Nghiên cứu mòn hợp kim bimêtan 67ni18cr5si4b + thép c45

NguyÔn ®øc thµnh

Nghiªn cøu mßn hîp kim bimªtan

67ni18cr5si4b + thÐp c45

luËn v¨n tH¹c SÜ kü thuËt

Chuyªn ngµnh: Kü thuËt m¸y vµ thiÕt bÞ c¬ giíi ho¸ -N«ng l©m nghiÖp

M· sè: : 60. 52. 14

Ng−êi h−íng dÉn khoa häc: TS phan th¹ch hæ

Hµ néi -2007

Bé gi¸o dôc ®µo t¹o

Tr−êng §¹i häc n«ng nghiÖp I

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội - Luận văn Thạc sỹ khoa học kỹ thuật ------------------------------- i

Lêi cam ®oan

T«i xin cam ®oan c¸c sè liÖu vµ kÕt qu¶ nghiªn cøu trong luËn v¨n nµy lµ

trung thùc vµ ch−a hÒ ®−îc sö dông ®Ó b¶o vÖ mét häc vÞ nµo. Mäi sù gióp ®ì

trong viÖc thùc hiÖn luËn v¨n ®−îc c¸m ¬n vµ c¸c th«ng tin trÝch dÉn trong luËn

v¨n nµy ®Òu ®5 chØ râ nguån gèc

T¸c gi¶ luËn v¨n

NguyÔn §øc Thµnh

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội - Luận văn Thạc sỹ khoa học kỹ thuật ------------------------------- ii

Lêi c¶m ¬n

T«i xin tr©n träng c¶m ¬n c¸c thÇy c« gi¸o trong khoa C¬ ®iÖn- tr−êng §¹i

häc N«ng nghiÖp I, Trung t©m ®µo t¹o vµ øng dông c«ng nghÖ C¬ khÝ-Tù ®éng

ho¸ - ViÖn nghiªn cøu c¬ khÝ ®5 t¹o mäi ®iÒu kiÖn gióp ®ì t«i häc tËp vµ hoµn

thµnh luËn v¨n nµy

T«i xin ch©n thµnh c¶m ¬n TS. Phan Th¹ch Hæ, PGS.TS Hµ Minh

Hïng, TS §µo Quang KÕ ®5 h−íng dÉn vµ gióp ®ì t«i trong qu¸ tr×nh lµm thùc

nghiÖm còng nh− trong suèt qu¸ tr×nh lµm luËn v¨n.

Cho phÐp t«i ®−îc göi lêi chóc søc khoÎ c¸c thÇy c« ®5 gi¶ng d¹y

t«i trong qu¸ tr×nh häc tËp vµ nghiªn cøu t¹i tr−êng §¹i häc N«ng nghiÖp I vµ

ViÖn nghiªn cøu C¬ khÝ- Bé c«ng nghiÖp.

T¸c gi¶ luËn v¨n

NguyÔn §øc Thµnh

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội - Luận văn Thạc sỹ khoa học kỹ thuật ------------------------------- iii

Môc lôc

Lêi cam ®oan............................................................................................................ i

Lêi c¶m ¬n................................................................................................................ ii

Môc lôc..................................................................................................................... iii

Danh môc c¸c h×nh vÏ............................................................................................. iv

Danh môc c¸c b¶ng biÓu........................................................................................... Vi

Më ®Çu...................................................................................................................... 1

Ch−¬ng 1: Tæng quan vÒ c¸c lÜnh vùc ma s¸t, b«i tr¬n vµ mßn................................ 4

1.1.Tæng quan vÒ ma s¸t häc.............................................................................. 4

1.2. Tæng quan vÒ b«i tr¬n.................................................................................. 9

1.3. Tæng quan vÒ hao mßn................................................................................ 11

1.4. C¬ së lý thuyÕt nghiªn cøu lÜnh vùc ma s¸t................................................. 21

1.5. C¬ së lý thuyÕt nghiªn cøu lÜnh vùc hao mßn............................................. 35

1.6. C¬ së lý thuyÕt nghiªn cøu lÜnh vùc b«i tr¬n............................................... 56

KÕt luËn ch−¬ng 1................................................................................................... 66

Ch−¬ng 2: VËt liÖu, thiÕt bÞ thÝ nghiÖm vµ ph−¬ng ph¸p luËn nghiªn cøu ®Ò

tµi............................................................................................................................. 67

