A. Lý thuyết liờn quan
7.1. Khỏi niệm về hiện tƣợng mũn của chi tiết
Khi làm việc, cỏc bề mặt chi tiết cọ sỏt làm cho hỡnh dạng, kớch thƣớc và chất lƣợng bề mặt thay đổi, sự thay đổi đú gọi là hao mũn của chi tiết. Sự hao mũn, làm quan hệ lắp ghộp và vị trớ tƣơng đối giữa cỏc chi tiết đều thay đổi, do đú hao mũn là một trong những nguyờn nhõn gõy ra hƣ hỏng. Tốc độ hao mũn cú ảnh hƣởng trực tiếp đến thời gian sử dụng của chi tiết. Hao mũn là do ma sỏt gõy nờn, do đú cần hiểu rừ tớnh chất của ma sỏt và ảnh hƣởng của nú đối với hiện tƣợng hao mũn.
Hƣ hỏng của mỏy múc là do quan hệ giữa cỏc chi tiết thay đổi và bản thõn chi tiết hƣ hỏng gõy nờn. Nhƣng núi nhƣ vậy khụng cú nghĩa là một khi chi tiết hƣ hỏng, quan hệ giữa cỏc chi tiết thay đổi thỡ mỏy múc khụng thể làm việc đƣợc. Do đú nghiờn cứu chi tiết hƣ hỏng đến mức độ nào, quan hệ thay đổi đến mức nào thỡ mỏy múc hƣ hỏng là một vấn đề cú ý nghĩa rất lớn về mặt kinh tế và kỹ thuật. Thực chất của việc nghiờn cứu đú là xỏc định giới hạn hao mũn của cỏc chi tiết, đồng thời đề ra biện phỏp phũng ngừa hƣ hỏng.
7.1.1. Hiện tƣợng mũn tự nhiờn
Mỏy múc cú thể làm việc trong cỏc điều kiện khỏc nhau, nhƣng quỏ trỡnh hao mũn tự nhiờn cũng đều tƣơng tự nhƣ nhau và theo một quy luật nhất định.
Khi lắp ghộp một cặp chi tiết cú chuyển động tƣơng đối với nhau thỡ giữa chỳng cần phải cỳ một khe hở gọi là khe hở lắp ghộp. Trong quỏ trỡnh làm việc của mỏy múc, cỏc chi tiết bị hao mũn tự nhiờn là quỏ trỡnh hao mũn theo quy luật nhất định. Hao mũn tự nhiờn cú thể chia thành ba giai đoạn cơ bản:
- Giai đoạn rà trơn
- Giai đoạn làm việc (giai đoạn sử dụng) - Giai đoạn hƣ hỏng (giai đoạn phỏ huỷ)
7.1.2. Hiện tƣợng mũn hỏng đột biến
Mũn hỏng đột biến là những hƣ hỏng xảy ra bất thƣờng khụng theo quy luật núi trờn. Hƣ hỏng đột biến xảy ra khi cỏc chi tiết cũn đang trong giai đoạn sử dụng xảy ra hƣ hỏng đột ngột. Hiện tƣợng hƣ hỏng đột biến cú thể do một trong cỏc nguyờn nhõn sau:
- Do chế tạo: Cỏc chi tiết sau khi chế tạo cú cỏc vết nứt ngầm tạo ra vựng gõy ứng suất tập trung. Sau một thời gian làm việc, chỳng chịu cỏc lực và mụ-men tỏc dụng theo chu kỳ nờn cỏc vết nứt phỏt triển làm chi tiết bị phỏ huỷ đột ngột
- Do vật liệu chế tạo: Vật liệu chế tạo cỏc chi tiết mỏy cần cú độ bền cơ học phự hợp với điều kiện làm việc. Sau một thời gian làm việc, vật liệu sẽ sinh ra hiện tƣợng mỏi. Mỏi là hiện tƣợng do tải trọng thay đổi tỏc dụng với một chu kỳ nhất định sinh ra. Thời gian phỏt sinh mệt mỏi phụ thuộc vào cỏc nhõn tố sau:
+ Độ lớn của ứng suất do tải trọng sinh ra. + Số lần tỏc dụng lực (tải trọng).
+ Sức chống mỏi của vật liệu.
