Nghiên cứu đặc tính ma sát của một số vật liệu có độ cứng khác nhau trong điều kiện bôi trơn với phụ gia tro bay

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ Nghiên cứu đặc tính ma sát số vật liệu có độ cứng khác điều kiện bơi trơn với phụ gia tro bay HOÀNG VĂN DOANH Doanh.HV211058M@sis.hust.edu.vn Ngành: Kỹ thuật khí Giảng viên hướng dẫn: TS Trần Đức Tồn Khoa: Chế tạo máy Trường: Cơ khí HÀ NỘI, 4/2023 Chữ ký GVHD CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc BẢN XÁC NHẬN CHỈNH SỬA LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên tác giả luận văn: Hoàng Văn Doanh Đề tài luận văn: Nghiên cứu đặc tính ma sát số vật liệu có độ cứng khác điều kiện bôi trơn với phụ gia tro bay Chuyên ngành: Kĩ thuật Cơ Khí Mã số SV: 20211058M Tác giả, Người hướng dẫn khoa học Hội đồng chấm luận văn xác nhận tác giả sửa chữa, bổ sung luận văn theo biên họp Hội đồng ngày / /2023 với nội dung sau: - Rà sốt, chỉnh sửa lỗi tả, ký hiệu, chữ viết tắt, lỗi chế Bổ sung giải thích cơng thức, thay hình ảnh mờ Bổ sung mơ tả nguyên lý hoạt động thiết bị thí nghiệm Bổ sung tài liệu tham khảo, trích dẫn tài liệu Chỉnh sửa hình, bảng theo góp ý hội đồng Giáo viên hướng dẫn Ngày tháng năm 2023 Tác giả luận văn TS Trần Đức Toàn Hoàng Văn Doanh CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG PGS TS Nguyễn Thuỳ Dương Lời cảm ơn Tác giả xin chân thành cảm ơn thầy giáo TS Trần Đức Tồn Trường Cơ khí, Đại học Bách Khoa Hà Nội, người hướng dẫn giúp đỡ tơi tận tình từ định hướng đề tài đến q trình viết hồn chỉnh Luận văn Tác giả bày tỏ lòng biết ơn Ban lãnh đạo Viện đào tạo sau Đại học, Trường khí, Đại học Bách Khoa Hà Nội tạo điều kiện thuận lợi để tơi hồn thành Luận văn Do lực thân nhiều hạn chế nên Luận văn tơi khơng tránh khỏi sai sót, tác giả mong nhận đóng góp ý kiến Thầy, Cô giáo, nhà khoa học bạn đồng nghiệp để tơi hồn thiện thân Tơi xin chân thành cảm ơn ! MỤC LỤC TĨM TẮT NỘI DUNG LUẬN VĂN .1 Lý chọn đề tài Đối tượng nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu .1 Ý nghĩa khoa học thực tiễn .1 CHƯƠNG : TỔNG QUAN VỀ ĐỘ CỨNG, DẦU BÔI TRƠN, CÁC LOẠI PHỤ GIA, DẦU BÔI TRƠN VÀ TRO BAY 1.1 ĐỘ CỨNG [1] 1.1.1 Khái niệm độ cứng .2 1.1.2 Đặc điểm độ cứng 1.1.3 Ảnh hưởng độ cứng .2 1.1.4 Cách đánh giá tiêu độ cứng 1.1.5 Phương pháp đo độ cứng [2] a Phương pháp đo độ cứng Rockwell (HRC) b Phương pháp đo độ cứng Brinell (HB) c Phương pháp đo Độ cứng Vickers (HV) .4 d Phương pháp đo độ cứng SHORE 1.2 DẦU BÔI TRƠN [3] 1.2.1 Khái niệm dầu bôi trơn .7 1.2.2 Ứng dụng dầu bôi trơn 1.2.3 Sự hình thành nguồn gốc phát triển dầu bôi trơn giới [4] 1.2.4 Sự hình thành phát triển dầu bôi trơn Việt Nam [4] 1.2.5 Phân loại dầu bôi trơn [5, 6] .8 1.2.6 Một số lưu ý sử dụng dầu bôi trơn .9 1.3 PHỤ GIA CHO DẦU BÔI TRƠN [7] 11 1.3.1 Phụ gia 11 1.3.2 Các loại phụ gia cho dầu bôi trơn 12 1.3.2.1 Phụ gia chống oxy hóa .12 1.3.2.2 Phụ gia chống gỉ, bảo vệ bề mặt kim loại 13 1.3.2.3 Phụ gia có tính tẩy rửa khuếch tán 13 1.3.2.4 Phụ gia cải thiện độ nhớt số độ nhớt .13 1.3.2.5 Phu ̣gia biến tính ma sát .13 1.3.2.6 Phụ gia chống tạo bọt 13 