2.1. VËt liÖu vµ thiÕt bÞ thÝ nghiÖm..................................................................... 67

2.1.1. VËt liÖu thÝ nghiÖm.............................................................................. 67

2.1.2. ThiÕt bÞ thÝ nghiÖm.............................................................................. 70

2.2. Ph−¬ng ph¸p luËn nghiªn cøu ®Ò tµi............................................................ 74

KÕt luËn ch−¬ng 2.................................................................................................... 81

Ch−¬ng 3: KÕt qu¶ thÝ nghiÖm ................................................................................. 82

3.1. §é mßn thùc nghiÖm líp hîp kim chÞu mßn 67Ni18Cr5Si4B .................. 82

3.2. TÝnh to¸n x©y dùng m« h×nh to¸n häc bËc tuyÕn tÝnh ®é mßn líp hîp kim

chÞu mßn 67Ni18Cr5Si4B……………………………………………................... 89

3.3. Ph©n tÝch m« h×nh to¸n häc hµm môc tiªu.................................................. 91

KÕt luËn chung......................................................................................................... 93

Tµi liÖu tham kh¶o................................................................................................... 94

Phô lôc...................................................................................................................... 95

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội - Luận văn Thạc sỹ khoa học kỹ thuật ------------------------------- iv

Danh môc h×nh vÏ

Trang

TT

1.1. Ph©n lo¹i c¸c d¹ng ph¸ huû bÒ mÆt chi tiÕt m¸y 15

1.2. C¸c d¹ng ma s¸t theo c¨n cø chuyÓn ®éng 23

1.3. Quan hÖ n¨ng l−îng

A

∆E

®èi víi c¸c vïng ma s¸t kh¸c nhau. 26

1.4. Ba tr¹ng th¸i biÕn d¹ng – øng suÊt 29

1.5. S¬ ®å biÕn thiªn hÖ sè ma s¸t phô thuéc vµo ¸p suÊt ph¸p tuyÕn f =

f(p). 30

1.6. S¬ ®å biÕn thiªn hÖ sè ma s¸t phô thuéc vµo vËn tèc tr−ît f = f(v). 31

1.7. §−êng cong Stribech – sù phô thuéc cña hÖ sè ma s¸t vµo ¸p suÊt

ph¸p tuyÕn vµ vËn tèc tr−ît. 32

1.8. S¬ ®å l¨n cña ®Üa trßn trªn nÒn cè ®Þnh. 33

1.9. §å thÞ nguyªn t¾c sù phô thuéc ®é mßn vµo tèc ®é tr−ît: U=f(v) 38

1.10. §å thÞ nguyªn t¾c sù phô thuéc cña ®é mßn vµo ¸p suÊt ph¸p tuyÕn: U

= f(p). 39

1.11. §å thÞ nguyªn t¾c cña dÞch chuyÓn quan hÖ U= f(v) khi cã b«i tr¬n.

40

1.12. §å thÞ nguyªn t¾c cña dÞch chuyÓn quan hÖ U = f(p) khi cã b«i tr¬n

40

1.13 Quy luËt thay ®æi qu¸ tr×nh ph¸ huû trªn bÒ mÆt æ l¨n khi thay ®æi ¸p

suÊt ph¸p vµ øng suÊt liªn quan. 41

1.14. Quy luËt thay ®æi qu¸ tr×nh ph¸ huû trªn bÒ mÆt æ l¨n khi thay ®æi tèc

®é dÞch chuyÓn t−¬ng ®èi vµ nhiÖt ®é trong vïng tiÕp xóc do nã g©y

ra. 42

1.15. S¬ ®å ma s¸t tr−ît cña mÉu chám cÇu 47

1.16. S¬ ®å sù tr−ît cña vËt r¾n khi b«i tr¬n giíi h¹n. 58

1.17. S¬ ®å mÆt c¾t cña bÒ mÆt kim lo¹i vµ líp vËt liÖu b«i tr¬n láng. 61

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội - Luận văn Thạc sỹ khoa học kỹ thuật ------------------------------- v

