Nghiên cứu mối quan hệ giữa mòn và tuổi bền của dao gắn mảnh PCBN theo chế độ cắt khi tiện thép 9XC qua tôi

Nghiên cứu mối quan hệ giữa mòn và tuổi bền của dao gắn mảnh PCBN theo chế độ cắt khi tiện thép 9XC qua tôi

Trường đại học kỹ thuật công nghiệp -

trần ngọc giang

Nghiên cứu mối quan hệ giữa mòn và tuổi bền của dao gắn mảnh PCbn theo chế độ cắt

khi tiện thép 9xc qua tôi

Chuyên ngành: Công nghệ Chế tạo máy

Luận văn thạc sỹ kỹ thuật

Người hướng dẫn khoa học

PGS.TS Phan Quang Thế

Lời đầu tiên tôi xin được cảm ơn PGS.TS Phan Quang Thế - Thày

hướng dẫn khoa học của tôi về sự định hướng đề tài, sự hướng dẫn tận tình của thày trong việc tiếp cận và khai thác các tài liệu tham khảo cũng như những chỉ bảo trong quá trình tôi làm thực nghiệm và viết luận văn

Tôi muốn bày tỏ lòng biết ơn tới khoa Sau đại học, khoa Cơ khí, Bộ môn Cơ học vật liệu, lãnh đạo Trung tâm thí nghiệm đã ủng hộ về tinh thần và tạo điều kiện cho tôi về thời gian để tôi có thể hoàn thành bản luận văn của mình Tôi xin cảm ơn thày giáo TS Nguyễn Văn Hùng, ThS Lê Viết Bảo về sự tạo điều kiện hết sức thuận lợi cho tôi trong quá trình hoàn thành luận văn này Tôi cũng muốn cảm ơn tới ông Trưởn g phòng kỹ thuật, các cán bộ,

các cán bộ phụ trách Phòng thí nghiệm Quang phổ, khoa vật lý trường ĐHSP Thái Nguyên, Phòng thí nghiệm Kim loại học, đại học Bách khoa Hà Nội đã dành cho tôi những điều kiện thuận lợi nhất, giúp tôi hoàn thành nghiên cứu của mình

Cho tôi được gửi lời cảm ơn tới các cán bộ, nhân viên Xưởng Cơ khí nơi tôi tiến hành thực nghiệm

Cuối cùng tôi muốn bày tỏ lòng cảm ơn đối với gia đình tôi, các thầy cô giáo, người thân, các bạn bè đồng nghiệp đã ủng hộ và động viên tôi trong suốt thời gian thực hiện luận văn này

Lời nói đầu

Danh mục các ký hiệu và chữ viết tắt

Trang

Danh mục các hình vẽ và đồ thị Danh mục các bảng biểu

Bản chất vật lý của quá trình cắt thép có độ cứng cao

3.1.3 Mòn dụng cụ cắt và cách xác định 51

3.1.4 Ảnh hưởng của mòn dụng cụ đến chất lượng bề mặt khi tiện cứng 55

3.2.2 Các nhân t ố ảnh hưởng đến tuổi bền của dụng cụ cắt khi tiện cứng 57

4.4.2.2 Xây d ựng quan hệ giữa thông số nhám bề mặt với thời gian cắt 70 4.4.2.3 Các hình ảnh chụp bằng kính hiển vi điện tử về mòn mảnh dao 71

chế độ cắt khi tiện tinh thép 9XC qua tôi

82

ỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

ap: chiều dày phoi

Kbd: mức độ biến dạng của phoi trong miền tạo phoi

Kms: mức độ biến dạng của phoi do ma sát với mặt trước của dao Kf: mức độ biến dạng của phoi

θ: góc trượt

γ (hay γn) góc trước của dao Pz (hay Pc): lực tiếp tuyến khi tiện Py (hay Pp): lực hướng kính khi tiện Px: lực chiều trục khi tiện

S: lượng chạy dao (mm/vòng) t: chiều sâu cắt (mm)

V: vận tốc cắt (m/phút)

Q: là tổng nhiệt lượng sinh ra trong quá trình cắt QAB = Q1: nhiệt sinh ra trên mặt phẳng trượt QAC = Q2: nhiệt sinh ra trên mặt trước

QAD = Q2: nhiệt sinh ra trên mặt sau Qphoi: nhiệt truyền vào phoi

Qdao: nhiệt truyền vào dao Qphôi: nhiệt truyền vào phôi

Qmôi trường: nhiệt truyền vào môi trường

kAB: ứng suất cắt trung bình trong miền biến dạng thứ nhất AS: diện tích của mặt phẳng cắt

VS: vận tốc của vật liệu cắt trên mặt phẳng cắt kt: hệ số dẫn nhiệt của vật liệu gia công

ρ: tỷ trọng của vật liệu RT: hệ số nhiệt khi cắt Φ: góc tạo phoi

γmt: tốc độ biến dạng của các lớp phoi gần mặt trước δt: chiều dày của vùng biến dạng thứ hai

);

S: diện tích bề mặt đầu đo kim cương ấn xuống (mm2

) P: lực tác dụng của đầu kim cương (N)

KF, KB, KT: các kích thước vùng mòn mặt trước hs: độ mòn giới hạn

p: số các yếu tố thay đổi

Ra, Rz: độ nhám bề mặt khi tiện n: số lần mài lại cho phép

VLGC: vật liệu gia công VLDC: vật liệu dụng cụ

xi: các ký hiệu mã hoá N: số thí nghiệm

Trang

Hình vẽ 1.1 Máy và quá trình cắt khô trong tiện cứng 2

Hình vẽ 1.2 Ký hiệu một số mảnh CBN dùng trong tiện cứng 3

Hình vẽ 1.5 Miền tạo phoi ứng với tốc độ cắt khác nhau 11

Hình vẽ 1.8 Ảnh hưởng của góc ϕ tới lực cắt 15

Hình vẽ 1.9 Ảnh hưởng của bán kính đỉnh dao tới lực cắt 16

Hình vẽ 1.10 (a) Sơ đồ hướng các nguồn nhiệt

(b) Ba nguồn nhiệt và sơ đồ truyền nhiệt trong cắt kim loại

19

Hình vẽ 1.11 Tỷ lệ % nhiệt truyền vào phoi, phôi, dao và môi

trường phụ thuộc vào vận tốc cắt

20

Hình vẽ 1.12 Đường cong thực nghiệm của Boothroyd để xác

định tỷ lệ nhiệt (β) truyền vào phôi

21

Hình vẽ 1.13 Sơ đồ phân bố ứng suất trên mặt sau mòn 23

Hình vẽ 2.3 Quan hệ giữa bán kính mũi dao và chiều sâu lớp biến

cứng với các lượng chạy dao khác nhau (khi dao chua mòn)

