Tìm hiểu khả năng dùng vật liệu XADO để khôi phục bề mặt cổ trục bằng phương pháp lăn miết, chương 12 pdf

- 1 - CHƯƠNG 12: LĂN MIẾT VÀ TÁC DỤNG C ỦA LĂN M I ẾT I. CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA PHƯƠNG PHÁP LĂN MIẾT I.1 Sai lệch mạng tinh thể- bản chất của biến dạng dẻo Trong cấu trúc mạng tinh thể luôn luôn tồn tại dao động nhiệt và các sai hỏng trong trật tự sắp xếp của các nguyên tử (ion, phân tử). Những sai hỏng đó được gọi là sai lệch mạng tinh thể hay khuyết tật mạng. Các tính chất biến cứng, b i ến dạng dẻo của vật liệu đều đo sai lệch mạng quy đ ị nh Phụ thuộc vào kích thước theo 3 chiều trong không gian mà sai l ệch mạng được chia thành: Sai lệch điểm, đường, mặt và khố i . I.1.1 Sai lệch đ i ểm Đó là loại sai lệch có kích thước rất nhỏ (cỡ kích thước nguyên t ử) theo 3 chiều không gian. Một số sai lệch điểm điển hình là nút trống, nguyên tử xen kẽ, nguyên tử tạp chấ t a) b) e) - 2 - c) d) f) Hình 2-1: Sai lệch trong m ạng tinh t hể a. Nút trống Frenkel. b. Nút trống Scho tt ky - 50 - c,d. Nguyên tử xen kẽ và thay t hế. e,f. Sai lệch điểm Schottky và Frenkel trong m ạng i on. I.1.2. Sai lệch đường-Lệch Sai lệch đường, thường gọi là lệch có kích thước rất nh ỏ (cỡ kích t hước nguyên tử) theo 2 chiều và rất lớn theo chiều thứ ba trong tinh t hể. Lý thuyết đường lệch là cơ sở lý thuyết độ bền. Dựa vào lý thuy ết này, có t hể giải thích nhiều vấn đề cơ tính của kim lo ại và hợp k i m. Lệch đường gồm 3 loại c ơ bản l à : Lệch biên: Có thể hình dung lệch biên được tạo thành bằng cách tr ượt ép mô t ả hình dưới đây như sau: Cắt tinh thể theo mạt phẳng P, ép phần phía trên mặ t phẳng P sao cho phía phải dịch đi một đoạn bằng hằng số mạng, phía trái vẫn g i ữ nguyên vị trí cũ. - 51 - Hình2-2 : Mô hình tạo lệch trên m ạng tinh t hể.  Lệch xoắn: Có thể hình dung bằng mô hình trượt ép (hình v ẽ dưới). Cắ t tinh thể lý tưởng theo một nửa mặt phẳng ABCD (hình 2-3a). Xê dịch hai mép ngoài ngược chiều nhau sao cho các nguyên t ử mặt ngoài xê dịch một đoạn bằng hằng số mạng theo đường CD. - 52 - a) b) Hình 2-3: Mô hình tạo lệch xoắn (a) và sự sắp xếp xung quanh đường lệch (b)  Lệch hỗn hợp: Là lệch bao gồm cả lệch biên và lệch xoắn I.1.3 Sai lệch mặt Sai lệch mặt là loại sai lệch có kích thước lớn theo 2 chiều và nh ỏ theo ch i ều thứ ba. Trong tinh thể, sai lệch mặt chủ yếu là biên giới hạt, biên giới siêu hạt, sa i lệch xếp, mặt đối tinh và mặt ngoài tinh t hể. a) b) c) Hình2-4: Mô hình sắp xếp nguyên tử trong biên giới hạt (a), Mô hình biên g i ớ i hạt mang hai chiều tạo nên những viên bi - 53 - ( b) và ảnh tế vi của biên giới hạt của vật liệu đa tinh thể (c). I.1.4 Sai lệch khố i Những sai lệch có kích thước lớn theo 3 chiều trong mạng tinh th ể gọi là sa i lệch khối. Từ khía cạnh “vi mô”, có thể kể các sai lệch khối như là các pha t hứ - 54 - hai tồn tại trên nền hợp kim. Đây là những sai lệch cố ý được tạo ra với mục đ í ch nâng cao độ bền, cải thiện tính chất theo ý muốn. Tuỳ thuộc vào cấu trúc, h ì nh thái tồn tại kích thước (hình 2-4) mà hiệu quả hoá bền của pha thứ hai này sẽ khác nhau. a) b) c) Hình 2-5: Sai lệch khối do pha thứ hai: Liền mạng (a), bán li ền mạng (b) và không liền mạng (c). I.2 Biến dạng dẻo và hoá bền bi ến dạng. Biến dạng