Mòn là quá trình phá huỷ lớp bề mặt của vật liệu của vật thể rắn trong tiếp xúc ma sát, giá trị mòn được đánh giá theo sự suy giảm của kích thước vật thể ma sát theo hướng vuông góc với bề mặt ma sát (đường ma sát). Tốc độ mòn của cặp ma sát trượt phụ thuộc vào cơ tính của vật liệu, h nh dáng, kích thước, chất lượng bề mặt cũng nhƣ điều kiện làm việc của chi tiết máy nhƣ: tải trọng, vận tốc, nhiệt độ, điều kiện bôi trơn...
Các quá tr nh thay đổi phức tạp diễn ra trên lớp màng mỏng tiếp xúc ma sát quyết định dạng mòn. Dạng mòn chính xác không thể xác định bởi các giới hạn đơn giản. Nó phụ thuộc vào rất nhiều đặc tính, đồng thời cũng cho thấy cơ chế của quá trình mòn bề mặt là khác nhau trong những điều kiện cụ thể.
Phụ thuộc vào đặc trƣng của vật thể thứ ba h nh thành khi ma sát để phân biệt ba quá trình mòn: mòn không chất bôi trơn, mòn bôi trơn giới hạn và mòn bám dính. Căn cứ vào biến dạng của lớp bề mặt khi tiếp xúc ma sát để phân biệt ma sát mòn trong quá trình tiếp xúc đàn hồi, đàn hồi - dẻo và cắt tế vi. Vì vậy cả ba đặc trƣng này cần phải đƣợc sử dụng để xác định chính xác mòn, nhƣ hiện tƣợng mòn mỏi trong lớp giới hạn khi ma sát tiếp xúc đàn hồi.
Về mặt nguyên tắc quá trình mòn phục thuộc vào thời gian có 3 giai đoạn cơ bản:
giai đoạn chạy rà, giai đoạn mòn ổn định và giai đoạn mòn khốc liệt.
1.3.2. Mòn cặp ma sát [4]
Mòn của cặp ma sát là quá trình mòn tại bề mặt lắp ghép của chi tiết máy tiếp xúc có chuyển động tương đối trong điều kiện sử dụng. Quá trình mòn này có thể được biểu diễn bằng sự thay đổi, h nh dáng, kích thước, khối lượng của bề mặt chi tiết hoặc làm biến dạng, mất liên kết, bong tách, chảy dẻo, iôn hoá hình thành vật liệu mới, hoặc làm xảy ra quá trình biến đổi vật lý lớp bề mặt tiếp xúc ma sát : bám dính, khuyếch tán hấp thụ, hợp kim hoá, ăn mòn, x m thực…
Kết cấu máy chứa các cặp ma sát gọi là các kết cấu ma sát, nó có vai trò rõ rệt trong phân bố áp suất làm việc trên bề mặt cặp ma sát. Kết cấu ma sát tối ƣu phải
22
là kết cấu có áp suất phân bố đều trên bề mặt tiếp xúc ma sát và là nhỏ nhất, phải có điều kiện toả nhiệt, bôi trơn và chống bụi bẩn tốt.
Đại lượng quan trọng để đánh giá mòn theo thời gian hoặc là quãng đường ma sát:
Lƣợng mòn U: là giá trị mòn của cặp ma sát trong một khoảng thời gian hay trên một quãng đường ma sát nào đó. Lượng mòn U có thể được đánh giá theo chiều cao của lớp mòn trên bề mặt ma sát (Theo phương vuông góc với bề mặt ma sát hay vuông góc với đường trượt), hay là theo khối lượng mất đi của cặp ma sát trong quá trình làm việc, hoặc theo thể tích mòn của bề mặt khi hoạt động.
