Nghiên cứu mòn hợp kim bimêtan 67ni18cr5si4b + thép c45

Luận văn, thạc sỹ, tiến sĩ, cao học, kinh tế, nông nghiệp

Nguyễn đức thành Nghiên cứu mòn hợp kim bimêtan 67ni18cr5si4b + thép c45 luận văn tHạc Sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Kỹ thuật máy và thiết bị cơ giới hoá -Nông lâm nghiệp Mã số: : 60. 52. 14 Ngời hớng dẫn khoa học: TS phan thạch hổ Hà nội -2007 Bộ giáo dục đào tạo Trờng Đại học nông nghiệp I Trng i hc Nụng nghip H Ni - Lun vn Thc s khoa hc k thut ------------------------------- i Lời cam đoan Tôi xin cam đoan các số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này là trung thực và cha hề đợc sử dụng để bảo vệ một học vị nào. Mọi sự giúp đỡ trong việc thực hiện luận văn đợc cám ơn và các thông tin trích dẫn trong luận văn này đều đ chỉ rõ nguồn gốc Tác giả luận văn Nguyễn Đức Thành Trng i hc Nụng nghip H Ni - Lun vn Thc s khoa hc k thut ------------------------------- ii Lời cảm ơn Tôi xin trân trọng cảm ơn các thầy cô giáo trong khoa Cơ điện- trờng Đại học Nông nghiệp I, Trung tâm đào tạo và ứng dụng công nghệ Cơ khí-Tự động hoá - Viện nghiên cứu cơ khí đ tạo mọi điều kiện giúp đỡ tôi học tập và hoàn thành luận văn này Tôi xin chân thành cảm ơn TS. Phan Thạch Hổ, PGS.TS Hà Minh Hùng, TS Đào Quang Kế đ hớng dẫn và giúp đỡ tôi trong quá trình làm thực nghiệm cũng nh trong suốt quá trình làm luận văn. Cho phép tôi đợc gửi lời chúc sức khoẻ các thầy cô đ giảng dạy tôi trong quá trình học tập và nghiên cứu tại trờng Đại học Nông nghiệp I và Viện nghiên cứu Cơ khí- Bộ công nghiệp. Tác giả luận văn Nguyễn Đức Thành Trng i hc Nụng nghip H Ni - Lun vn Thc s khoa hc k thut ------------------------------- iii Mục lục Lời cam đoan i Lời cảm ơn ii Mục lục . iii Danh mục các hình vẽ . iv Danh mục các bảng biểu . Vi Mở đầu 1 Chơng 1: Tổng quan về các lĩnh vực ma sát, bôi trơn và mòn 4 1.1.Tổng quan về ma sát học 4 1.2. Tổng quan về bôi trơn 9 1.3. Tổng quan về hao mòn 11 1.4. Cơ sở lý thuyết nghiên cứu lĩnh vực ma sát . 21 1.5. Cơ sở lý thuyết nghiên cứu lĩnh vực hao mòn . 35 1.6. Cơ sở lý thuyết nghiên cứu lĩnh vực bôi trơn . 56 Kết luận chơng 1 . 66 Chơng 2: Vật liệu, thiết bị thí nghiệm và phơng pháp luận nghiên cứu đề tài . 67 2.1. Vật liệu và thiết bị thí nghiệm . 67 2.1.1. Vật liệu thí nghiệm 67 2.1.2. Thiết bị thí nghiệm 70 2.2. Phơng pháp luận nghiên cứu đề tài 74 Kết luận chơng 2 81 Chơng 3: Kết quả thí nghiệm . 82 3.1. Độ mòn thực nghiệm lớp hợp kim chịu mòn 67Ni18Cr5Si4B 82 3.2. Tính toán xây dựng mô hình toán học bậc tuyến tính độ mòn lớp hợp kim chịu mòn 67Ni18Cr5Si4B . 89 3.3. Phân tích mô hình toán học hàm mục tiêu 91 Kết luận chung . 93 Tài liệu tham khảo . 94 Phụ lục 95 Trng i hc Nụng nghip H Ni - Lun vn Thc s khoa hc k thut ------------------------------- iv Danh mục hình vẽ Trang TT 1.1. Phân loại các dạng phá huỷ bề mặt chi tiết máy 15 1.2. Các dạng ma sát theo căn cứ chuyển động 23 1.3. Quan hệ năng lợng A E đối với các vùng ma sát khác nhau. 26 1.4. Ba trạng thái biến dạng ứng suất 29 1.5. Sơ đồ biến thiên hệ số ma sát phụ thuộc vào áp suất pháp tuyến f = f(p). 