mm; 750 mm; 1000 mm; 1250 mm.Sau đú cỏc mảnh dao được thỏo ra, quan sỏt và phõn tớch trờn kớnh hiển vi điện tử TM – 1000. Bảng 2.2: Vận tốc cắt và cỏc thụng số nhỏm Mảnh dao số Số lần cắt Chiều dài cắt (mm) Vận tốc cắt (m/p) Thụng số nhỏm Ra (Rz) [àm] Lần đo 1 Lần đo 2 Lần đo 3 Lần đo 4 Trung bỡnh 1 1 250 160 0,39 (2,28) 0,41 (2,35) 0,39 (2,28) 0,42 (2,45) 0,40 (2,34) 2 2 500 160 0,38 (2,47) 0,40 (2,23) 0,41 (2,31) 0,37 (2,12) 0,39 (2,28) 3 3 750 140 0,42 (2,41) 0,46 (2,86) 0,46 (2,73) 0,44 (2,70) 0,45 (2,68) 4 4 1000 140 0,72 (3,04) 0,80 (3,57) 0,76 (3,25) 0,79 (3,69) 0,77 (3,39) 5 5 1250 120 0,72 (3,40) 0,70 (3,14) 0,66 (2,80) 0,70 (3,20) 0,70 (3,14) 2.3. Kết quả thớ nghiệm
Số húa bởi Trung tõm Học liệu – Đại học Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn
Sau khi tiện 2,61 phỳt, trờn mặt trước của dao xuất hiện bỏm dớnh của vật liệu gia cụng trờn bề mặt với bề rộng xấp xỉ 150 àm, cung mũn bắt đầu xuất hiện trờn lưỡi cắt chớnh. Sau khi tiện 5,19 phỳt, vật liệu gia cụng bỏm dớnh trờn mặt trước của dao tăng lờn với bề rộng khoảng 200 àm, cung mũn mặt trước trờn lưỡi cắt chớnh kộo dài về phớa đỉnh cung trũn của lưỡi cắt. Sau 7,69 phỳt cắt, bề rộng của vựng vật liệu gia cụng dớnh trờn mặt trước vẫn giữ khụng đổi khoảng 200 àm, chiều dài cung trũn trờn lưỡi cắt chớnh tăng chỳt ớt. Khi thời gian cắt tăng lờn đến 10,09 phỳt chiều dài cung trũn mặt trước tiến tới đỉnh cung trũn mũi dao, chiều rộng vựng mũn mặt trước giữ khụng đổi xấp xỉ 200 àm. Cú thể thấy vật liệu gia cụng dớnh nhiều nhất trờn vựng phoi tỏch ra khỏi mặt trước.
Hỡnh 2.6: Hỡnh ảnh mặt trước của mảnh dao PCBN khi cắt với vận tốc cắt
180 m/p chụp trờn kớnh hiển vi điện tử
Số húa bởi Trung tõm Học liệu – Đại học Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn
c. Sau khi tiện 7,69 phỳt d. Sau khi tiện 10,09 phỳt
Hỡnh ảnh vựng mặt trước sau 7,69 và 10,09 phỳt gia cụng được thể hiện trờn hỡnh 2.6a và 2.6b. Cú thể thấy rừ vật liệu gia cụng dớnh tập trung ở vựng phoi thoỏt khỏi mặt trước của dụng cụ chứ khụng phải vựng gần lưỡi cắt thể hiện rừ trờn hỡnh 2.7(c). Hỡnh 2.7(d) thể hiện bề mặt của vựng mũn trờn lưỡi cắt với cỏc rónh biến dạng dẻo của bề mặt do cào xước của cỏc hạt cứng. Vật liệu dụng cụ trờn vựng này hầu như chỉ cũn pha thứ hai là TiC và Co, cỏc hạt CBN hầu như bị búc tỏch khỏi bề mặt mũn.
