MAI CHÍ TÂM – 12104213 GVHD: TRẦN THẾ SAN Bài tập 1: Hãy tìm hiểu quan hệ chất lượng bề mặt thép tốc độ ăn mòn Tìm hiểu sơ lược ăn mòn: - Về nghĩa rộng ăn mòn dùng phá huỷ vật liệu bao gồm kim loại vật liệu phi kim loại có tương tác hố học vật lý chúng với mơi trường ăn mòn gây Có thể đơn cử số tượng ăn mòn sau: + Sự chuyển hố thép thành gỉ thép thép tiếp xúc với không khí ẩm + Sự rạn nứt đồng thau, kim loại đồng tiếp xúc với môi trường amoniac + Sự lão hoá vật liệu polyme tác dụng tia cực tím, tác dụng dung mơi, nhiệt độ v.v + Sự ăn mòn thuỷ tinh môi trường kiềm gây v.v - Ở quan tâm đến vấn đề ăn mòn kim loại, kim loại vật liệu sử dụng phổ biến ngành cơng nghiệp, có số ưu điểm hẳn vật liệu khác: độ dẫn nhiệt, dẫn điện cao; độ bền học cao, độ co giảm, độ kháng kéo cao; độ bền nhiệt cao đặc biệt từ dễ dàng chế tạo thiết bị, máy móc v.v Dạng ăn mòn kim loại phổ biến gỉ sắt Gỉ sắt (có thành phần Fe 2O3.nH2O) không bền xốp nên không bảo vệ sắt khỏi bị ăn mòn Hằng năm khoảng 10% kim loại khai thác bị ăn mòn, khơng sử dụng Có thể chống ăn mòn kim loại cách sơn, tráng men, tạo màng bảo vệ, mạ lớp kim loại khó bị ăn mòn crom, niken cách sử dụng protectơ Hình: Gỉ sắt - ví dụ quen thuộc ăn mòn - Do tính ưu việt vốn có kim loại kim loại xâm nhập vào hầu hết ngành công nghiệp dùng để chế tạo thiết bị, cấu kiện, máy móc ngành sau đây: khí chế tạo máy; cơng nghiệp lượng - nhà máy nhiệt điện; nhà máy điện ngun tử; cơng nghiệp quốc phòng - chế tạo vũ khí; cơng nghiệp hàng khơng - chế tạo máy bay; giao thông vận tải - chế tạo phương tiện giao thông: tầu biển, ô tô, xe hoả, cầu cống v.v ; công nghiệp xây dựng: xây dựng nhà, đặc biệt nhà cao tầng khu ven biển, cầu cảng; cơng nghiệp dầu khí - thiết bị khai thác chế biến dầu khí v.v Sự ăn mòn ngầm hiểu ăn mòn kim loại tác động hoá học vật lý mơi trường xâm thực làm suy giảm tính chất vật liệu làm giảm chất lượng, giảm thời gian khai thác máy móc, thiết bị cấu kiện, đương nhiên gây tổn thất lớn kinh tế quốc gia, đặc biệt Trang MAI CHÍ TÂM – 12104213 GVHD: TRẦN THẾ SAN nước có cơng nghiệp phát triển Vậy việc nghiên cứu ăn mòn bảo vệ kim loại vấn đề có ý nghĩa khoa học thực tiễn - Về định nghĩa ăn mòn kim loại phát biểu nhiều dạng khác Trên quan điểm nhìn nhận vấn đề ăn mòn kim loại phá huỷ kim loại gây thiệt hại thì: ăn mòn kim loại q trình làm giảm chất lượng tính chất kim loại tương tác chúng với môi trường xâm thực gây Song cần phải lưu ý mục đích hồn thiện sản phẩm đơi tượng ăn mòn lại có tác dụng tích cực Ví dụ oxi hố nhơm để tạo bề mặt nhơm có lớp oxit nhơm bền vững chống lại ăn mòn nhôm môi trường gây ra, mặt khác làm tăng vẻ đẹp, trang trí cho sản phẩm Việc xử lý bề mặt kim loại phương pháp hố học điện hố để làm tăng độ bóng sản phẩm, gắn liền với hồ tan bề mặt kim loại (đánh bóng sản phẩm thép khơng gỉ, đánh bóng vật mạ trước mạ điện v.v ) Hình: Ăn mòn thép - Trong điều kiện dùng định nghĩa sau ăn mòn kim loại: Ăn mòn kim loại phản ứng không thuận nghịch xảy bề mặt giới hạn vật liệu kim loại môi trường xâm thực gắn liền với mát tạo bề mặt kim loại thành phần mơi trường cung cấp - Nếu xem tượng ăn mòn kim loại xảy theo chế điện hố ăn mòn kim loại định nghĩa sau: Ăn mòn kim loại trình xảy phản ứng oxi hoá khử mặt giới hạn tiếp xúc kim loại mơi trường chất điện li, gắn liền với chuyển kim loại thành ion kim loại đồng thời