhất, s phát sinh vƠ phát triển nh ng v t n t v m i th
từ mặt ngoƠi, cho nên công nghệ x lỦ b mặt cƠng đ

ng b t đầu

c quan tơm do nó có Ủ nghĩa

quan tr ng vƠ quy t đ nh nhi u đ n tính chất c a v t liệu. ε t trong nh ng gi i

pháp đó lƠ t o ra m t l p b mặt có kh năng đáp ng các đi u kiện lƠm việc nh
ch u mƠi mòn, ch ng ăn mòn, ch u nhiệt...ωó thể kể đ n các ph
mặt th

ng pháp x lỦ b

ng dùng nh nhiệt luyện, hoá nhiệt luyện, t o các l p ph lên b mặt (ε ,

nhúng, phun ph …).
ωông nghệ t o ra các l p ph lên b mặt th c chất lƠ t o ra mƠng m ng (thin
film) l p v t liệu r n có đ dƠy cỡ từ vƠi nm đ n cỡ 10 m [1θ] ph lên v t liệu n n
nh kim lo i, th y tinh, g m s , polyme,…Hiện nay, mƠng m ng đ
nhi u trong các ngƠnh kỹ thu t cao vƠ đư phát triển thêm nhi u ph

c áp d ng
ng pháp t o

mƠng m ng m i, tuy nhiên, còn ph i tùy thu c vƠo m c đích nghiên c u, lo i v t
liệu t o mƠng, đi u kiện v thi t b vƠ kh năng công nghệ để l a ch n ph
phù h p. ωác ph

ng pháp t o mƠng m ng đang đ

1

ng pháp

c s d ng r ng rưi bao gồmμ

Ph

Ph

Ph

ng pháp v t lỦ

ng pháp nhiệt

ψ c
bay
chơn
không

ng pháp t o mƠng m ng

Ph

Epitaxy
chùm
phơn
t

δaser

Ph

Quá trình ion

ng pháp phún x

ωVD
σhiệt

Sol - Gel

ψ c
bay
ph n
ng

ε
ion

Trong ngƠnh c khí, ph

ωVD
δaser

ωVD
Plasma

ng pháp hóa h c

ng pháp m điện đư vƠ đang đ

do nh ng tính năng vƠ ng d ng v

c áp d ng r ng rưi

t tr i c a nó. Hai thu c tính quan tr ng nhất

c a l p m lƠ s bám dính vƠo b mặt kim lo i n n vƠ đ b n c a l p m . Trong
ngƠnh ô tô, l p m ph ωrôm lƠm tăng đ c ng b mặt, gi m ma sát, ch ng mƠi
mòn cho các chi ti t d ng tr c do nó lƠ kim lo i c ng, giòn, có đ nóng ch y cao.
ψ mặt ωrôm đ

c bao ph b i m t l p mƠng m ng ωrβτγ, nên có ánh b c vƠ kh

năng ch ng trầy x

c cao. V i nh ng đặc tính v

t tr i đó, trong th i gian qua đư

có nhi u công trình nghiên c u v mƠng m ng ωrôm nh μ
−

Thí nghiệm vƠ kh o sát s h c v l p ωrôm c ng ch ng ăn mòn v i chi u dƠy

từ vƠi m đ n vƠi trăm m [β0]. ε c đích c a nghiên c u nƠy lƠ thƠnh l p m i quan
hệ gi a m t đ dòng điện phơn, m t đ v t n t vƠ ng suất d kéoν lƠm rõ vai trò
c a v t n t t vi khi ng suất d phát triểnν tìm ra ph

ng pháp để c i thiện tính

toƠn vẹn k t cấu c a l p m ωrôm c ng.
nh h

−

ng c a x lỦ nhiệt lên biên d ng xung c a dòng điện phơn, ng suất

d c a l p m ωrôm [β1]. σghiên c u nƠy quan tơm đ n s thay đổi c a ch đ
xung, l
c ađ
−

ng thay đổi ng suất d khi x lỦ nhiệt liên quan đ n giá tr n a b r ng
ng nhiễu x tia X.