30 1.6. Sơ đồ biến thiên hệ số ma sát phụ thuộc vào vận tốc trợt f = f(v). 31 1.7. Đờng cong Stribech sự phụ thuộc của hệ số ma sát vào áp suất pháp tuyến và vận tốc trợt. 32 1.8. Sơ đồ lăn của đĩa tròn trên nền cố định. 33 1.9. Đồ thị nguyên tắc sự phụ thuộc độ mòn vào tốc độ trợt: U=f(v) 38 1.10. Đồ thị nguyên tắc sự phụ thuộc của độ mòn vào áp suất pháp tuyến: U = f(p). 39 1.11. Đồ thị nguyên tắc của dịch chuyển quan hệ U= f(v) khi có bôi trơn. 40 1.12. Đồ thị nguyên tắc của dịch chuyển quan hệ U = f(p) khi có bôi trơn 40 1.13 Quy luật thay đổi quá trình phá huỷ trên bề mặt ổ lăn khi thay đổi áp suất pháp và ứng suất liên quan. 41 1.14. Quy luật thay đổi quá trình phá huỷ trên bề mặt ổ lăn khi thay đổi tốc độ dịch chuyển tơng đối và nhiệt độ trong vùng tiếp xúc do nó gây ra. 42 1.15. Sơ đồ ma sát trợt của mẫu chỏm cầu 47 1.16. Sơ đồ sự trợt của vật rắn khi bôi trơn giới hạn. 58 1.17. Sơ đồ mặt cắt của bề mặt kim loại và lớp vật liệu bôi trơn lỏng. 61 Trng i hc Nụng nghip H Ni - Lun vn Thc s khoa hc k thut ------------------------------- v 1.18. Biểu đồ vận tốc trong dòng nhớt dẻo khi lăn khối trụ trên mặt có chất bôi trơn nhớt dẻo. 63 1.19. Hình dạng khe hở và biểu đồ áp suất đối với các xylanh lăn trên nhau khi giữa chúng có lớp chất bôi trơn. 64 1.20. Sơ đồ nêm dầu vi mô thuỷ động do các nhấp nhô bề mặt khi chuyển động tơng đối tạo nên. 65 2.1. Sơ đồ nguyên lý thử mòn nhanh 68 2.2. Stand thử mòn nhanh 72 2.3. Stand thử mòn nhanh 72 2.4. Stand thử mòn nhanh 73 2.5. Mẫu thử Bimêtan hợp kim chịu mòn 67Ni18Cr5Si4B +thép C45 73 3.1. Sự phụ thuộc độ mòn của lớp hợp kim 67Ni18Cr5Si4B theo tải trọng và dầu bôi trơn v = 3,663 m/s 86 3.2. Sự phụ thuộc độ mòn của lớp hợp kim 67Ni18Cr5Si4B theo tải trọng và dầu bôi trơn v = 4,663 m/s 86 3.3. Sự phụ thuộc độ mòn của lớp hợp kim 67Ni18Cr5Si4B theo tải trọng và dầu bôi trơn v = 5,663 m/s 87 3.4. Sự phụ thuộc độ mòn của lớp hợp kim 67Ni18Cr5Si4B theo tốc độ chạy rà có tải và loại dầu bôi trơn: P = 100 MPa 87 3.5. Sự phụ thuộc độ mòn của lớp hợp kim 67Ni18Cr5Si4B theo tốc độ chạy rà có tải và loại dầu bôi trơn: P = 200aMPa 88 3.6. Sự phụ thuộc độ mòn của lớp hợp kim 67Ni18Cr5Si4B theo tốc độ chạy rà có tải và loại dầu bôi trơn: P = 300 MPa 88 Trng i hc Nụng nghip H Ni - Lun vn Thc s khoa hc k thut ------------------------------- vi Danh mục bảng biểu Trang TT 1.1. Quan hệ cấp độ mòn và các nhóm biến dạng 50 1.2. Hệ số K t xác định theo và t f 52 1.3. Giá trị thông số ma sát tiếp xúc mỏi t f khi trợt trên thép không có chất bôi trơn. 52 2.1. Kết quả đo kiểm các mẫu thí nghiệm 69 2.2. Thông số chỉ tiêu chất lợng của một số loại dầu bôi trơn 71 3.1. Các thông số thực nghiệm đạt đợc 84 3.2. Kết quả tính toán giá trị trung bình và sai số tích luỹ của độ mòn lớp hợp kim 67Ni18Cr5Si4B 