kèm theo khử thành phần môi trường sinh dòng điện Phân loại dạng ăn mòn a Theo chế trình ăn mòn - Ăn mòn hố học : q trình ăn mòn tác dụng hố học kim loại với mơi trường - Ăn mòn điện hố: q trình ăn mòn tác dụng điện hố học kim loại với môi trường; phản ứng điện hóa xảy vùng khác bề mặt kim loại: vùng anốt vùng catốt Tốc độ ăn mòn phụ thuộc vào điện điện cực kim loại, mơi trường ăn mòn, nhiệt độ … b Theo điều kiện q trình ăn mòn Trang MAI CHÍ TÂM – 12104213 GVHD: TRẦN THẾ SAN - Ăn mòn khí : ăn mòn kim loại khí thường xảy nhiệt độ cao - Ăn mòn khí : ăn mòn kim loại khí tự nhiên - Ăn mòn chất điện giải : ăn mòn kim loại xảy chất lỏng dẫn điện - Ăn mòn đất - Ăn mòn dòng điện ngồi: ăn mòn điện hố tác dụng dòng điện chiều bên ngồi - Ăn mòn tiếp xúc: dạng ăn mòn điện hố gây kim loại có điện khác tiếp xúc với - Ăn mòn ứng suất: dạng ăn mòn tác dụng đồng thời mơi trường ăn mòn ứng suất học - Ăn mòn sinh vật: số môi trường số vi sinh vật hoạt động tiết chất làm tăng q trình ăn mòn c Theo đặc trưng dạng ăn mòn * Ăn mòn tồn bộ: tồn bề mặt kim loại bị ăn mòn - Ăn mòn đều: tốc độ ăn mòn bề mặt kim loại - Ăn mòn khơng đều: tốc độ ăn mòn khơng bề mặt kim loại - Ăn mòn chọn lựa: phá huỷ pha cấu trúc hợp kim, hay cấu tử hợp kim * Ăn mòn cục bộ: vài phần bề mặt kim loại bị ăn mòn - Ăn mòn vết: tạo thành vết dài bề mặt kim loại - Ăn mòn hố: ăn mòn tạo thành hố có chỗ sâu, chỗ nơng - Ăn mòn điểm: ăn mòn dạng điểm khác đường kính 0,1 – 1,2 mm - Ăn mòn bề mặt: ăn mòn ban đầu bề mặt ưu tiên bề mặt - Ăn mòn tinh thể: ăn mòn nguy hiểm khơng thay đổi dạng bề mặt bên ngoài, làm giảm nhanh độ bền độ dẻo kim loại - Ăn mòn nứt: tác động đồng thời hai nhân tố ăn mòn học Kim loại nứt giới hạn hạt mà xuyên qua tinh thể Tốc độ ăn mòn Có loại tốc độ ăn mòn thường gặp là: - Độ giảm khối lượng mẩu/ đơn vị diện tích/ đơn vị thời gian: nghĩa tính theo lượng kim loại (tính theo gam) bị ứng với đơn vị thờigian đơn vị diện tích mẫu (về đơn vị theo quy ước) theo cơng thức sau: - Độ sâu ăn mòn/ đơn vị thời gian hay bề dày lớp kim loại ăn mòn/ đơn vị thời gian: Trong đó: S diện tích (m2) A nguyên tử lượng nguyên kim loại (g/mol) Trang MAI CHÍ TÂM – 12104213 GVHD: TRẦN THẾ SAN F số Faraday (F = 96500 C/mol) i mật độ dòng ăn mòn (A/m2) n số điện tử trao đổi d khối lượng riêng kim loại (g/cm³) Quan hệ chất lượng bề mặt thép tốc độ ăn mòn a Ảnh hưởng chất lượng bề mặt đến tính tốc độ mòn học * Ảnh hưởng độ nhám bề mặt Do thông thường bề mặt hai chi tiết tiếp xúc có nhấp nhơ tế vi nên giai đoạn đầu trình làm việc, hai bề mặt tiếp xúc số đỉnh cao nhấp nhơ; diện tích tiếp xúc thực phần diện tích tính tốn Hình 2.3- Mơ hình bề mặt tiếp xúc Tại đỉnh tiếp xúc đó, áp suất lớn, thường vượt giới hạn chảy, có vượt giới hạn bền vật liệu áp suất làm cho điểm tiếp xúc bị nén đàn hồi làm biến dạng dẻo nhấp nhơ, biến dạng tiếp xúc Khi hai bề mặt có chuyển động tương xảy tượng trượt dẻo đỉnh nhấp nhô, đỉnh nhấp nhô bị mòn nhanh làm khe hở lắp tăng lên tượng mòn ban đầu Trong điều kiện làm việc nhẹ vừa, mòn ban đầu làm cho chiều cao nhấp nhơ giảm 65 ÷ 75%; lúc diện tích tiếp xúc thực tăng lên áp suất tiếp xúc giảm Sau giai đoạn mòn ban đầu (chạy rà) này, q trình mài mòn trở nên bình thường chậm, giai đoạn mòn bình thường (giai đoạn này, chi tiết máy làm việc tốt nhất) Cuối giai đoạn mòn kịch liệt, bề mặt tiếp xúc bị tróc