Hình vẽ 2.7 Ảnh hưởng của tốc độ cắt tới nhám bề mặt khi gia công thép

41

Hình vẽ 2.8 Ảnh hưởng của lượng chạy dao tới độ nhám bề mặt 43

Hình vẽ 3.1 Ảnh hưởng của vận tốc cắt đến cơ chế mòn khi cắt liên tục (a) và khi cắt gián đoạn (b)

48

Hình vẽ 3.2 Các dạng mòn phần cắt của dụng cụ khi tiện 51

Hình vẽ 3.3 Quan hệ giữa một số dạng mòn của dụng cụ hợp kim cứng với thể tích 0,6

c 1V t

52

Hình vẽ 3.4 Các thông số đặc trưn g cho mòn mặt trước và mặt sau - ISO3685

53

Hình vẽ 3.5 Vùng mài lại của dụng cụ cắt 54

Hình vẽ 3.5 Ảnh hưởng của vận tốc cắt đến mòn mặt trước và mặt sau của dao thép gió S 12-1-4-5 dùng tiện thép AISI C1050, với t = 2mm Thông số hình học của dụng cụ: α=80

, γ=100

, λ=40

, χ=900

, ε= 600

Hình vẽ 3.9 Quan hệ giữa thời gian, tốc độ và độ mòn của dao 60

Hình vẽ 3.10 Quan hệ giữa tốc độ cắt V và tuổi bền T của dao 61

Hình vẽ 3.11 Quan hệ giữa V và T (đồ thị lôgarit) 61

Hình vẽ 4.1 Hệ thống thiết bị thí nghiệm 64

Hình vẽ 4.6 (a), Phôi thép 9XC qua tôi cứng, (b,c) Ảnh quang học cấu trúc tế vi thép 9XC theo hai phương song song và vuông góc với trục

67

Hình vẽ 4.7 Đồ thị quan hệ giữa thời gian cắt và nhám Ra, Rz 71

Hình vẽ 4.8 1(a,b) Hình ảnh mặt trước mảnh dao số 1 sau 2,61 phút cắt; 1(c,d) Hình ảnh mặt trước mảnh dao số 1 được phóng to với các vết biến dạng dẻo bề mặt;1(e) Hình ảnh mặt sau mảnh dao số 1;1(f) Hình ảnh mặt sau mảnh số 1được phóng to

72

Hình vẽ 4.9 2(a) Hình ảnh mặt trước mảnh dao số 2 sau 5,19 phút cắt; 2(b,c,d) Hình ảnh mặt trước mảnh dao số 2 được to;3(a,b) Hình ảnh mặt trước mảnh dao số 3 sau 7,69 phút cắt; 3(c,d) Hình ảnh mặt sau mảnh dao số 3

73

Hình vẽ 4.10 4(a) Hình ảnh mặt trước mảnh dao số 4 sau 10,09 phút cắt; 4(b) Hình ảnh mặt trước mảnh dao số 4 được to;4(c,d)

sau mảnh dao số 4 được phóng to

74

Hìnhvẽ 4.11 5(a) Hình ảnh mặt trước mảnh dao số 5 sau 12,36 phút cắt; 5(b,c) Hình ảnh mặt trước mảnh dao số 5 được to;5(d)

trước với sự bóc tách của lớp vật liệu dụng cụ

75

Hình vẽ 4.12 1(a) Hình ảnh mặt sau mảnh dao số 1 sau 2,61 phút cắt; 3(b) Hình ảnh mặt sau mảnh dao số 3 sau 7,69 phút cắt;4(c) Hình ảnh mặt sau mảnh dao số 4 sau 10,09 phút cắt ; 5(d) Hình ảnh mảng mòn mặt sau mảnh dao số 5 sau 12,36 phút cắt

76

Hình vẽ 4.13 Quy hoạch thực nghiệm theo khối lập phương 84

Trang

Bảng 1.1 Lịch sử và đặc tính của vật liệu dụng cụ cắt 17

Bảng 1.2 Tính chất cơ - nhiệt một số vật liệu dụng cụ cắt 18

Bảng 1.3 Tính chất cơ - nhiệt một số vật liệu dụng cụ phủ 18

Bảng 2.1 Các giá trị Ra, Rz và chiều dài chuẩn l ứng với các cấp

độ nhám bề mặt

31

Bảng 2.2 Mức độ và chiều sâu lớp biến cứng của các phương

pháp gia công cơ

Mở đầu

1 Giới thiệu về công nghệ tiện cứng

Tiện cứng (hard turning) chính thức được giới thiệu ở nước ta vào năm 1988, tuy nhiên công nghệ này chưa có điều kiện phát triển mạnh Cho tới những năm gần đây khi sự đổi mới về khoa học kỹ thuật đang trở thành tất yếu thì tiện cứng đã phát huy được vai trò to lớn của nó trong việc gia công tinh các sản phẩm thép qua tôi cứng

Các chi tiết như vòng ổ lăn, vòi phun và những chi tiết của hệ thống thuỷ lực, sau khi nhiệt luyện thường phải qua nguyên công mài hoặc mài khôn Các nguyên công này thường thiếu linh hoạt và mất nhiều thời gian Hơn nữa chi phí dung dịch trơn nguội cho nguyên công mài cũng khá cao Mặt khác chất thải khi mài ngày càng là vấn đề của môi trường sống Những lý do trên đã thúc đẩy các nhà sản xuất loại dần khâu mài trong quy trình công nghệ gia công tinh chi tiết

Phương án tối ưu cho việc thay thế này chính là tiện cứng Tiện cứng là một cách sử dụng dao bằng mảnh vật liệu siêu cứng CBN (Cubic boron nitride), PCBN, PCD hoặc Ceramic tổng hợp nhằm thay thế cho mài trong gia công thép qua tôi (thường ≥ 45HRC) Phương pháp này có thể gia công khô và hoàn thành chi tiết trong cùng một lần gá Cấp chính xác khi tiện cứng có thể đạt IT5-7, nhám bề mặt Rz = 2 - 4µm, rõ ràng với chất lượng đạt được như vậy, tiện cứng hoàn toàn thay thế được cho mài trong hầu hết các trường hợp gia công công tinh các sản phẩm

Các sản phẩm trong tiện cứng khá linh hoạt, từ các chi tiết dạng trục trơn (các trục ngắn), con lăn, tới các chi tiết có biên dạng phức tạp hơn,

