Khi đạt được tồn bộ dữ liệu thực nghiệm, phương pháp bình phương tối thiểu được sử dụng để xác định chính xác hệ số σ’f và b.
3.5 Phân tích, xác định chiều dày mạ phủ
Chiều dày mạ phủ là một thơng số rất quan trọng đối với chi tiết được phủ. Nĩ ảnh hưởng lớn đến cơ tính chi tiết sau khi mạ phủ. Việc lựa chọn chiều dày mạ phủ phụ thuộc vào yêu cầu làm việc và kích thước của của từng chi tiết cụ thể. Trong luận án, chi tiết mẫu thí nghiệm mỏi được thiết kế theo tiêu chuẩn ISO 1143:2010 cĩ đường kính phần mạ phủ là Ø7,5 mm nên chiều dày lớp mạ phủ crơm khơng thể quá lớn. Trong thực tế, kích thước của các trục lớn hơn nhiều nên lớp phủ sẽ cĩ phạm vi biến động lớn hơn (dày hơn), do vậy cần xác định chiều dày lớp phủ trên chi tiết mẫu một cách phù hợp. Để đảm bảo tính đồng dạng về chiều dày lớp mạ phủ, tỷ lệ chiều dày phủ/đường kính trục (t/d) đã được xem xét.
Qua q trình khảo sát, phân tích tài liệu nghiên cứu ảnh hưởng của lớp tăng bền bề mặt đến độ bền mỏi của chi tiết máy, đặc biệt là các cơng trình nghiên cứu của Sirina và Genel [83, 84], đã sử dụng tỷ lệ chiều dày phủ/đường kính trục (t/d) được sử dụng để nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng của chiều dày lớp mạ crơm và lớp phủ HVOF. Trên Bảng 3.4 trình bày tỷ lệ chiều dày phủ/ đường kính mẫu (t/d). Tỷ lệ này là cơ sở ban đầu để xác định chiều dày lớp mạ phủ ứng với mỗi một kích thước trục thực tế. Với đường kính nhỏ hơn 20 mm thì từ tỉ lệ t/d cĩ thể chọn chiều dày mạ phủ tối đa lên đến 240 µm, đường kính lớn hơn 20 mm thì cĩ thể chọn chiều
Δσ a ΔN 1 2 3 σa1 σa0
75 dày phủ lớn tối đa lên đến 500 µm.
Bảng 3.4. Tỷ lệ chiều dày phủ/ đường kính mẫu (t/d)
Mẫu phủ Tỷ lệ t/d Chiều dày 10 μm 0,0013 30 μm 0,004 60 μm 0,008 90 μm 0,012
Theo nghiên cứu của Tuominen, các trục thường được mạ crơm cứng với chiều dày từ 20-100 µm để tăng độ cứng và chống mài mịn [85]. Nghiên cứu về phá huỷ mỏi của Ortiz-Mancilla [86] cũng chỉ thực hiện trên lớp phủ cĩ chiều dày là 7 µm. J. Pina nghiên cứu ứng suất dư của lớp mạ crơm cho các chiều dày 10, 50 và 100 µm [87]. Các cơng trình nghiên cứu của Carvalho [21], Voorwald [22] về mỏi của lớp mạ crơm cũng chỉ thực hiện cho lớp mạ phủ cĩ chiều dày đến 100 µm.
