- 1 - Chương 5: Quá trình Fretting Qúa trình Fretting là quá trình phá hoại bề mặt ma sát của chi ti ết máy, xuất hiện khi có ôxy hoá với cường độ cao (động) hoặc tróc, sự ôxy hoá trong quá trình Fretting mang đặc tính riêng, không có trong nh ững điều kiện ma sát bình thường tiến triển rất mạnh. Quá trình tróc cũng thể hiện rất dữ dội, quan sát thấy ngay c ả khi áp suất pháp tương đối nhỏ và khi tiếp xúc của nhiều loại vật liệu. Việc tăng cường sự ôxy hoá và sự tróc là do đặc tính động của t ải trọng gây nên. Khi ấy, ở chổ tiếp xúc gradien của biến dạng và nhi ệt độ rất lớn. Điển hình đặc trưng cho sự phát triển của quá trình Fretting là s ự chuyển vị nhỏ của bề mặt lắp ghép. Quá trình Fretting là m ột trong những dạng hư hỏng rất nguy hiểm và thể hiện mạnh nhất các chi tiết máy. - 2 - Hình 1.7: Mô hình cấu trúc lớp bề mặt trong quá trình Fretting (a): tróc; (b): ôxy hoá động  Hư hỏng do m ỏi Các hư hỏng do mỏi xuất hiện tại những chi tiết máy chịu ma sát l ăn và là kết quả của sự phá hoại mảnh liệt của các lớp kim loại bề mặt trong những điều kiện đặc biệt của trạng thái ứng suất. Đặc tính ch ủ yếu và sự phát triển của các hư hỏng mỏi được xác định bởi các quá trình bi ến dạng dẻo lặp đi lặp lại bởi sự làm bền và giảm bền các lớp kim loại bề mặt, bởi sự phát sinh các ứng suất dư và bởi hiện tượng mỏi đặc biệt. Sự phá hoại bề mặt khi bị hư hỏng mỏi được đặc trưng bởi sự xuất hiện các vết nứt tế vi, các vết trũng phân tán hay độc lập trên bề mặt các chi tiết máy chịu ma sát lăn. Vật liệu chiệu mỏi do trạng thái ứng suất có chu kỳ. Một số số liệu về trạng thái bề mặt và các lớp bề mặt kim loại khi bị hư hỏng do k ết quả phát triển của các hiện tượng m ỏi như sau: - 3 - Hình học bề mặt S ự thay đ ổi v ĩ m ô c ục b ộ Độ sâu lớp bị phá hoại Dưới 5mm Nhiệt độ của lớp bề mặt Dưới 100°C S ự thay đ ổi t h ành ph ần hoá h ọc v à pha c ủa l ớ p. Khôn g S ự thay đ ổi t ư ơ n g đ ối v ề đ ộ c ứ n g c ủa l ớ p b ề m ặt D ư ớ i 2 Hệ số tăng thể tích lớp bề mặt 1 , 0 1 Ứng suất trong lớp bề mặt Né n Quá trình phụ kèm theo Ôxy hoá Hình 1.8: Mô hình cấu trúc lớp bề mặt bị phá hoại do mỏi. Căn cứ vào tính tin cậy trong sử dụng, người ta chia tất cả các d ạng hao mòn trên đây thành hai nhóm: nhóm hao mòn bình thường cho phép trong s ử dụng và nhóm hao mòn không bình thường không cho phép trong s ử dụng. - Hao mòn bình th ường chỉ xảy ra ở lớp rất mỏng (dưới 2000 Ǻ) trên bề mặt chi ti ết máy - lớp màng bảo vệ, với tốc độ ổn định và nhỏ (khoảng 1 µm/h). - Hao mòn không bình thường: xảy ra ở các lớp kim loại gốc có khi lên đến 5mm. Với tốc độ không ổn định và khá lớn (tới 50µm/h). Hao mòn không bình th ường có thể dẩn đến hư hỏng. - 4 - Sơ đồ phân loại các dạng hao mòn và hư hỏng của chi tiết máy: - 5 - m o a H