Hỡnh 2.7: Hỡnh ảnh phúng to vựng vật liệu gia cụng dớnh trờn mặt trước của dụng cụ khi cắt với vận tốc cắt 180 m/p
a. Sau 7,69 phỳt gia cụng b. Sau 7,69 phỳt gia cụng c. Hỡnh ảnh phúng to của (b)
Số húa bởi Trung tõm Học liệu – Đại học Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn
Từ cỏc kết quả thớ nghiệm cú thể thấy vựng mặt trước của dụng cụ cú thể chia thành ba vựng rừ rệt theo phương thoỏt phoi thụng qua mức độ dớnh của vật liệu gia cụng với mặt trước. Hỡnh 2.6c và hỡnh 2.7b thể hiện rất rừ mụ hỡnh ba vựng này. Chiều dài tiếp xỳc giữa phoi và mặt trước thay đổi tăng dần từ mũi dao đến vựng tiếp xỳc giữa bề mặt tự do của phoi với mặt trước. Vựng một nằm sỏt lưỡi cắt với những vết biến dạng dẻo bề mặt do cỏc hạt cứng trong vật liệu gia cụng gõy nờn (hỡnh 2.7d), vựng hai tiếp theo với sự dớnh nhẹ của vật liệu gia cụng trờn mặt trước, vựng ba là vựng phoi thoỏt ra khỏi mặt trước, ở đõy vật liệu gia cụng dớnh nhiều trờn bề mặt (hỡnh 2.7b và hỡnh 2.7c).
Theo cỏc kết qủa nghiờn cứu của Tren [11] thỡ vựng một ngay sỏt lưỡi cắt là vựng mà cỏc lớp vật liệu gia cụng sỏt mặt trước dớnh và dừng trờn mặt trước tạo nờn vựng biến dạng thứ hai trờn phoi. Tuy nhiờn, cỏc hỡnh ảnh bề mặt cho thấy hiện tượng biến dạng dẻo bề mặt do cào xước theo hướng thoỏt phoi gõy mũn tạo nờn mặt trước phụ mới với gúc trước phụ õm. Từ cấu trỳc kim tương của thộp 9XC trờn hỡnh 2.5 cú thể thấy rằng trong thộp cú chứa một hàm lượng lớn cỏc hạt cỏc bớt cứng (Fe Cr)3C. Những hạt cỏc bớt này khi di chuyển qua vựng ma sỏt một vừa lăn vừa trượt dưới tỏc dụng của ứng suất phỏp rất lớn ở vựng lưỡi dao là nguyờn nhõn tạo nờn cỏc rónh biến dạng dẻo do cào xước trờn bề mặt của vựng này. Sự mũn bề mặt này tạo nờn một mặt trước phụ với gúc trước phụ õm tự nhiờn. Vật liệu gia cụng ở vựng gần mặt sau do hiện tượng tự hóm cú thể bị trượt ngược lại tạo nờn lớp trắng trờn bề mặt gia cụng. Đõy là một phỏt hiện mới về bản chất của tương tỏc giữa vật liệu gia cụng và vật liệu dụng cụ ở vựng kề lưỡi cắt cần tiếp tục nghiờn cứu.
Vựng hai là vựng dớnh của vật liệu gia cụng với mức độ tăng dần về phớa vựng phoi thoỏt khỏi mặt trước. Trờn vựng này hệ số ma sỏt giữa vật liệu gia cụng và mặt trước tăng dần phự hợp với cỏc kết quả nghiờn cứu của
Số húa bởi Trung tõm Học liệu – Đại học Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn
Loladze [24]. Do ứng suất phỏp giảm mạnh trờn vựng này nờn cỏc hạt cứng khụng thể tạo nờn cỏc rónh biến dạng dẻo trờn bề mặt.
Vựng ba vật liệu gia cụng dớnh nhiều trờn mặt trước với cỏc vết trượt của vật liệu phụi đõy là vựng ma sỏt thụng thường với hệ số ma sỏt f = const phự hợp với mụ hỡnh của Zorev [38] và Loladze [24]. Tuy nhiờn, mũn khụng xuất hiện đầu tiờn ở vựng này như trong kết quả của cỏc nghiờn cứu gần đõy khi sử dụng mảnh dao tiện PCBN gia cụng thộp hợp kim qua tụi. Điều này chứng tỏ mũn vật liệu PCBN ớt chịu ảnh hưởng của nhiệt độ cao phỏt sinh trờn vựng ma sỏt thụng thường trong nghiờn cứu này.