ra, nghĩa cấu trúc bề mặt chi tiết máy bị phá hỏng Mối quan hệ lượng mòn thời gian sử dụng cặp chi tiết ma sát với tùy theo độ nhám bề mặt ban đầu biểu thị sau: Độ mòn cba [u] 0t3 t2 t1T3T2T1 Trang Hình 2.4- Q trình mài mòn cặp chi tiết MAI CHÍ TÂM – 12104213 GVHD: TRẦN THẾ SAN Các đường đặc trưng a, b, c ứng với ba độ nhám ban đầu khác bề mặt tiếp xúc Đường đặc trưng c, cặp chi tiết có độ nhẵn bóng bề mặt ban đầu nên giai đoạn mòn ban đầu xảy nhanh nhất, cường độ mòn lớn giai đoạn mòn ban đầu Thực nghiệm chứng tỏ rằng, giảm tăng độ nhám tới trị số tối ưu, ứng với điều kiện làm việc chi tiết máy đạt lượng mòn ban đầu nhất, qua đó, kéo dài tuổi thọ chi tiết máy (Đường ứng với điều kiện làm việc nhẹ Đường ứng với điều kiện làm việc nặng) Lượng mòn ban đầu ứng với giá trị Ra điểm R a1, Ra2 giá trị tối ưu Ra Nếu Ra nhỏ giá trị tối ưu Ra1, Ra2 bị mòn kịch liệt phấn tử kim loại dễ khuếch tán Ngược lại, giá trị Ra lớn trị số tối ưu R a1, Ra2 lượng mòn tăng lên nhấp nhơ bị phá vỡ cắt đứt * Ảnh hưởng lớp biến cứng bề mặt - Lớp biến cứng bề mặt chi tiết máy có tác dụng nâng cao tính chống mòn - Biến cứng bề mặt làm hạn chế khuếch tán ơxy khơng khí vào bề mặt chi tiết máy để tạo thành ôxyt kim loại gây ăn mòn kim loại Ngồi ra, biến cứng hạn chế q trình biến dạng dẻo tồn phần chi tiết máy, qua hạn chế tượng chảy tượng mài mòn - Ngồi phương pháp gia công cắt gọt, người ta dùng phương pháp gia công biến dạng dẻo để biến cứng bề mặt: phun bi, lăn bi, nong ép * Ảnh hưởng ứng suất dư lớp bề mặt - Ứng suất dư lớp bề mặt chi tiết máy nói chung khơng có ảnh hưởng đáng kể tới tính chống mòn chi tiết máy làm việc điều kiện ma sát bình thường b Ảnh hưởng tới tính ăn mòn hóa học lớp bề mặt chi tiết máy * Ảnh hưởng độ nhám bề mặt Trang MAI CHÍ TÂM – 12104213 GVHD: TRẦN THẾ SAN - Các chỗ lõm bề mặt độ nhám tạo nơi chứa tạp chất axit, muối Các tạp chất có tác dụng ăn mòn hóa học kim loại Q trình ăn mòn hóa học lớp bề mặt chi tiết theo sườn nhấp nhơ hình thành nhấp nhơ - Như vậy, bề mặt chi tiết máy nhám bị ăn mòn hóa học (vì khả chứa tạp chất ít), bán kính đáy nhấp nhơ lớn khả chống ăn mòn hóa học lớp bề mặt cao - Có thể chống ăn mòn hóa học cách phủ lên bề mặt chi tiết máy lớp bảo vệ phương pháp mạ phương pháp khí làm lớp bề mặt * Ảnh hưởng lớp biến cứng bề mặt Biến cứng tăng tính chống ăn mòn giảm biến cứng tăng thay đổi hạt không đồng Hạt ferrit biến dạng nhiều hạt peclit, điều làm cho lượng nâng cao không điện tích hạt thay đổi khác Hạt ferrit biến cứng nhiều trở thành anốt Hạt peclit bị biến cứng trở thành catốt Lúc này, tạo pin ăn mòn nên ăn mòn tăng * Ảnh hưởng ứng suất dư lớp bề mặt Ứng suất dư không ảnh hưởng đến tính chống mòn làm việc nhiệt độ bình thường Còn nhiệt độ cao có ảnh hưởng Trang ... nhám bề mặt ban đầu biểu thị sau: Độ mòn cba [u] 0t3 t2 t1T3T2T1 Trang Hình 2.4- Quá trình mài mòn cặp chi tiết MAI CHÍ TÂM – 12 104 213 GVHD: TRẦN THẾ SAN Các đường đặc trưng a, b, c ứng với... điều kiện ma sát bình thường b Ảnh hưởng tới tính ăn mòn hóa học lớp bề mặt chi tiết máy * Ảnh hưởng độ nhám bề mặt Trang MAI CHÍ TÂM – 12 104 213 GVHD: TRẦN THẾ SAN - Các chỗ lõm bề mặt độ nhám tạo... hóa xảy vùng khác bề mặt kim loại: vùng anốt vùng catốt Tốc độ ăn mòn phụ thuộc vào điện điện cực kim loại, môi trường ăn mòn, nhiệt độ … b Theo điều kiện trình ăn mòn Trang MAI CHÍ TÂM – 12 104 213