1.3.2.7 Phụ gia khử nhũ tạo nhũ 14 1.3.2.8 Phu ̣gia chống ăn mòn 14 1.3.2.9 Phụ gia chống mài mòn kẹt máy 14 1.4 TRO BAY 16 1.4.1 Khái niệm tro bay [8] .16 1.4.2 Ứng dụng tro bay [8, 9] .16 1.4.3 Thành phần hóa học, tính chất tro bay [9] 17 1.4.4 Phân loại tro bay [9] 17 1.4.5 Tình hình nghiên cứu sử dụng tro bay giới Việt Nam 17 1.4.6 Một số nghiên cứu tác dụng phụ gia tro bay dầu bôi trơn 19 a Nghiên cứu V Ivanov đồng nghiệp (2015) [12] .19 b Nghiên cứu M Fakhru'l-Razi đồng nghiệp (2015) [13] 20 1.5 KẾT LUẬN 20 1.5.1 Đối với độ cứng vật liệu 20 1.5.2 Đối với dầu bôi trơn 20 1.5.3 Đối với phụ gia cho dầu bôi trơn 20 1.5.4 Đối với phụ gia tro bay 20 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ MA SÁT, MÒN, ĐỘ CỨNG CỦA VẬT LIỆU THÉP .21 2.1 LỊCH SỬ CỦA MA SÁT, MỊN VÀ BƠI TRƠN (TRIBOLOGY) 21 2.2 VAI TRỊ CỦA TRIBOLOGY TRONG CƠNG NGHIỆP 22 2.3 CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ MA SÁT [15] 23 2.3.1 Định nghĩa 23 2.3.2 Các đặc trưng lực ma sát 23 2.3.3 Phân loại ma sát 23 2.4 CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ MÒN [15] 25 2.4.1 Định nghĩa 25 2.4.2 Tác hại mòn 26 2.4.3 Phương pháp tính mòn .26 2.4.4 Phân loại mòn [16] 26 2.5 CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ ĐỘ CỨNG CỦA VẬT LIỆU THÉP 29 2.5.1 Phương pháp cải thiện độ cứng cho vật liệu thép [17] .29 a Khái niệm thép Cacbon 29 b Phân loại thép Cacbon 29 c Các Phương pháp làm tăng độ cứng thép Cacbon 29 2.5.2 Một số nghiên cứu 31 Nghiên cứu tác giả Phạm Đình Nhã (trung tâm Kỹ thuật Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng - Quatest1) Phạm Đức Cường (Viện Công nghệ HaUI, Trường Đại học Cơng nghiệp Hà Nội) Đăng Tạp chí Khoa học & Công nghệ Số 44.2018 31 Tiêu đề báo “Khảo sát ảnh hưởng độ cứng bề mặt tới ma sát mòn thép S45C điều kiện không bôi trơn” [18] 31 2.6 KẾT LUẬN 34 CHƯƠNG 3: ĐIỀU KIỆN THÍ NGHIỆM, TIÊU CHUẨN ĐÁNH GIÁ, THIẾT BỊ, QUY TRÌNH VÀ KẾT QUẢ 35 3.1 ĐIỀU KIỆN THÍ NGHIỆM, TIÊU CHUẨN ĐÁNH GIÁ 35 3.1.1 Điều kiện thí nghiệm [19] 35 3.1.2 Tiêu chuẩn ASTM D4172 [20] 35 a Phương pháp thí nghiệm .35 b Tiến hành thí nghiệm 36 c Quy định tiêu chuẩn ASTM D4172 [19] 36 3.2 THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM 36 3.2.1 Máy ma sát bi 36 3.2.2 Máy đo độ nhớt kiểu trụ quay VR2 Rhotest 38 3.3 QUY TRÌNH THÍ NGHIỆM 39 * Chuẩn bị mẫu thí nghiệm 39 3.3.1 Mẫu bi cầu 39 3.3.2 Mẫu tro bay 40 3.4 CHUẨN BỊ DỤNG CỤ THÍ NGHIỆM .41 3.4.1 Máy khuấy siêu âm 41 3.4.2 Cốc đong định lượng 41 3.4.3 Đũa khuấy thuỷ tinh 41 3.4.4 Cân điện tử 3000g/0,01g 41 3.5 CHUẨN BỊ THIẾT BỊ KIỂM TRA 42 3.5.1 Máy đo vết xước .42 3.5.2 Đồng hồ đo thời gian 42 3.5.3 Máy đo nhiệt độ cầm tay, kiểu hồng ngoại - Fluke 42 3.6 KẾT QUẢ VÀ ĐÁNH GIÁ .43 3.6.1 Tỷ lệ phụ gia tro bay tới độ nhớt độ cứng tới đặc tính ma sát vật liệu 43 3.6.1.1 Kết đo độ mòn cặp bi mẫu độ cứng 50 HRC 45 3.6.1.2 Kết đo độ mòn cặp bi mẫu độ cứng 55 HRC 48 3.6.1.3 Kết đo độ mòn cặp bi mẫu độ cứng 60 HRC 50 3.6.1.4 Biểu đồ tổng hợp, so sánh kết thực nghiệm 55 3.6.2 Đánh giá kết thí nghiệm 55 3.7 THẢO LUẬN KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM .57 3.8 KẾT LUẬN VÀ PHƯƠNG HƯỚNG PHÁT TRIỂN .57 3.8.1 Kết nghiên cứu 57 3.8.2 Phương hướng phát triển 57 TÀI LIỆU THAM KHẢO 58 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1: Phương pháp đo độ cứng Rockwell (1920) Hình 1.2: Phương pháp đo độ cứng Brinell (1900) Hình 1.3: Phương pháp đo độ cứng Vickers (1922) Hình 1.4: Xác đinh thơng số d1, d2 đo độ cứng Vickers .5 Hình 1.5: Phương pháp đo Shore A Shore D Hình 1.6: Ứng dụng dầu bôi trơn sử dụng cho động ô tô Hình 1.7: Dầu bơi trơn sử dụng cho chi tiết truyền chuyển động .8 Hình 1.8: Dầu sử dụng cho thiết bị, hệ thống thuỷ lực .9 Hình 1.9: Sử dụng dầu bơi trơn Hình 1.10: Phương pháp kiểm tra mức dầu cho động ô tơ Hình 1.11: Thao tác thay dầu bôi trơn cho động 10 Hình 1.12: Thay lọc dầu cho động 10 Hình 1.13: Tro bay tạp chất xả thải môi trường .16 Hình 1.14: Tro bay tận thu từ ống khói qua hệ thống nồi tinh luyện 16 Hình 3.1: Bố trí thí nghiệm theo tiêu chuẩn ASTM D4172 35 Hình 3.2: Hình ảnh máy ma sát bi (B2021-BKA) 36 Hình 3.3: Cảm biến nhiệt điện 37 Hình 3.4: Cụm trục giữ bi 37 Hình 3.5: Cụm gá, kẹp viên bi 37 Hình 3.6: Điện trở vòng AC- 220V 37 Hình 3.7: Sơ đồ nguyên lý hoạt động máy đo độ nhớt kiểu trụ quay .38 Hình 3.8: Ảnh mẫu bi cầu 12,7mm 39 Hình 9: Mẫu tro bay nhà máy nhiệt điện Duyên hải Miền trung 40 Hình 10: Máy khuấy siêu âm VCX500 (thể tích khuấy 10 đến 250 ml) 41 Hình 11: Cốc đong định lượng 1000ml 41 Hình 12: Đũa khuấy thuỷ tinh 250mm 41 Hình 13: Cân điện tử 3000g/0,01g 41 Hình 14: Máy đo vết xước Brookfield DV1 42 Hình 15: Đồng hồ đo thời gian .42 Hình 16: Máy đo nhiệt độ cầm tay, kiểu hồng ngoại - Fluke .42 Hình 17: Biểu đồ ứng suất trượt (tỷ lệ phụ gia 0%; 0,1%; 0,3%) 43 Hình 18: Biểu đồ ứng suất trượt (tỷ lệ phụ gia 0,5%; 0,75%) 44 Hình 19: Ảnh hưởng tỷ lệ chất phụ gia tro bay đến độ nhớt dầu 44 Hình 20: Ảnh vết mịn cặp bi 45 Hình 21: Ảnh vết mịn cặp bi 46 Hình 22: Ảnh vết mịn cặp bi 46 Hình 23: Ảnh vết mịn cặp bi 46 Hình 24: Ảnh vết mịn cặp bi 47 Hình 25: Biểu đồ so sánh vết mòn bi dưới, 47 Hình 26: Biểu đồ so sánh vết mòn bi trên, 47 Hình 27: Ảnh vết mòn cặp bi 48 Hình 28: Ảnh vết mòn cặp bi 48 Hình 29: Ảnh vết mòn cặp bi 49 Hình 30: Ảnh vết mịn cặp bi 49 Hình 31: Ảnh vết mịn cặp bi 49 Hình 32: Biểu đồ so sánh vết mòn bi dưới, 50 Hình 33: Biểu đồ so sánh vết mịn bi trên, 50 Hình 34: Ảnh vết mịn cặp bi 51 Hình 35: Ảnh vết mòn cặp bi 51 Hình 36: Ảnh vết mòn cặp bi 51 Hình 37: Ảnh vết mòn cặp bi 52 Hình 38: Ảnh vết mòn cặp bi 52 Hình 39: Biểu đồ so sánh vết mòn bi dưới, 52 Hình 40: Biểu đồ so sánh vết mòn bi trên, 53 Hình 41: Biểu đồ so sánh đường kính 55 Hình 42: Biểu đồ so sánh độ rộng 55 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1: Dải đo độ cứng Shore Bảng 2: Thành phần hoá học tro bay (% theo khối lượng) 17 Bảng 3: Hiện trạng sử dụng tro bay nước giới .17 Bảng 4: Lượng tro tạo nhà máy nhiệt điện phía bắc .19 Bảng 2.1: Độ cứng mẫu thí nghiệm [18] 32 Bảng 2.2: Hệ số ma sát chiều sâu mòn cặp mẫu thép S45C [18] 33 Bảng 1: Bảng thông số kỹ thuật thiết bị đo 39 Bảng 2: Dải tốc độ thiết bị (n=vg/ph) .39 Bảng 3: Độ nhớt dầu tương ứng với tỷ lệ phụ gia 43 Bảng 4: Bảng tổng hợp kết đo độ mòn cặp bi mẫu bi độ cứng 50 RHC 45 Bảng 5: Bảng tổng hợp kết đo độ mòn cặp bi mẫu bi độ cứng 55 RHC 48 Bảng 6: Bảng tổng hợp kết đo độ mòn cặp bi mẫu bi độ cứng 60 RHC 50 TÓM TẮT NỘI DUNG LUẬN VĂN Lý chọn đề tài Tiến khoa học kỹ thuật đòi hỏi phải bổ sung hoàn thiện kiến thức ngành khoa học mới, nắm vững kiến thức kỹ thuật ma sát, mòn, bôi trơn áp dụng vào thiết kế giúp tăng độ tin cậy tuổi thọ máy móc thiết bị Máy móc thiết bị hư hỏng nhiều nguyên nhân, nhiên nhiều nghiên cứu hư hỏng máy móc thiết bị đa phần ma sát bề mặt tiếp xúc mối lắp ghép có chuyển động tương gây mòn, hỏng bề mặt chi tiết Chi phí cho việc sửa chữa gây tốn nhiều thời gian tiền Việc nghiên cứu lựa chọn độ cứng vật liệu công nghệ bôi trơn phù hợp làm giảm cường độ mài mòn bề mặt vấn đề quan trọng, cấp thiết Đối tượng nghiên cứu Nghiên cứu tập chung tìm hiểu, đánh giá đặc tính ma sát vật liệu có độ cứng khác ảnh hưởng tỷ lệ phụ gia tro bay dầu bơi trơn tới đặc tính ma sát vật liệu Phương pháp nghiên cứu Sử dụng phương pháp nghiên cứu kết hợp lý thuyết thực nghiệm đánh giá kết theo tiêu chuẩn ASTM D4172 Ý nghĩa khoa học thực tiễn - Nghiên cứu giúp hiểu rõ đặc tính ma sát vật liệu độ cứng khác nhau, từ đưa lựa chọn tối ưu độ cứng vật liệu tỷ lệ phụ gia tro bay phù hợp cho dầu bôi trơn - Nghiên cứu sử dụng tài liệu tham khảo cho kỹ sư việc thiết kế máy móc thiết bị Hình 18: Biểu đồ ứng suất trượt (tỷ lệ phụ gia 0,5%; 0,75%) Giả thuyết dầu thí nghiệm chất lỏng Newton, theo đường đặc tính ta thấy ứng suất trượt tốc độ trượt có quan hệ với theo đồ thị hàm bậc có dạng y=ax + b, gọi góc nghiêng tạo đường đặc tính tốc độ trượt tương đối  ta có: 𝜏 𝑡𝑔𝛼 = = (3.4) D𝑟 Như tag góc  tạo đường đặc tính với tốc độ trượt tương đối giá trị độ nhớt dầu thử nghiệm Với giá trị thu q trình thí nghiệm sở lý thuyết nêu ta tính độ nhớt loại dầu Hình 19: Ảnh hưởng tỷ lệ chất phụ gia tro bay đến độ nhớt dầu 44 Dựa biểu đồ ứng suất trượt loại dầu ta có nhận xét Thơng qua hình 3.17, hình 3.18, hình 3.19 cho thấy ảnh hưởng tỷ lệ phụ gia tro bay tới độ nhớt dầu sau: - Giá trị độ nhớt thay đổi tương ướng với tỷ lệ phụ gia tro bay Độ nhớt có xu hướng tăng dần theo tỷ lệ trộn phụ gia tro bay từ 0% đến 0,5% giảm xuống trộn tro bay với tỉ lệ đến 0,75% - Độ nhớt lớn tỷ lệ tro bay 0,5% nhỏ tỷ lệ 0%, với tỷ lệ pha trộn phụ gia tro bay 0,1%, 0,3% có tác dụng tăng độ nhớt dầu - Phụ gia tro bay mức 0% có độ nhớt nhỏ Điều chứng tỏ hạt tro bay phân tán vào dầu làm tăng giảm độ nhớt dầu phụ thuộc vào lệ khác Độ nhớt tăng làm tăng khả tải dầu, có nghĩa làm tăng khả chống lại phá vỡ màng dầu bề mặt tiếp xúc chi tiết 3.6.1.1 Kết đo độ mòn cặp bi mẫu độ cứng 50 HRC Bảng 4: Bảng tổng hợp kết đo độ mòn cặp bi mẫu bi độ cứng 50 RHC Đường kính mòn bi (mm) Tỉ lệ tro bay Vết xước bi (mm) Bi số Bi số Bi số Đường kính trung bình 0% 0,556 0,571 0,568 0,565 0,753 0,1% 0,552 0,574 0,568 0,565 0,752 0,3% 0,545 0,541 0,535 0,540 0,745 0,5% 0,510 0,481 0,515 0,502 0,635 0,75% 0,526 0,530 0,520 0,525 0,652 Hình 20: Ảnh vết mịn cặp