dẻo là biến dạng dư, bắt đầu khi ngoại lực đạt t ới giá trị giới hạn- giới hạn ch ảy  C (lúc định luật Húc mất hiệu lực) và không mất đi khi bỏ t ả i . Biến dạng dư có được do sự dịch chuyển nguyên tử, nhờ phá v ỡ các liên kết ban đầu rồi lập lại các liên kết với các lân cận m ới, để khi bỏ tải nguyên tử không t rở về vị trí xuất phát mà cấu trúc vật liệu vẫn được bảo t oàn. Ứng suất b  b c  c ,  0,2  e a - 55 - 0 Biến dạng    Hình 2-6: Đường cong ứng suất- biến dạngOa. Biến dạng đàn hồi (  e -Gi ới hạn đàn hồi, giới hạn tỉ lệ); ab. Biến d ạng dẻo đồng đều (  C -Gi ới hạn chảy,  0, 2 - - 56 - 3 Giới hạn chảy qui ước,  b -Gi ới hạn bền kéo); bc. Biến d ạng dẻo cục bộ và phá hủy (  - Biến dạng dư sau phá hủy). Hoá bền biến dạng là hiện tượng một vật liệu bị biến dạng d ẻo trở nên cứng và bền hơn, thường được dùng để cải thiện cơ tính của vật li ệu và có thể khử bỏ nhờ nhiệt luyện thích hợp (giai đoạn ab) Có thể giải thích chi tiết về hiện tượng hoá bền biến d ạng dựa trên đường cong biến dạng của đơn tinh thể, mô tả mối quan hệ giữa ứng su ất trượt  và độ xê dịch  (hình vẽ)  3   2    1  3      1 2      a) b) c) d) Hình 2-7: Đường cong biến dạng đơn tinh th ể vớ i a. Mạng lập phương tâm mặ t b. Mạng sáu phương xếp chặ t c. Mạng lập phương tâm khố i d. Hiện tượng “răng chảy” Biến dạng dẻo của đơn tinh thể nói chung gồm 3 giai đoạn, với đặc điểm hoá - 57 - bền khác nhau như trên (hình vẽ)  Giai đoạn 1: Hoá bền tuyến tính v ới tốc độ nhỏ  Giai đoạn 2: Hoá bền tuyến tính v ới tốc độ l ớn.  Giai đoạn 3: Hoá bền parabo l . Trong giai đoạn 1, khi ứng suất vượt quá giá trị giới hạn, các lệch mạng t ừ nguồn chuyển động khắp mặt trượt sơ cấp cho đến khi gặp mặt trượt tự do. Trường hợp không b ị cản trở tương ứng với đoạn thẳng nằm ngang. Khi có cản trở (ví dụ tương tác giữa các lệch trượt) đoạn thẳng sẽ dốc v ới độ nghiêng nhỏ ( d  / d   10 4 G ) do cần bổ xung thêm ứng suất để lệch tiếp tục tr ượt được, đó l à [...]... tiết…) Mặt khác có thể tìm ra được hướng chuyển động lệch phù hợp khi tiến hành gia công bề mặt chi tiết bằng biến dạng dẻo, phương pháp khuếch tán các nguyên tử khác vào vật liệu kim loại I.3 Các tính chất năng lượng bề mặt vật rắn - 61 - Một trong những yếu tố quan trọng ảnh hưởng lớn đến ma sát là bề mặt vật rắn Có thể khảo sát sơ bộ các tính chất cơ bản của bề mặt vật rắn I.3.1 Các dạng bề mặt của vật. .. lớp bề mặt  Cỡ vĩ mô, dựa trên biến dạng, trạng thái bề mặt, đặc tính và ứng suất Năng lượng và hoạt tính của lớp bề mặt phụ thuộc vào các nhân tố sau: - Chế độ công nghệ quá khứ - Các yếu tố vận hành - Các yếu tố của môi trường - 63 - a) b) - 64 - c) d) Hình 2-8: Dạng cấu trúc bề mặt vật rắn a Bề mặt có liên kết nguyên tử b Bề mặt có liên kết giữa các nguyên tử c Bề mặt có liên kết ion d Bề mặt vật. .. các khu vực, nếu như vật thể được cấu trúc bởi các phân tử phân cực trên bề mặt sẽ có hiện tượng tập trung điện tích, nhưng ở cường độ yếu  Bề mặt có liên kết ion, các loại bề mặt sẽ có sự tập trung điện tích và xuất hiện các hiện tượng, tác dụng của các điện trường này vượt ra khỏi cả bề mặt làm cho các bề mặt có đặc tính đặc biệt- Thường gọi là hiện tượng bề mặt  Các bề mặt vật rắn có liên kết kim... Người ta phân loại các dạng bề mặt dựa trên các thang về