Để áp dụng công nghệ này hệ thống máy, dao, đồ gá phải đảm bảo các yêu cầu như: Máy tiện đủ độ cứng vững, đủ tốc độ quay trục chính và công suất phù hợp Các máy tiện NC, CNC được khuyến cáo thực hiện công việc này

máy khi sản xuất

Dao tiện thường sử dụng là các mảnh lắp ghép với thân theo tiêu chuẩn của từng máy Các mảnh có nhiều loại theo hình dạng, phần trăm lượng CBN, chất kết dính, Khi hết tuổi bền các mảnh không thể mài lại như các dao thông thường Chúng được thay ra hoặc xoay đi dùng lưỡi cắt mới (với mảnh nhiều lưỡi)

cho tiện truyền thống để gia công các vật liệu mềm hơn như kim loại bột, gang và một số hợp kim đặc biệt

So với các mảnh carbide thì các mảnh CBN có giá thành cao hơn đáng kể ( từ 4 - 5 lần), song dao CBN lại có tuổi bền lớn hơn rất nhiều Chi phí dao cụ

Hình vẽ 1 Máy Emco Turn 332 Mcplus và Quá trình cắt khô trong tiện cứng

sẽ không là trở ngại khi đã loại bỏ công đoạn mài tinh Nhiều xưởng sản xuất còn nhận thấy việc giảm chi phí dung dịch trơn nguội do cắt khô đã bù đắp lượng chi phí cao hơn về dao

Dải vật liệu được gia công bằng tiện cứng không hạn chế, ngay cả đối với thép rèn đã tôi, thép gió và hợp kim cứng bề mặt stellites Việc hợp kim stellites có thể gia công bằng tiện cứng đã mở rộng khả năng của tiện cứng kể cả trong công việc sửa chữa Vật liệu điển hình được tiện cứng là các thép hợp kim qua tôi cứng

Hình vẽ 2 Ký hiệu một số mảnh CBN dùng trong tiện cứng

Khi tiện cứng, nếu cắt với tốc độ cắt thấp hơn quy định thì mảnh CBN sẽ bị mòn nhanh và hư hỏng Thông thường chế độ cắt khuyến cáo là: với tiện tinh độ cứng vật liệu từ 55 - 67HRC, V = 80 - 160 (m/ph), S = 0,04 - 0,08 (mm/vg); t = 0,1 - 0,5mm với tiện chính xác độ cứng vật liệu từ 45 - 60HRC, V= 120 - 180 (m/ph), S = 0,02 - 0,04 (mm/vg), t = 0,02 - 0,3mm [ ]1

Nhiều nhà máy chế tạo ổ đỡ, bánh răng, con lăn và trục bằng thép đã tôi sử dụng chế độ cắt này Họ có thể đạt dung sai kích thước đến ±0,01mm hoặc cao hơn nếu thời gian chế tạo lâu hơn và nhám bề mặt rất nhỏ Ngoài ra giá thành máy mài có thể đắt gấp 2-3 lần máy tiện Trong nhiều phân xưởng hiện nay họ đã thay thế tiện cứng cho mài truyền thống Đồng thời khi sử dụng tiện cứng thời gian chu kỳ và điều chỉnh ngắn hơn nhiều so với mài

Qua đó có thể kết luận rằng, việc áp dụng công nghệ tiện cứng để gia công tinh lần cuối đã mang lại những lợi ích sau:

- Giảm thời gian và chu kỳ gia công một sản phẩm - Giảm chi phí đầu tư thiết bị

- Tăng độ chính xác gia công - Đạt độ nhẵn bề mặt cao hơn

- Cho phép nâng cao tốc độ bóc tách vật liệu (từ 2 - 4 lần) - Gia công được các contour phức tạp

- Cho phép thực hiện nhiều bước gia công trong cùng một lần gá

- Có thể chọn gia công có hoặc không có dụng dich trơn nguội Gia công khô giảm chi phí gia công và không có chất thải ra môi trường

Một lợi thế quan trọng nữa khi tiện cứng đó là việc tạo ra một lớp ứng suất dư nén khi gia công, điều này đặc biệt có lợi với những chi tiết yêu cầu độ bền mỏi cao Điều này với mài lại là một bất lợi Mặc dù vậy tiện cứng cũng có những nhược điểm cần lưu ý như: do chủ yếu cắt khô nên nhiệt rất cao, dụng cụ có lưỡi cắt đơn nên quá trình cắt không ổn định, chi phí dụng cụ cắt cao, khi gia công các chi tiết có chiều dài lớn dung sai chế tạo có thể nằm

ngoài vùng cho phép (trục dài), khi chiều sâu cắt nhỏ hơn chiều sâu cắt tới hạn (tmin) thì quá trình cắt không thể thực hiện được

Từ những năm 1970 các nghiên cứu đã tập trung vào hướng công nghệ

phát triển mạnh của các máy công cụ tiên tiến và vật liệu Nitrit Bor lập phương thì tiện cứng mới được áp dụng rộng rãi trong chế tạo máy Tiện cứng đã thực sự trở thành công nghệ không thể thiếu trong việc gia công tinh các chi tiết qua tôi cứng Điều này góp phần không nhỏ cho quá trình lớn mạnh của ngành chế tạo máy nói riêng và ngành công nghiệp nói chung

2 Tính cấp thiết của đề tài

Qua phần giới thiệu về công nghệ tiện cứng có thể thấy rằng, việc nghiên cứu về tiện cứng, phân tích các quá trình lý, hóa trong tiện cứng đã và đang được quan tâm, tiến hành tại nhiều trung tâm, viện nghiên cứu cũng như các trường đại học trên thế giới Tuy nhiên từ những công bố trên các tạp chí khoa học cho thấy các kết quả nghiên cứu chủ yếu tập trung vào quá trình tiện cứng thép ổ lăn AISI 52100 (tiêu chuẩn Mỹ) Đồng thời các nghiên cứu này chưa đề cập nhiều về vấn đề mòn và tuổi bền của các mảnh dao, đặc biệt với loại

tính kinh nghiệm Đưa ra được một lý thuyết góp phần cải thiện và nâng cao hiệu quả sản xuất là một tất yếu của các nhà chuyên môn

Ta lại biết rằng tiện cứng chủ yếu dùng trong gia công tinh, mảnh dao thường có giá thành cao, vì vậy tuổi bền của mảnh dao càng trở nên quan trọng bởi trong quá trình cắt nếu phải thay dao nhiều sẽ tăng sai số, thời gian máy, ảnh hưởng tới năng suất, chất lượng và giá thành sản phẩm

Việc nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố công nghệ khi tiện cứng đến mòn và tuổi bền mảnh dao là cần thiết đối với công đoạn gia công tinh Đặc biệt khi công nghệ này được áp dụng tại các cơ sở sản xuất ở nước ta Việc

tìm ra một hàm số mô tả quan hệ giữa tuổi bền và chế độ cắt ứng với một khoảng giá trị độ cứng trên cơ sở đó sẽ tối ưu hoá được tuổi bền là vấn đề có tính ứng dụng cao Tác giả đã chọn loại vật liệu, chế độ cắt và độ cứng gia công tại một xưởng sản xuất ở Thái Nguyên để làm cơ sở thực nghiệm

