CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1. Tính cấp thiết của đề tài Mỏi là nguồn tác nhân phổ biến nhất đằng sau sự hỏng hóc của các cấu trúc cơ khí. Loại hư hỏng cấu trúc này xảy ra ngay cả khi phạm vi ứng suất trải qua thấp hơn nhiều so với cường độ vật liệu tĩnh. Hầu hết các vật liệu, chẳng hạn như vật liệu tổng hợp, nhựa và gốm sứ, dường như gặp phải một số dạng hỏng hóc liên quan đến mỏi.
Đối với chi tiết trục quay, tùy thuộc vào vật liệu, kết cấu, tải trọng…các yếu tố tác động khác nhau mà chu kỳ phá hủy mỏi của chúng cũng khác nhau. Điều đó gây khó khăn cho việc dự đoán độ mỏi của các máy móc cơ khí. Vì thế, việc thực nghiệm dự đoán độ mỏi là một công việc quan trọng và cần thiết trong việc hỗ trợ thiết kế các cấu trúc cơ khí. Trong xã hội hiện nay, máy móc là một phần không thiếu đối với sự phát triển cũng như đáp ứng nhu cầu của cuộc sống.
Và những máy chuyển động quay cũng không ngoại lệ. Tuỳ thuộc vào tốc độ quay và tải trọng mà tuổi thọ của chi tiết dạng trục quay thay đổi. Vì thế, đề tài “Thực nghiệm đánh giá độ bền mỏi cho chi tiết dạng trục” được chọn để nghiên cứu. Với đề tài này, ta có thể kiểm nghiệm và xây dựng được biểu đồ đường cong mỏi cho chi tiết trục quay.
Từ những biểu đồ đó, việc bảo trì bảo dưỡng cho máy móc sẽ trở nên dễ dàng và tối ưu hoá năng suất làm việc. Tình hình nghiên cứu Trong một thế kỷ rưỡi qua, người ta đã nghiên nhiều về vấn đề mỏi kim loại. Nhờ vào đó các phương pháp kiểm nghiệm độ mỏi ra đời, không chỉ số lượng mà độ chính xác cũng ngày càng tăng cao. Điều này góp phần quan trọng để có thể nghiên cứu sâu hơn về lĩnh vực mỏi này.
Trong 10 năm gần đây, ta có thể bắt gặp khá nhiều đề tài nghiên cứu về độ mỏi kim loại. Một số đề tài được nghiên cứu như: 1 1. Cải thiện độ bền mỏi của thép hai pha bainite/martensite trong chế độ mỏi chu kỳ rất cao bằng cách tinh chỉnh các cấu trúc vi mô (2012) [1] Tác giả: Yangbo Liu, Shouxin Li, Zhengou Yang, Jingyu Cui, Jialin Gu, Bingzhe Bai a. Giới thiệu Thép hai pha là một nhóm thép bao gồm vi cấu trúc gồm một pha mạnh và một pha dẻo.
Thép cường độ cao hai pha bainite/martensite (B/M) là một họ thép bao gồm martensite, bainite và một lượng nhỏ austenite được giữ lại. Các kết quả thí nghiệm gần đây cho thấy sự phá hủy mỏi của thép cường độ cao xảy ra trong chế độ VHCF. Những hư hỏng đó chủ yếu là do các tạp chất phi kim loại bên trong gây ra. Trong bài báo này, chúng tôi tập trung vào hiệu ứng của các cấu trúc vi mô được tinh chế bằng cách xử lý nhiệt nhanh theo chu kỳ về độ bền mỏi.
Biểu đồ xử lí nhiệt của mẫu Hình 1. Sự xuất hiện của các hạt austenite trước đó và vi cấu trúc (a) và (c) cho Nb-1, và (b) và (d) cho Nb-2. Cơ sở lý thuyết + Biểu thức của dự đoán độ bền mỏi của thép cường độ cao trong chế độ VHCF, đó là: (𝐻𝑉 + 120)15⁄16 𝜎𝑤𝑉𝐻 = 2.7 3⁄16 (1) (√𝑎𝑟𝑒𝑎𝑖𝑛 ) 2 + Khi đề cập đến sự mệt mỏi, các đường cong S–N thường được sử dụng để biểu thị trạng thái mệt mỏi. Phương trình của Basquin thường phù hợp với dữ liệu S–N.