Một số cơng trình được cơng bố gần đây khi nghiên cứu về độ dày lớp phủ đến độ bền mỏi của chi tiết máy cũng cho thấy chiều dày lớp phủ được khảo sát dưới 100 µm như cơng trình của Kadhim và các cộng sự [20] đã đánh giá ảnh hưởng đến độ bền mỏi của lớp mạ crơm với chiều dày 13-32 µm; Maleki và Reza Kashyzadeh [88] đánh giá lớp phủ Niken cứng với chiều dày 13 và 19 µm đến độ bền mỏi trên nền thép C45; Eder và các cộng sự [89] đánh giá ảnh hưởng của chiều dày lớp phủ mạ kẽm đến độ bền mỏi của chi tiết máy với chiều dày khảo sát là 30, 60, 90 µm; Prosek và các cộng sự [90] đã khảo sát chiều dày lớp phủ kẽm với chiều dày 7-20 µm; Dongxing Du và các cộng sự [91] cũng chỉ đánh giá ảnh hưởng của lớp phủ WC-10Co với chiều dày 55 µm trên chi tiết mẫu mỏi cĩ đường kính Ø6 mm;…
Ngồi ra, kỹ thuật mạ crơm ngày nay cũng chỉ cĩ thể mạ phủ đến chiều dày 500 µm [64, 78] và với chiều dày mạ phủ từ 100 µm trở lên sẽ được áp dụng cho chi tiết cần mài lại sau phủ. Bảng 3.5 giới thiệu về việc chọn chiều dày cần thiết của lớp crơm cứng cho các dụng cụ, chi tiết máy làm từ vật liệu thép [64].
Bảng 3.5 cho thấy, các loại trục sử dụng trong cơng nghiệp thường được mạ với chiều dày 13-300 µm. Và khi mạ càng dày thì sai số chiều dày càng lớn yêu cầu
76
phải gia cơng mài lại sau mạ [64]. Như vậy, từ kết quả khảo sát thực tế, các cơng trình nghiên cứu về chiều dày lớp mạ phủ [20-22, 64, 78, 85-91], đề xuất chi tiết mẫu cĩ vùng kích thước Ø7,5 mm được mạ phủ với chiều dày nhỏ nhất để nghiên cứu là 10 µm và chiều dày tối đa là 90 µm.
Bảng 3.5. Chiều dày lớp crơm cứng cho các ứng dụng khác nhau [64] Ứng dụng Yêu cầu độ cứng Ứng dụng Yêu cầu độ cứng
(HRC)
Chiều dày lớp crơm (µm)
Mũi khoan 62-64 1,3-13
Mũi dao 62-64 2,5-13
Thanh cườm 60-62 13-75
Đầu chuốt dây 60-62 38-205
Khuơn chuốt dây 62 mặt trong
45 mặt ngồi 13-205 Khuơn đúc nhựa 55-60 5-50 Dưỡng đo 48-58 2,5-38 Trục máy bơm 55-62 13-75 Tang quay - 6-305 Búa thủy lực - 13-100 Bản in - 5-13
Để xây dựng đường cong mỏi cho mỗi chiều dày, ta cần thực hiện thí nghiệm tại 5 điểm lực khác nhau và mỗi điểm lực lặp lại 3 lần [80,81]. Vậy, số lượng mẫu cĩ thể chia như sau:
+ 15 mẫu mạ với chiều dày nhỏ nhất, dày 10 µm; + 15 mẫu mạ với chiều dày thơng thường, dày 30 µm; + 15 mẫu mạ với chiều dày thơng thường, dày 60 µm; + 15 mẫu mạ với chiều dày tối đa, dày 90 µm.
Trong cơng nghệ phủ HVOF, ta khơng thể phủ lớp quá mỏng vì yếu tố kỹ thuật như phải phun hạt Al2O3 tạo nhám trước khi phủ, quá trình phủ khơng thể điều chỉnh lượng cấp bột quá ít trong một lần phủ. Vì vậy, đối với phương pháp phủ
77
HVOF, lớp phủ được lựa chọn với ba chiều dày 30, 60, 90 µm với số lượng mẫu như sau:
+15 mẫu phủ dày 30 (µm): chiều dày nhỏ nhất +15 mẫu phủ dày 60 (µm): chiều dày thơng thường +15 mẫu phủ dày 90 (µm): chiều dày tối đa
a) Mẫu nền trước khi mạ b) Mẫu sau khi mạ 60 μm
c) Mẫu sau khi phủ 60 μm