bi thí nghiệm 0% tro bay, độ cứng 50HRC 45 Hình 21: Ảnh vết mịn cặp bi thí nghiệm 0,1% tro bay, độ cứng 50HRC Hình 22: Ảnh vết mịn cặp bi thí nghiệm 0,3% tro bay, độ cứng 50HRC Hình 23: Ảnh vết mịn cặp bi thí nghiệm với 0,5% tro bay, độ cứng 50 HRC 46 Hình 24: Ảnh vết mịn cặp bi thí nghiệm với 0,75% tro bay, độ cứng 50 HRC Hình 25: Biểu đồ so sánh vết mòn bi dưới, tỉ lệ tro bay 0%, 0,1%, 0,3%, 0,5%, 0,75% - độ cứng 50HRC Hình 26: Biểu đồ so sánh vết mịn bi trên, tỉ lệ tro bay 0%, 0,1%, 0,3%, 0,5%, 0,75% - độ cứng 50HRC 47 3.6.1.2 Kết đo độ mòn cặp bi mẫu độ cứng 55 HRC Bảng 5: Bảng tổng hợp kết đo độ mòn cặp bi mẫu bi độ cứng 55 RHC Đường kính mòn bi (mm) Tỉ lệ tro bay Vết xước bi (mm) Bi số Bi số Bi số Đường kính trung bình 0% 0,522 0,518 0,521 0,520 0,750 0,1% 0,515 0,522 0,530 0,522 0,732 0,3% 0,470 0,460 0,465 0,465 0,720 0,5% 0,400 0,420 0,410 0,410 0,655 0,75% 0,430 0,420 0,410 0,420 0,690 Hình 27: Ảnh vết mịn cặp bi thí nghiệm với 0% tro bay, độ cứng 55 HRC Hình 28: Ảnh vết mịn cặp bi thí nghiệm với 0,1% tro bay, độ cứng 55 HRC 48 Hình 29: Ảnh vết mịn cặp bi thí nghiệm với 0,3% tro bay, độ cứng 55 HRC Hình 30: Ảnh vết mịn cặp bi thí nghiệm với 0,5% tro bay, độ cứng 55 HRC Hình 31: Ảnh vết mịn cặp bi thí nghiệm với 0,75% tro bay, độ cứng 55 HRC 49 Hình 32: Biểu đồ so sánh vết mòn bi dưới, tỉ lệ tro bay 0%, 0,1%, 0,3%, 0,5%, 0,75% - độ cứng 55HRC Hình 33: Biểu đồ so sánh vết mòn bi trên, tỉ lệ tro bay 0%, 0,1%, 0,3%, 0,5%, 0,75% - độ cứng 55HRC 3.6.1.3 Kết đo độ mòn cặp bi mẫu độ cứng 60 HRC Bảng 6: Bảng tổng hợp kết đo độ mòn cặp bi mẫu bi độ cứng 60 RHC Đường kính mòn bi (mm) Tỉ lệ tro bay Vết xước bi (mm) Bi số Bi số Bi số Đường kính trung bình 0% 0,458 0,454 0,452 0,455 0,650 0,1% 0,457 0,458 0,450 0,455 0,652 0,3% 0,430 0,448 0,458 0,445 0,620 0,5% 0,420 0,413 0,412 0,415 0,520 0,75% 0,455 0,460 0,462 0,458 0,545 50 Hình 34: Ảnh vết mịn cặp bi thí nghiệm với 0% tro bay, độ cứng 60 HRC Hình 35: Ảnh vết mịn cặp bi thí nghiệm với 0,1% tro bay, độ cứng 60 HRC Hình 36: Ảnh vết mịn cặp bi thí nghiệm với 0,3% tro bay, độ cứng 60 HRC 51 Hình 37: Ảnh vết mịn cặp bi thí nghiệm với 0,5% tro bay, độ cứng 60 HRC Hình 38: Ảnh vết mịn cặp bi thí nghiệm với 0,75% tro bay, độ cứng 60 HRC Hình 39: Biểu đồ so sánh vết mịn bi dưới, tỉ lệ tro bay 0%, 0,1%, 0,3%, 0,5%, 0,75% - độ cứng 60HRC 52 Hình 40: Biểu đồ so sánh vết mòn bi trên, tỉ lệ tro bay 0%, 0,1%, 0,3%, 0,5%, 0,75% - độ cứng 60HRC Nhận xét a Thơng qua biểu đồ (hình 25), mẫu bi độ cứng 50 HRC ta thấy: - Với 0,1% tỉ lệ tro bay, đường kính trung bình vết mịn nhóm bi khơng có thay đổi độ mịn so với thí nghiệm 0% (dầu gốc) - Với tỉ lệ tro bay 0,3%, độ mịn nhóm bi có thay đổi giảm xuống Điều cho thấy mẫu bi độ cứng 50 HRC tỉ lệ 0,3% tro bay làm thay đổi đặc tính ma sát viên bi - Ở tỉ lệ tro bay 0,5%, độ mòn nhóm bi có thay đổi lớn kết tương ứng với sử dụng mẫu dầu có độ nhớt lớn - Tuy nhiên sử dụng mẫu dầu có tỉ lệ tro bay 0,75%, độ mịn nhóm bi có xu hướng tăng lên, tương ứng với việc sử dụng mẫu dầu với tỉ lệ tro bay 0,75% (độ nhớt thấp so với mẫu dầu có tỉ lệ tro