Đo ng suất th c trong quá trình m i [γ0]. Kh o sát ng x c a ng suất d

ngay trong quá trình m i bằng ph

ng pháp nhiễu x tia X để lƠm rõ c h c phá

h y m i vƠ d đoán s phá h y ban đầu. Để phát hiện v t n t ban đầu từ s thay đổi

β


c a ng suất d lƠ rất khó vì nó thay đổi không đáng kể trong quá trình m i. Tuy
nhiên, n u kiểm tra ng suất bằng tia X v i l c tác d ng max ngay trong quá trình
m i t i m t v trí thì s tìm đ
phóng b i v t n t m .

c v t n t ban đầu b i vì ng suất s dần đ

ng suất th c xác đ nh đ

c gi i

c lƠ tổng c a ng suất d vƠ ng

suất t i.
−

Đồ th d – Sin2ψ c a mƠng m ng ωrôm [γ1]. ψƠi báo nƠy trình bƠy k t qu

nghiên c u v s thay đổi ng x c a ωrôm khi chuyển đổi từ pha n a ổn đ nh ậW,
lƠ nguyên nhơn t o ra ng suất gi a v t liệu n n vƠ mƠng m ng đ n pha αậW.
Đ b n v t liệu lƠ m t vấn đ mƠ khoa h c kỹ thu t hiện đ i rất quan tơm,
nhi u ph

ng pháp khác nhau đ

lo i. Trong s đó, ph
sai h ng m i

c ng d ng để nghiên c u kh o sát đ b n kim

ng pháp nhiễu x tia X đóng vai trò quan tr ng. σó đánh giá

giai đo n s m c a l p ωrôm tăng c

ng b mặt trong quá trình lƠm

việc. Đơy lƠ m t việc lƠm m i, khó khăn, đòi h i các kỹ thu t ph c t p, các thi t b

phơn tích hiện đ i. σhiễu x tia X mang l i nh ng hiểu bi t cần thi t v nh ng sai
h ng do m i nh h

ng đ n đ b n vƠ các tính năng khác c a mƠng m ng. σó

không ch đo ng suất mƠ còn tr thƠnh m t phần c a khoa h c v t liệu vƠ cũng lƠ
công c không thể thi u trong công nghiệp vƠ kỹ thu t.
1. M c ti
tiêêu đ tƠi
S d ng ph

ng pháp nhiễu x tia X để kh o sát tr ng thái m i c a mƠng

m ng ωrôm trên n n thép ω4η.
2. Đ i t
Đ it

ng vƠ ph m vi nghi
nghiêên cứu
ng nghiên c u ch y u c a đ tƠi nƠy lƠ l p mƠng m ng ωrôm. Ph m

vi nghiên c u lƠ đánh giá s bi n đổi trong m ng tinh thể c a mƠng m ng ωrôm
c ng trên n n thép ω4η ch u u n.
3. Ph
−

ng ph
áp nghi
phá
nghiêên cứu

D a vƠo các lỦ thuy t mƠng m ng vƠ các nghiên c u đư đ

c công b trên t p

chí khoa h c kỹ thu t qu c t .
−

D a vƠo các tƠi liệu hiện có trên th gi i v lỦ thuy t nhiễu x tia X để tìm hiểu

cách th c nhiễu x c a tia X trên v t liệu mƠng m ng ωrôm.

γ


−

Ph

ng pháp quy ho ch th c nghiệm.

−

Ph

ng pháp đánh giá chất l

−

Ti n hƠnh thí nghiệm nhiễu x để thu th p s liệu th c nghiệm t i Trung tơm

ng l p m .

h t nhơn ThƠnh Ph Hồ ωhí εinh sau đó d a vƠo lỦ thuy t v nhiễu x vƠ x lỦ s
liệu nhiễu x để xác đ nh đ bi n d ng c a mƠng m ng ωrôm.
4.T
4.Tíính m i của đ tƠi
Thi t l p, xác đ nh m i liên hệ gi a b r ng ψ c a đ nh nhiễu x v i s chu kỳ
m i u n. Từ đó giúp ta hiểu bi t v

ng x c a mƠng m ng ωrôm vƠ có cái nhìn

đầy đ , chính xác v đ b n c h c, góp phần d đoán tuổi th chi ti t máy, công
trình, tránh đ

c nh ng s c , tai n n.

5. K t c u của lu n văn t t nghi p
−

ωh

ng 1μ Tổng quan v lĩnh v c nghiên c u.

−

ωh

ng βμ ω s lỦ thuy t chung c a đ tƠi.

−

ωh

ng γμ Đ xuất thi t k chi ti t m u vƠ t o mƠng m ng ωrôm trên n n thép

ω4η bằng ph

ng pháp m điện.

−

ωh

ng 4μ Thí nghiệm m i u n vƠ nhiễu x tia X.

