Hỡnh ảnh cấu trỳc của hai loại thộp này được chỉ ra trờn hỡnh 1.12 với chất dớnh kết là Co đối với CBN – H và Co, TiN với CBN – L.
Mặc dự CBN – H cú độ cứng cao hơn và độ dai va đập cao hơn nhưng tuổi bền của CBN – L lại cao hơn và tạo nờn độ búng bề mặt tốt hơn [13].
Hợp kim cứng với tớch Vc . t10,6
Trong đú: V tớnh bằng m/ p và t1 tớnh bằng mm/ v [20]
Mũn mặt trước và sau là hai dạng mũn thường gặp nhất trong cắt kim loại. Cỏc thụng số hỡnh học đặc trưng cho hai vựng mũn này được chỉ ra trờn hỡnh 1.23.
Loladze [21] cho rằng cơ chế hỡnh thành vựng mũn mặt trước của dao hợp kim cứng khỏc so với dao thộp giú. Theo ụng thỡ hợp kim cứng cú độ cứng núng cao đến hàng nghỡn độ C, nờn hiện tượng khuếch tỏn ở trạng thỏi rắn gõy mũn với tốc độ cao xảy ra trờn mặt trước từ vựng cú nhiệt độ cao nhất. Túm lại mũn mặt trước đều cú nguồn gốc do nhiệt.
Boothroyd [22] cho rằng mũn mặt sau xảy ra do tương tỏc giữa mặt sau dụng cụ với bề mặt gia cụng và bề mặt mũn song song với phương của vận tốc cắt. Theo Trent [11] mũn mặt sau xảy ra trong hầu hết cỏc quỏ trỡnh cắt
Số húa bởi Trung tõm Học liệu – Đại học Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn
kim loại và khụng đều trờn suốt chiều dài lưỡi cắt. Cơ chế mũn mặt sau của dụng cụ hợp kim cứng ở tốc độ cắt thấp là sự tỏch ra của cỏc hạt carbides tạo nờn bề mặt mũn khụng bằng phẳng. Cũn ở tốc độ cắt cao vựng mũn mặt sau nhẵn và trơn.
Lượng mũn mặt trước và mặt sau cú thể tớnh toỏn gần đỳng theo [19] như sau: Thể tớch mũn mặt sau: 2 . . 2 b tgα VB V ave w = (1– 23)
Trong đú: VBave là chiều cao trung bỡnh của vựng mũn
Thể tớch mũn mặt trước. 3 ) ( 2b KB KF KT Vcr = − (1– 24) Cỏc kớch thước dựng xỏc định mũn chỉ ra trờn hỡnh 1.23. Cú thể đo bằng kớnh hiển vi dụng cụ, bằng thiết bị quang học khỏc, hoặc bằng phương phỏp chụp ảnh. Ngoài ra người ta cũn đo khối lượng dụng cụ và sử dụng phương phỏp radiotracer (phương phỏp đồng vị phúng xạ) để xỏc định.
Số húa bởi Trung tõm Học liệu – Đại học Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn
và mặt sau – ISO3685 [19]
1.5.2. Cỏc cơ chế mũn cơ bản của dụng cụ cắt
Theo Shaw [20] mũn dụng cụ cú thể do dớnh, hạt mài, khuếch tỏn, ụxy hoỏ và mỏi. Cỏc cơ chế mũn này xảy ra đồng thời trong quỏ trỡnh cắt tuy nhiờn tuỳ theo điều kiện cắt cụ thể mà một cơ chế nào đú chiếm ưu thế. Ngoài ra dụng cụ cũn bị phỏ huỷ do mẻ dăm, nứt và biến dạng dẻo.
Theo Lofer [23] trong cắt kim loại nhiệt độ cắt hay vận tốc cắt là nhõn tố ảnh hưởng mạnh nhất đến sự tồn tại của cỏc cơ chế mũn và phỏ huỷ. Ở dải vận tốc cắt thấp và trung bỡnh, cơ chế mũn do dớnh và mũn do hạt mài chiếm ưu thế cho cả cắt liờn tục và giỏn đoạn. Khi tăng vận tốc cắt, mũn do hạt mài và hoỏ lý trở nờn chiếm ưu thế đối với cắt liờn tục và tạo nờn vựng mũn mặt trước. Sự hỡnh thành cỏc vết nứt do ứng suất nhiệt biến đổi theo chu kỳ là cơ chế mũn chủ yếu dẫn đến vỡ lưỡi cắt khi cắt khụng liờn tục (hỡnh 1.24).
