BU LÔNG INOX BỊ CHÁY REN, NGUYÊN NHÂN VÀ PHƯƠNG ÁN PHÒNG NGỪA
Hiện tượng cháy ren trên bu lông inox là một hình thức hao mòn gây ra bởi sự bám dính giữa các bề mặt trượt. Khi một vật liệu bịt kín, một phần của nó được kéo với bề mặt tiếp xúc, đặc biệt là nếu có một lực lớn nén các bề mặt lại với nhau. Hiện tượng cháy ren được gây ra bởi sự kết hợp của ma sát và độ bám dính giữa các bề mặt, tiếp theo là trượt và xé cấu trúc tinh thể bên dưới bề mặt. Điều này nói chung sẽ để lại một số vật liệu bị mắc kẹt hoặc thậm chí ma sát được hàn vào bề mặt liền kề, trong khi đó vật liệu có thể xuất hiện được khoét với các cục vật liệu bị bóng hoặc bị rách dính trên bề mặt của nó.
Hiện tượng cháy ren thường được tìm thấy trong các bề mặt kim loại tiếp xúc trượt với nhau. Nó đặc biệt phổ biến khi có sự bôi trơn không đầy đủ giữa các bề mặt. Tuy nhiên, một số kim loại nói chung sẽ dễ bị dồn nén hơn, do cấu trúc nguyên tử của các tinh thể của chúng. Ví dụ, nhôm là một kim loại sẽ dễ dàng phi mã hóa, trong khi thép ủ (làm mềm) có khả năng chống lõm cao hơn một chút. Thép được làm cứng hoàn toàn có khả năng chống lõm.
Hiện tượng cháy ren là một vấn đề phổ biến trong hầu hết các ứng dụng, nơi kim loại trượt trong khi tiếp xúc với các kim loại khác. Điều này có thể xảy ra bất kể các kim loại giống nhau hay các loại khác nhau. Các hợp kim như đồng thau và đồng thường được chọn cho vòng bi , ống lót và các ứng dụng trượt khác vì khả năng chống lõm, cũng như các hình thức mài mòn cơ học khác .
Hiện tượng cháy ren là sự hao mòn chất kết dính được gây ra bởi sự chuyển giao vật liệu siêu nhỏ giữa các bề mặt kim loại, trong quá trình chuyển động ngang (trượt). Nó xảy ra thường xuyên bất cứ khi nào các bề mặt kim loại tiếp xúc, trượt với nhau, đặc biệt là với sự bôi trơn kém. Nó thường xảy ra trong các ứng dụng tải cao, tốc độ thấp, nhưng cũng xảy ra trong các ứng dụng tốc độ cao với tải rất ít. Hiện tượng cháy ren là một vấn đề phổ biến trong việc hình thành kim loại tấm , vòng bi và piston trong động cơ , xi lanh thủy lực , động cơ không khí , và nhiều hoạt động công nghiệp khác. Hiện tượng cháy ren khác với trầy xước ở chỗ nó liên quan đến việc chuyển giao vật liệu có thể nhìn thấy khi nó được kéo dính ( bị phá vỡ cơ học) từ một bề mặt, để lại nó bị mắc kẹt ở mặt khác dưới dạng một cục nổi lên. Không giống như các hình thức hao mòn khác, hiện tượng cháy ren thường không phải là một quá trình dần dần, nhưng xảy ra nhanh chóng và lan rộng nhanh chóng khi các khối u nổi lên gây ra nhiều sự dồn nén hơn. Nó thường có thể xảy ra trong việc lắp đặt bu lông inox, làm cho ren bị giữ và xé ra. Trong trường hợp cực đoan, bu lông inox có thể bị trờn ren điều này có thể dẫn đến gãy bu lông.