Nó có dạng: 𝑏 𝜎𝑎 = 𝜎𝑓′ (2𝑁𝑓 ) (2) + Trong đó 𝝈𝒂 là biên độ ứng suất, 𝝈𝒇 ′ là hệ số độ bền mỏi, 𝑵𝒇 là số chu kỳ dẫn đến hỏng hóc (bao gồm tuổi thọ ban đầu và tuổi thọ lan truyền) và b là số mũ Basquin.12 1⁄8 (3) (√𝑎𝑟𝑒𝑎𝑖𝑛 ) 𝝈𝒇 ′ và b có thể được biểu diễn dưới dạng: 1 −1/48 𝑏= 𝑙𝑔 [1. Thí nghiệm – Kết quả Thí nghiệm Thử nghiệm mỏi được tiến hành trên Shimadzu USF-2000 ở tần số cộng hưởng 20 kHz và tỷ lệ ứng suất ở nhiệt độ phòng trong không khí. Các mẫu thử được làm mát bằng lưu thông khí nén ở 20 ◦C. Mẫu tải được sử dụng trong nghiên cứu hiện tại bao gồm khoảng thời gian làm việc 150 ms và khoảng thời gian tạm dừng 600 ms.
Các mẫu vật được tiến hành cho đến 5 × 108 chu kỳ theo thời gian. Tất cả các bề mặt gãy của mẫu vật bị lỗi đã được kiểm tra trong SEM. Kết quả Đường cong S–N của hai loại thép được thể hiện trong Hình 3. Độ bền mỏi của Nb-1 là 535 MPa và của Nb-2 là 760 MPa ở 5×108 chu kỳ.
Độ bền mỏi của Nb-2 lớn hơn 225 MPa so với Nb-1. Các đường cong S–N cho cả hai mẫu liên tục giảm từ độ mỏi chu kỳ cao sang chế độ VHCF. Các vết nứt do mỏi vẫn xảy ra khi tuổi thọ của mẫu vật vượt quá 107 chu kỳ. Không có giới hạn mỏi thông thường 3 Hình 1.
Đường cong S-N cho thép B/M. Các đường liền nét đại diện cho phương trình (2) d. Kết luận Hành vi mỏi chu kỳ rất cao của hai loại thép hai pha bainite/martensite đã được nghiên cứu. Tổ chức tế vi của thép Nb-2 được tinh chế bằng nhiệt luyện nhanh tuần hoàn.
Các vết nứt do mỏi của chúng bắt đầu ở các thể vùi nhỏ thay vì bainite lớn hơn, điều này dẫn đến sự cải thiện 225 MPa về độ bền mỏi trong chế độ VHCF. Ảnh hưởng của việc đánh bóng bằng laser trong môi trường trơ đối với độ bền mỏi chu kỳ cao của thép AISI 1045 (2014) [2] Tác giả: R. Giới thiệu Hình 1. Sơ đồ thiết lập thử nghiệm để đánh bóng laser các mẫu thử mỏi trong môi trường khí 𝑁2.
Đánh bóng bằng laser là một quá trình nhằm cải thiện độ nhám bề mặt của các bộ phận, nhưng không nhất thiết là trạng thái mỏi của chúng. Mục đích của công việc này là nghiên cứu hành vi mỏi của thép AISI 1045 được đánh bóng bằng laser trong môi trường khí 𝑁2 (LPN). Cơ sở lý thuyết Các kỹ sư thiết kế và phân tích thường giải quyết các tính toán mỏi bắt đầu từ đường cong tuổi thọ ứng suất Basquin của bộ phận đang được nghiên cứu. Trong một số trường hợp, đường cong này có được từ các định mức hoặc từ các quy trình tính toán được phát triển nội bộ dựa trên kinh nghiệm phát triển các thành phần cụ thể.
Bài viết này trình bày các hệ số và quy tắc sửa đổi đối với LP trong 𝑁2 (LPN) được sử dụng trong công thức Marin cho các cấu kiện thép AISI 1045 được chuẩn hóa. Các dữ liệu định lượng khác liên quan đến ứng suất mỏi 103 và 106 của các mẫu thử được đánh bóng bằng laser với độ bền kéo (đường hằn) của vật liệu cũng được bao gồm. Một mối quan hệ tuyến tính gần đúng 5 đơn giản giữa độ bền mỏi của các mẫu được đánh bóng bằng laser và các mẫu không được xử lý đã thu được. Thực nghiệm – Thảo luận Thực nghiệm Một máy thủy lực trợ lực MTS 810 được vận hành ở tần số 20 Hz và với 𝑅0.