Do vậy đề tài "Nghiên cứu mối quan hệ giữa mòn và tuổi bền của dao

gắn mảnh PCBN theo chế độ cắt khi tiện thép 9XC qua tôi " là cần thiết và

có tính ứng dụng trực tiếp

2.1 Mục đích, đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài

Phạm vi nghiên cứu của đề tài là tóm lược một lý thuyết cơ bản về gia công cắt gọt nói chung, tiện cứng nói riêng và tìm ra cơ chế gây mòn các mảnh dao PCBN, đồng thời xác định mối quan hệ giữa tuổi bền của mảnh dao theo chế độ cắt (S,V,t) khi tiện tinh thép 9XC qua tôi đạt độ cứng 56-58 HRC Qua đó có thể đưa ra một bộ thông số chế độ cắt khi tiện cứng loại thép này đạt tuổi bền cao nhất trong khi vẫn đạt chất lượng bề mặt yêu cầu

2.2 Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài

Về mặt khoa học, đề tài phù hợp với xu thế phát triển khoa học và công nghệ trong nước cũng như khu vực và thế giới

Nghiên cứu và kiểm nghiệm các kết quả gần đây về cơ chế gây mòn dao PCBN trong tiện cứng nói chung

Xây dựng được quan hệ giữa các thông số của chế độ cắt đến tuổi bền khi tiện cứng dưới dạng hàm thực nghiệm Kết quả nghiên cứu sẽ là cơ sở khoa học cho việc tối ưu hoá quá trình tiện Đồng thời cũng góp phần đánh giá chất lượng bề mặt khi tiện tinh thép 9XC qua tôi

Về mặt thực tiễn sẽ áp dụng kết quả khi nghiên cứu thép 9XC vào một cơ sở Sản xuất ở Thái Nguyên Qua đó nâng cao tính cạnh tranh trên thị trường và thúc đẩy các nghiên cứu mới trên các khía cạnh khác nhau về tiện cứng

2.3 Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực nghiệm về ảnh hưởng của chế độ cắt đến mòn và tuổi bền thông qua hàm thực nghiệm

Đo nhám bề mặt theo từng điều kiện cắt nhằm xác định tuổi bền mảnh dao theo chỉ tiêu mòn công nghệ

Chương 1

1.1 Quá trình cắt và tạo phoi

Qúa trình cắt kim loại là quá trì nh lấy đi một lớp phoi trên bề mặt gia công để có chi tiết đạt hình dạng, kích thước và độ nhám bề mặt theo yêu cầu Để thực hiện một quá trình cắt cần thiết phải có hai chuyển động:

- Chuyển động cắt chính (chuyển động làm việc): với tiện đó là chuyển động quay tròn của phôi

- Chuyển động chạy dao: đó là chuyển động để đảm bảo duy trì sự tạo phoi liên tục trong suốt quá trình cắt Với tiện đó là chuyển động tịnh tiến dọc của dao khi tiện mặt trụ [1]

Khi cắt, để có thể tạo ra phoi, lực tác dụng vào dao cần phải đủ lớn để tạo ra trong lớp kim loại bị cắt một ứng suất lớn hơn sức bền của vật liệu bị gia công

Hình dạng, độ cứng, mức độ biến dạng và cấu tạo phoi chứng tỏ rằng lớp kim loại bị cắt thành phoi đã chịu một ứng suất như vậy

Nghiên cứu quá trình tạo phoi có một ý nghĩa rất quan trọng vì trị số của công cắt, độ mòn của dao và chất lượng bề mặt gia công phụ thuộc rõ rệt vào quá trình tạo phoi (Hình vẽ 1.2)

Hình vẽ 1.3 Sơ đồ miền tạo phoi

a,

b,

Quá trình tạo phoi được phân tích kỹ trong vùng tác động, bao gồm: * Vùng biến dạng thứ nhất là vùng vật liệu phôi nằm trước mũi dao được giới hạn giữa vùng vật liệu phoi và vùng vật liệu phôi Dưới tác dụng của lực tác động trước hết trong vùng này xuất hiện biến dạng dẻo Khi ứng suất do lực tác động gây ra vượt quá giới hạn bền của kim loại thì xuất hiện hiện tượng trượt và phoi được hình thành (vùng AOE) Trong quá trình cắt, vùng phoi một luôn di chuyển cùng với dao

* Vùng ma sát thứ nhất là vùng vật liệu phoi tiếp xúc với mặt trước của dao * Vùng ma sát thứ hai là vùng vật liệu phôi tiếp xúc với mặt sau của dao * Vùng tách là vùng bắt đầu quá trình tách kim loại khỏi phôi để hình thành phoi

Vật liệu dòn khác biệt vật liệu dẻo ở vùng biến dạng thứ nhất, do tổ chức hạt là khác nhau nên ở vùng này biến dạng dẻo hầu như là không xảy ra Quá trình bóc tách phoi diễn ra gần như đồng thời với lực tác động

Việc nghiên cứu quá trình tạo phoi có một ý nghĩa rất quan trọng vì trị số của công cắt, độ mòn của dao và chất lượng bề mặt gia công phụ thuộc rõ rệt vào quá trình tạo phoi

Khi cắt do tác dụng của lực P (hình vẽ 1.3), dao bắt đầu nén vật liệu gia công theo mặt trước Khi dao tiếp tục chuyển động trong vật liệu gia công phát sinh biến dạng đàn hồi, biến dạng này nhanh chóng chuyển sang trạng thái biến dạng dẻo và một lớp phoi có chiều dày ap được hình thành từ lớp kim loại bị cắt có chiều dày a, di chuyển dọc theo mặt trước của dao

Việc nghiên cứu kim loại trong miền tạo phoi chứng tỏ rằng trước khi biến thành phoi, lớp cắt kim loại bị cắt đã trải qua một giai đoạn biến dạng nhất định, nghĩa là giữa lớp kim loại bị cắt và phoi có một khu vực biến dạng Khu vực này được gọi là miền tạo phoi (hình vẽ 1.4)

Trong miền này (như sơ đồ hoá hình vẽ 1.3) có những mặt trượt OA,

có ứng suất tiếp có giá trị cực đại)

Miền tạo phoi được giới hạn bởi đường OA, dọc theo đường đó phát sinh những biến dạng dẻo đầu tiên, và đường OE - đường kết thúc biến dạng dẻo và đường AE - đường nối liền khu vực chưa biến dạng của kim loại và phoi