bay 0,5%) b Thơng qua biểu đồ (hình 26), mẫu bi độ cứng 50 HRC ta thấy: - Với 0,1% 0,3% tỉ lệ tro bay, đường kính trung bình vết mịn mẫu bi có thay đổi khơng đáng kể độ mịn so với thí nghiệm 0% (dầu gốc) - Ở tỉ lệ tro bay 0,5%, độ mòn mẫu bi có thay đổi lớn kết tương ứng với sử dụng mẫu dầu có độ nhớt lớn - Kết mẫu dầu có tỉ lệ tro bay 0,75%, độ mịn mẫu bi có xu hướng phát triển tăng lên c Thơng qua biểu đồ (hình 32), mẫu bi độ cứng 55 HRC ta thấy: - Với 0,1% tỉ lệ tro bay, đường kính trung bình vết mịn nhóm bi có thay đổi độ mịn khơng đáng kể so với thí nghiệm 0% (dầu gốc) - Với tỉ lệ tro bay 0,3%, độ mịn nhóm bi có thay đổi giảm xuống Điều cho thấy mẫu bi độ cứng 55 HRC tỉ lệ 0,3% tro bay làm thay đổi đặc tính ma sát viên bi 53 - Ở tỉ lệ tro bay 0,5%, độ mịn nhóm bi có thay đổi lớn kết tương ứng với sử dụng mẫu dầu có độ nhớt lớn - Với tỉ lệ tro bay 0,75%, độ mịn nhóm bi có xu hướng tăng lên d Thơng qua biểu đồ (hình 33), mẫu bi độ cứng 55 HRC ta thấy: - Với 0,1%, 0,3% tỉ lệ tro bay, đường kính trung bình vết mịn mẫu bi có thay đổi giảm xuống - Ở tỉ lệ tro bay 0,5%, độ mòn mẫu bi có thay đổi lớn Điều chứng tỏ đặc tính ma sát vật liệu 55HRC độ nhớt dầu với 0,5% tro bay tham gia đáng kể làm giảm đặc tính ma sát vật liệu 55HRC - Tuy nhiên sử dụng mẫu dầu có tỉ lệ tro bay 0,75%, độ mịn mẫu bi có xu hướng tăng lên, nằm giữ khoảng mòn tỉ lệ tro bay 0,3% 0,5% e Thông qua biểu đồ (hình 39), mẫu bi độ cứng 60 HRC ta thấy: - Với 0,1%, tỉ lệ tro bay, đường kính trung bình vết mịn nhóm bi chưa có thay đổi độ mịn so với tỉ lệ 0% tro bay (dầu gốc) - Với tỉ lệ 0,3% tro bay, độ mịn nhóm bi giảm xuống - Ở tỉ lệ tro bay 0,5%, độ mịn nhóm bi có thay đổi lớn Điều chứng tỏ đặc tính ma sát vật liệu 60HRC độ nhớt dầu với 0,5% tro bay tham gia đáng kể làm giảm đặc tính ma sát vật liệu - Tuy nhiên sử dụng mẫu dầu có tỉ lệ tro bay 0,75%, độ mịn nhóm bi có xu hướng tăng lên mãnh liệt, có giá trị mịn lớn so với mẫu dầu có tỉ lệ tro bay 0,1% 0,3% f Thơng qua biểu đồ (hình 40), mẫu bi độ cứng 60 HRC ta thấy: - Với 0,1%, tỉ lệ tro bay, đường kính trung bình vết mịn mẫu bi so với tỉ lệ 0% tro bay (dầu gốc) tương đương - Với tỉ lệ 0,3% tro bay, độ mòn mẫu bi bắt đầu giảm xuống Điều chứng tỏ với tỉ lệ 0,3% tro bay đủ lượng tác động làm thay đổi độ nhớt dầu tới đặc tính ma sát vật liệu - Ở tỉ lệ tro bay 0,5%, độ mịn mẫu bi có thay đổi lớn Điều chứng tỏ đặc tính ma sát vật liệu 60HRC độ nhớt dầu với 0,5% tro bay làm giảm đặc tính ma sát vật liệu hiệu so với tỉ lệ tro bay khác - Tuy nhiên sử dụng mẫu dầu có tỉ lệ tro bay 0,75%, độ mịn mẫu bi có xu hướng tăng lên, chứng tỏ với tỉ lệ tro bay >0,5% tỉ lệ tốt để làm giảm giá trị độ mòn mẫu bi 54 3.6.1.4 Biểu đồ tổng hợp, so sánh kết thực nghiệm Hình 41: Biểu đồ so sánh đường kính trung bình vết mịn bi Hình 42: Biểu đồ so sánh độ rộng vết xước bi 3.6.2 Đánh giá kết thí nghiệm Căn vào bảng 3.3 hình 3.17, hình 3.18, hình 3.19 ta có kết thí nghiệm độ nhớt dầu sau pha trộn phụ gia cho bay với tỉ lệ từ 0%; 0,1%; 0,3%; 0,5% 0,75% Ở nhiệt độ thí nghiệm 750C cặp mẫu bi, gồm nhóm độ cứng 50HRC, 55HRC, 60HRC