−

ωh

ng ημ K t qu vƠ th o lu n.

4


ng 2

ωh

ω

S Lụ THUY T

2.1. ω s lý thuy t m i
2.1.1. Hi n t
a. Hi n t
Hiện t
d

ng m i của kim lo i
ng m i
ng m i lƠ quá trình tích lũy dần s phá h y trong b n thơn v t liệu

i s tác đ ng c a ng suất thay đổi theo th i gian.

ng suất thay đổi lƠm xuất

hiện các v t n t m i, sau đó các v t n t m i phát triển d n t i s phá h y m i c a
v t liệu.

á hủy m i
Hình 2.1μ Sự tích lũy ph
phá

kim lo i [β7]

b. Gi i h n m i
Gi i h n m i c a v t liệu (Sr)

m t đi u kiện nƠo đó lƠ giá tr l n nhất c a

ng suất thay đổi theo th i gian ng v i m t s chu kỳ ng suất c s mƠ v t liệu
không b phá h y. ε i v t liệu có s chu kỳ ng suất c s (σf) riêng.

η


ψ ng 2.1μ S li u Nf của m t s kim lo i [1]
STT

c. Đ
Đ

Lo i v t li u

Nf

1

Thép cacbon thấp

β. 10θ

β

Thép cacbon trung bình

β. 10θ

γ

Thép h p kim

β. 10θ

4

Kim lo i mƠu

η. 10θ

η

Gang

1.η .10θ

ng cong m i
ng cong m i lƠ đ

các chu kỳ ng suất t

ng biễu diễn m i liên hệ gi a các ng suất thay đổi v i

ng ng. Ph

ng trình biểu diễn đ

ng cong m i hay đ

ng

cong Wöhlerμ
S = f (N )

S chu kỳ σ g i lƠ tuổi th

ng v i m c ng suất.

Hình 2.2μ Đ
Qua đ

(2.1)

ng cong m i Wöhler [1]

ng cong m i ta có thể thấyμ Khi ng suất cƠng cao thì tuổi th cƠng

gi m.
Để xơy d ng đ
nƠo đó, ng

ng cong m i

m t d ng chu kỳ ng suất trong m t đi u kiện

i ta ph i ti n hƠnh từ βη đ n 100 thí nghiệm cho m t lo i m u đ

quy chu n. Tùy theo ph

c

ng pháp x lỦ s liệu th c nghiệm, ngƠy nay đư có h n 10

công th c toán h c biểu diễn đ

ng cong m i.

θ


ε t s d ng ph

Hoặc ph

ng trình th

ng gặp [1]μ
aσ a .N = C

(2.2)

σ a .N d = C1

(2.3)

(σ a − σ r )(N − B )m = Cβ

(2.4)

ng trình m i c a Stussiμ
σ T + CN P .σ F
σE =
1 + CN P

(2.5)

Trong đóμ
A, d, m, ψ, ω, ω1, ωβμ ωác thông s c a ph

ng trình

σμ S chu kỳ chất t i
Ńaμ ψiên đ

ng suất

Ńrμ Gi i h n m i c a v t liệu
ŃEμ

chu kỳ ng suất r

ng suất ng v i s chu kỳ σ

ŃFμ Gi i h n m i c a v t liệu
ŃTμ Gi i h n b n kéo tĩnh
ω vƠ Pμ ωác hằng s đặc tr ng cho s ch ng m i c a v t liệu

Hình 2.3μ Đ

ng cong ph
á hủy m i th
phá
théép ω45 d ng ph

7

ng tr
trìình Stussi [1]


2.1.2. Nh ng y u t
a. nh h
nh h

−

nh h

ng đ n đ b n m i

ng của b n ch t v t li u
ng của l ch m ng
ngμ

Đ b n lỦ thuy t c a kim lo i đ

c xác đ nh từ đi u kiện bi n d ng hoặc phá

h y trong vùng đƠn hồi c a m ng lỦ t

ng đa tinh thể, trong đó ngo i l c tác d ng

�

đ i ng v i liên k t nguyên t . Đ b n lỦ thuy t đ

c tính theo công th cμ

1

⎛ EU s ⎞ β
⎟⎟
= ⎜⎜
⎝ r0 ⎠

σ max

(2.6)

Trong đóμ
Eμ εô-đun đƠn hồi Young (kG/mmβ)
Usμ σăng l

ng b mặt (kG/mmβ)

R0μ Kho ng cách gi a các nguyên t (mm)
VƠ theo J.K.εackenzil, σ.F.εott thì

ng suất tr

t t

ng đ i gi a β mặt

phẳng nguyên t trong tinh thể lƠμ
τT =

G
γ0

(2.7)

Gμ Gradient ng suất tuyệt đ i
�

Đ b n kỹ thu t lƠ s c ch ng l i bi n d ng đƠn hồi hoặc bi n d ng dẻo vƠ s

phá h y c a v t r n th c. Đ b n kỹ thu t đ

c xác đ nh bằng th c nghiệm.