90 3.3. Kết quả tính toán sai lệch bình phơng trung bình và phơng sai tiêu chuẩn của độ mòn lớp hợp kim 67Ni18Cr5Si4B 90 3.4. Kết quả đo và tính toán xác định độ mòn lớp hợp kim 67Ni18Cr5Si4B 92 Trng i hc Nụng nghip H Ni - Lun vn Thc s khoa hc k thut -------------------------- 1 Mở đầu Để phục vụ sự nghiệp Công nghiệp hoá và Hiện đại hoá đất nớc Việt nam trong thời kỳ đổi mới hiện nay, chúng ta không thể không nghiên cứu và ứng dụng các tiến bộ khoa học kỹ thuật và công nghệ cao của nớc ngoài vào sản xuất trong nớc. Mục tiêu cơ bản của các chơng trình trọng điểm Nhà nớc về nội địa hoá một số sản phẩm cơ khí là chúng ta phải tự chế tạo chúng với tiêu chuẩn quốc tế theo các công nghệ mới, có hàm lợng khoa học kỹ thuật cao, phục vụ cho nhiều ngành công nghiệp. Hiện nay, trong mọi lĩnh vực của các ngành kinh tế Việt nam, đa số các máy móc, thiết bị đơn lẻ hoặc dây chuyền công nghệ đồng bộ đều phải nhập từ nớc ngoài với nhiều xuất xứ khác nhau nh: Anh, Mỹ, Đức, Thuỵ điển, Nhật Bản, Italia, Liên xô cũ .v.v. Tất cả các phụ tùng thay thế của các máy móc kể trên, trong đó có bạc trợt các loại hiện nay đều phải nhập các lô hàng lẻ, giá thành cao, không chủ động nguồn hàng. Việc nhập khẩu 100% phụ tùng đó đồng thời không khuyến khích việc tổ chức và phát triển công nghiệp chế tạo phụ tùng trong nớc, mặc dù chúng ta có đủ tiềm lực về khoa học công nghệ (KHCN) nội sinh có thể nghiên cứu và ứng dụng các loại hình công nghệ cao của nớc ngoài để tự chế tạo chúng ngay tại trong nớc, đạt tính năng và yêu cầu kỹ thuật tơng đơng sản phảm nhập ngoại. Hiện nay, Bộ công nghiệp đ có dự án nội địa hoá một số sản phẩm cơ khí bằng vật liệu mới phục vụ cho ngành chế tạo máy và phụ tùng ô tô, xe máy .v.v.giai đoạn 2000-2010 trên cơ sở chính sách khuyến khích phát triển công nghiệp trong nớc, giảm nhập khẩu. Mục tiêu chính sách này là sự tham gia của Việt nam vào AICOS (Asean Industrial Coporration Scheme) và AFTA (Asean Free Tax Assosiation) đ đợc khẳng định bởi vì hiện nay nớc ta đ và đang tiến hành từng bớc đối với các mặt hàng cụ thể để ta có thể hội nhập vào chơng trình phân công sản xuất trong khu vực Đông Nam á . Trng i hc Nụng nghip H Ni - Lun vn Thc s khoa hc k thut -------------------------- 2 Để đạt đợc mục tiêu trên, ta phải có nền khoa học công nghệ chế tạo máy tiên tiến. Mòn của máy móc thiết bị là một trong những vấn đề cấp thiết nhất hiện nay. Chi phí cho việc sửa chữa máy móc do mòn là rất lớn và tăng lên hàng năm. Trong thực tế, thiệt hại do máy móc phải dừng làm việc do mòn để sửa chữa và chính quá trình sửa chữa là rất lớn. Trung bình, cứ 05 công nhân trong lĩnh vực công nghiệp thì có 01 ngời làm công việc sửa chữa, hàng loạt các máy công cụ chế tạo ra chỉ nhằm phục vụ việc sửa chữa. Trên thế giới, kỹ thuật bôi trơn và ma sát học không ngừng phát triển gắn liền với việc ra đời của các ngành công nghiệp khác nhau nh: chế tạo động cơ điêzen, gia công kim loại, khai thác