theo bảng 3.4, bảng 3.5, bảng 3.6, hình 3.25, hình 3.26, hình 3.32, hình 3.33, hình 3.39, hình 3.40, hình 3.41, hình 3.42 ta so sánh chiều rộng trung bình vết xước mẫu bi Cụ thể: 55 * Đối với dầu bôi trơn - Với tỷ lệ phụ gia tro bay 0,5% khối lượng bổ sung vào dầu có ảnh hưởng tích cực đến độ nhớt dầu tỷ lệ giúp dầu đạt độ nhớt cao Độ nhớt tăng đặc trưng cho khả tải dầu tăng lên Độ nhớt dầu tăng làm tăng khả tải dầu, có nghĩa làm tăng khả chống lại phá vỡ màng dầu bề mặt tiếp xúc chi tiết, làm tăng độ bền chi tiết máy - Tỉ lệ 0,5% khối lượng phụ gia tro bay, chúng hoạt động đệm bề mặt tiếp xúc làm cho bề mặt tiếp xúc lăn thay trượt hiệu ứng ổ bi gây hạt nano tro bay có dạng hình cầu chèn vào hai bề mặt tiếp xúc, dẫn đến giảm thiểu hệ số ma sát Các hạt nano làm giảm giá trị đường kính vết mịn, có tác dụng cải thiện đặc tính ngăn ngừa mài mịn chất bôi trơn Với 0,5% khối lượng phụ gia tro bay bổ sung vào chất bôi trơn, quan sát thấy giảm trung bình đường kính vết mòn bi với bi có độ cứng 50 HRC 8,8%; bi có độ cứng 55 HRC 11,2%; bi có độ cứng 60 HRC 21,2% Như với độ cứng 60 HRC có mức giảm đường kính vết mòn lớn - Tuy nhiên với gia tăng nồng độ hạt nano, lượng lớn hạt nano giảm thiểu hiệu ứng ổ bi cản trở khóa chuyển động hạt nano dẫn đến tăng tốc độ mài mòn hệ số ma sát * Đối với độ cứng mẫu bi thí nghiệm - Qua kết thí nghiệm cho thấy đặc tính ma sát vật liệu thay đổi độ cứng thay đổi Với cặp bi có độ cứng 60HRC vết mòn, xước có giá trị nhỏ so với cặp bi có độ cứng 50HRC 55HRC Điều khẳng định vật liệu có độ cứng cao nằm giới hạn cho phép khả chống chịu mài mòn tăng cao Tiêu chuẩn ASTM D4172 quy định thí nghiệm nhiệt độ 750C đảm bảo sát với điều kiện làm việc máy móc, thiết bị để xác định đường kính vết mòn Như đặc tính ma sát tiếp xúc bề mặt dầu bôi trơn sở quan trọng đánh giá tính chống mịn, tuổi thọ độ tin cậy dầu cần lựa chọn, sử dụng cho động đốt Kết nghiên cứu cho thấy việc phối hợp lựa chọn độ cứng vật liệu phù hợp chế tạo chi tiết máy lựa trọn tỉ lệ phụ gia tro bay dầu bơi trơn có tác động làm thay đổi đặc tính ma sát vật liệu Điều cho thấy ma sát vị trí tiếp xúc cặp chi tiết có chuyển động tương giảm xuống, độ mài mòn giảm giúp chi tiết máy hoạt động ổn định, hiệu giúp làm giảm chi phí cho hoạt động sửa chữa, bảo dưỡng máy móc thiết bị 56 3.7 THẢO LUẬN KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM Trong nghiên cứu này, mẫu bi có độ cứng khác hạt tro bay dầu bôi trơn làm cải thiện đặc tích ma sát tiếp xúc bề mặt chi tiết máy Sau hoàn thành nghiên cứu này, kết luận sau rút ra: - Đối với đặc tính ma sát vật liệu có độ cứng khác khẳng định vật liệu có độ cứng cao nằm giới hạn cho phép khả chống chịu mài mòn tăng cao - Với 0,5% khối lượng phụ gia tro bay bổ sung vào dầu bôi trơn gốc giá trị phù hợp với điều kiện tải trọng thí nghiệm, cải thiện đặc tính ma sát, ngăn ngừa mài mịn, giảm thiểu đường kính vết mịn bi thơng qua giảm hệ số ma sát vị trí tiếp xúc, tăng độ nhớt dầu làm cho tăng khả tải dầu, điều hiệu ứng ổ bi hình thành - Việc bổ sung thêm phụ gia tro bay dầu bôi trơn gốc với tỷ lệ > 0,5% khối