Ngoài ra lớp kim loại bị cắt, sau khi đã bị biến dạng trong miền tạo phoi, khi di chuyển thành phoi còn chịu thêm biến dạng phụ do ma sát với mặt trước của dao

Những lớp kim loại phía dưới của phoi, kề với mặt trước của dao (hình vẽ 1.3) chịu biến dạng phụ thêm nhiều hơn các lớp phía trên Mức độ biến dạng của chúng thường lớn đến mức là các hạt tinh thể trong chúng bị kéo dài ra theo một hướng nhất định, tạo thành têchtua

Như vậy phoi cắt ra chịu biến dạng không đều Mức độ biến dạng của phoi:

Ở đây: Kbd: mức độ biến dạng của phoi trong miền tạo phoi

của dao

Hình vẽ 1.4 Miền tạo phoi

Vì biến dạng dẻo của phoi có tính lan truyền, do đó lớp kim loại nằm phía dưới đường cắt ON (hình 1.3a) cũng sẽ chịu biến dạng dẻo

Chiều rộng của miền tạo phoi phụ thuộc vào tính chất vật liệu gia công và điều kiện cắt (thông số hình học của dao, chế độ cắt,…)

Tốc độ cắt có ảnh hưởng lớn nhất đến chiều rộng miền tạo phoi Tăng tốc độ cắt miền tạo phoi sẽ co hẹp lại Hiện tượng đó có thể được giải thích như sau:

Khi tăng tốc độ cắt, vật liệu gia công sẽ chuyển qua miền tạo phoi với tốc độ nhanh hơn Khi di chuyển với tốc độ lớn như vậy, vật liệu gia công sẽ đi ngang qua đường OA nhanh đến mức sự biến dạng dẻo không kịp xảy ra theo đường OA mà chậm đi một thời gian - theo đường OA’ (hình vẽ 1.5) Tương tự như vậy, nơi kết thúc quá trình biến dạng trong miền tạo phoi sẽ là đường OE’ chậm hơn so với OE

Như vậy ở tốc độ cắt cao miền tạo phoi sẽ là A’OE’ ; A’OE’ quay đi một góc theo chiều quay của kim đồng hồ và khi đó chiều dày cắt giảm đi so với trước (a1’< a1) vì biến dạng dẻo giảm đi

Khi tốc độ cắt rất lớn miền tạo phoi co hẹp đến mức mà chiều rộng của nó chỉ vào khoảng vài phần trăm milimet Trong trường hợp đó sự biến dạng

Hình vẽ 1.5 Miền tạo phoi

ứng với tốc độ cắt khác nhau

Hình vẽ 1.6 Tính góc trượt θ

của vật liệu gia công có thể xem như nằm lân cận mặt OF Do đó để cho đơn giản, ta có thể xem một cách gần đúng quá trình biến dạng dẻo khi cắt xảy ra ngay trên mặt phẳng OF đi qua lưỡi cắt và làm với phương chuyển động của dao một góc bằng θ

Mặt OF được gọi là mặt trượt quy ước, còn góc θ gọi là góc trượt

Góc trượt là một thông số đặc trưng cho hướng và giá trị của biến dạng dẻo trong miền tạo phoi

Theo hình vẽ 1.5 nếu chiều dày lớp kim loại bị cắt là a, chiều dày của phoi là a1 ta có:

Và do đó có thể tính θ theo công thức:

Như vậy góc trượt θ phụ thuộc vào γ và tỷ số K Trong tiện cứng, quá trình biến dạng trong vùng tạo phoi diễn ra rất phức tạp, chủ yếu do độ cứng của vật liệu gia công (sau khi tôi) nên giải pháp tốt nhất vẫn là sử dụng mảnh dao có độ cứng, khả năng chịu nhiệt,… đặc biệt cao Tiêu biểu cho nhóm này

nghĩa cả về lý thuyết lẫn thực tiễn Trong thực tế, những nhận thức về lực cắt rất quan trọng để thiết kế dụng cụ cắt, thiết kế đồ gá, tính toán và thiết kế máy móc, thiết bị, v.v… Dưới tác dụng của lực cắt cũng như nhiệt cắt dụng cụ sẽ bị mòn, bị phá huỷ Muốn hiểu được quy luật mài mòn và phá huỷ thì phải hiểu được quy luật tác động của lực cắt Muốn tính công tiêu hao khi cắt cần phải biết lực cắt Những nhận thức lý thuyết về lực cắt tạo khả năng chính xác hoá lý thuyết quá trình cắt Trong trạng thái cân bằng năng lượng của quá trình cắt thì các mối quan hệ lực cắt cũng phải cân bằng Điều đó có nghĩa là một mặt lực cản cắt tác dụng lên vật liệu chống lại sự tách phoi, mặt khác lực cắt do dụng cụ cắt tác dụng lên lớp cắt và bề mặt cắt [1], [7]

Lực cắt là một hiện tượng động lực học, tức là trong chu trình thời gian gia công thì lực cắt không phải là một hằng số Lực cắt được biến đổi theo quãng đường của dụng cụ Lúc đầu lực cắt tăng dần cho đến điểm cực đại Giá trị lực cắt cực đại đặc trưng cho thời điểm tách phần tử phoi ra khỏi chi tiết gia công Sau đó lực cắt giảm dần song không đạt đến giá trị bằng không bởi vì trước khi kết thúc sự chuyển dịch phần tử phoi cắt thì đã bắt đầu biến dạng phần tử khác [1], [7]

Hệ thống lực cắt khi tiện được mô tả sơ bộ trên hình 1.7 Lực tổng hợp P được phân tích thành ba thành phần lực bao gồm: lực tiếp tuyến Pz (hay Pc), lực hướng kính Py (hay Pp) và lực chiều trục (lực ngược với hướng chuyển động chạy dao) Px

Hình vẽ 1.7 Hệ thống lực cắt khi tiện

Thành phần lực Pz là lực cắt chính Giá trị của nó cần thiết để tính toán công suất của chuyển động chính, tính độ bền của dao, của chi tiết cơ cấu chuyển động chính và của các chi tiết khác của máy công cụ

Thành phần lực hướng kính Py có tác dụng làm cong chi tiết, ảnh hưởng đến độ chính xác gia công, độ cứng vững của máy và dụng cụ cắt

Thành phần Px tác dụng ngược hướng chạy dao, nó dùng để tính độ bền của chi tiết trong chuyển động phụ, độ bền của dao cắt và công suất tiêu hao của cơ cấu chạy dao

Lực cắt tổng cộng được xác định:

Trường hợp tổng quát các thành phần lực này không thuần nhất Trị số của Pz là hình chiếu chính, xác định bằng lực pháp tuyến tác dụng lên mặt trước của dao Còn lại Px, Py phụ thuộc vào độ lớn và hướng của lực ma sát Bởi vậy các thành phần lực này thay đổi khi thay đổi vật liệu gia công, thông số hình học dụng cụ cắt và chế độ cắt,

1.2.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến lực cắt khi tiện

1.2.2.1 Ảnh hưởng của lượng chạy dao và chiều sâu cắt

Các nghiên cứu thực nghiệm cho thấy đối với tất cả các thành phần lực cắt Px, Py và Pz ảnh hưởng của lượng chạy dao và chiều sâu cắt có thể tính

PtSC

0,50,4.