Hỡnh 1.24: Ảnh hưởng của vận tốc cắt đến cơ chế mũn
khi cắt liờn tục (a) và cắt giỏn đoạn (b) [23]
1.5.2.1. Mũn do dớnh Nhiệt làm giảm sức bền Mòn do dính Vận tốc cắt Vận tốc cắt Nhiệt làm giảm sức bền ứng suấtuốn Xung Mòn do dính Mòn do hạt mài Mòn do hạt mài Ôxy hoá, khuếch tán Tương tác hoá lý Tương tác hoá lý Mỏi bề mặt Mỏi vật liệu Phâ n bổ của bi ến dạ ng v à m òn Phâ n bổ của v ỡ nứt v à m òn
Số húa bởi Trung tõm Học liệu – Đại học Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn
Theo Boothroyd [22] và Loladze [21] mũn do dớnh sẽ phỏt triển mạnh, đặc biệt trong điều kiện nhiệt độ cao, cỏc vựng dớnh bị trượt cắt và tỏi tạo liờn tục theo chu kỳ thậm chớ trong khoảng thời gian cắt ngắn. Hiện tượng mũn cú thể gọi là dớnh mỏi. Khả năng chống mũn dớnh mỏi phụ thuộc vào sức bền tế vi của cỏc lớp bề mặt dụng cụ và cường độ dớnh của nú với vật liệu gia cụng. Cường độ này được đặc trưng bởi hệ số cường độ dớnh ka là tỉ số giữa lực dớnh riờng và sức bền của vật liệu gia cụng tại một nhiệt độ xỏc định. Với đa số cỏc cặp vật liệu thỡ ka tăng từ 0,25 đến 1 trong khoảng nhiệt độ từ 900o
C ữ
1300oC. Bản chất phỏ huỷ vật liệu ở cỏc lớp bề mặt do dớnh mỏi là cả dẻo và dũn. Loladze [24] cho rằng độ cứng của mặt dao đúng vai trũ rất quan trọng trong cơ chế mũn do dớnh. Khi tăng tỉ số độ cứng giữa vật liệu dụng cụ và vật liệu gia cụng từ 1,47 đến 4,3 mũn do dớnh giảm đi khoảng 300 lần.
Trent [1] đó chỉ ra rằng dao thộp giú bị biến dạng dẻo mạnh dưới tỏc dụng của ứng suất tiếp trờn vựng mũn mặt trước ở nhiệt độ khoảng 900o
C. Khi mặt dưới của phoi dớnh chặt vào mặt trước thỡ ứng suất tiếp cần thiết để tạo ra sự trượt của cỏc lớp phoi bị biến cứng cũng đủ để gõy ra sự trượt trong cỏc lớp vật liệu dụng cụ trong vựng mũn gõy ra mũn do dớnh. Điều này cũng phự hợp với quan điểm của Loladze [18] cho rằng mức độ biến cứng của cỏc lớp dưới của phoi thộp cacbon khi biến dạng dẻo với tốc độ biến dạng cao ớt phụ thuộc vào nhiệt độ.
1.5.2.2. Mũn do hạt mài
Theo Loladze [21] mũn dụng cắt do hạt mài cú nguồn gốc từ cỏc tạp chất cứng trong vật liệu gia cụng như oxides và nitrides hoặc những hạt cỏcbớt của vật liệu dụng cụ trong vựng tiếp xỳc giữa vật liệu dụng cụ và vật liệu gia cụng tạo nờn cỏc vết cào xước trờn bề mặt dụng cụ. Mụi trường xung quanh cú ảnh hưởng lớn đến cường độ của mũn do hạt mài, vớ dụ khi gia cụng cắt
Số húa bởi Trung tõm Học liệu – Đại học Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn
trong mụi trường cú tớnh hoỏ học mạnh, lớp bề mặt bị yếu đi và cỏc hạt mài cú thể cắm sõu hơn ở vựng tiếp xỳc và tăng tốc độ mũn, Armarego [25] cho rằng khả năng chống mũn do hạt mài tỷ lệ thuận với cỏc tớnh chất đàn hồi và độ cứng của hai bề mặt ở chỗ tiếp xỳc.