τ.Vingsbo, Y.ψertrom, G.δagerberg đư tìm ra công th c ph n ánh nh h

ng c a

lệch m ng t i s c ch ng phá h y m iμ
σ a = σ 0 + αbG ρ

(2.8)

Trong đóμ
Ń0μ

ng suất ma sát tr

t

αμ Hệ s gi m b n vì lệch m ng
Gμ εô-đun đƠn hồi tr

t

ψμ Vec-t ψurger
ρμ ε t đ lệch m ng (ρ = δ/V)
δμ Tổng chi u dƠi lệch m ng trong tinh thểν Vμ Thể tích tinh thể

8


nh h

−
�

ng của t ch
ức t vi - Đ h tμ
chứ

Tổ ch c t vi do quá trình công nghệ luyện kim hay quá trình x lỦ nhiệt quy t

đ nh. σh ng quá trình nƠy t o ra cấu trúc h t khác nhau lƠm nh h

ng l n đ n s c

ch ng m i c a v t liệu, lƠm gi i h n m i gi m từ 1.7 ÷ β lần.
�

Kích th

theo ph

c h t cũng nh h

ng đ n đ b n m i, gi a chúng có m i liên hệ

ng trìnhμ
1

(2.λ)

σ F = σ iF + K F h0β

V iμ
ŃiF, KFμ ωác hằng s c a v t liệu
h0μ Kích th

c trung bình c a h t

K t qu th c nghiệm c a G.ε.Sinclair, W.J.ωraig ti n hƠnh trên m u đồng

thau có đ h t khác nhauμ
ực nghi m kích th
ψ ng 2.2μ S li u th
thự
S
th
t
1

Kích th c
trung bình
c a h t h0
(mm)
0.0018η

c h t nh h

ng đ n đ b n m i [1]
So sánh

Gi i h n
ch y Ńv=Ń0,β
(kG/mmβ)

Gi i h n m i
Ńv=Ń0,β
(kG/mmβ)

h0 j h01

Ń -1j/Ń ậl0

47.70

β8.10

1.000

1.000

β

0.00β0η

γ7.80

β1.10

1.108

0.7η1

γ

0.00βλη

βγ.λ0

1θ.λ0

1.ηλη

0.θ01

4

0.01β00

4.8θ

1η.40

θ.48θ

0.η48

η

0.0βθ00

1.λ7

11.λ0

14.0η4

0.4βγ

θ

0.0η100

1.ηθ

λ.8η

β7.ηθ8

0.γη1

Từ b ng s liệu ta thấy, khi kích th

c h t tăng lên 70 lần thì gi i h n b n m i

gi m đi h n γ lần.
b. nh h

ng của ch đ t i tr ng

ωác v t liệu lƠm việc trong đi u kiện t i tr ng không ổn đ nh th

ng gơy ra

nh ng ng suất khác nhau d n đ n s phá h y m i không theo quy lu t tuy n tính,
th c nghiệm cho thấyμ

λ


v

ni

∑N
i =1

=a

v i 0.1η ≤ a ≤4

(2.10)

i

S ph n ng c a v t liệu đ i v i các phổ t i tr ng rất khác nhau vƠ việc đ a ra
m t quy lu t chung cho m i tr

ng h p lƠ không th c hiện đ

c. ωác quan sát cũng

cho thấy, n u chất t i cho m u rồi cho m u ngh thì kh năng ch ng m i c a m u
tăng s lên.
−
�

nh h

ng của d ng tr ng th
tháái ứng su tμ

nh h

ng c a d ng chất t i hay d ng tr ng thái ng suất do hai y u t gơy ra

đó lƠ s thuần nhất c a tr ng thái ng suất vƠ m i t

ng quan c a các ng suất

chính.
�

Tr ng thái ng suất mƠ

đó các tr s c a ng suất chính thay đổi theo từng

th i điểm trên mặt c t c a m u hoặc chi ti t máy đ
không thuần nhất. Đ i l

c g i lƠ tr ng thái ng suất

ng đặc tr ng cho m c đ không thuần nhất c a tr ng thái

ng suất lƠ Gradient ng suất tuyệt đ i G hoặc Gradient ng suất t
nh h

−
�

ng đ i G .