1.2.2.2 Ảnh hưởng của vật liệu gia công

Trong thực nghiệm người ta tìm được thành phần Pz = f(σb,HB) qua các

P =.σ q

Khi gia công thép có HB ≤ 170 lấy q= 0,35, HB > 170 lấy q= 0,75 Với gang lấy q = 0,55 Nói cách khác, độ cứng và độ bền vật liệu gia công càng cao, lực cắt càng lớn Quan hệ phụ thuộc này có thể được biểu thị bằng công thức tỷ lệ, nếu '

= '''''

hay

P =  ''''''

1.2.2.3 Ảnh hưởng của góc nghiêng chính ϕ và bán kính đỉnh dao r

Khi gia công gang nếu tăng góc ϕ , lực Pz giảm Còn khi gia công thép lúc

ϕ thì lực Pz lại tăng Hiện tượng này là do khi tăng ϕ làm bề rộng cắt b giảm và chiều dày cắt a tăng, mặc dù trong trường hợp này chiều sâu cắt và lượng chạy dao không thay đổi Sự thay đổi của a và b làm lực cắt Pz giảm Hình vẽ 1.8

0ϕ

Ngoài ra góc ϕ tăng còn do chiều dày của phần cong lưỡi cắt chính, làm

cho điều kiện cắt thêm phức tạp do vậy lực Pz tăng

Ảnh hưởng của góc ϕ đến lực cắt Py,Px được giải thích bằng tương quan lực tác dụng trong mặt phẳng nằm ngang Ta thấy khi ϕ tăng, lực Px tăng,

1.3 Nhiệt cắt

1.3.1 Khái niệm chung

Nhiệt trong quá trình cắt đóng vai trò rất quan trọng, vì nó ảnh hưởng trực tiếp tới cơ chế tạo phoi, lẹo dao, hiện tượng co rút phoi, lực cắt và cấu trúc tế vi lớp bề mặt Đồng thời nhiệt cắt còn là nguyên chính gây mòn dụng

Hình vẽ 1.9 Ảnh hưởng của bán kính đỉnh dao tới lực cắt

r(mm)

cụ cắt, ảnh hưởng lớn đến tuổi bền dụng cụ, đặc biệt trong tiện cứng vì giá thành các mảnh dao thường khá cao

Nói chung sự toả nhiệt khi cắt là do có một công A (kG.m) sinh ra trong quá trình hớt phoi Nó xác định bởi công thức:

A= A1+A2+A3 (1-11)

trong đó: A1 - công sinh ra làm biến dạng đàn hồi và biến dạng dẻo A2- công sinh ra để thắng lực ma sát ở mặt trước dao A3- công sinh ra để thắng lực ma sát ở mặt sau dao Ngoài ra công A có thể tính bởi công thức khác: A=Pz.L (1-12) trong đó: Pz- lực theo phương cắt chính (kG)

Trong tiện cứng ta thấy vật liệu phôi cứng hơn nhiều so với tiện thông thường, vì vậy nhiệt sinh ra trong vùng cắt là rất lớn, để thoả mãn khả năng chịu nhiệt này hàng loạt các loại vật liệu dụng cụ mới được ra đời, thông qua bảng 1.1.[ ]1 Bảng 1.1 Lịch sử và đặc tính của vật liệu dụng cụ cắt

Năm Vật liệu dụng cụ Vận tốc cắt (m/ph)

Nhiệt độ giới hạn đặc tính cắt

(0C)

Độ cứng (HRC)

1894 Thép cacbon dụng cụ 5 200-300 60 1900 Thép hợp kim dụng cụ 8 300-500 60

1908 Thép gió cải tiến 15-20 500-600 60-64 1913 Thép gió (tăng Co và WC) 20-30 600-650 - 1931 Hợp kim cứng cácbit vonfram 200 1000-1200 91 1934 Hợp kim cứng WC và TiC 300 1000-1200 91-92 1955 Kim cương nhân tạo 800 100000HV

(thép tôi) 1600 8000HV

1970 Hợp kim cứng phủ (TiC) 300 1600 18000HV

Ta thấy rằng phần vật liệu cứng trong dụng cụ cắt tăng lên, do đó tính chịu mài mòn, tính chịu nhiệt tăng, tăng tuổi bền dụng cụ và do đó tăng được tốc độ cắt

Khả năng cắt của vật liệu Nitrit Bo trong bảng là rất cao và đang được ứng dụng khá phổ biến trong gia công vật liệu có độ cứng cao cũng như trong tiện cứng

Cacbit Vonfram

Gốm sứ nhân tạo

CBN Kim cương nhân tạo

Khối lượng riêng (g/cm3

) 6.0-15.0 3.8-7.0 3.4-4.3 3.5-4.2 Độ cứng (HV 30) 1300-1700 1400-2400 3000-4500 4000-7000 Modul đàn hồi (GPa) 430-630 300-400 580-680 680-890 Giới hạn bền (Mpam1/2

Độ bền nhiệt (°C) 800-1200 1300-1800 1500 600 Hệ số truyền nhiệt (W/mK) 100 30-40 40-200 560 Hệ số giãn nở vì nhiệt (10-6

Bảng 1.2 Tính chất cơ - nhiệt một số vật liệu dụng cụ

Lớp phủ Thông số

Bảng 1.3 Tính chất cơ - nhiệt của một số vật liệu dụng cụ phủ

Vật liệu Thông số

Cụ thể Nitrit Bo lập phương đa tinh thể (PCBN) được coi là vật liệu có độ cứng cao nhất chỉ sau kim cương nhưng lại có độ bền nhiệt cao hơn kim cương (15000

C) [25] Bảng 1.1 và 1.2 thể hiện tính chất cơ - nhiệt của vật liệu dụng cụ CBN so với một số loại vật liệu dụng cụ có tính năng cắt cao khác (Cacbit Vonfram, gốm sứ nhân tạo và kim cương nhân tạo)