Trỏi lại Trent [11] cho rằng trong điều kiện “ Seizure” cỏc hạt mài riờng rẽ khụng đúng vai trũ quan trọng đối với mũn dụng cụ. Theo ụng thỡ cỏc hạt carbides trong thộp giú bị suy yếu do hiện tượng khuếch tỏn bị tỏch ra và kộo trờn bề mặt tiếp xỳc tạo nờn cỏc rónh mũn. Tuy nhiờn theo ụng khi phoi trượt trờn mặt trước của dụng cụ thỡ mũn do hạt mài sẽ cú chiếm ưu thế.
1.5.2.3. Mũn do khuếch tỏn
Nhiệt độ cao phỏt triển trong dụng cụ đặc biệt là trờn mặt trước khi cắt tạo phoi dõy là điều kiện thuận lợi cho hiện tượng khuếch tỏn giữa vật liệu dụng cụ và vật liệu gia cụng. Colwel [26] đó đưa ra nghiờn cứu của Takeyama cho rằng cú sự tăng đột ngột của tốc độ mũn tại nhiệt độ 930o
C khi cắt bằng dao hợp kim cứng. Điều này liờn quan đến một cơ chế mũn khỏc đú là hiện tượng mũn do khuếch tỏn, ụxy hoỏ hoặc sự phõn ró hoỏ học của vật liệu dụng cụ ở cỏc lớp bề mặt. Theo Brierley và Siekmann [27] hiện nay mũn do khuếch tỏn được chấp nhận rộng rói như là một dạng mũn quan trọng ở tốc độ cắt cao. Họ chỉ ra cỏc quan sỏt của Opitz cho thấy trong cấu trỳc tế vi của cỏc lớp dưới của phoi thộp cắt bằng dao hợp kim cứng chứa nhiều cỏcbon hơn so với phụi. Điều đú chứng rỏ rằng cỏcbon từ cỏc bớt volfram đó hợp kim hoỏ hoặc khuếch tỏn vào phoi làm tăng thành phần cỏcbon của cỏc lớp này.
Min và Youzhen [28] đó phỏt hiện hiện tượng khuếch tỏn khi phay hợp kim Titan bằng dao phay mảnh hợp kim cứng ở vận tốc cắt 200m/p. Họ đó
Số húa bởi Trung tõm Học liệu – Đại học Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn
quan sỏt một lớp giàu cỏcbon dọc theo mặt tiếp xỳc giữa bề mặt dụng cụ và vật liệu gia cụng. Dưới bề mặt của dụng cụ xuất hiện một lớp thiếu cỏcbon.
Trent [29] cho rằng do dớnh hiện tượng khuếch tỏn xảy ra qua mặt tiếp xỳc chung của dụng cụ và vật liệu gia cụng là hoàn toàn cú khả năng. Dụng cụ bị mũn do cỏc nguyờn tử cỏcbon và hợp kim khuếch tỏn vào phoi và bị cuốn đi. Khuếch tỏn là một dạng của ăn mũn hoỏ học trờn bề mặt dụng cụ nú phụ thuộc vào tớnh linh động của cỏc nguyờn tố liờn quan. Tốc độ mũn do khuếch tỏn khụng chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ cao mà cũn phụ thuộc vào tốc độ của dũng vật liệu gần bề mặt dụng cụ cú tỏc dụng cuốn cỏc nguyờn tử vật liệu dụng cụ đi.
Ekemar [30] cho rằng khi cắt thộp và gang tương tỏc giữa vật liệu gia cụng và vật liệu dụng cụ cú thể xảy ra. Thành phần chớnh của cỏc lớp phoi tiếp xỳc với dụng cụ là austenite với thành phần cỏcbon thấp khi nhiệt độ vựng tiếp xỳc đủ cao. Austenite này hoà tan một số cỏc nguyờn tố hợp kim của dụng cụ trong quỏ trỡnh cắt. Hau – Bracamonte [31] đó phỏt hiện ra sự austenite hoỏ của thộp cỏcbon thấp ở nhiệt độ 750o
mặc dự quỏ trỡnh tiếp xỳc của phoi trờn mặt trước rất ngắn.