ng của tần s t i tr ngμ

σh ng máy móc thông th

hoặc thấp h n,

ng lƠm việc v i tần s 10000 vòng/phút (ả 1θ7Hz)

nh ng máy chuyên dùng, các chi ti t máy ch u l c lƠm việc

tần

s cao h n. ωánh máy nén khí từ β00 ÷ β000Hz, các cánh tua-bin từ η00 ÷ γ000Hz,
cánh tua-bin đ ng c tên l a từ 700 ÷ 10000Hz. Quan sát th c nghiệm cho thấy, s
phá h y m i c a các cánh tuaậbin xuất hiện khi tần s t i tr ng đ t đ n βη ÷ γ0kHz.
nh h

−

ng của hình d ng k t c uμ

Hình d ng k t cấu có nh h

ng l n đ n đ b n m i, nghĩa lƠ nh h

kh năng lƠm việc c a chi ti t máy khi ch u ng suất thay đổi. D
tr ng,

nh ng chổ ti t diện chi ti t máy thay đổi nh góc l

ng đ n

i tác d ng c a t i

n, rưnh then, l ...có s

t p trung bi n d ng, do đó có s t p trung ng suất. T i đơy, ng suất th c t l n
h n ng suất danh nghĩa.

10


Hình 2.4μ Nh ng n i có t p trung ứng su t [1]
�

Hệ s t p trung ng suất lỦ thuy tμ δƠ t s gi a ng suất l n nhất (Ńmax hoặc

ńmax) t i chổ t p trung ng suất v i ng suất danh nghĩa (Ń hoặc ń)μ
ασ =

σ max
τ
ν ατ = max
σ
τ

Tr s αŃ vƠ αń ph thu c vƠo hình d ng kích th
góc l
�

(2.11)
c ch chuyển ti p (ψán kính

n ρ), có khi chúng đ t tr s khá l n từ γ ÷ 4 hoặc l n h n.
Hệ s t p trung ng suất th c t (kŃ vƠ kń )μ δƠ tr s gi a gi i h n m i c a m u

không có t p trung ng suất vƠ gi i h n m i c a m u có t p trung ng suất (kŃ < αŃ
vƠ kń < αń ).
kσ =

σr
τ
ν kτ = r
σ rc
τ rc

(2.12)

V iμ
Ńr, ńrμ Gi i h n m i c a m u không có t p trung ng suất
Ńrc, ńrcμ Gi i h n m i c a m u có t p trung ng suất
Giá tr c a kŃ vƠ kń đ
hình d ng vƠ kích th
c.

nh h

c tra trong sổ tay thi t k c khí hoặc tính tr c ti p theo

c c thể nh ng ch t p trung ng suất trên từng lo i chi ti t.

ng của môi tr

σh ng thí nghiệm

ng

nhiệt đ cao cho thấyμ σhiệt đ cƠng cao thì gi i h n m i

c a v t liệu cƠng gi m vƠ ng

c l i, khi nhiệt đ cƠng gi m thì gi i h n m i c a v t

liệu cƠng tăng. Hiện t

c gi i thích nh sauμ Khi nhiệt đ môi tr

ng đ

xu ng s có m t nhiệt đ quá đ mƠ

ng gi m

đó các v t n t m i b t đầu phát triển ổn đ nh.

σ u nhiệt đ ti p t c gi m, v t n t m i phát triển ch m dần vƠ có thể ngừng hẳn.
Trong môi tr
ch u nh h

ng ăn mòn, s c ch ng m i c a v t liệu s gi m rõ rệt. V t liệu

ng c a nồng đ môi tr

ng, s chu kỳ chất t i, d ng ng suất...

11


d. nh h
Hiện t
tr

ng của hi n t

ng Fretting

ng Fretting lƠ hiện t

ng phá h y m i d

ng ăn mòn vƠ s bƠo mòn c h c. Hiện t

i tác đ ng tr c ti p c a môi

ng phá h y nƠy cùng lúc x y ra quá

trình c h c vƠ quá trình lỦ ậ hóa. Quá trình phá h y nƠy rất phổ bi n trong nhi u
chi ti t máy vƠ thi t b . σó xuất hiện
khác, vừa ch u nh h

xơm th c b i môi tr

nh ng chi ti t máy ti p xúc v i chi ti t máy

ng c a ng suất thay đổi, vừa rung đ ng, đồng th i vừa b
ng.