Các nghiên cứu đã chứng tỏ rằng khoảng 98% - 99% công suất cắt biến thành nhiệt từ ba nguồn nhiệt: vùng tạo phoi (quanh mặt phẳng trượt AB), mặt trước (AC) và mặt sau (AD) như trên hình 1.10a

Các nguồn nhiệt này truyền vào dao, phoi, phôi và môi trường với tỷ lệ khác nhau phụ thuộc vào chế độ cắt và tính chất nhiệt của hệ thống dao, phoi, phôi và môi trường [1], [6] Thực tế vận tốc cắt là nhân tố ảnh hưởng lớn nhất đến tỷ lệ này, khi cắt với vận tốc cắt đủ lớn phần lớn nhiệt cắt truyền vào phoi (hình vẽ 1.10.b) [1]

Gọi Q là tổng nhiệt lượng sinh ra trong quá trình cắt:

Hình vẽ 1.10 (a) Sơ đồ hướng các nguồn nhiệt

(b) Ba nguồn nhiệt và sơ đồ truyền nhiệt trong cắt kim loại

Theo định luật bảo toàn năng lượng thì lượng nhiệt này sẽ truyền vào hệ thống phoi, dao, phôi và vào môi trường theo công thức sau:

Với lưu ý rằng tốc độ truyền nhiệt vào môi trường có thể coi như không đáng kể trong tính toán khi môi trường cắt là không khí

Như vậy trong tiện cứng sử dụng dao PCBN do tốc độ cắt cho phép là rất cao (thường từ 100÷220 m/phút) nên nhiệt cắt sinh ra trong quá trình chủ yếu truyền vào phoi khoảng 68-85%, nhiệt cắt truyền vào dao là không đáng kể (khoảng 10%) (hình 1.11) Điều đó đặc biệt có lợi cho quá trình gia công

1.3.2 Quá trình phát sinh nhiệt

1.3.2.1 Nhiệt sinh ra trong vùng biến dạng thứ nhất

Theo Trent thì phần lớn công suất sinh ra trong vùng biến dạng thứ nhất biến thành nhiệt [5] Tốc độ nhiệt trong vùng biến dạng thứ nhất có thể tính gần đúng trên mặt phẳng cắt theo công thức:

- kAB là ứng suất cắt trung bình trong miền biến dạng thứ nhất - AS là diện tích của mặt phẳng cắt, 1.

Tuy nhiên chỉ một phần nhiệt β.Q1 truyền vào phôi, phần còn lại (1-β)Q1

truyền vào thể tích AS.Vn của phoi tạo ra sự tăng nhiệt độ ∆T trong vùng biến dạng thứ nhất β có thể lớn đến 50% khi tốc độ thoát phoi thể tích thấp, vật liệu cắt có hệ số dẫn nhiệt cao Khi tốc độ thoát phoi thể tích cao thì β được xác định bằng đồ thị thực nghiệm của Boothroyd thông qua hệ số nhi ệt

1 .c

c V tR

Hình vẽ 1.12 Đường cong thực nghiệm của Boothroyd để xác định tỷ lệ nhiệt

(β) truyền vào phôi [5]

1.3.2.2 Nhiệt sinh trên mặt trước (QAC)

Qua các công trình nghiên cứu [5], [20], [22], [21] cho thấy rằng nhiệt sinh ra trên mặt trước của dụng cụ do ma sát giữa phoi , mặt trước và biến dạng dẻo của các lớp phoi sát mặt trước (vùng biến dạng thứ hai) sinh ra Theo Jun và Smith [23] thì nhiệt sinh ra trên mặt trước chỉ vào khoảng 20% tổng số nhiệt sinh ra trong quá trình cắt, nhưng khoảng 50% lượng nhiệt này truyền vào dao và có ảnh hưởng quyết định đến tuổi bền của nó

Cho đến nay bản chất tương tác ma sát trên mặt trước và quy luật chuyển động của lớp phoi dưới cùng còn có nhiều tranh cãi nên chưa có một công thức duy nhất để tính tốc độ sinh nhiệt trên mặt trước [3] Ví dụ, theo Trent thì nhiệt sinh ra do ma sát trượt của phoi với mặt trước là không đáng kể, mà biến dạng dẻo với mức độ lớn và tốc độ cao của các lớp phoi gần mặt trước là nguồn nhiệt chính sinh ra nhiệt độ cao trong dao [5] Ông đã đưa ra công thức để tính nhiệt độ phân bố trên mặt trước theo phương thoát phoi như sau:

(1-17) Nhưng Tay, Li và các đồng nghiệp lại cho rằng phần nhiệt sinh ra do ma sát của phoi trên mặt trước là đáng kể và đưa ra các công thức tính tốc độ sinh nhiệt riêng (q2) khác nhau dựa trên các mô hình khác nhau về mô hình ứng suất và phân bố vận tốc của lớp phoi dưới cùng trên mặt trước [24], [21]

1.3.2.3 Nhiệt sinh trên mặt tiếp xúc giữa mặt sau và bề mặt gia công (QAD)

Nhiệt sinh ra trên mặt sau của dụng cụ chỉ có ảnh hưởng đáng kể đến nhiệt độ phát triển trong dao khi lượng mòn mặt sau đủ lớn Do bề mặt mòn mặt sau được coi là phẳng nên ứng suất trên mặt tiếp xúc coi như phân bố đều Haris đã xác định được quan hệ của ∆Fc và ∆Ft trong mặt cắt trực giao và được đề cập trong công trình của Li như sau:

ccfcavec

Hình vẽ 1.13 Sơ đồ phân bố ứng suất trên mặt sau mòn

Trong đó: ∆Fc và ∆Ft là lực pháp tuyến và lực tiếp tuyến với mặt sau, Fcf

và Ftf là lực cắt khi dao mòn, VBave là chiều cao mòn trung bình, t là chiều sâu

Nhiệt từ ba nguồn trên là nguyên nhân làm tăng nhiệt độ trong dao, giảm độ cứng nóng của vật liệu gia công vì thế xác định trường nhiệt độ trong dụng cụ có ý nghĩa rất quan trọng Có thể xác định trường nhiệt độ này bằng thực nghiệm hoặc lý thuyết [3]

1.4 Kết luận

Quá trình cắt trong tiện cứng là tổng hợp của nhiều yếu tố công nghệ Chủ yếu do nhiệt cắt, lực cắt dẫn tới mòn dụng cụ nhanh chóng, ảnh hưởng tới năng suất, chất lượng và giá thành sản phẩm

Để có thể đáp ứng được yêu cầu trên, lần lượt các vật liệu dụng cụ mới ra đời như các dao thép gió, các mảnh HKC, kim cương nhân tạo, đặc biệt là mảnh Nitrit Bo Đặc trưng là các mảnh CBN, chúng làm cho quá trình vật lý diễn ra trong quá trình cắt thép có độ cứng cao trở lên đơn giản hơn, thậm chí hầu hết không cần tới dung dịch trơn nguội