1.18. BiÓu ®å vËn tèc trong dßng nhít dÎo khi l¨n khèi trô trªn mÆt cã chÊt

b«i tr¬n nhít dÎo. 63

1.19. H×nh d¹ng khe hë vµ biÓu ®å ¸p suÊt ®èi víi c¸c xylanh l¨n trªn nhau

khi gi÷a chóng cã líp chÊt b«i tr¬n. 64

1.20. S¬ ®å nªm dÇu vi m« thuû ®éng do c¸c nhÊp nh« bÒ mÆt khi chuyÓn

®éng t−¬ng ®èi t¹o nªn. 65

2.1. S¬ ®å nguyªn lý thö mßn nhanh 68

2.2. Stand thö mßn nhanh 72

2.3. Stand thö mßn nhanh 72

2.4. Stand thö mßn nhanh 73

2.5. MÉu thö Bimªtan hîp kim chÞu mßn 67Ni18Cr5Si4B +thÐp C45 73

3.1. Sù phô thuéc ®é mßn cña líp hîp kim 67Ni18Cr5Si4B theo t¶i träng

vµ dÇu b«i tr¬n v = 3,663 m/s 86

3.2. Sù phô thuéc ®é mßn cña líp hîp kim 67Ni18Cr5Si4B theo t¶i träng

vµ dÇu b«i tr¬n v = 4,663 m/s 86

3.3. Sù phô thuéc ®é mßn cña líp hîp kim 67Ni18Cr5Si4B theo t¶i träng

vµ dÇu b«i tr¬n v = 5,663 m/s 87

3.4. Sù phô thuéc ®é mßn cña líp hîp kim 67Ni18Cr5Si4B theo tèc ®é

ch¹y rµ cã t¶i vµ lo¹i dÇu b«i tr¬n: P = 100 MPa 87

3.5. Sù phô thuéc ®é mßn cña líp hîp kim 67Ni18Cr5Si4B theo tèc ®é

ch¹y rµ cã t¶i vµ lo¹i dÇu b«i tr¬n: P = 200aMPa 88

3.6. Sù phô thuéc ®é mßn cña líp hîp kim 67Ni18Cr5Si4B theo tèc ®é

ch¹y rµ cã t¶i vµ lo¹i dÇu b«i tr¬n: P = 300 MPa 88

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội - Luận văn Thạc sỹ khoa học kỹ thuật ------------------------------- vi

Danh môc b¶ng biÓu

Trang

TT

1.1. Quan hÖ cÊp ®é mßn vµ c¸c nhãm biÕn d¹ng 50

1.2. HÖ sè Ktν x¸c ®Þnh theo ν vµ t

f

52

1.3. Gi¸ trÞ th«ng sè ma s¸t tiÕp xóc mái tf khi tr−ît trªn thÐp kh«ng cã chÊt

b«i tr¬n. 52

2.1. KÕt qu¶ ®o kiÓm c¸c mÉu thÝ nghiÖm 69

2.2. Th«ng sè chØ tiªu chÊt l−îng cña mét sè lo¹i dÇu b«i tr¬n 71

3.1. C¸c th«ng sè thùc nghiÖm ®¹t ®−îc 84

3.2. KÕt qu¶ tÝnh to¸n gi¸ trÞ trung b×nh vµ sai sè tÝch luü cña ®é mßn líp

hîp kim 67Ni18Cr5Si4B 90

3.3. KÕt qu¶ tÝnh to¸n sai lÖch b×nh ph−¬ng trung b×nh vµ ph−¬ng sai tiªu

chuÈn cña ®é mßn líp hîp kim 67Ni18Cr5Si4B 90

3.4. KÕt qu¶ ®o vµ tÝnh to¸n x¸c ®Þnh ®é mßn líp hîp kim 67Ni18Cr5Si4B

92

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội - Luận văn Thạc sỹ khoa học kỹ thuật -------------------------- 1

Më ®Çu

§Ó phôc vô sù nghiÖp C«ng nghiÖp ho¸ vµ HiÖn ®¹i ho¸ ®Êt n−íc ViÖt

nam trong thêi kú ®æi míi hiÖn nay, chóng ta kh«ng thÓ kh«ng nghiªn cøu vµ

øng dông c¸c tiÕn bé khoa häc kü thuËt vµ c«ng nghÖ cao cña n−íc ngoµi vµo

s¶n xuÊt trong n−íc. Môc tiªu c¬ b¶n cña c¸c ch−¬ng tr×nh träng ®iÓm Nhµ

n−íc vÒ néi ®Þa ho¸ mét sè s¶n phÈm c¬ khÝ lµ chóng ta ph¶i tù chÕ t¹o chóng

víi tiªu chuÈn quèc tÕ theo c¸c c«ng nghÖ míi, cã hµm l−îng khoa häc kü

thuËt cao, phôc vô cho nhiÒu ngµnh c«ng nghiÖp.