Hỡnh 2.8: Hỡnh ảnh mặt trước của mảnh dao PCBN chụp trờn kớnh
hiển vi điện tử
a. Khi cắt với vận tốc cắt 160 m/p sau khi tiện 12,36 phỳt b. Khi cắt với vận tốc cắt 140 m/p sau khi tiện 19,72 phỳt b. Khi cắt với vận tốc cắt 140 m/p sau khi tiện 19,72 phỳt
Khi giảm vận tốc cắt từ 180 m/p xuống 160 m/p,140 m/p, 120 m/p tương tỏc ma sỏt giữa phoi và mặt trước thay đổi khụng nhiều. Vựng tiếp xỳc giữa phoi và mặt trước vẫn chia làm hai vựng rừ rệt: vựng một sỏt lưỡi cắt và vựng hai với sự bỏm dớnh của vật liệu gia cụng. Ở vựng một sỏt lưỡi cắt, vẫn
Số húa bởi Trung tõm Học liệu – Đại học Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn
xuất hiện cỏc vết biến dạng dẻo (hỡnh 2.8), nhưng những vết biến dạng dẻo này khụng cú dạng súng rừ rệt như trờn hỡnh 2.7d.
Vựng bỏm dớnh của vật liệu gia cụng trờn mặt trước với mức độ bỏm dớnh nhiều nhất ở vựng phoi tỏch ra khỏi mặt trước khụng thay đổi khi thay đổi vận tốc cắt.
2.3.2. Tương tỏc ma sỏt giữa phụi và mặt sau dụng cụ
Tương tỏc ma sỏt giữa bề mặt gia cụng và bề mặt sau của dụng cụ là tương tỏc ma sỏt thụng thường kốm theo sự bỏm dớnh của vật liệu gia cụng và cỏc vết cào xước trờn bề mặt sau của dụng cụ. Mũn trờn bề mặt này là mũn dưới dạng sliding wear.
2.3.3. Kết luận
Kết quả nghiờn cứu bản chất tương tỏc ma sỏt giữa vật liệu gia cụng và mặt trước sử dụng dao PCBN tiện tinh thộp 9XC qua tụi cho thấy ma sỏt trờn mặt trước của dụng cụ được chia làm ba vựng rừ rệt: vựng một sỏt lưỡi cắt, tiết theo là vựng chuyển tiếp hai và vựng ma sỏt thụng thường ba. Khi mật độ cỏc hạt cỏc bớt trong thộp tăng đến một mức độ nào đú hiện tượng dớnh - dừng của cỏc lớp vật liệu gia cụng sỏt mặt trước cú thể bị thay đổi bằng hiện tượng trượt. Đõy là nguyờn nhõn gõy mũn do cào xước trờn vựng lưỡi cắt và cú thể là nguyờn nhõn tạo thành lớp trắng trờn bề mặt gia cụng. Mũn mặt trước hầu như khụng bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ cao trong vựng ma sỏt thụng thường.
2.4. Mũn dụng cụ PCBN và nhỏm bề mặt
2.4.1. Phõn tớch thớ nghiệm
Độ cứng của vật liệu gia cụng ảnh hưởng trực tiếp đến quy luật phỏt triển nhiệt độ trong vựng cắt và tốc độ mũn mặt sau. Nghiờn cứu của Lui và đồng nghiệp [35] cho thấy khi tiện tinh thộp vũng bi GCr15 mũn mặt sau tăng nhanh khi tăng vận tốc cắt. Khi thay đổi độ cứng của phụi từ HRC = 30 đến HRC = 64 mũn đạt tốc độ cao nhất ở độ cứng HRC = 50.
Số húa bởi Trung tõm Học liệu – Đại học Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn
Cỏc nghiờn cứu của Kevin và đồng nghiệp [39], cho thấy kớch cỡ của cỏc hạt cỏc bớt trong thộp gia cụng đúng vai trũ quyết định với tốc độ mũn do cào xước trờn mặt sau của dao. Poulachon và đồng nghiệp [15,14] khẳng định cơ chế mũn chớnh của dụng cụ PCBN là mũn do cào xước do cỏc hạt cỏc bớt trong vật liệu gia cụng gõy ra. Tốc độ mũn do cào xước phụ thuộc chủ yếu vào bản chất của cỏc hạt cỏc bớt, cỡ hạt và sự phõn bố của chỳng.
Cơ chế mũn khuếch tỏn được quan sỏt trờn mặt trước của dụng cụ CBN khi tiện thộp tụi cứng bề mặt, pha CBN bị suy giảm trờn vựng mũn mặt trước do CBN bị khuếch tỏn vào mặt dưới của phoi [16].
Cỏc vấn đề về cơ chế mũn mặt trước và sau của mảnh dao PCBN khi tiện thộp hợp kim 9XC qua tụi và ảnh hưởng của mũn dao đến nhỏm bề mặt sẽ được đề cập chi tiết trong nghiờn cứu này.