lượng có ảnh hưởng xấu đến đặc tích ma sát tiếp xúc bề mặt, độ nhớt loại dầu bôi trơn 3.8 KẾT LUẬN VÀ PHƯƠNG HƯỚNG PHÁT TRIỂN 3.8.1 Kết nghiên cứu Nghiên cứu đưa mức độ ảnh hưởng độ cứng vật liệu tỷ lệ phụ gia tro bay tới đặc tính ma sát tiếp xúc bề mặt cặp chi tiết có chuyển động tương nhau, quan trọng để gia tăng tuổi thọ chi tiết máy thiết bị Các kết khẳng định thực nghiệm ảnh hưởng lớn độ cứng bề mặt đến hệ số ma sát mòn Độ cứng bề mặt cao hệ số ma sát chiều sâu mòn giảm 3.8.2 Phương hướng phát triển Trong giai đoạn nay, với phát triển mạnh mẽ ngành Kỹ thuật khí việc nghiên cứu cơng nghệ bơi trơn hợp lý giải pháp lựa chọn độ cứng vật liệu phù hợp cho thiết kế máy móc thiết bị hồn tồn thiết thực, có ý nghĩa khoa học công nghệ đem lai hiệu kinh tế cao Luận văn thực hướng nội dụng nghiên cứu, bước đầu đạt kết đáng tin cậy Trong khuôn khổ luận văn cao học nội dung nghiên cứu nằm phạm vi đề tài, cần tiếp tục nghiên cứu giải thêm nhiều vấn đề xung quanh nội dung đề tài Tuy nhiên với kết nghiên cứu tạo tảng cho việc nghiên cứu tiếp tục sau 57 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] N T Yên, "Giáo trình vật liệu khí," Nhà xuất Hà Nội, pp 1-160, 2018 [2] M Inc, "Các phương pháp đo độ cứng Rockwell, Brinell Vickers," 11/21/2019 [3] N P Hùng, "Giáo trình - Nhiên liệu vật liệu bơi trơn (Nguyễn Quang Trung)," pp 1-50, 13-04-2018 [4] C K Hà, "Lịch sử hình thành phát triển dầu nhờn công nghiệp," 12-082016 [5] C t c p HBCO, "Công ty TNHH P.A Việt Nam," 19-04-2008 [6] C.KAJDAT, "Dầu mỡ bôi trơn," Nhà xuất KHKT, 1993 [7] N M Thảo, "Tổng hợp Hữu cơ," NXB Đại học Quốc Gia Hà Nội, 2001 [8] P H Khang, "Tro bay ứng dụng xây dựng đường ô tô sân bay điều kiện Việt Nam," 2008 [9] N V Đạt, "Nghiên cứu khoa học ứng dụng tro bay," 2020 [10] TCVN10302:2014, "Phụ gia hoạt tính tro bay dùng cho bê tông, vữa xây xi măng" [11] Đ Q Huy, Đ Q Khanh and N Đ Huệ, "Nghiên cứu tác dụng tro bay nhà máy nhiệt điên Phả Lại sử dụng làm chất hấp phụ phân tích mơi trường," 2007 [12] V Ivanov and Colleague, "Effects of ashless dispersant on diesel engine performance, wear and deposits," 2015 [13] M Fakhru'l-Razi and Colleague, "Preparation of lubricating oil additive from recycled palm oil and its evaluation in tribological tests," 2015 [14] N Đ Bình and P Q Thế, "Giáo trình Ma sát, mòn bơi trơn kỹ thuật," NXB Khoa học Kỹ thuật Hà Nội, pp 9-12, 2006 [15] P N D Ý, "Giáo trình Ma sát-Mịn-Bơi trơn," Nhà xuất xây dựng, 2005 [16] N H Anh, "Các dạng mòn, phân loại mòn, nguyên nhân," 2021 [17] N V Định, "Các phương pháp làm tăng độ cứng thép Carbon," 2020 [18] P Đ Nhã and P Đ Cường, "Khảo sát ảnh hưởng độ cứng bề mặt tới ma sát mịn thép S45C điều kiện khơng bơi trơn," Tạp chí Khoa học & Cơng nghệ Số 44.2018, 2018 [19] T c A D4172, "Quy định thông số thử nghiệm máy ma sát bi," 2020 [20] A D4172, "Phương pháp thử tiêu chuẩn cho đặc tính ngăn ngừa mài mịn chất lỏng bơi trơn (Phương pháp bốn viên bi)," Bản quyền ASTM International, 100 Barr Harbor Drive, West Conshohocken, PA 19428, 2016 [21] N P Hải, "Quy trình tham khảo chế tạo viên bi thép," 2012 58