CHƯƠNG 6: CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT CHI TIẾT MÁY
6.2 Ảnh hưởng của chất lượng bề mặt tới tính chất sử dụng của chi tiết máy
6.2.1.1 Ảnh hưởng bởi nhám bề mặt
Nhiều công trình nghiên cứu đã chứng minh rằng ma sát và độ mòn của chi tiết máy phụ thuộc vào chiều cao và hình dáng của độ nhám bề mặt và phương của vết gia công.
Hình 6.5 là các đường cong chỉ độ nhám tối ưu (các điểm O1và O2) ứng với độ mòn ban đầu nhỏ nhất của các bề mặt tiếp xúc. Ta thấy: đối với điều kiện làm việc nặng đường cong mòn dịch chuyển về phía trên và bên phải (đường cong 2) ứng với độ nhám tối ưu có giá trị lớn hơn.
Hình 6.5. ảnh hưởng của độ nhám bề mặt Ra tới độ mòn U của chi tiết.
1- Điều kiện làm việc nhẹ; 2- Điều kiện làm việc nặng.
Thực tế cho thấy độ mòn ban đầu các chi tiết máy có thể san phẳng 65÷65% chiều cao của độ nhám và như vậy trong một số trường hợp điều kiện lắp ghép có thể bị phá hỏng.
Do đó độ nhám bề mặt cần được chọn trên cơ sở trường dung sai δ :
Khi đường kính lắp ghép >50 mm:
Rz = (0,1÷0,15 )δ (6.6) Khi đường kính lắp ghép trong khoảng 18÷50 mm:
Rz = (0,15÷0,2)δ (6.7) Khi đường kính lắp ghép <18 mm:
Rz = (0,2÷0,25)δ (6.8) ở đây: trường dung sai δ và độ nhám Rz có đơn vị đo là àm.
Độ nhám bề mặt tăng có ảnh hưởng xấu đến độ bền của mối ghép căn (lắp chặt) bởi vì khi ép, độ nhám bề mặt bị chèn xuống làm cho độ bền của mối ghép giảm xuống. Chẳng hạn, độ bền của mối ghép giữa trục chính và bánh xe tàu hoả có độ nhám là 36,5 àm giảm 40% so với độ bền của mối ghộp cú độ nhỏm 18 àm.
Độ nhám bề mặt giảm(độ nhẵn bóng bề mặt tăng) cho phép nâng cao độ bền mỏi của chi tiết. Ví dụ, bề mặt vật liệu thép được đánh bóng có độ bền mỏi cao hơn 40% so với bề mặt không được đánh bóng.
Độ nhám bề mặt còn ảnh hưởng rất lớn đến tính chống ăn mòn hoá học của lớp bề mặt chi tiết (hình 6.6).
Nhấp nhô cũ Nhấp nhô mới
Hình 6.6. Quá trình ăn mòn hoá học trên bề mặt chi tiết máy.
Các chỗ lõm trên bề mặt chi tiết (đáy các nhấp nhô tế vi) là nơi chứa các tạp chất như:
axit, muối, v.v…Các tạp chất này có tác dụng ăn mòn hoá học đối với kim loại. Quá trình
mòn hoá học này ở lớp bề mặt xảy ra dọc sườn dốc của các nhấp nhô tế vi theo chiều từ đỉnh xuống đáy (theo mũi tên trên hình 6.6) các nhấp nhô, làm cho các nhấp nhô cũ bị biến mất và các nhấp nhô mới hình thành.
Như vậy, bề mặt chi tiết máy có độ nhám càng thấp (độ nhẵn bóng càng cao) thì càng ít bị ăn mòn hoá học. Bán kính đáy các nhấp nhô càng lớn thì khả năng chống ăn mòn hoá học của lớp bề mặt càng cao. Có thể chống ăn mòn hoá học bằng phương pháp mạ (mạ crôm, mạ niken) hoặc bằng các phương pháp cơ khí tạo ra lớp cứng nguội bề mặt.
6.2.1.2 Ảnh hưởng của biến cứng bề mặt
Lớp biến cứng của bề mặt chi tiết máy có tác dụng nâng cao tính chống mài mòn.