Tốc độ mòn theo thời gian đƣợc sử dụng để đánh giá quá tr nh mòn và so sánh với mòn tiêu chuẩn, là đạo hàm của lƣợng mòn theo thời gian hoặc theo quãng đường ma sát. Trong giai đoạn mòn ổn định tốc độ mòn là tg của góc hợp bởi đồ thị lƣợng mòn theo thời gian và trục thời gian, nó có giá trị không đổi
= const hoặc
const.
Cường độ mòn I: là đại lượng đánh giá mòn tr n một đơn vị chiều dài quãng đường ma sát thông qua thể tích mòn, khối lượng mòn hoặc chiều cao lớp mòn. Tuỳ theo từng trường hợp cụ thể sẽ có cường độ mòn thể tích, cường độ mòn khối lượng v.v …
Cường độ mòn không thứ nguyên Ih :của cặp ma sát là đại lượng không thứ nguy n dùng để đánh giá quá tr nh mòn, qua đó dự đoán xác định dạng biến dạng trong vùng tiếp xúc và so sánh với các quá trình mòn tiêu chuẩn. Nó cũng là cơ sở quan trọng để đánh giá quá tr nh mòn là b nh thường hoặc không b nh thường.
Lƣợng mòn giới hạn [U]max: là lƣợng mòn mà tại đó xảy ra hƣ hỏng hoặc không có hiệu quả kinh tế nếu sử dụng tiếp. Lƣợng mòn giới hạn của cặp ma sát là tiêu chuẩn cơ bản để xác định tuổi thọ làm việc của cặp ma sát. Lƣợng mòn giớí hạn càng lớn thì tuổi thọ của cặp ma sát càng dài. Tuy nhi n lƣợng mòn giới hạn có quan hệ chặt chẽ với chế độ lắp ghép đảm bảo điều kiện làm việc b nh thường của cặp ma sát, nên không thể tăng tự do đƣợc.
23
1.3.3. Đặc trƣng của quá trình mòn
Trong điều kiện ma sát mòn b nh thường có thể phân chia sự phụ thuộc của mòn hay là lƣợng mòn, theo thời gian thành ba giai đoạn cơ bản : giai đoạn chạy rà, giai đoạn mòn ổn định và giai đoạn mòn khốc liệt. Hình 3.1 biểu diễn sự phụ thuộc của mòn vào thời gian, giai đoạn I là giai đoạn chạy rà, II giai đoạn mòn b nh thường, III giai đoạn mòn khốc liệt[4].
Hình 1.9: Sự phụ thuộc của lƣợng mòn U vào thời gian t hoặc L
Giai đoạn chạy rà: Trong giai đoạn này tốc độ mòn thay đổi theo thời gian, giảm dần và cuối cùng đạt đến một giá trị ổn định (
dt
dU ), đ y là giai đoạn không cân bằng của quá trình mòn và nằm trong tuổi thọ chung của thời gian làm việc.
Giai đoạn mòn ổn định : là giai đoạn dài nhất về mặt thời gian và đƣợc đặc trƣng
bởi sự ổn định của tốc độ mòn theo thời gian dt
dU =const. Trong giai đoạn này có sự cân bằng động giữa hình thành, biến dạng và phá huỷ lớp cấu trúc thứ cấp trên bề mặt tiếp xúc ma sát. Thông số tổ hợp của nhấp nhô bề mặt đạt tới giá trị tối ƣu và không thay đổi trong điều kiện ma sát nhất định. Do đó hệ số ma sát là nhỏ nhất và ổn định trong giai đoạn này, tốc độ mòn có quan hệ tuyến tính với thời gian hoặc quãng đường ma sát. Với giá trị mòn giới hạn được xác định trước có thể dự báo đƣợc tuổi thọ làm việc của cặp ma sát. Biểu hiện bên ngoài rõ ràng nhất của quá trình mòn ổn định đó là sự ổn định nhiệt của cặp ma sát khi làm việc, nó đặc trƣng cơ bản của quá tr nh mòn b nh thường trong tiếp xúc ma sát.