2.1.3. ω ch lan truy n v t nứt m i
a. ωác pha tr
trêên đ
−

Pha Iμ

ng v i việc chất t i l n, s chu kỳ ng suất thấp. S

liệu trong pha nƠy gần t
−

Pha IIμ

ng cong m i Wöhler
ng x c a v t

ng t nh khi v t liệu ch u ng suất tĩnh.

ng v i s phá h y m i

cấp đ cao, lƠ pha quan tr ng. Giai đo n nƠy,

v t n t t vi phát triển từ b mặt các h t, từ s lệch m ng tinh thể hoặc từ các
khuy t t t kỹ thu t ban đầu có trong v t liệu.
−

Pha IIIμ Pha phá h ng m i

c

ng đ

ng suất thấp, s chu kỳ ng suất l n.

Giai đo n nƠy v t n t có thể ngừng phát triển hoặc phát triển ổn đ nh.

Hình 2.5μ ωác pha tr
trêên đ

ng cong m i Wöhler [β7]

á hủy m i
b. Gi i th
thíích c ch của sự ph
phá
ωó nhi u thuy t gi i thích c ch c a quá trình phá h y m i, m t trong s đó lƠ
thuy t d ch chuyển m ng tinh thể. ε t trong nh ng ví d c a thuy t d ch chuyển
m ng tinh thể lƠ nghiên c u quá trình phá h y m i c a m u đồng (ωu) ch u u n chu

1β

kỳ đ i x ng.
−

Giai đo n Iμ Khi ng suất S l n, b t đầu có s chuyển v biên c a các h t. S

chu kỳ ng suất trong gian đo n nƠy vƠo kho ng 1/β00 tổng s chu kỳ tuổi th σ
c a m u. ψên trong tinh thể hình thƠnh h
đó xuất hiện các đ

ng tr

t (b), các đ

ng tr

t gi a các m ng tinh thể (a), sau

ng nƠy n i l i v i nhau vƠ liên k t v i các

biên gi a các h t (c).
−

Giai đo n IIμ Khi ng suất S nh , s chu kỳ ng suất tăng lên. ψên trong m u

vƠ trên b mặt m u ti p t c diễn ra quá trình (a), (b), (c) nh giai đo n I để hình
thƠnh v t n t m i có chi u dƠi xác đ nh. Giai đo n nƠy, s chu kỳ ng suất vƠo
kho ng 1/100 tổng s chu kỳ tuổi th σ c a m u.

Hình 2.6μ Nh ng giai đo n lan truy n v t nứt m i [1]
σ u ti p t c gi m ng suất S, bên trong m u ti p t c x y ra quá trình (a), (b),

(c), còn trên b mặt m u đư hình thƠnh v t n t vƠ lan truy n vƠo bên trong m u. ωác
v t n t nƠy có chi u dƠi ban đầu lƠ l0 (bằng đ l n c a các khuy t t t kỹ thu t) vƠ
phát triển l n lên v i chi u dƠi l.
σh ng khuy t t t thẳng c a m ng tinh thể phá vỡ tr t t đúng đ n c a các b
mặt nguyên t đ

c g i lƠ s lệch m ng. S lệch m ng gơy ra t p trung ng suất

c c b trong m ng tinh thể. Tính toán cho bi t, ng l c cần thi t để lƠm cho mặt
phẳng nguyên t nƠy tr

tt

ng đ i so v i mặt phẳng nguyên t khác (t i n i có

lệch m ng) gi m đi nhi u lần so v i tr

ng h p m ng tinh thể lỦ t

1γ

ng.


c. ωác d ng ph

ng tr
trìình lan truy n v t nứt m i

Để mô t quá trình lan truy n v t n t trong v t liệu, nhi u nhƠ nghiên c u đư

xơy d ng các biểu th c toán h c ph n nh m i quan hệ gi a chi u dƠi v t n t v i
các ch đ đặc tr ng c a ch đ t i tr ng gơy ra ng suất vƠ thông s kích th
k t cấu v t liệu đ

c g i lƠ ph

cc a

ng trình lan truy n v t n t.