Hiện tượng cháy ren đòi hỏi hai tính chất phổ biến cho hầu hết các kim loại, sự gắn kết thông qua các điểm hấp dẫn liên kết kim loại và độ dẻo (khả năng biến dạng mà không bị phá vỡ). Thông thường, các vật liệu cứng có khả năng chống cháy ren cao hơn trong khi các vật liệu mềm hơn cùng loại sẽ dễ dàng hơn. Xu hướng của vật liệu cũng bị ảnh hưởng bởi sự sắp xếp cụ thể của các nguyên tử, bởi vì các tinh thể được sắp xếp trong mạng tinh thể lập phương tâm diện (FCC) thường sẽ cho phép chuyển vật chất đến một mức độ lớn hơn khối lập phương tập trung vào cơ thể (BCC) . Điều này là do một khối lập phương tập trung vào mặt có xu hướng sản xuất lớn hơnsự sai lệch trong mạng tinh thể, đó là các khuyết tật cho phép mạng tinh thể dịch chuyển, hoặc “trượt chéo”, làm cho kim loại dễ bị dồn nén hơn. Tuy nhiên, nếu kim loại có số lượng lỗi xếp chồng cao (sự khác biệt về trình tự xếp chồng giữa các mặt phẳng nguyên tử) thì sẽ ít có khả năng trượt chéo tại các vị trí lệch. Do đó, sức đề kháng của vật liệu đối với sự dồn nén thường được xác định bởi năng lượng lỗi xếp chồng của nó. Vật liệu có năng lượng lỗi xếp chồng cao, chẳng hạn như bu lông inox, sẽ dễ bị dồn nén hơn nhiều so với các vật liệu có năng lượng lỗi xếp chồng thấp, như đồng , đồng hoặc vàng .
Hiện tượng cháy ren xảy ra ban đầu với sự chuyển vật liệu từ các hạt riêng lẻ, ở quy mô cực nhỏ, bị kẹt hoặc thậm chí khuếch tán hàn vào bề mặt liền kề. Sự chuyển đổi này có thể được tăng cường nếu một hoặc cả hai kim loại tạo thành một lớp oxit cứng mỏng có hệ số ma sát cao, chẳng hạn như các kim loại được tìm thấy trên bu lông inox. Khi khối u phát triển, nó đẩy vào vật liệu lân cận và bắt đầu tách chúng ra, tập trung phần lớn năng lượng nhiệt ma sát vào một khu vực rất nhỏ. Điều này lần lượt gây ra sự kết dính và tích tụ vật liệu nhiều hơn. Các phương pháp ngăn chặn sự dồn nén bao gồm việc sử dụngchất bôi trơn như mỡ và dầu , phủ ngoài ma sát thấp và tăng độ cứng bề mặt của kim loại sử dụng các quy trình như trường hợp xơ cứng và cảm ứng cứng.
Cơ chế gây ra cháy ren trên bu lông inox
Trong khoa học kỹ thuật và trong các khía cạnh kỹ thuật khác, thuật ngữ hiện tượng cháy ren là phổ biến. Ảnh hưởng của gia tốc trong vùng tiếp xúc giữa các vật liệu đã được mô tả một cách toán học và tương quan với cơ chế ma sát được trưng bày trong các rãnh trong các quan sát thực nghiệm về hiện tượng lõm. Do các vấn đề với các định nghĩa và phương pháp thử nghiệm không tương thích trước đây, các phương pháp đo lường tốt hơn phối hợp với sự hiểu biết nhiều hơn về các cơ chế ma sát có liên quan đã dẫn đến nỗ lực chuẩn hóa hoặc xác định lại thuật ngữ hiện tượng cháy ren để cho phép sử dụng tổng quát hơn. Tiêu chuẩn ASTM G40: “Hiện tượng cháy ren là một dạng thiệt hại bề mặt phát sinh giữa các chất rắn trượt, được phân biệt bằng kính hiển vi, thường là cục bộ, nhám và tạo ra các phần lồi.
Khi hai bề mặt kim loại được ép sát vào nhau, tương tác ban đầu và các điểm giao phối là các mức độ , hoặc điểm cao, được tìm thấy trên mỗi bề mặt. Sự tiếp xúc giữa các bề mặt bắt đầu ma sát hoặc biến dạng dẻo và gây ra áp lực và năng lượng trong một khu vực nhỏ gọi là vùng tiếp xúc.
