M Ở ĐẦU
2.5.1 Sự biến cứng lớp bề mặt khi gia công
Khi gia công kim loại nói chung và họp kim nhôm A7075 nói riêng thì bề mặt chi tiết gia công bị ảnh hưởng bởi tính chất cơ lý của lớp vật liệu nằm ngay dưới bề mặt gia công, điều này ảnh hưởng lớn đến khảnăng làm việc của chi tiết. Biến cứng lớp bề mặt bao gồm ứng suất dư và trạng thái cứng nguội là các hiện tượng thường gặp trên lớp bề mặt sau gia công. Các hiện tượng này xảy ra là do: lực biến dạng, nhiệt cắt và sựthay đổi cấu trúc kim loại của chi tiết gia công.
+ Ứng suất dư: Xuất hiện chủ yếu là do lực cắt và nhiệt cắt. Ứng xuất dư khi gia công vật liệu dẻo là ứng suất dư kéo, gia công vật liệu giòn ứng suât dư là nén, khi gia công bằng phương pháp mài do nhiệt cắt cao ứng suất dư lớp bề mặt luôn là ứng suất kéo. Ứng suất dư trên bề mặt là kéo sẽ làm giảm sức bền mỏi của chi tiết máy, còn khi ứng suất dư kéo vượt quá giới hạn bền của vật liệu chi tiết có thể bị nứt lớp bề mặt.
Sựthay đổi chiều sâu ∆ từ bề mặt chi tiết tới lớp kim loại phía trong sau khi gia công các vật liệu dẻo, vùng I là lớp rất mỏng từ 1÷4 µm ởđây ứng suất dư là nén. Vùng II
ứng suất dư là kéo và phụ thuốc vào góc trước (γ) của dao, chiều sâu cắt (t), vận tốc cắt (V), lượng chạy dao (S). Vùng này độ sâu có thể lớn hơn 10 lần so với vùng I và tại đây quyết định ứng suất dư của bề mặt. Vùng III là vùng xuất hiện ứng suất dư nén (Hình 2.16).
Hình 2.17. Ảnh hưởng của V,S,γđến ứng suất tiếp σT và ∆[9]
Chiều sâu và độ lớn của lớp vật liệu có ứng suất dư phụ thuộc vào góc trước của dụng cụ cắt, tốc độ cắt và độ mòn của lưỡi cắt. Độ mòn của dụng cụ cắt càng lớn thì ứng suất dư kéo càng tăng, vận tốc cắt và lượng chạy dao cũng ảnh hướng đến ứng suất dư thể hiện trên hình 2.17.
+ Hiện tượng cứng nguội
Khi gia công duới tác dụng của lực cắt, trên lớp bề mặt chi tiết gia công xảy ra hiện tượng dẻo dẫn đến các hạt tinh thể bị kéo lệch mạng và giữa chúng sinh ra ứng suất. Tác dụng này làm tăng thể tích riêng và làm giảm mật độ kim loại làm cho” độ cứng, độ giãn, giới hạn bền tăng lên còn tính dẻo – dai bị giảm, tính dẫn từ thay đổi, … bề mặt kim loại được làm chắc” gọi là hiện tượng cứng nguội.
Hiện tượng cứng nguội được đặc trưng bởi cứng độ tế vi. Mức độ biến dạng cứng, chiều sâu lớp biến cứng tỷ lệ với mức độ biến dạng dẻo của lớp bề mặt kim loại. Hiện tượng cứng nguội cũng được hiểu mà độ cứng của bề mặt gia công lớn hơn độ
biến dạng và hóa bền gây ra hiện tượng cứng nguội. Mức độ cứng nguội của lớp biến cứng được biểu diễn bởi công thức: % 100 . MC MC MH M K K K K = − ∆ (2.40) Trong đó: ∆KMlà độ cứng của lớp biến cứng, KMC là mức độ tế vi của lớp kim loại thường, KMHlà độ cứng tế vi lớn nhất của lớp biến cứng.
Hình 2.18. Độ cứng nguội K và chiều sâu lớp cứng nguội [9]
Vật liệu gia công và thông số cắt khác nhau thì chiều dày lớp cứng nguội khác nhau. Khi gia công do mũi dao không nhọn lí tưởng mà có bán kính R nên khi cắt mặt sau của dao trượt trên bề mặt gia công càng làm tăng mức độ biến dạng dẻo trên bề mặt chi tiết. Cùng sự biến dạng của khối kim loại ở vùng phía trước mặt dao sẽlàm tăng chiều sâu cứng nguội. Tất cả các thông số về chếđộ cắt, hình dáng hình học của dao làm tăng sự biến dạng. Khi dao bị cùn góc sau giảm, không dùng dung dịch trơn nguội,…sẽlàm tăng mức độ cứng nguội. Hiện tượng cứng nguội có ảnh hưởng xấu đến chi tiết và lớp cứng nguội dòn dễ bị rạn nứt đồng thời gây khó khăn cho lần gia công sau.