Núi chung, hƣ hỏng do mệt mỏi đều bắt đầu từ những vết rạn nứt nhỏ, do tỏc dụng của tải trọng vết nứt phỏt triển làm bề mặt chi tiết bị trúc rỗ, hoặc chi tiết bị gẫy.
- Do điều kiện sử dụng: Độ bền của chi tiết mỏy phụ thuộc rất nhiều vào ý thức và trỡnh độ sử dụng của con ngƣời. Việc sửa chữa mỏy múc đƣợc tiến hành theo chế độ bắt buộc, cú nghĩa là sau một thời gian làm việc nhất định thỡ phải bảo dƣỡng kỹ thuật hoặc sửa chữa. Nếu vận hành mỏy đỳng quy trỡnh, thực hiện tốt những quy định về sử dụng mỏy múc, thiết bị thỡ sẽ hạn chế đƣợc cỏc hƣ hỏng đột biến xảy ra. Ngƣợc lại nếu khụng thực hiện tốt cỏc quy định trờn sẽrất dễ xảy ra cỏc hƣ hỏng đột biến
Vớ dụ: Trƣớc khi vận hành động cơ cần phải kiểm tra dầu bụi trơn, nƣớc làm mỏt đầy đủ theo quy định. Nếu thiếu dầu bụi trơn sẽ làm cho cỏc chi tiết bị mài mũn nhanh chúng, tăng nhiệt độ gõy hƣ hỏng nhanh cỏc chi tiết. Thậm chớ nếu khụng cú dầu bụi trơn thỡ cỏc bề mặt ma sỏt của cỏc chi tiết bị chỏy, bú cứng gõy nờn hàng loạt cỏc hƣ hỏng, phỏ huỷ hoàn toàn động cơ.
7.2. Khỏi niệm về cỏc hỡnh thức mài mũn 7.2.1. Mài mũn cơ giới
Mài mũn cơ giới là hiện tƣợng mài mũn cỏc chi tiết mỏy do ma sỏt và bột mài gõy nờn. Khi làm việc, cỏc bề mặt chi tiết cọ sỏt làm cho hỡnh dạng, kớch thƣớc và chất lƣợng bề mặt thay đổi thỡ sự thay đổi đú gọi là hao mũn của chi tiết.
Sự hao mũn, làm quan hệ lắp ghộp và vị trớ tƣơng đối giữa cỏc chi tiết đều thay đổi, do đú hao mũn là một trong những nguyờn nhõn gõy ra hƣ hỏng. Tốc độ hao
mũn cú ảnh hƣởng trực tiếp đến thời gian sử dụng của chi tiết. Hao mũn là do ma sỏt gõy nờn, do đú cần hiểu rừ tớnh chất của ma sỏt và ảnh hƣởng của nú đối với hiện tƣợng hao mũn.
Căn cứ vào sự hoạt động của cỏc bề mặt ma sỏt, ngƣời ta chia ma sỏt thành hai loại sau:
- Ma sỏt trượt:Bao gồm cỏc lực ma sỏt ngăn cản vật thểdi động nhƣ lực ma sỏt giữa piston với xylanh, giữa trục khuỷu và ổ trục.
- Ma sỏt lăn: Bao gồm lực ma sỏt ngăn cản vật thể này lăn trũn trờn vật thể kia nhƣ ma sỏt trong ổ bi, ma sỏt giữa bỏnh xe với mặt đƣờng.
Căn cứ vào tớnh chất của bề mặt ma sỏt, cú thể chia ma sỏt thành cỏc loại chủ yếu sau đõy:
- Ma sỏt hoàn toàn: Là loại ma sỏt mà hai bề mặt kim loại trực tiếp cọ sỏt vào nhau. Giữa hai mặt ma sỏt khụng cú lớp dầu nhờn ngăn cỏch (hoặc lớp ụxy hoỏ, tạp chất…). Ma sỏt hoàn toàn dễ dẫn đến hiện tƣợng bỏm hỳt của kim loại dẫn đến hiện tƣợng xõm thực.
- Ma sỏt ướt: Giữa hai bề mặt cọ sỏt cú lớp dầu nhờn làm cỏc bề mặt ma sỏt khụng trực tiếp cọ sỏt vào nhau đồng thời lực ma sỏt rất nhỏ vỡ nú chỉ là nội ma sỏt của cỏc phần tử trong lớp dầu.