Biến cứng bề mặt làm hạn chế tác động tương hỗ giữa các phân tử và tác động tương hỗ cơ học ở bề mặt tiếp xúc nghĩa là hạn chế sự khuếch tán oxy trong không khí vào bề mặt chi tiết máy hình thành các oxyt kim loại ( các loại oxyt sắt). Ngoài ra chúng còn có khả năng hạn chế hiện tượng biến dạng, chảy dẻo là một trong những nguyên nhân gây mài mòn. Không những thế hiện tượng biến cứng còn làm thay đổi thể tích giữa các tinh thể trong kim loại do đó hạn chế khả năng ăn mòn hóa học.
6.2.1.3. Ảnh hưởng của ứng suất dư
Nhìn chung ứng suất dư lớp bề mặt không ảnh hưởng nhiều đến khả năng chống mài mòn cũng như ăn mòn hóa học, trong một số trường hợp cụ thể nó có ảnh hưởng đến cường độ ăn mòn, mài mòn.
6.2.2. Ảnh hưởng đến độ bền mỏi của chi tiết máy 6.2.2.1. Ảnh hưởng của nhám bề mặt
Nhám bề mặt có ảnh hưởng đến độ bền mỏi của chi tiết máy nhất là khi chi tiết máy chịu tải trọng chu kỳ đổi dấu, vì ở đáy các nhấp nhô tế vi tập trung ứng suất với trị số lớn, có thể trị số này vượt quá giới hạn bền mỏi của chi tiết máy. Điều này gây hiện tượng xuất hiện các vết nứt tế vi ở đáy các nhấp nhô là nguồn gốc gây phá hỏng chi tiết máy. Ví dụ khi tiện thép 45 theo hai yêu cầu khác nhau về độ nhám bề mặt thì sẽ nhận được hai giới hạn mỏi khác nhau.
- Ứng với chiều cao nhấp nhụ tế vi Rz = 75 àm thỡ cú giới hạn mỏi σ-1= 195 N/mm2 - Ứng với chiều cao nhấp nhụ tế vi Rz = 2 àm thỡ cú giới hạn mỏi σ-1= 282 N/mm2 Nghĩa là nếu nhám thấp thì giới hạn mỏi của chi tiết tăng lên.
6.2.2.2. Ảnh hưởng của biến cứng
Hiện tượng biến cứng bề mặt có thể làm tăng độ bền mỏi khoảng 20%, chiều sâu và mức độ biến cứng đều ảnh hưởng đến độ bền mỏi chi tiết máy, nó hạn chế xuất hiện các vết nứt tế vi nhất là khi bề mặt chi tiết có ứng suất dư nén.
6.2.2.3. Ảnh hưởng của ứng suất dư
Ảnh hưởng của ứng suất dư đến độ bền mỏi của chi tiết máy thể hiện qua công thức sau: σ-1b = σ-1a – α.σd (6.9)
Trong đó: σ-1a : Giới hạn mỏi khi không có ứng suất dư σ-1b : Giới hạn mỏi khi có ứng suất dư bề mặt σd : Ứng suất dư lớn nhất kể cả dấu ở lớp bề mặt α : Hệ số phụ thuộc loại vật liệu
6.2.3 ảnh hưởng đến độ chính xác của lắp ghép
Độ bền các mối lắp ghép, trong đó có ổn định của chế độ lắp ghép giữa các chi tiết phụ thuộc vào độ nhám của các bề mặt lắp ghép. Trong giai đoạn mòn ban đầu chiều cao nhấp nhô tế vi Rz đối với mối ghép lỏng có thể giảm 65-75% làm khe hở lắp ghép tăng lên và độ chính xác lắp ghép giảm đi. Độ bền của mối lắp chặt có quan hệ trực tiếp với độ nhám bề mặt lắp ghép. Chiều cao nhấp nhô tế vi Rz tăng thì độ bền của mối lắp ghép có độ dôi giảm. Giá trị hợp lý của chiều cao nhấp nhô được xác định theo độ chính xác của mối lắp, tùy theo trị số của dung sai kích thước lắp ghép.