Độ cao của áp suất làm tăng mật độ năng lượng và mức nhiệt trong khu vực bị biến dạng. Điều này dẫn đến sự kết dính lớn hơn giữa các bề mặt bắt đầu chuyển vật liệu, tích tụ, tăng trưởng cục và tạo ra các phần lồi lên trên bề mặt ban đầu. Hiện tượng cháy ren trên bu lông inox bắt đầu xảy ra.
Nếu cục (hoặc phần nhô ra của vật liệu được chuyển sang một bề mặt) phát triển đến độ cao vài micromet , nó có thể xuyên qua lớp oxit bề mặt đối diện và gây hư hại cho vật liệu bên dưới. Thiệt hại trong vật liệu khối là điều kiện tiên quyết cho dòng chảy nhựa được tìm thấy trong khối lượng biến dạng bao quanh khối. Hình dạng và tốc độ của cục xác định cách thức vật liệu chảy sẽ được vận chuyển, tăng tốc và giảm tốc xung quanh cục. Dòng vật liệu này rất quan trọng khi xác định áp suất tiếp xúc, mật độ năng lượng và nhiệt độ phát triển trong quá trình trượt. Do đó, hàm toán học mô tả gia tốc và giảm tốc của vật liệu chảy được xác định bởi các ràng buộc hình học, được suy ra hoặc được đưa ra bởi đường viền bề mặt của cục.
Nếu các điều kiện phù hợp được đáp ứng, chẳng hạn như các ràng buộc hình học của cục, sự tích lũy năng lượng có thể gây ra một sự thay đổi rõ ràng trong tiếp xúc vật liệu và hành vi dẻo, nói chung, điều này làm tăng độ bám dính và lực ma sát cần thiết cho chuyển động tiếp theo.
Trong ma sát trượt, ứng suất nén tăng tỷ lệ thuận với sự gia tăng năng lượng và nhiệt độ tiềm năng trong vùng tiếp xúc. Những lý do tích lũy năng lượng trong quá trình trượt có thể là giảm tổn thất năng lượng ra khỏi vùng tiếp xúc, do diện tích bề mặt nhỏ trên ranh giới bề mặt do đó độ dẫn nhiệt thấp. Một lý do khác là năng lượng liên tục bị ép vào kim loại, là sản phẩm của gia tốc và áp suất. Trong hợp tác, các cơ chế này cho phép tích lũy năng lượng liên tục làm tăng mật độ năng lượng và nhiệt độ trong vùng tiếp xúc trong quá trình trượt.
Quá trình và tiếp xúc có thể được so sánh với hàn lạnh hoặc hàn ma sát, bởi vì hàn lạnh không thực sự lạnh và các điểm nung chảy thể hiện sự gia tăng nhiệt độ và mật độ năng lượng có được từ áp suất và biến dạng dẻo trong vùng tiếp xúc.
Tỷ lệ hiện tượng cháy ren thường được tìm thấy giữa các bề mặt kim loại nơi tiếp xúc trực tiếp và chuyển động tương đối đã xảy ra. Tạo hình kim loại , sản xuất ren và các hoạt động công nghiệp khác có thể bao gồm các bộ phận chuyển động hoặc bề mặt tiếp xúc làm bằng thép không gỉ, nhôm, titan và các kim loại khác có sự phát triển tự nhiên của lớp oxit bên ngoài thông qua thụ động làm tăng khả năng chống ăn mòn của chúng nhưng làm cho chúng đặc biệt dễ bị lõm .
Trong gia công kim loại liên quan đến cắt (chủ yếu là tiện và phay), thường được sử dụng để mô tả hiện tượng hao mòn xảy ra khi cắt kim loại mềm. Vật liệu làm việc được chuyển đến máy cắt và phát triển một “cục”. Khối phát triển thay đổi hành vi tiếp xúc giữa hai bề mặt, thường làm tăng độ bám dính, khả năng chống cắt tiếp theo và do rung động được tạo ra, có thể được nghe như một âm thanh riêng biệt.
