( ) ( ) α [ ( α ϕ ) ( α ϕ ) ] α
2.5.Hiện tượng phá hủy kim loại tại vùng tâm phôi trong gia công áp lực
Nhiều tài liệu lý thuyết cũng như thực nghiệm đã dẫn chứng rằng, trong quá trình cán nêm ngang tại vùng tâm của phôi xuất hiện các vết nứt song song với
chiều dọc của đường tâm phôi cán. Tương tự như vậy, trong các vật rèn dạng trục bậc, khi phôi quay xung quanh trục của nó, với chế độ ép giữa hai mặt đe và búa cùng với chế độ đưa phôi vào nào đó không phù hợp cũng có thể dẫn đến hiện tượng xuất hiện các vết nứt tại vùng tâm. Hai quá trình này có thể có bản chất như
nhau.
Đôi khi trong quá trình rèn cũng như quá trình cán ngang có thể xuất hiện các vết nứt có dạng vòng tròn ngăn cách các lớp đồng tâm khác nhau. Tuy nhiên các trường hợp này ít xảy ra hơn. Sự xuất hiện các khuyết tật trong tâm phôi dẫn đến sai hỏng và đôi khi phải loại bổ sản phẩm thành phế phẩm. Chính vì vậy, việc nghiên cứu nguyên nhân gây nên khuyết tật này cần được nghiên cứu và đồng thời nó có ý nghĩa khoa học và thực tiễn rất quan trọng.
Khuyết tật tại tâm phôi không những chỉ xuất hiện trong quá trình cán nêm ngang, quá trình rèn mà còn xuất hiện trong quá trình cán nghiêng. Trong cán nghiêng người ta đã nghiên cứu rằng vùng biến dạng lân cận khu vực mũi trục tâm cũng thường xuất hiện vết nứt. Nguyên nhân đầu tiên các tác giả F Rello và K.Gruper đưa ra là do lực ma sát đưa phôi vào và nguyên nhân thứ hai là do có sự
xoắn của phôi khi cán nghiêng.
Các quan điểm trên sau đó đối nghịch với kết quả nghiên cứu của A. Nelia, tác giả đã làm thực nghiệm lần đầu tiên cán phôi tròn trên máy cán ngang và cho thấy hiện tượng tạo thành lỗ rỗng trong tâm phôi. Với kinh nghiệm trên E Zibel đã chỉ ra rằng hiện tượng xuất hiện độ xốp cũng xảy ra ở trường hợp cán giữa hai khuôn phẳng. Trước đó hiện tượng này cũng đã được D.K.Trernov phát hiện khi rèn các chi tiết tròn giữa hai đe phẳng.
Như vậy hiện tượng rỗ xốp xuất hiện trong phôi không chỉ trong trường hợp cán nghiêng mà còn trong trường hợp cán ngang, cán nêm ngang và rèn trên các đe phẳng ở đó không có lực ma sát do đẩy phôi vào và cũng không có quá trình xoắn phôi. Điều này cho thấy nguyên nhân gây vết nứt rạn tại tâm phôi là do quá trình cán ngang, cán nêm ngang và quá trình rèn là cơ sở của quá trình cán nghiêng.
Trong quá trình cán nghiêng, lực ma sát đẩy vào và hiện tượng xoắn không trực tiếp
ảnh hưởng đến quá trình tạo khuyết tật này.
M. Sneudorova và A. Taracenco cho thấy quá trình xoắn trong cán nghiêng không tạo nên vết nứt. Smirnov cũng đã chứng minh trong quá trình cán nêm ngang khi mà không có lực ma sát đưa phôi và không có độ xoắn thì quá trình xuất hiện vết nứt dễ hơn so với trong cán nghiêng.
Đã có quan điểm (F.Kokc) cho rằng lực tổng hợp của ứng xuất pháp tuyến cùng với lực tổng hợp của các ứng xuất ma sát tác dụng từ phía hai trục cán làm cho phôi bị tác dụng của đôi ngẫu lực gây nên xu hướng tách phôi thành hai nửa. Tuy nhiên, nếu hướng của các lực trên đều đi qua tâm nên điều này khó xảy ra.
G.B.Boguslavskovo thực hiện thí nghiệm ép chồn phôi trụ giữa hai tấm phẳng và cho thấy độ ovan của các vành tròn đồng tâm có xuất hiện tăng từ ngoài vào trong tâm nhưng thay đổi không nhiều. Trong đó độ ovan cũng không lớn. Ví dụ, với lượng ép 8% thì tỷ số trục lớn chia cho trục nhỏ cũng chỉ đạt 1,12 tại chu vi và bằng 1,16 ở tâm. Lượng ép thực của cán ngang và cán nghiêng thì nhỏ hơn 8% và như vậy độ ovan còn nhỏ hơn. Kết quả nghiên cứu này cho thấy kết luận vềđộ ovan của F. Kokc trong trường hợp rất lớn, thậm chí ovan còn tạo thành đường thẳng ở
tâm là không đúng.
I Gassen xuất phát từ giả thuyết rằng độ ovan ở tâm là đáng kể, đạt giá trị lớn. Vì có độ ovan khoảng cách các điểm riêng biệt tính từ tâm phôi sẽ thay đổi liên tục trong quá trình phôi quay. Các phân tố kim loại hướng kính biến dạng thay đổi dấu. Vì độ ovan ởđây là lớn nhất nên các phân tố kim loại ở tâm chịu biến dạng đổi dấu lớn nhất dẫn tới phá hủy.