Tuy nhiờn, cỏc nghiờn cứu mới đõy ch ưa đề cập nhiều đến ảnh hưởng của nhiệt cắt tới mũn và cơ chế mũn dụng cụ. Nghiờn cứu của tỏc giả về vấn đề này khi gia cụng tinh thộp 9XC qua tụi được trỡnh bày dưới đõy.
2.4.2. Kết quả thớ nghiệm mũn dụng cụ PCBN
Kết quả quan sỏt cỏc mảnh dao sau khi tiện tinh trờn kớnh hiển vi điện tử cho thấy cỏc mảnh dao đều bị mũn cả mặt trước và mặt sau. Sau 2,61 phỳt cắt, tương ứng với chiều dài cắt là 250 mm, dọc theo lưỡi cắt chớnh xuất hiện vũng cung mũn với chiều rộng xấp xỉ 10 àm. Trờn vựng mũn mặt trước này khụng nhỡn thấy hỡnh ảnh của cỏc hạt CBN như vựng chưa bị mũn, lớp bề mặt cú cấu trỳc súng chỉ ra trờn hỡnh 2.9a và 2.9b. Đõy là hỡnh ảnh mũn vật liệu dũn theo cơ chế biến dạng dẻo bề mặt do hạt cứng “ cày” trờn bề mặt dưới tỏc dụng của ứng suất phỏp rất lớn ở vựng lưỡi cắt gõy ra. Sau 5,19 phỳt cắt, tương ứng với chiều dài cắt là 500 mm, bản chất mũn trờn mặt trước khụng thay đổi tuy chiều dài cung mũn trờn lưỡi cắt chớnh tăng lờn nhưng chiều rộng của vựng mũn vẫn giữ khụng đổi khoảng 10 àm. Sau thời gian cắt 7,69 phỳt,
Số húa bởi Trung tõm Học liệu – Đại học Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn
tương ứng với chiều dài cắt là 750 mm, vựng mũn trờn lưỡi cắt chớnh lan rộng gần đến đỉnh nhưng vẫn giữ chiều rộng khoảng 10 àm.
Hỡnh 2.9:
(a): Hỡnh ảnh mũn mặt trước của mảnh dao PCBN sau khi tiện 2,61 phỳt với cỏc vết biến dạng dẻo bề mặt.
(b): Hỡnh ảnh phúng to của (a).
(c): Mũn mặt trước của mảnh dao PCBN sau khi tiện 12,36 phỳt cho thấy bề mặt bị mũn rất ghồ ghề.
(d): Hỡnh ảnh cơ chế mũn mặt trước với sự búc tỏch của cỏc lớp vật liệu dụng cụ do dớnh - mỏi.
Sau 10,09 phỳt cắt, tương ứng với chiều dài cắt là 1000 mm, vựng mũn mặt trước phỏt triển đến đỉnh cung trũn của lưỡi cắt và chiều rộng vựng cắt đạt tới 20 àm. Sau thời gian cắt 12,36 phỳt tương ứng với chiều dài cắt là
(a) (b)
Số húa bởi Trung tõm Học liệu – Đại học Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn
1250 mm, hiện tượng mũn mặt trước thay đổi căn bả n như trờn hỡnh 2.9(c) với chiều rộng vựng mũn tới 120 àm, khụng cũn hiện tượng dớnh của vật liệu gia cụng trờn bề mặt vựng mũn mà chỉ cú vựng mũn rất ghồ ghề. Từ hỡnh 2.9(d) cú thể thấy những mảnh vật liệu dụng cụ bong ra khỏi mặt trước theo cơ chế của mũn dớnh hoặc dớnh kết hợp với mỏi.
Hỡnh 2.10:
(a) Mũn mặt sau của mảnh dao PCBN sau khi tiện 7,69 phỳt cho thấy vật liệu gia cụng dớnh trờn vựng mũn tương đối phẳng.
(b) Ảnh mũn mặt sau, sau 10,09 phỳt gia cụng.
(c) Ảnh phúng to vật liệu gia cụng bỏm lờn vựng mũn mặt sau (b). (d) Gúc mũn bờn trỏi của (b).