Hiện tượng cháy ren thường xảy ra với các hợp chất nhôm và là một nguyên nhân phổ biến của sự cố công cụ. Nhôm là một kim loại dẻo, có nghĩa là nó sở hữu khả năng lưu chuyển nhựa một cách dễ dàng, điều này tạo ra một vùng nhựa tương đối lớn và nhất quán.
Độ dẻo và vật liệu chảy cao có thể được coi là điều kiện tiên quyết chung cho việc chuyển và đổ vật liệu quá mức vì gia nhiệt ma sát có liên kết chặt chẽ với cấu trúc của các vùng nhựa xung quanh các vật thể xuyên thấu.
Hiện tượng cháy ren có thể xảy ra ngay cả khi tải và vận tốc tương đối thấp, bởi vì đó là mật độ năng lượng thực trong hệ thống gây ra sự chuyển pha, thường dẫn đến sự gia tăng chuyển vật liệu và ma sát cao hơn.
Phòng ngừa
Nói chung, có hai hệ thống ma sát chính ảnh hưởng đến sự hao mòn hoặc bám dính: tiếp xúc bề mặt rắn và tiếp xúc bôi trơn. Về mặt phòng ngừa, họ làm việc theo những cách khác nhau và đặt ra những yêu cầu khác nhau về cấu trúc bề mặt, hợp kim và ma trận tinh thể được sử dụng trong vật liệu.
Trong điều kiện tiếp xúc bề mặt rắn hoặc không có điều kiện, tiếp xúc ban đầu được đặc trưng bởi sự tương tác giữa các cường độ và triển lãm của hai loại lực hút khác nhau: năng lượng bề mặt gắn kết hoặc các phân tử kết nối và gắn kết hai bề mặt với nhau, đáng chú ý ngay cả khi chúng bị tách biệt bởi khoảng cách đo được. Tiếp xúc trực tiếp và biến dạng dẻo tạo ra một loại lực hút khác thông qua hiến pháp của vùng nhựa với vật liệu chảy trong đó năng lượng, áp suất và nhiệt độ cho phép liên kết giữa các bề mặt ở quy mô lớn hơn nhiều so với năng lượng bề mặt dính.
Trong các hợp chất kim loại và hình thành kim loại tấm, các cường độ thường là các oxit và biến dạng dẻo chủ yếu bao gồm các vết gãy giòn, mà giả định một khu vực nhựa rất nhỏ. Sự tích lũy năng lượng và nhiệt độ thấp do sự gián đoạn trong cơ chế gãy xương. Tuy nhiên, trong quá trình tiếp xúc asperity / asperity ban đầu, hãy đeo các mảnh vụn hoặc bit và các mảnh từ các asper bám vào bề mặt đối diện, tạo ra kính hiển vi, thường được định vị, làm nhám và tạo ra các phần lồi ra (trên các khối hiệu ứng) trên bề mặt ban đầu. Các mảnh vụn và khối u mòn được chuyển qua lớp bề mặt oxit đối diện và gây ra thiệt hại cho vật liệu khối bên dưới, cày xới nó về phía trước. Điều này cho phép biến dạng dẻo liên tục, dòng chảy nhựa và tích lũy năng lượng và nhiệt độ.
Sử dụng chất bôi trơn bề mặt của khi liên kết, và vấn đề chính là giữ lại độ dày bôi trơn bảo vệ và tránh biến dạng dẻo. Điều này rất quan trọng vì biến dạng dẻo làm tăng nhiệt độ của dầu hoặc chất lỏng bôi trơn và thay đổi độ nhớt. Bất kỳ sự chuyển giao vật liệu cuối cùng hoặc tạo ra các phần lồi lên trên bề mặt ban đầu cũng sẽ làm giảm khả năng giữ lại độ dày bôi trơn bảo vệ.