kích cỡ  Cỡ phân tử  Cỡ vi mô  Cỡ vĩ mô Khi phân loại các bề mặt ở tầm cỡ phân tử, ta có các liên kết bề mặt với các dạng đây: sau - 62 -  Các bề mặt vật rắn có liên kết nguyên tử, không có sự tập trung các điện tử, không xuất hiện trường điện tử ở các lớp mặt, bề mặt các chi tiết không có hoạt tính  Các bề mặt vật rắn có liên kết phân tử,... khi vật liệu đã bị biến dạng dẻo nhiều ( >>1%) như một số kim loại Các dạng phá hủy khác đều trải qua 2 giai đoạn: tạo vết nứt và phát triển vết nứt Như vậy, toàn bộ cơ sở lý thuyết sai lệch mạng tinh thể cũng như lý thuyết biến dạng và hoá bền biến dạng cho phép ta tìm ra mối quan hệ định tính giữa các thông số động lực học (ngoại lực tác dụng và giới hạn của ngoại lực tác dụng đến độ bền bề mặt. .. ngoại lực đủ để kích thích nguồn tạo lệch trong các hạt lân cận hoạt động Cứ như vậy quá trình biến dạng dẻo được thực hiện từ hạt này sang hạt khác Tiếp tục khảo sát đường cong ứng suất- biến dạng của vật liệu Giai đoạn bc được gọi là giai đoạn biến dạng dẻo cục bộ và phá hủy Phá hủy là sự tách đứt vật thể do liên kết nguyên tử (ion, phân tử) bị phá vỡ, xảy ra khi ứng suất đạt giá trị giới hạn bền kéo... tiếp tục tăng ứng suất để nguồn hoạt động tạo biến dạng, làm cho hoá bền biến dạng tăng gấp hàng chục lần so với giai đoạn 1 Tương tác giữa hai hệ trượt tạo ra cấu trúc lệch kiểu ô lưới 3 chiều rất không đồng nhất ở giai đoạn này, mà tường ngăn các ô là những búi lệch với mật độ rất cao Ở giai đoạn 3, hóa bền biến dạng vẫn tiếp tục nhưng với tốc độ giảm hơn do quá trình thải bền, đồng thời xảy ra khi... phần của lệch tách đã được hợp nhất thành đoạn lệch hoàn - 59 - chỉnh, quá trình này cần có năng lượng khuyết tât xếp cao Sự thải bền đó được gọi là phục hồi động học, dẫn đến quan hệ phi tuyến và giai đoạn 3 có tên là hoá bền parabol Đối với đa tinh thể thì hiện tượng hoá bền biến dạng lớn gấp hàng chục lần đơn tinh thể Sở dĩ như vây vì trong đa tinh thể các hạt có định hướng khác nhau và biên giới... gó với mặt trượt Trong khi đó các lệch cùng dấu sắp xếp lại trật tự, làm cho các phần tinh thể kề nhau bị quay hoặc nghiêng với nhau Các quá trình đã làm cho cấu trúc ô lệch hoàn thiện hơn Tường ngăn ô có thể giảm mật độ lệch và trật tự hơn, trong khi bền trong ô thì nghèo lệch Trượt ngang xảy ra nếu một phần của lệch tách đã được hợp nhất thành đoạn lệch hoàn - 59 - chỉnh, quá trình này cần có năng. ..- 58 - hoá bền biến dạng Do hóa bền nhỏ và trượt chủ yếu trên mặt sơ cấp nên giai đoạn 1 gọi là giai đoạn trượt đơn giản Lệch tự do và uốn khúc đa dạng là hình thái chủ yếu của cấu trúc lệch Giai đoạn 2 được gọi là trượt phức tạp, bắt đầu . t rường. - 63 - a) b) - 64 - c) d) Hình 2-8: Dạng cấu trúc bề mặt vật rắn. a. Bề mặt có liên kết nguyên t ử. b. Bề mặt có liên kết giữa các nguyên t ử c. Bề mặt có liên kết i on d. Bề mặt vật rắn kim l oạ i . tính chất năng lượng bề mặt vật rắn. - 61 - Một trong những yếu tố quan trọng ảnh hưởng lớn đến ma sát là b ề mặt vậ t rắn. Có thể khảo sát sơ bộ các tính chất cơ bản c ủa bề mặt vật rắn. I.3.1. chi tiết…). Mặt khác có thể tìm ra được hướng chuyển động lệch phù hợp khi tiến hành gia công bề mặt chi tiết bằng b i ến dạng dẻo, phương pháp khuếch tán các nguyên tử khác vào vật liệu kim l oạ i . I.3