mỏ, công nghiệp nhẹ, năng lợng, giao thông vận tải, quân sự, vũ trụ, máy móc trong nông nghiệp .v.v. Tại Việt Nam, để hoàn thành mục tiêu công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nớc, trong đó có công nghiệp chế tạo phụ tùng thay thế trong giai đoạn 2000-2020 là rất cấp thiết và cần phải tạo đợc bớc phát triển mới trong nghiên cứu khoa học cơ bản và khoa học công nghệ. Một trong những hớng trọng tâm của Đề tài nghiên cứu Khoa học cấp Nhà nớc giai đoạn 1996- 2000 về công nghệ gia công kim loại bằng áp lực (m số KC.05-06) do Viện Nghiên cứu Cơ khí chủ trì thực hiện là nghiên cứu ứng dụng công nghệ tiên tiến để tạo băng Composit nhiều lớp từ kim loại bột làm bạc trợt cho máy móc động lực, nông nghiệp, giao thông vận tải, khai thác hải sản và các ngành công nghiệp khác. Việc nghiên cứu áp dụng công nghệ mới này nhằm mục đích tạo ra một loạt sản phẩm trên nền vật liệu mới đòi hỏi phải có phơng pháp thử nghiệm nhanh, mức chất lợng sản phẩm chế thử và đánh giá chúng một cách khoa học nhất định. Phơng pháp đánh giá một hàm mục tiêu thể hiện chất lợng sản phẩm thông qua mô hình toán học sự phụ thuộc của hàm đó theo một số thông số công nghệ đ tạo ra sản phẩm hoặc chế độ công tác trong điều kiện Trng i hc Nụng nghip H Ni - Lun vn Thc s khoa hc k thut -------------------------- 3 bôi trơn ma sát nhất định bằng thực nghiệm là rất phù hợp với điều kiện kinh tế x hội Việt Nam hiện nay. Tôi xin trình bày tóm tắt nội dung luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật nh sau: 1. Tổng quan về lĩnh vực ma sát, bôi trơn và mòn. 2. Cơ sở lý thuyết nghiên cứu lĩnh vực ma sát, bôi trơn và mòn 3. Lựa chọn phơng pháp và thiết bị thí nghiệm nghiên cứu ảnh hởng của các thông số chính nh: tải trọng làm việc P, tốc độ trợt v, chế độ bôi trơn (độ nhớt động của dầu bôi trơn) đến độ mòn U trong bộ đôi ma sát của vật liệu hợp kim 67Ni18Cr5Si4B trên nền thép C45. 4. Lựa chọn hàm mục tiêu đánh giá chất lợng sản phẩm là độ mòn U của lớp hợp kim 67Ni18Cr5Si4B trên nền thép C45 phụ thuộc vào các yếu tố p, , v 5. Xây dựng mô hình toán học hàm mục tiêu chất lợng sản phẩm phụ thuộc vào sự ảnh hởng riêng biệt và cặp đôi cùng đồng thời của các thông số không phụ thuộc nh: p, v, ; p, v; p, ; v, để có thể đánh giá khả năng làm việc của loại vật liệu mới đang đợc nghiên cứu ứng dụng ở chế độ bôi trơn ma sát và tải trọng trong vùng các giá trị quy hoạch thực nghiệm Khi có điều kiện sẽ phát triển hớng nghiên cứu lý thuyết về bôi trơn ma sát áp dụng cho các cặp ma sát trên cơ sở vật liệu hợp kim có thành phần mới, đáp ứng nhu cầu đa dạng hoá sản phẩm và nâng cao tải trọng, tuổi thọ .v.v. . mòn nhanh 68 2.2. Stand thử mòn nhanh 72 2.3. Stand thử mòn nhanh 72 2.4. Stand thử mòn nhanh 73 2.5. Mẫu thử Bimêtan hợp kim chịu mòn 67Ni18Cr5Si4B +thép. Nguyễn đức thành Nghiên cứu mòn hợp kim bimêtan 67ni18cr5si4b + thép c45 luận văn tHạc Sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Kỹ thuật