n ò x ô o h y á b h n ì h t ư g n ờ d gno b o d n ầ c c á l p ớ m g n à m gn ỏ c ó ug n n ồ g c ố h k c á x o . y m o a H n ò c ơ h c ọ b h n ì h t ư g n ờ o d x ô h y oá D c g n ạ ơ o h á c a ủ m i à m n ò T c ó o l i ạ I r T c ó o l i ạ I u Q á r t h n r ì t ( g n i t e r F c ó x o o h y á đ gn ộ ) C t ắ c , o à x ư c ớ d ( g n ạ c ơ h c ọ c a ủ m i à m n ò ) M ỏ k ăn C c á d g n ạ mnò d, pậ h ư h gn ỏ h k c á ( ă m n n ò x , i ó m n ò o a h , … Các dạng phá hoại khi ma sát Cho phép (hao mòn) Không cho phép (hư hỏng) 1.2.3. Bản chất hao mòn do ma sát Khi ma sát tại vùng tiếp xúc nảy sinh các quá trình cơ – lý – hoá …làm hình thành, t ồn tại và mất đi một lớp thứ cấp, gây ra hao mòn. - 6 - Trong phần khái niệm và phân loại hao mòn ta đã trình bày nh ững nét khái quát về phân loại. Dưới đây ta sẽ xét sâu thêm v ề bản chất một số dạng hao mòn chủ yếu do ma sát gây ra. 1.2.3.1. Hao mòn do ôxy hoá Khi ma sát công liên kết tạo nên một dạng biến dạng dẻo đặc biệt - sự tạo dải. Khi ấy, mật độ “biến vị” và mật độ các chỗ “khuyết” đạt tới giá trị gần bảo hoà. Trạng thái không ổn định v ề nhiệt động lực học của kim loại trong quá trình tạo dải sẽ làm cho nó bị hoạt hoá mạnh. Khi tiếp xúc với các thành phần xâm thực của môi trường (O, P,S…) sẽ dẫn đến các tương tác v ật lý, hoá giữa chúng và hình thành các lớp màng bảo vệ thứ cấp (màng ôxýt sunfua…) vì phải chịu nhiều lần lặp lại và do n ội ứng suất, trong lớp màng bảo vệ thứ cấp sẽ hình thành và phát tri ển các vết nứt tế vi, còn trên bề mặt phân cách sự bám dính s ẽ yếu đi làm bong tách những lớp màng. Tác dụng cơ học của chu kỳ tiếp theo sẽ phá huỷ hẳn lớp màng và làm lộ ra các b ề mặt thuần khiết sau đó quá trình sẽ lặp lại. T ốc độ ôxy hoá lớn hơn cá tốc độ khác và lớn hơn tốc độ phá hoại của lớp màng bảo vệ thứ cấp. Hao mòn ôxy hoá bình th ường sảy ra trong quá trình ma sát trợt hoặc ma sát lăn khô ho ặc bôi trơn giới hạn. Trong môi tr ường có hạt mài, sự ôxy hoá và sự phá hoại - 7 - bề mặt phát triển nhanh hơn do sự tập trung ứng suất cao trong các th ể tích hạn chế của bề mặt ma sát. Điều kiện tải trọng động củng làm tăng cường quá trình ôxy hoá và phá hoại. . hoại do mỏi. Căn cứ vào tính tin cậy trong sử dụng, người ta chia tất cả các d ạng hao mòn trên đây thành hai nhóm: nhóm hao mòn bình thường cho phép trong s ử dụng và nhóm hao mòn không bình thường. lên đến 5mm. Với tốc độ không ổn định và khá lớn (tới 50 µm/h). Hao mòn không bình th ường có thể dẩn đến hư hỏng. - 4 - Sơ đồ phân loại các dạng hao mòn và hư hỏng của chi tiết máy: - 5 - m o a H n ò. xúc của nhiều loại vật liệu. Việc tăng cường sự ôxy hoá và sự tróc là do đặc tính động của t ải trọng gây nên. Khi ấy, ở chổ tiếp xúc gradien của biến dạng và nhi ệt độ rất lớn. Điển hình đặc