Trỏi với Ahman và đồng nghiệp [32] đó cho rằng khuếch tỏn khụng cú ảnh hưởng trực tiếp đến mũn. Cỏc kết quả tớnh toỏn và thực nghiệm của họ đó chỉ ra rằng ảnh hưởng của khuếch tỏn đến mũn dụng cụ thộp giú ở chế độ cắt thụng thường là khụng đỏng kể.
1.5.2.4. Mũn do ụxy hoỏ
Dưới tỏc dụng của tải trọng nhỏ cỏc vết mũn kim loại trụng nhẵn và sỏng, mũn xảy ra với tốc độ mũn thấp và cỏc hạt mũn oxits nhỏ được hỡnht hành. Bản chất của cơ chế mũn này là sự bong ra của cỏc lớp ụxy hoỏ khi đỉnh cỏc nhấp nhụ trượt lờn nhau. Sau khi lớp ụxy hoỏ bị bong ra thỡ lớp khỏc
Số húa bởi Trung tõm Học liệu – Đại học Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn
lại được hỡnh thành theo một quỏ trỡnh kế tiếp nhau liờn tục. Tuy nhiờn theo Halling thỡ lớp màng ụxit và cỏc sản phẩm tương tỏc hoỏ học với mụi trường trờn bề mặt tiếp xỳc cú khả năng ngăn ngừa hiện tượng dớnh của đỉnh cỏc nhấp nhụ. Khi đụi ma sỏt trượt làm việc trong mụi trường chõn khụng thỡ mũn do dớnh xảy ra mạnh do lớp màng ụxits khụng thể hỡnh thành được.
1.6. Mũn dụng cụ PCBN
Theo Tren [11], lưỡi cắt của mảnh dao PCBN khụng bị biến dạng khi cắt. Mũn mặt trước và mặt sau là hai dạng mũn chủ yếu của dao tiện PCBN, mũn mặt trước bắt đầu từ rất gần lưỡi cắt trờn vựng cạnh viền do lượng chạy dao nhỏ.
Hỡnh 1.25: Sơ đồ mũn mặt trước và sau của mảnh dao PCBN
Số húa bởi Trung tõm Học liệu – Đại học Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn
Hỡnh 1.25 minh hoạ về mũn dao CBN khi gia cụng thộp qua tụi. Từ hỡnh 1.25 cú thể thấy rằng khi gia cụng thộp hợp kim qua tụi dao CBN bị mũn cả mặt trước và mặt sau [15].
Tuy nhiờn theo cỏc kết quả nghiờn cứu Kishawy và Elbestawy [12] khi sử dụng dao tiện PCBN với γ = - 6o và α = 0o cho thấy hiện tượng biến dạng dẻo lưỡi cắt xuất hiện dọc theo lưỡi cắt xuất hiện dọc theo lưỡi cắt (hỡnh 1.26). Khi tăng bỏn kớnh lưỡi cắt, mũn mặt sau tăng do tỏc dụng tăng thành phần lực cắt Py. Trỏi lại khi giảm bỏn kớnh lưỡi dao tuổi bền của dụng cụ tăng lờn do tỏc dụng giảm thành phần lực cắt P y. Mũn mặt sau của dụng cụ với những rónh trờn mặt sau tương ứng với hai cạnh của phoi là dạng mũn chớnh [12].