Giá trị Rvalue này được chọn vì khuôn và khuôn làm việc với các ứng suất dao động.1 phù hợp để chuyển đổi dễ dàng và đáng tin cậy các kết quả thử nghiệm sang trường hợp 𝑅0. Giới hạn mỏi 𝑅−1 của vật liệu không được xử lý thu được trên máy uốn mỏi quay Zwick/Roell UBM 200tc ở 50 Hz (3.1 kết quả kiểm tra độ bền mỏi và đường tuổi thọ mỏi của các mẫu thử (𝑅𝑎 = 0.155 μm) không được xử lý và đánh bóng bằng laser (𝑅𝑎 = 0.336μm) trong môi trường khí N2. 6 Thảo luận Phân tích phân hình Các vết nứt của các mẫu được đánh bóng bằng laser cho thấy các đặc điểm thông thường của thép AISI 1045, với các vết nứt tạo mầm trên bề mặt và không có điểm bắt đầu bên dưới HAZ. Các vết nứt do mỏi của cả hai mẫu vật đã được kiểm tra chi tiết hơn để có được hiểu biết định tính về quá trình tạo mầm và lan truyền của các vết nứt do mỏi, đồng thời để thấy sự khác biệt của chúng so với trường hợp LP trong không khí.
Mẫu vật 1, thể hiện ứng suất mỏi cao và tuổi thọ ngắn, đã bị đứt trong 71.600 chu kỳ sau khi thử nghiệm ở 500 MPa. Mẫu vật 2, thể hiện ứng suất mỏi thấp và tuổi thọ cao hơn, đã phá vỡ trong 249.000 chu kỳ sau khi thử nghiệm ở 420 MPa. Về kết quả kiểm tra độ mỏi Độ nhám bề mặt của các mẫu vật LPN gần giống như độ nhám thu được trong Ref. Mặt khác, với các thông số laser được sử dụng trong nghiên cứu này và trong Ref.
không thể đạt được giá trị 𝑅𝑎 dưới 0,33 𝜇𝑚. Do đó, hệ số biến đổi LP ở 106 chu kỳ, 𝑐𝑙6 , phải được sử dụng kết hợp với hệ số hoàn thiện bề mặt 𝑐𝑠𝑙 ≤ 0.97 , tùy thuộc vào độ nhám bề mặt. Đối với 103 chu kỳ, hệ số biến đổi độ nhám bề mặt là 1,0. Kết luận Phân tích kết quả của các bài kiểm tra độ bền mỏi chỉ ra rằng độ bền mỏi 𝑅−1 ở 103 chu kỳ của các mẫu được đánh bóng bằng laze là 90% so với các mẫu được hoàn thiện bằng gương không được xử lý.
Do đó, các giá trị của hệ số biến đổi 𝑐𝑙 quy cho LPN với hệ số hoàn thiện bề mặt được xem xét riêng lần lượt là 1.9 ở 106 và 103 chu kỳ. Các giá trị này cho thấy sự cải thiện đáng kể so với các giá trị thu được đối với LP trong không khí: 𝑐𝑙 = 0.9 ở 106 chu kỳ và 𝑐𝑙 = 0. Việc giảm độ bền mỏi ở 103 chu kỳ tương đương với việc giảm do ứng suất kéo trung bình là 80 𝑀𝑃𝑎 (tiêu chí Goodman). Phân tích ứng suất và biến dạng của các mẫu mỏi cục bộ tại mặt cắt ngang của tiết diện đo thử nghiệm trên máy mỏi hai trục chịu tải trong vùng mỏi chu kỳ cao (2017) [3] Tác giả: Marian Handrik, Peter Kopas, Vladislav Baniari, MilanVasko, Milan Saga.
Giới thiệu: Thiết bị kiểm tra tuổi thọ mỏi được chia theo phương pháp suy diễn tải trọng thành thiết bị suy diễn tải trọng cơ học và thủy lực. Các thiết bị suy luận tải cơ học có thể suy ra trạng thái ứng suất đơn phương thường với chu kỳ tải đối xứng. Danh mục này bao gồm, ví dụ: uốn cong trong quá trình quay và nén căng với truyền động cộng hưởng điện từ. Do đó, các thiết bị như vậy được đặc trưng bởi mức tiêu thụ điện năng thấp cho truyền động và chu kỳ tải đối xứng.