HiÖn nay, trong mäi lÜnh vùc cña c¸c ngµnh kinh tÕ ViÖt nam, ®a sè c¸c

m¸y mãc, thiÕt bÞ ®¬n lÎ hoÆc d©y chuyÒn c«ng nghÖ ®ång bé ®Òu ph¶i nhËp

tõ n−íc ngoµi víi nhiÒu xuÊt xø kh¸c nhau nh−: Anh, Mü, §øc, Thuþ ®iÓn,

NhËt B¶n, Italia, Liªn x« cò .v.v. TÊt c¶ c¸c phô tïng thay thÕ cña c¸c m¸y

mãc kÓ trªn, trong ®ã cã b¹c tr−ît c¸c lo¹i hiÖn nay ®Òu ph¶i nhËp c¸c l«

hµng lÎ, gi¸ thµnh cao, kh«ng chñ ®éng nguån hµng. ViÖc nhËp khÈu 100%

phô tïng ®ã ®ång thêi kh«ng khuyÕn khÝch viÖc tæ chøc vµ ph¸t triÓn c«ng

nghiÖp chÕ t¹o phô tïng trong n−íc, mÆc dï chóng ta cã ®ñ tiÒm lùc vÒ khoa

häc c«ng nghÖ (KHCN) néi sinh cã thÓ nghiªn cøu vµ øng dông c¸c lo¹i h×nh

c«ng nghÖ cao cña n−íc ngoµi ®Ó tù chÕ t¹o chóng ngay t¹i trong n−íc, ®¹t

tÝnh n¨ng vµ yªu cÇu kü thuËt t−¬ng ®−¬ng s¶n ph¶m nhËp ngo¹i.

HiÖn nay, Bé c«ng nghiÖp ®Y cã dù ¸n néi ®Þa ho¸ mét sè s¶n phÈm c¬

khÝ b»ng vËt liÖu míi phôc vô cho ngµnh chÕ t¹o m¸y vµ phô tïng « t«, xe

m¸y .v.v.giai ®o¹n 2000-2010 trªn c¬ së chÝnh s¸ch khuyÕn khÝch ph¸t triÓn

c«ng nghiÖp trong n−íc, gi¶m nhËp khÈu. Môc tiªu chÝnh s¸ch nµy lµ sù tham

gia cña ViÖt nam vµo AICOS (Asean Industrial Coporration Scheme) vµ

AFTA (Asean Free Tax Assosiation) ®Y ®−îc kh¼ng ®Þnh bëi v× hiÖn nay n−íc

ta ®Y vµ ®ang tiÕn hµnh tõng b−íc ®èi víi c¸c mÆt hµng cô thÓ ®Ó ta cã thÓ héi

nhËp vµo ch−¬ng tr×nh ph©n c«ng s¶n xuÊt trong khu vùc §«ng Nam ¸.

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội - Luận văn Thạc sỹ khoa học kỹ thuật -------------------------- 2

§Ó ®¹t ®−îc môc tiªu trªn, ta ph¶i cã nÒn khoa häc c«ng nghÖ chÕ t¹o

m¸y tiªn tiÕn. Mßn cña m¸y mãc thiÕt bÞ lµ mét trong nh÷ng vÊn ®Ò cÊp thiÕt

nhÊt hiÖn nay. Chi phÝ cho viÖc söa ch÷a m¸y mãc do mßn lµ rÊt lín vµ t¨ng

lªn hµng n¨m. Trong thùc tÕ, thiÖt h¹i do m¸y mãc ph¶i dõng lµm viÖc do mßn

®Ó söa ch÷a vµ chÝnh qu¸ tr×nh söa ch÷a lµ rÊt lín. Trung b×nh, cø 05 c«ng

nh©n trong lÜnh vùc c«ng nghiÖp th× cã 01 ng−êi lµm c«ng viÖc söa ch÷a, hµng

lo¹t c¸c m¸y c«ng cô chÕ t¹o ra chØ nh»m phôc vô viÖc söa ch÷a.

Trªn thÕ giíi, kü thuËt b«i tr¬n vµ ma s¸t häc kh«ng ngõng ph¸t triÓn

g¾n liÒn víi viÖc ra ®êi cña c¸c ngµnh c«ng nghiÖp kh¸c nhau nh−: chÕ t¹o

®éng c¬ ®iªzen, gia c«ng kim lo¹i, khai th¸c má, c«ng nghiÖp nhÑ, n¨ng

l−îng, giao th«ng vËn t¶i, qu©n sù, vò trô, m¸y mãc trong n«ng nghiÖp .v.v.