Nhận định về độ oovan của thớ kim loại ở tâm và dẫn đến việc nó phải chịu tải
đổi dấu liên tục là phù hợp. Tuy nhiên, những nghiên cứu ở trên cho thấy độ ovan lớn thì chưa đúng với thực tế. Biến dạng đổi dấu của các thớ kim loại ở giữa không thể
lớn tùy ý và như vậy không thể hoàn toàn là nguyên nhân (chịu trách nhiệm chính) gây nên phá hủy.
Lần đầu tiên E Zibel nghiên cứu tỷ mỉ và đưa ra quan điểm thống nhất về giữa
ứng suất và biến dạng là đưa ra trạng thái ứng suất - biến dạng và giải thích nguyên nhân gây nên vết nứt trong vùng tâm phôi khi cán nghiêng và cán nêm ngang cũng như trong quá trình rèn.
Từ lý thuyết của A.Gers ứng suất trong phôi hình trụ biến dạng đàn hồi giữa hai mặt phẳng, ứng suất tại tâm phôi có giá trị lớn nhất.
r P x . π σ = ; r P y . 3 π σ =− ,
trong đó σx -ứng suất có hướng vuông góc với hướng tác dụng của lực. σy -ứng suất theo hướng tác dụng của lực Pa; P-lực tác dụng lên phôi hình trụ có chiều dài là một, N; r – bán kính của phôi, m.
Như vậy, theo công thức trên, hướng tác dụng của lực có ứng suất nén và hướng vuông góc với lực tác dụng của lực kéo, trong đó lực nén lớn gấp 3 lần lực kéo. Trên hướng nghiêng một góc 450 so với phương tác dụng lực ta có lực trượt lớn nhất gây nên biến dạng trượt.
Trong cán ngang, vì phôi quay nên hướng biến dạng trượt luôn thay đổi liên tục. Trên bề mặt phôi quá trình biến dạng xảy ra luân phiên, chỉ các lớp kim loại trực tiếp nằm bên dưới khuôn mới biến dạng trong khi vùng tâm biến dạng liên tục chính vì vậy mức độ biến dạng tại vùng tâm lớn hơn nhiều và gây ra phá hủy. Điều
đó càng xảy ra thuận tiện khi ứng xuất ngang lại là ứng suất kéo.
Tại vùng tác dụng trực tiếp của lực, do ứng suất lớn, các phần kim loại vành ngoài một phần bị đẩy mạnh về hai phía, kéo theo các vành trong và làm cho ứng suất kéo xuất hiện và ứng suất này cũng làm tăng cường quá trình phá hủy tại tâm phôi càng phát triển.
Luận điểm về ứng suất nén trên hướng tác dụng lực và ứng suất kéo tác dụng trên hướng vuông góc cũng được nhiều tác giả như M Frosta, M. Golubtric và cộng
sự khẳng định. Tuy nhiên cần biết rằng trạng thái ứng xuất ở thời điểm ban đầu khi phôi còn biến dạng đàn hồi khác với trạng thái ứng suất khi phôi biến dạng dẻo lớn. Luận điểm cho rằng nguyên nhân phá hủy tại tâm phôi chủ yếu do ứng suất bởi tải đặt lên phôi gây ra cũng chưa đầy đủ. Ngoài ứng suất do tải trọng gây ra còn có
ứng suất dư. Ngoài ra theo Zibel thì tại vùng tâm phôi cũng có cường độ biến dạng dẻo lớn nhất và điều đó cũng là nguyên nhân gây ra phá hủy.
Tuy nhiên thí nghiệm ép phôi hình trụ và kết quả soi tổ chức tế vi cho thấy biến dạng dẻo lớn nhất xuất hiện tại chu vi phôi và ở tâm hầu như không có. Điều này mâu thuẫn với lý thuyết ở trên. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Theo I.A.Fomitrev, sự xuất hiện phá hủy tại tâm phôi là do quá trình biến dạng không đều trên tiết diện của phôi. Sự biến dạng không đều do sơ đồ tác dụng của lực từ phía trục gây ra. Trong quá trình cán, vùng biến dạng dẻo tập trung ở xung quanh gần mặt tiếp xúc và khi phôi quay, vành ngoài biến dạng dẻo nhiều hơn vành trong càng xa mặt tiếp xúc càng biến dạng ít hơn và tại tâm phôi có thể hoàn toàn không biến dạng. Quá trình cán nghiêng có thể nói là quá trình cán với “vành ống dẻo” và lõi tâm cứng không chịu biến dạng. Ứng suất nén có phương trùng hướng tác dụng lực còn trên hai hướng còn lại là ứng suất kéo. Nguyên nhân gây vết nứt sẽ
là ứng suất chính hướng ngang có gía trị lớn hơn.
Fomitrev không đưa ra cơ chế phá hủy và sơ đồ trạng thái ứng suất có phần tương tự như đề xuất của Zibel. Nhận xét về lõi cứng ở giữa là không phù hợp với thí nghiệm của V.G.Bogulavskovo khi ép phôi hình trụ giữa hai tấm phẳng. Tác giả
cho thấy vùng tâm phôi biến dạng dẻo với lượng ép chỉ 1-2%.