(a) (b)
Số húa bởi Trung tõm Học liệu – Đại học Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn
Mũn trờn mặt sau được thể hiện trờn hỡnh 2.10(a) sau 7,69 phỳt, hỡnh 2.10(b) sau 10,09 phỳt cắt và hỡnh 2.11(a) sau 12,36 phỳt cắt. Kết quả quan sỏt trờn kớnh hiển vi điện tử cho thấy vựng mũn mặt sau phỏt triển chậm từ khi bắt đầu cắt đến 7,69 phỳt đạt chiều cao mũn mặt sau hs ≈50 àm với bề mặt tương đối bằng phẳng và vật liệu gia cụng dớnh nhẹ trờn bề mặt mũn này. Sau 10,09 phỳt cắt thỡ chiều cao mũn mặt sau cũng chỉ đạt tới hs ≈60 àm. Hỡnh ảnh vật liệu gia cụng dớnh trờn vựng mũn mặt sau chỉ ratrờn hỡnh 2.10(c) Tuy nhiờn trờn mặt sau suất hiện hai mảng dạng vẩy nằm ngay phớa dướớ vựng giao của cạnh tự do của phoi khi thoỏt khỏi mặt trước với cỏc lưỡi cắt. Hỡnh ảnh phúng to của khối bờn trỏi thể hiện trờn hỡnh 2.10(d). Đến 12,36 phỳt gia cụng thỡ trờn toàn bề mặt sau của dụng cụ bị biến dạng theo một kiểu rất đặc biệt với cỏc mảng vật liệu dụng cụ dạng vẩy (Hỡnh 2.11(a) và 2.11(b)).Vật liệu dụng cụ bị dồn nộn tạo nờn cỏc mảng vẩy nhẵn, rộng với chiều cao hs
≈750 àm và vật liệu gia cụng dớnh trờn bề mặt mũn là khụng đỏng kể.
Hỡnh 2.11:
(a) Mũn mặt sau của mảnh dao PCBN sau khi tiện 12,36 phỳt cho thấy hỡnh ảnh gồ ghề của vựng mũn.
(b) Hỡnh ảnh phúng to của (a).
Số húa bởi Trung tõm Học liệu – Đại học Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn
2.4.3. Thảo luận kết quả
Theo Trent và Wight [11], khi gia cụng bằng dao CBN hiện tượng biến dạng lưỡi cắt khụng xảy ra, mũn mặt trước và mặt sau đồng thời tồn tại, vựng mũn mặt trước rất gần lưỡi cắt. Trong nghiờn cứu này, mũn dụng cụ xuất hiện cả trờn mặt trước và mặt sau chỉ sau 2,61 phỳt gia cụng. Tuy nhiờn vựng mũn mặt trước khụng nằm gần lưỡi cắt mà phỏt triển từ lưỡi cắt tạo thành mặt trước phụ tương đối phẳng và phỏt triển dần theo hướng thoỏt phoi như trờn hỡnh 2.9(a). Trờn vựng mũn nhiều hạt PCBN bị tỏch ra khỏi bề mặt do tương tỏc của vật liệu gia cụng làm yếu pha thứ hai của vật liệu dụng cụ theo như kết quả nghiờn cứu của Kevin và đồng nghiệp [13]. Tuy nhiờn cơ chế mũn do khuếch tỏn kết hợp với cào xước do Poulachon và đồng nghiệp [15] đề xuất dường như khụng phự hợp với cỏc kết quả của nghiờn cứu này. Hỡnh ảnh cỏc rónh biến dạng dẻo trờn vựng mũn mặt trước trờn hỡnh 2.9(b) khẳng định biến dạng dẻo bề mặt do cỏc hạt cứng (cỏc bớt (FeCr)3C) và cỏc ụxớt khỏc trong thộp 9XC dưới tỏc dụng của ứng suất phỏp rất lớn ở vựng gần lưỡi cắt gõy nờn là cơ chế mũn chớnh trờn mặt trước.
Tuy nhiờn sau thời gian cắt đủ lớn, khi mũn phỏt triển dần vào phớa trong vựng mặt trước theo hướng thoỏt phoi, ứng suất phỏp trờn mặt trước giảm đi nhanh chúng, hiện tượng dớnh trở nờn phổ biến ở vựng phoi thoỏt khỏi mặt trước thỡ cơ chế mũn do mỏi kết hợp với dớnh là nguyờn nhõn mũn ở vựng này gõy búc tỏch từng mảng vật liệu dụng cụ ra khỏi vựng bề mặt như