σghiên c u th c nghiệm cho thấy, s gia tăng c a chi u dƠi v t n t ph thu c
vƠo ng suất c a phổ t i tr ng tác đ ng. Để thu n tiện cho việc tính toán, ph
trình lan truy n v t n t đ
d ng ph
−

Ph

ng

c xơy d ng trong hệ t a đ lg(dl/dN) ậ logKa. ε t s

ng trình lan truy n v t n t m i nh sauμ
ng trình Parisμ
v=

dl
= AK aβ
dN

(2.13)

V iμ
vμ T c đ lan truy n v t n t trong m t chu kỳ ng suất (mm/vòng)
Kaμ ψiên đ hệ s c

ng đ

ng suất

Aμ Hằng s c a v t liệu
Β=β÷4
−

Ph

ng trình Shuji Taira vƠ Keisuke Tanaka [1]μ Kh o sát s lan truy n v t n t

m i c a thép ωacbonμ
v=

−

Ph

dl
= β.47 × 10 −10 × K γ.γη
dN

ng trình εc.ωlintoct ậ Donahueμ

dl
≈ K aβ
dN

(2.15)

dl
K aβ
≈
dN K c − K a

(2.16)

v=

−

Ph

ng trình Formanμ
v=

−

Ph

(2.14)

ng trình εc.Evily ậ Weiμ

14


⎡
dl ⎢
βK a
≈⎢
β
dN ⎢1 − K × K a
⎢⎣ 1 − R K c

V i Katb lƠ giá tr t i h n c a hệ s c

β

⎤
⎥
⎥ − K atb
⎥
⎥⎦

ng đ

(2.17)

ng suất, từ giá tr nƠy tr xu ng

không x y ra s lan truy n v t n t [7].
ừng lan truy n v t nứt m i
d. Đi u ki n ng

ngừ
Qua nghiên c u bằng th c nghiệm cho thấy rằngμ ε i m t lo i v t liệu đ u có
m t tr s c
c

ng đ

ng đ

ng suất t

ng suất Katb t i h n, n u phổ t i tr ng gơy ra ng suất có
ng ng nh h n giá tr nƠy thì v t n t ngừng phát triển.

á tr
ψ ng 2.3μ Gi
Giá
trịị t i h n Katb của m t s lo i v t li u [7]
STT

V t li u

1

Thép cacbon 1β01γ, 1β010 vƠ 1β0θ0

Gi
á tr
trịị t i h n
Giá

Pa)
Katb (M
(MP
4.0

β

Thép rèn đ b n trung bình 1γ% ωr, 1% σi

γ.7

γ

Thép rèn đ b n trung bình 1γ% ωr, 4% σi

θ.β

4

Thép τstenit 174ηη

7.0

η

Thép đ b n cao 1β% ωr Tθ0/177θ

γ.θ

θ

Thép đ b n cao 1β% ωr KZ 1

β.7

7

Thép τstenit 18/8

β.λ

8

σhôm

0.η

λ

Đồng

1.γ

10

ψrass θ0/40

1.η

11

Titan

1.1

1β

σiken

β.λ

ωrôôm
2.2. ω s lý thuy t v m đi n l p mƠng m ng ωr
á tr
2.2.1. ω s lý thuy t của qu
quá
trìình m đi n
ơn
a. Sự đi n ph
phơ
ε điện lƠ m t quá trình điện phơn, trong đó anot x y ra quá trình oxy hóa

1η


(hòa tan kim lo i hay gi i phóng khí oxy) còn catot x y ra quá trình kh (kh ion
kim lo i từ dung d ch thƠnh l p kim lo i bám trên v t m hay quá trình ph gi i
phóng hydro) khi có dòng điện m t chi u đi qua dung d ch điện phơn.
Đi u kiện t o thƠnh l p m điện [η]μ
−

Trên anot x y ra quá trình hòa tan kim lo i anot.

(2.18)

M − ne → M n +

−

Trên catot x y ra quá trình cation phóng điện tr thƠnh kim lo i m .

(2.1λ)

M n + + ne → M

ε điện đ
ph c hồi kích th

c dùng trong nhi u ngƠnh công nghệ khác nhau để ch ng ăn mòn,
c, trang s c, ch ng ăn mòn, tăng đ c ng, ph n quang vƠ nhiệt,

d n điện, thấm dầu, d n nhiệt...
ε t hệ m điện gồm các thƠnh phần sauμ
−

Dung d ch m .

−

ωatot lƠ v t cần m .

−

Anot.

−

ψể m .

−

σguồn điện m t chi u.