- Ma sỏt khụ:Giữa hai bề mặt cọ sỏt khụng cú dầu nhờn bụi trơn nhƣng vẫn cú lớp ngăn cỏch (nhƣ lớp ụxy hoỏ, bụi bẩn…)
Trờn ụ tụ, phần lớn cỏc chi tiết đƣợc làm việc trong điều kiện ma sỏt ƣớt, ma sỏt nửa ƣớt và ma sỏt khụ. Ma sỏt hoàn toàn chỉ phỏt sinh trong điều kiện nhất định nú là trong mụi trƣờng ỏp suất cao, nhiệt độ cao, khụng cú dầu bụi trơn hoặc lƣợng dầu bụi trơn ớt.
Đối với ụ tụ, bột mài chủ yếu là đất bụi, vụn kim loại sinh ra trong khi làm việc và muội than…Đặc biệt do mụi trƣờng làm việc nơi cú nhiều đất bụi, trong đất bụi cú rất nhiều những hạt cứng khi lọt vào bề mặt ma sỏt chỳng nhƣ những mũi dao sắc cào xƣớc hoặc cắt gọt lớp mặt chi tiết dẫn đến sự mài mũn nghiờm trọng. Bột mài tồn tại dƣới hai hỡnh thức:
+ Bột mài lẫn trong chất lỏng lƣu động nhƣ đất cỏt lẫn trong nhiờn liệu làm mũn kim phun, cối kim phun, piston-xylanh bơm cao ỏp, van và đế van triệt hồi… hoặc nhƣ cỏc vụn kim loại sinh ra trong quỏ trỡnh ma sỏt lẫn trong dầu nhờn làm mũn cỏc bề mặt ma sỏt đƣợc bụi trơn…
Bột mài lọt vào bề mặt ma sỏt nhƣ cỏt, vụn kim loại sẽ cào xƣớc lớp kim loại mềm của bạc lút, xƣớc bề mặt xilanh, cổ trục khuỷu, ....
Vớ dụ: Nếu để 1gam bụi lọt vào xilanh của động cơ thỡ xilanh bị mũn làm đƣờng kớnh tăng 0,01mm. Trờn ụtụ, nếu khụng lắp bỡnh lọc khụng khớ thỡ tốc độ mũn của xilanh tăng 8 lần, của piston tăng nhanh 3 lần, của vũng găng tăng 9 lần…
7.2.2. Mài mũn phõn tử cơ giới
Mài mũn phõn tử cơ giới là hiện tƣợng phỏ vỡ liờn kết kim loại trờn cỏc bề mặt ma sỏt gõy ra sự bị dớnh, bong, trúc, rỗ cỏc bề mặt ma sỏt. Dớnh trúc là hiện tƣợng kim loại của hai chi tiết bỏm chặt vào nhau khi chịu tải trọng phỏp tuyến, chịu nhiệt độ cao và cú sự dịch chuyển tƣơng đối, làm cho kim loại của chi tiết này dớnh vào bề mặt của chi tiết kia.
Hỡnh 7.1 Cỏc vết trúc, rỗ trờn bỏnhrăng
Điều kiện để hiện tƣợng dớnh trúc dễ phỏt sinh:
- Hai bề mặt chi tiết làm việc trong điều kiện ma sỏt hoàn toàn. - Bề mặt tiếp xỳc càng lớn thỡ hiện tƣợng dớnh trúc càng dễ phỏt sinh.
- Trong điều kiện cú sự tỏc động của lực tỏc dụng, nhiệt độ cao. Lực phỏp tuyến và nhiệt độ càng cao thỡ sự dớnh trúc càng dễ xảy ra
Trờn ụ tụ, những nơi cú thể phỏt sinh hiện tƣợng dớnh trúc là cổ trục, bạc đỡ, piston, xilanh, bỏnh răng… Muốn ngăn ngừa hiện tƣợng dớnh trúc phỏt sinh cần phải:
- Bảođảm khe hở lắp ghộp giữa cỏc chi tiết đỳng yờu cầu. - Bảo đảm bụi trơn tốt (đủ và sạch).
- Bảo đảm mỏy múc làm việc ở nhiệt độ bỡnh thƣờng, tải trọng trong giới hạn cho phộp.