Vậy bản chất vật lý của tiện cứng không khác nhiều tiện thông thường Tuy nhiên người ta cố gắng chế tạo vật liệu dao, kết cấu mảnh, thông số hình học, phù hợp nhất để giải phóng càng nhiều nhiệt cắt khỏi vùng cắt càng có lợi cho tiện cứng

Chất lượng chi tiết máy phụ thuộc vào phương pháp và điều kiện gia công cụ thể Chất lượng bề mặt là mục tiêu chủ yếu cần đạt ở bước gia công tinh các bề mặt chi tiết máy

Lớp bề mặt chi tiết máy khác với lớp lõi về cấu trúc kim loại, về tính chất cắt gọt và trạng thái biến cứng Nguyên nhân của hiện tượng này là do quá trình biến dạng dẻo lớp bề mặt Mức độ và chiều sâu biến cứng bề mặt phụ thuộc vào nhiều yếu tố, các yếu tố này cũng ảnh hưởng tới lực cắt và nhiệt cắt Đối với các bề mặt chịu tải trọng lớn cần đặc biệt chú ý tới tính cơ lý của lớp bề mặt

Bề mặt là mặt phân cách giữa hai môi trường khác nhau Bề mặt kim loại có thể được tạo thành bằng các phương pháp gia công khác nhau nên có cấu trúc và đặc tính khác nhau Để xác định đặc trưng của bề mặt ta cần biết mô hình và định luật kim loại nguyên chất – không có tương tác với các môi trường khác và sự khác nhau về sự sắp xếp các nguyên tử, tác dụng của lực trên bề mặt so với bên trong Sau đó nghiên cứu sự thay đổi của lớp bề mặt do tác dụng của môi trường để thiết lập khái niệm mô hình bề mặt thực

Nhiều tính chất khối của vật liệu có quan hệ đến bề mặt ở mức độ khác nhau Thường các tính chất lý, hóa của các lớp bề mặt là quan trọng, tuy nhiên các đặc trưng cơ học như độ c ứng và phân bố ứng suất trong lớp này cũng cần được quan tâm [3]

2.2 Bản chất của lớp bề mặt

Bề mặt vật rắn hay chính xác là một mặt phân cách rắn - khí hay rắn - lỏng, có cấu trúc và tính chất phức tạp phụ thuộc vào bản chất của chất rắn, phương pháp tạo nên bề mặt đó và tương tác giữa bề mặt đó với môi trường xung quanh

Các tính chất của bề mặt vật rắn rất quan trọng đối với tương tác bề mặt, bởi vì các tính chất bề mặt ảnh hưởng trực tiếp tới diện tích tiếp xúc thực, ma sát, mòn và bôi trơn Hơn nữa các tính chất bề mặt còn đóng vai trò quang trọng trong các ứng dụng khác nhau như: quang học, điện, nhiệt, sơn và trang trí Bề mặt vật rắn, bản thân nó bao gồm vài vùng có tính chất cơ, lý khác nhau với vật liệu khối bên trong đó là lớp hấp thụ vật lý, hoá học, lớp tương tác hoá học, lớp Beilbly, lớp biến dạng khốc liệt, lớp biến dạng nhẹ và cuối cùng là lớp vật liệu nền [3]

Hình vẽ 2.1 Chi tiết bề mặt vật rắn

2.3 Tính chất lý hoá của lớp bề mặt 2.3.1 Lớp biến dạng

Dưới tác động của quá trình tạo hình các tính chất của lớp bề mặt kim loại, hợp kim hay ceramics có thể thay đổi đáng kể so với vật liệu khối bên trong Ví dụ trong quá trình ma sát giữa hai bề mặt sau khi gia công c ơ, các lớp bề mặt dưới tác động của lực và nhiệt độ sẽ bị biến dạng dẻo, lớp biến

Líp hÊp thô vËt lý (0,3÷3nm) Líp hÊp thô ho¸ häc (0,3nm) Líp ph¶n øng ho¸ häc (10÷100nm) Líp Beilbly (1÷100nm)

Líp biÕn d¹ng khèc liÖt (1÷10µm) Líp biÕn d¹ng Ýt(1÷10µm)

VËt liÖu c¬ b¶n

dạng này còn gọi là lớp biến dạng cứng là một bộ phận quan trọng của vùng bề mặt Ứng suất dư trong lớp biến dạng dẻo có thể có thể ảnh hưởng tới sự làm việc ổn định cũng như kích thước chi tiết

Chiều dày của lớp biến dạng dẻo phụ thuộc vào hai yếu tố: công hoặc năng lượng của quá trình biến dạng và bản chất của vật liệu Chiều dày của lớp này thường từ 1 - 100µm tuỳ theo mức độ biến dạng cũng như tốc độ biến dạng Kích thước hạt trong các lớp biến dạng dẻo này thường rất nhỏ do bị biến dạng với tốc độ cao kèm theo quá trình kết tinh lại Hơn nữa các tinh thể và hạt tại bề mặt tiếp xúc chung tự định hướng lại trong quá trình trượt giữa hai bề mặt [3]

2.3.2 Lớp Beilbly

Lớp Beilbly trên bề mặt kim loại là hợp kim được tạo nên do sự chảy và biến dạng dẻo bề mặt, do biến dạng và tốc độ biến dạng lớn của các lớp phân tử bề mặt trong quá trình gia công cơ, sau đó cứng lên nhờ quá trình tôi do nền vật liệu khối có nhiệt độ thấp Lớp Beilbly có cấu trúc vô định hình hoặc đa tinh thể với chi ều dày từ 1 - 100µm Các nguyên công gia công như mài nghiền, đánh bóng có thể giảm chiều dày của lớp này

2.3.3 Lớp tương tác hóa học

Trừ một số các kim loại hiếm như vàng và bạch kim, tất cả các kim loại đều phản ứng với ôxy để tạo nên oxides trong không khí Trong các môi trường khác chúng có thể tạo nên các lớp nitrides sulfides hay chlorides

Lớp ôxy hóa có thể tạo thành trong quá trình gia công cơ hay ma sát Nhiệt sinh ra trong các quá trình tạo hình hoặc ma sát làm tăng tốc độ ôxy hóa và tạo nên nhiều loại ôxit khác nhau Khi cặp đôi ma sát hoạt động trong không khí phản ứng có thể xảy ra giữa các lớp ôxit của hai bề mặt Sự tồn tại của chất bôi trơn và chất phụ gia có thể tạo nên các lớp ôxits bảo vệ bề mặt quan trọng