Chương 4 THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ
4.2. Thực nghiệm 02 – Xác định mối quan hệ giữa chế bộ bôi trơn làm mát
4.2.2.1 Hợp kim Ti-6Al-4V ủ
Hình 4.14 so sánh ảnh SEM cấu trúc tế vi của các bề mặt phôi Ti64 ủ khi vận tốc
tiến chi tiết S = 3000 mm/ph trong các chế độ bôi trơn làm mát khác nhau (mài khô,
dầu nhũ tương, dầu tổng hợp, dầu tổng hợp + xGnP, dầu tổng hợp + hBN). Mài khô cho thấymột bề mặt chất lượng kém với nhiều vết xước, rãnh cắt, lỗ rỗ, vết cháy xém và phoi bám dính. Các đường cắt song song với phương mài tạo thành các rãnh, trên
81 rìa của các rãnh này có rất nhiều vật liệu bám dính. Mặt khác, hiện tượng ơ-xi hóa
(vết cháy) xuất hiện do nhiệt cắt lớn sinh ra trong vùng mài. Các khuyết tật này sẽ làm giảm chất lượng bề mặt, độ bền mỏi của vật liệu và sinh ra ứng suất dư kéo.
Hình 4.14 Cấu trúc tế vi bề mặt phôi Ti64 ủ khi lượng tiến dao S = 3000 mm/ph trong các
chế độ bôi trơn làm mát khác nhau
Khi mài ướt, các đường cắt hẹp hơn, trên bề mặt phơi có ít lỗ rỗ, vết cháy và vật liệu bám dính hơn. Tuy nhiên, hiện tượng biến dạng dẻo vẫn còn khá nhiều (Hình
4.14b, c). Tỉ lệ % khối lượng của ô-xi trên bề mặt phôi khi mài khô là 8,89%, trong
khi đó khi mài ướt bằng dầu nhũ tương, dầu tổng hợp, dung dịch nano xGnP và hBN tương ứng là 8,02; 6,04; 5,77 và 6,15%, chứng tỏ rằng dầu cắt gọt và dung dịch nano đã làm giảm hiện tượng ơ-xi hóa bề mặt. Các đường cắt trên bề mặt gia công khi mài ướt rất sắc nét, thể hiện hạt mài có độ sắc cao. Điều đó cũng có thể quan sát thấy
trong Hình 4.14b, c, d và e. Nguyên nhân là do hạt mài bị phá vỡ cục bộ thành các mảnh nhỏ khiến hiện tượng tự mài sắc xảy ra khi mài ướt. Theo phân tích EDX trong Bảng 4.1, tỉ lệ % khối lượng các nguyên tố B và N (của đá mài cBN) trên bề mặt phôi khi mài ướt nhỏ hơn khá nhiều so với mài khơ do sự hình thành của một lớp màng bôi trơn mỏng trong vùng tiếp xúc giữa hai bề mặt. Lớp màng này làm giảm lực ma
sát và khuyết tật nhiệt so với bề mặt khơng có màng bảo vệ. Từ hình SEM có thể thấy
bề mặt phôi khi dùng dung dịch nano tốt hơn một chút so với chỉ dùng dầu cắt gọt.
Dung dịch nano bám trên bề mặt đá mài làm xuất hiện hiệu ứng tự làm sạch hay hiệu ứng hoa sen (Hình 4.11). Hiệu ứng này giúp loại bỏ phoi bám dính khỏi bề mặt đá mài, từ đó làm giảm vật liệudính trở lạitrên bề mặt phơi.
Phoi bám dính vào bề mặt gia cơng xuất hiện trong tất cả các chế độ cắt được khảo sát. Trong khi đó, khơng quan sát thấy các vết nứt gãy trên tồn bộ các mẫu gia cơng. Nói chung, có thể loại bỏ gần như hồn tồn phoi bám dính nếu sử dụng một chế độ cắt đặc biệt với lượng tiến dao dọc lớn, lượng tiến dao ngang nhỏ, tốc độ cắt nhỏ (10 - 15 m/s) và bôi trơn bằng dầu cắt gọt đặc biệt. Sự bám dính của phoi vào bề mặt phơi là hiện tượng hàn ma sát và dầu cắt gọt sẽ ngăn cản tiếp xúc trực tiếp giữa phôi và đá mài khiến hiện tượng này khó xảy ra hơn.
(a) (b) (c)
(d) (e)
82 Bề mặt phôi khi dùng dầu tổng hợp + xGnP (hoặc hBN) có ít khuyết tật hơn một chút so với khi dùng dầu nhũ tương hoặc dầu tổng hợp. Titan cấp 5 có tính dẫn nhiệt kém nhưng dầu cắt gọt lại có tính dẫn nhiệt tốt. Ngoài ra, các chất phụ gia như xGnP
và hBN cũng có hệ số dẫn nhiệt cao và diện tích bề mặt lớn (tương ứng là 200 m2/g và 16 m2/g). Đặc tính này làm tăng khả năng dẫn nhiệt của lớp màng bôi trơn kết hợp giữa dầu cắt gọt và bột nano. Sự khác nhau về hình thái bề mặt khi làm mát bằng dầu cắt gọt thông thường và dầu cắt gọt + xGnP hoặc hBN có thể thấy trong Hình 4.14. Khi dùng dầu thơng thường thì các đường mài trên bề mặt phơi rộng và thơ. Trong khi đó, vết gia cơng mịn và hẹp hơn khi dùng dầu cắt gọt + xGnP hoặc hBN. Hiệu quả bôi trơn làm mát của dầu tổng hợp + xGnP hoặc hBN chỉ tốt hơn một chút so với dầu gốc do các chất phụ gia nói trên có nồng độ tương đối thấp (0,025% xGnP và
0,1% hBN).
Bên cạnh đó, do các hạt mài có góc cắt âm nên việc cắt gọt khó khăn hơn, lực cắt lớn hơn và chất lượng bề mặt kém hơn (hiện tượng cọ xát, cày xước thay vì cắt gọt). Các lớp của xGnP và hBN được xếp chồng lên nhau bằng lực van der Walls và có độ bền trượt yếu. Sự tồn tại của xGnP và hBN trong lớp màng bôi trơn và đặc tính trượt liên lớp củabột nano giữa bề mặt phơi và đá mài đã làm giảm tiếp xúc trực tiếp giữa hạt mài có góc cắt âm với phơi, khiến cho cấu trúc tế vi bề mặt được cải thiện.