Hình 2.7μ S đ h m đi n
�

nh lu t Faraday 1μ Khi cho dòng điện m t chi u qua dung d ch chất điện ly
Đị
Định

(hay qua thể nóng ch y c a chất điện ly) kh i l

1θ

ng các chất thoát ra

anot hay


catot t lệ v i l

v ic

ng điện đi qua dung d ch (hay qua chất điện ly nóng ch y), t c t lệ

ng đ dòng điện I vƠ th i gian t.

(2.20)

m = K .I .t

Trong đóμ
mμ Kh i l
Iμ ω

ng chất thoát ra trên m t điện c c (g)

ng đ dòng điện (A)

tμ Th i gian điện phơn (h)
Kμ Đ
�

ng l

ng điện hóa (g/A.h)

nh lu t Faraday 2μ σh ng l
Đị
Định

ra nh ng l

ng t

ng đ

ng các chất khác nhau.

Để lƠm thoát ra m t đ
l

ng l

ng gam m t chất bất kỳ nƠo đó cần tiêu t n m t

ng điện F = λθη00 ωoulomb (F còn g i lƠ s Faraday ).
Trong quá trình điện phơn, l

l

ng điện nh nhau khi điện phơn s lƠm thoát

ng chất thoát ra

điện c c th

ng chất tính theo đ nh lu t Faraday, nguyên nhơn c a s sai lệch lƠ do ph n ng

chính luôn có kèm theo các ph n ng ph nh s thoát Hβ
T s gi a l

ng kim lo i thoát ra trên catot vƠ l

lu t Faraday biểu th ra phần trăm (%) đ
�

ng nh h n

catot vƠ τβ

anot.

ng kim lo i tính theo đ nh

c g i lƠ hiệu suất dòng điện, kỦ hiệu .

toáán đ dƠy l p m [4]μ
Tính to
δ=

I K .K .η .t
1000.d

Trong đóμ
Łμ Đ dƠy l p m (mm)
IKμ ω

ng đ dòng điện catot (A/dmβ)

tμ Th i gian điện phơn (h)

Kμ Đ

ng l

ng điện hóa (g/A.h)

μ Hiệu suất dòng catot (%)
dμ Kh i l

ng riêng (g/cmγ)

17

(2.21)


2.44μ Đ
ψ ng 2.

ng l

ng đi n hóa K của các kim lo i [4]

S t

Kh i l ng
nguyêên t
nguy
ηη.8η

VƠng từ dung d ch Xyanua

β

Đ ng l ng
đi n hóa (g/A.h)
1.04β

1λ7.β0

1

7.γη7

ωadimi

14β.41

β

β.0λ7

Đồng từ dung d ch axit

θγ.η4

β

1.18θ

σiken

η8.θλ

β

1.0λη

Thi c từ dung d ch axit

118.70

β

β.β14

ψ c

107.β1

1

4.0βη

ωrôm

ηβ.01

θ

0.γβ4

K m

θη.γ8

β

1.ββ0

Kim lo i k t tủa đi n

Hóa tr
trịị

b. M t đ dòng đi n
−

ε t đ dòng anot IA vƠ m t đ dòng catot IK đ
IA =

c tính theo công th cμ

I
I
ν IK =
SA
SK

(2.22)

Trong đóμ
Iμ ω

ng đ dòng điện khi điện phơn đang diễn ra (A)

SAμ Diện tích b mặt điện c c anot (dmβ)
SKμ Diện tích b mặt điện c c catot (dmβ)
−

ε t đ dòng IK lƠ m t tham s điện phơn quan tr ng. ε i dung d ch có m t

gi i h n IK thích h p nhất t o đ
−

Trong th c t không có ph

c l p m có cấu t o t t, đồng đ u.
ng pháp nƠo để xác đ nh chính xác diện tích th c

c a SA vƠ SK mƠ ch xác đ nh gần đúng, k t h p v i quan sát đánh giá l p m theo
kinh nghiệm để đi u ch nh IK cho phù h p.
ơn b dòng đi n vƠ sự ph
ơn b kim lo i
c. Sự ph
phơ
phơ
Khi m , dòng IK
c

nh ng ch khác nhau c a catot lƠ không bằng nhau. σgay

nh ng chi ti t rất bằng phẳng, kho ng cách đ n b mặt anot lƠ đ u nhau thì m t

đ dòng IK vƠ ti p đ n lƠ đ dƠy l p m cũng s không bằng nhau. Đ

18

ng s c c a