T¹i ViÖt Nam, ®Ó hoµn thµnh môc tiªu c«ng nghiÖp ho¸, hiÖn ®¹i ho¸

®Êt n−íc, trong ®ã cã c«ng nghiÖp chÕ t¹o phô tïng thay thÕ trong giai ®o¹n

2000-2020 lµ rÊt cÊp thiÕt vµ cÇn ph¶i t¹o ®−îc b−íc ph¸t triÓn míi trong

nghiªn cøu khoa häc c¬ b¶n vµ khoa häc c«ng nghÖ. Mét trong nh÷ng h−íng

träng t©m cña §Ò tµi nghiªn cøu Khoa häc cÊp Nhµ n−íc giai ®o¹n 1996-

2000 vÒ c«ng nghÖ gia c«ng kim lo¹i b»ng ¸p lùc (mY sè KC.05-06) do ViÖn

Nghiªn cøu C¬ khÝ chñ tr× thùc hiÖn lµ nghiªn cøu øng dông c«ng nghÖ tiªn

tiÕn ®Ó t¹o b¨ng Composit nhiÒu líp tõ kim lo¹i bét lµm b¹c tr−ît cho m¸y

mãc ®éng lùc, n«ng nghiÖp, giao th«ng vËn t¶i, khai th¸c h¶i s¶n vµ c¸c ngµnh

c«ng nghiÖp kh¸c.

ViÖc nghiªn cøu ¸p dông c«ng nghÖ míi nµy nh»m môc ®Ých t¹o ra mét

lo¹t s¶n phÈm trªn nÒn vËt liÖu míi ®ßi hái ph¶i cã ph−¬ng ph¸p thö nghiÖm

nhanh, møc chÊt l−îng s¶n phÈm chÕ thö vµ ®¸nh gi¸ chóng mét c¸ch khoa

häc nhÊt ®Þnh. Ph−¬ng ph¸p ®¸nh gi¸ mét hµm môc tiªu thÓ hiÖn chÊt l−îng

s¶n phÈm th«ng qua m« h×nh to¸n häc sù phô thuéc cña hµm ®ã theo mét sè

th«ng sè c«ng nghÖ ®Y t¹o ra s¶n phÈm hoÆc chÕ ®é c«ng t¸c trong ®iÒu kiÖn

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội - Luận văn Thạc sỹ khoa học kỹ thuật -------------------------- 3

b«i tr¬n ma s¸t nhÊt ®Þnh b»ng thùc nghiÖm lµ rÊt phï hîp víi ®iÒu kiÖn kinh

tÕ xY héi ViÖt Nam hiÖn nay.

T«i xin tr×nh bµy tãm t¾t néi dung luËn v¨n th¹c sÜ khoa häc kü thuËt

nh− sau:

1. Tæng quan vÒ lÜnh vùc ma s¸t, b«i tr¬n vµ mßn.

2. C¬ së lý thuyÕt nghiªn cøu lÜnh vùc ma s¸t, b«i tr¬n vµ mßn

3. Lùa chän ph−¬ng ph¸p vµ thiÕt bÞ thÝ nghiÖm nghiªn cøu ¶nh h−ëng

cña c¸c th«ng sè chÝnh nh−: t¶i träng lµm viÖc P, tèc ®é tr−ît v, chÕ

®é b«i tr¬n (®é nhít ®éng cña dÇu b«i tr¬n) η ®Õn ®é mßn U trong

bé ®«i ma s¸t cña vËt liÖu hîp kim 67Ni18Cr5Si4B trªn nÒn thÐp

C45.

4. Lùa chän hµm môc tiªu ®¸nh gi¸ chÊt l−îng s¶n phÈm lµ ®é mßn U

cña líp hîp kim 67Ni18Cr5Si4B trªn nÒn thÐp C45 phô thuéc vµo

c¸c yÕu tè p, η, v

5. X©y dùng m« h×nh to¸n häc hµm môc tiªu chÊt l−îng s¶n phÈm phô

thuéc vµo sù ¶nh h−ëng riªng biÖt vµ cÆp ®«i cïng ®ång thêi cña c¸c

th«ng sè kh«ng phô thuéc nh−: p, v, η; p, v; p, η; v, η ®Ó cã thÓ ®¸nh

gi¸ kh¶ n¨ng lµm viÖc cña lo¹i vËt liÖu míi ®ang ®−îc nghiªn cøu

øng dông ë chÕ ®é b«i tr¬n ma s¸t vµ t¶i träng trong vïng c¸c gi¸ trÞ

quy ho¹ch thùc nghiÖm

Khi cã ®iÒu kiÖn sÏ ph¸t triÓn h−íng nghiªn cøu lý thuyÕt vÒ b«i tr¬n

ma s¸t ¸p dông cho c¸c cÆp ma s¸t trªn c¬ së vËt liÖu hîp kim cã thµnh phÇn

míi, ®¸p øng nhu cÇu ®a d¹ng ho¸ s¶n phÈm vµ n©ng cao t¶i träng, tuæi thä

.v.v.