7.2.3. Mài mũn húa chất cơ giới
Cỏc chi tiết bị hao mũn do húa chất ăn mũn gõy nờn. Ăn mũn là quỏ trỡnh tỏc dụng húa học của mụi trƣờng mà chi tiết tiếp xỳc. Núi chung hiện tƣợng ăn mũn thƣờng phỏt sinh từ mặt ngoài, rồi phỏt triển vào phớa trong của chi tiết. Trờn cỏc mỏy múc, hiện tƣợng ăn mũnphổ biến nhất là han gỉ. Ngoài ra, cỏc chi tiết cũn bị ăn mũn bởi cỏc tạpchất lẫn trong dầu nhờn, nhiờn liệu.
Những chi tiết làm việc trong điều kiện nhiệt độ cao cũng dễ bị ụxy hoỏ. Ăn mũn cú thể chia ra làm ba loại: ăn mũn húa học, ăn mũn điện hoỏ học và điện ăn mũn.
- Ăn mũn húa học: Là sự ăn mũn gõy nờn bởi những phản ứng húa học xảy ra trực tiếp giữa kim loại với mụi trƣờng xung quanh. Quỏ trỡnh tỏc dụng húa học nhanh hay chậm phụ thuộc vào nhiệt độ và mụi trƣờng tiếp xỳc cú tớnh chất ăn mũn.
Vớ dụ: Trong dầu nhờn cú tạp chất axit và kiềm, hoặc cỏc axit hữu cơ đều làm cho cỏc chi tiết bị ăn mũn. Lƣu huỳnh trong dầu nhờn là chất ăn mũn kim loại (gang, thộp) rất mạnh. Hơi đốt cú nhiệt độ cao làm buồng đốt bị ăn mũn, nhiệt độ cao cú tỏc dụng giỳp cỏc phản ứng hoỏ học phỏt sinh nhanh chúng.
- Ăn mũn điện hoỏ học: Là hiện tƣợng ăn mũn hoỏ học dƣới tỏc dụng của dũng điện. Điều kiện để phỏt sinh ăn mũn điện hoỏ học là:
- Cú dung dịch điện phõn tồn tại, dung dịch điện phõn chủ yếu gồm thành phần nƣớc và cỏc chất khỏc nhƣ axit, kiềm, muối…
- Cú thếhiệu tồn tạitrờn bề mặt chi tiết: cú thế hiệu mới cú dũng điện để phỏt sinh quỏ trỡnh ăn mũn điện hoỏ học. Nếu cú một trong 3 điều kiện sau đõy thỡ cú thế hiệu tồn tại:
+ Tồn tại hai kim loại khỏc nhau. + Bề mặt cú độ búng khỏc nhau.
+ Trong kim loại cú ứng suất khỏc nhau.
- Điện ăn mũn: Là sự ăn mũn của tia lửa điện khi nú phúng qua bề mặt chi tiết. Vớ dụ tia lửa điện ăn mũn cực nến điện, mỏ bạch kim trong manhờtụ, hoặc bộ chia điện.
Biện phỏp ngăn ngừa hiện tượng ăn mũn, thường là:
- Dựng vật liệu cú sức chống ăn mũn tốt. Vớ dụ nhƣ dựng đồng chế tạo mũ ốc lắp ống xả, làm ống dẫn dầu nhờn, nhiờn liệu, làm giclơ của bộ chế hoà khớ…dựng hợp kim vụnfram để chế tạo mỏ bạch kim…
- Nõng cao độ búng gia cụng của chi tiết.
Trờn bề mặt chi tiết phủ một lớp chống ăn mũn nhƣ: mạ Niken, mạ crụm, sơn phủ, bụi dầu mỡ v.v…
Hiện tƣợng biến chất của một số vật liệu phi kim loại nhƣ: gỗ để ngoài mƣa nắng sẽ cong vờnh, rạn nứt, rồi mục nỏt, hoặc nhƣ cao su thƣờng xuyờn bị ỏnh nắng chiếu rọi sẽ nhanh lóo húa, mất tinh đàn hồi. Vũng chặn cao su tiếp xỳc lõu ngày với dầu mỡ cũng bị cứng hoặc gión nở…Muốn giảm bớt hiện tƣợng già mục, yờu cầu khụng để gỗ ngoài mƣa nắng, khụng để dầu mỡ bỏm vào cao su (xăm lốp)…