Hỡnh 1.26: Hỡnh ảnh biến dạng dẻo lưỡi cắt [12]
Số húa bởi Trung tõm Học liệu – Đại học Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn
Hỡnh 1.27: Hỡnh ảnh mũn mặt sau dao BZN 8100 và BZN6000 [13]
Trong nghiờn cứu của Kevin và đồng nghiệp [13] sử dụng 2 loại mảnh dao CBN – H với chất liờn kết là Co và CBN – L với chất liờn kết là TiN và một lượng nhỏ Cụban tiện thộp AISI 52100 cho thấy mũn mặt sau tăng theo quy luật gần như tuyến tớnh với chiều dài cắt tuy nhiờn tốc độ mũn mặt sau của dao CBN – H cao hơn. Mũn xuất hiện trờn cả mặt trước và mặt sau, lớp đọng vật liệu gia cụng xuất hiện trờn vựng mũn mặt sau của cả 2 loại mảnh dao. Lớp này mịn và đồng đều trờn mặt sau của dao CBN – L, rỏp và kốm theo cỏc rónh trờn mặt sau của dao CBN – H. Hỡnh ảnh cỏc hạt CBN bị tỏch ra khỏi mảnh dao sau đó được ghi lại đặc biệt khi tăng vận tốc cắt. Núi chung dao CBN –L cú khả năng chống mũn cao hơn CBN – H ở nhiệt độ cao( hỡnh 1.27).
Powlachon và đồng nghiệp [15] đó chỉ ra rằng lớp đọng của vật liệu gia cụng trờn mặt trước và sau của dụng cụ cú tỏc dụng giảm mũn bởi vỡ lớp này cú tỏc dụng như một lớp mạ trờn bề mặt của dụng cụ làm giảm tỏc dụng cào xước của cỏc hạt cỏc bớt. Tuy nhiờn khi thành phần Al trong lớp đọng tăng lờn thỡ mũn trờn cả mặt trước và sau đều tăng. Zimmermann và đồng nghiệp [16] đó chỉ ra rằng lớp đọng trờn mặt sau cà mặt trước của dụng cụ CBN cú chứa cỏc hợp chất cú sự tham gia của cỏc nguyờn tố cú trong thành phần hoỏ học của dao và phụi. Nghiờn cứu của cỏc ụng sử dụng dao CBN – L với chất dớnh kết TiC tiện thộp tụi cứng bề mặt đó chứng tỏ tồn tại phản ứng giữa vật liệu dụng cụ, vật liệu gia cụng và ụxy trờn mặt sau do ma sỏt tạo nờn nhiệt độ cao và sự tồn tại ỏp suất lớn trong vựng này do lực Py gõy nờn. Trờn vựng mũn mặt trước, nhiệt độ cú thể vượt quỏ 800o
C là tiền đề cho phản ứng h oỏ học xảy ra trong đú CBN hoà tan trong vựng phoi FeO. Phần cũn lại giàu Ti trờn mặt trước sẽ bị suy giảm độ cứng so với bờn trong và bị bào mũn nhanh
Số húa bởi Trung tõm Học liệu – Đại học Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn
chúng. Cơ chế mũn mặt sau tuy chưa được khẳng định nhưng cú thể khẳng định bị ảnh hưởng bởi phản ứng hoỏ học trong quỏ trỡnh CBN bị hoà tan và tạo thành cỏc hợp chất phức tạp (hỡnh 1.28).
Hỡnh 1.28: Vựng tương tỏc gi ữa vật liệu gia cụng và vật liệu dụng cụ [16].
Hỡnh 1.29: Sơ đồ đơn giản về quỏ trỡnh mũn dớnh trờn vựng cú lớp đọng của vật liệu gia cụng [13]
Phõn tớch EDX cho thấy vật liệu lớp đọng trờn vựng mũn mặt sau chủ yếu là Fe và O2 điều này chứng tỏ lớp đọng chủ yếu là ụxit của vật liệu phụi. Lớp đọng trờn mặt sau dao CBN – H cú rất nhiều rónh và dễ “ Remove” hơn lớp đọng dạng vảy trờn dao CBN – L. Hiện tượng làm yếu liờn kết của CBN với nền do mất Co chứng tỏ tương tỏc của vật liệu gia cụng với pha thứ 2 của dao CBN là nguyờn nhõn của mũn dao trờn mặt sau. Theo nghiờn cứu này thỡ
Lớp FeO Chất dính kết Hạt CBN Vùng tương Pha dính kết Pha dính kết Lớp đọng VLGC Bề mặt dao Dính Bề mặt dao Hạt CBN Hạt CBN Lỗ trống CBN
Số húa bởi Trung tõm Học liệu – Đại học Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn
những phần hạt CBN bị tỏch ra khỏi vựng bề mặt là theo cơ chế chớnh của lớp