Tải bản đầy đủ

Nghiên cứu ảnh hưởng của công nghệ thấm Ni tơ Plasma cặp bánh răng Hypoid đến hiệu suất cụm cầu sau ô tô tải nhẹ chế tạo trong nước

1

MỞ ĐẦU

1. Tính cấp thiết của đề tài luận án
Bánh răng côn răng cong Hypoid là loại chi tiết máy có hình dạng hình
học phức tạp, tính toán thiết kế nhiều thông số, và được gia công trên các máy
chuyên dùng có độ chính xác cao. Vì có nhiều ưu điểm trong truyền động
như: khả năng truyền tải lớn, độ bền và tuổi thọ cao, làm việc êm, có khả
năng giảm được kích thước tổng thể của bộ truyền. Nghiên cứu tính toán,
thiết kế và chế tạo bánh răng côn răng cong luôn là vấn đề mới đối với các
nhà khoa học và các nhà sản xuất.
Hiện nay việc lựa chọn vật liệu và công nghệ gia công cặp Hypoid có
thể thực hiện tại Việt Nam. Tuy nhiên, chất lượng bộ truyền của các bánh
răng chế tạo trong nước vẫn rất còn nhiều vấn đề về độ chính xác gia công, độ
bền lâu và hiệu suất. Một trong những nguyên nhân chính của hạn chế đó là
chưa có công nghệ nhiệt luyện tốt cho cặp bánh răng Hypoid trong cụm cầu
chủ động của xe ô tô tải chế tạo trong nước.
Hiệu suất của cụm cầu chủ động là chỉ tiêu quan trọng để đánh giá chất
lượng của cụm cầu cũng như chất lượng của hệ thống truyền lực. Hiện trong
nước chưa có công trình nghiên cứu ảnh hưởng chất lượng bề mặt làm việc

của bánh răng truyền lực chính tới hiệu suất cầu sau xe ô tô tải. Việc nghiên
cứu chuyên sâu có lý luận khoa học và thực nghiệm là việc làm cần thiết để
từng bước phát triển ứng dụng vào thực tiễn sản xuất. Vì vậy “Nghiên cứu
ảnh hưởng của công nghệ thấm Ni tơ Plasma cặp bánh răng Hypoid đến
hiệu suất cụm cầu sau ô tô tải nhẹ chế tạo trong nước” nhằm mục tiêu
nghiên cứu hiệu suất cụm cầu cho cặp truyền lực chính Hypoid được thấm Ni
tơ Plasma với các thông số công nghệ hợp lý trong điều kiện sản xuất ở Việt
Nam.


2

2. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài luận án
- Nghiên cứu ảnh hưởng của công nghệ thấm Ni tơ Plasma tới chất
lượng bề mặt tiếp xúc của bánh răng Hypoid trong cụm cầu sau ô tô;
- Nghiên cứu ảnh hưởng của chất lượng bề mặt tiếp xúc của báng răng
Hypoid tới hiệu suất cầu sau ô tô tải nhẹ với điều kiện thiết bị hiện có tại Việt
Nam.
3. Đối tượng nghiên cứu
- Chất lượng bề mặt tiếp xúc của bánh răng Hypoid chế tạo trong nước;
- Hiệu suất cụm cầu sau ô tô tải với cặp bánh răng Hypoid được thấm
Ni tơ Plasma với chế độ công nghệ phù hợp.
4. Phương pháp, nội dung nghiên cứu
- Tổng hợp và phân tích các công trình khoa học trong và ngoài nước
có liên quan để làm cơ sở cho việc nghiên cứu đề tài;
- Ứng dụng phương pháp PTHH và sử dụng phần mềm Ansys mô
phỏng phân tích bề mặt ăn khớp giữa hai răng ăn khớp của cặp bánh răng
Hypoid với các hệ số ma sát chọn theo công thức thực nghiệm. Qua đó, đã
phân tích được ảnh hưởng của chất lượng của bề mặt làm việc của bánh răng
Hypoid tới hiệu suất cầu sau ô tô;
- Tiến hành thực nghiệm, thiết lập các phương trình hồi quy, sử dụng
phần mềm tính toán để xây dựng mối quan hệ giữa thông số công nghệ thấm
với thông số chất lượng bề mặt làm việc, giải tìm ra được chế độ thấm phù
hợp cho cặp bánh răng Hypoid;
- Ứng dụng công nghệ đo quang số 3D để đánh giá sai lệch do biến
dạng nhiệt bề mặt chi tiết và sai lệch kích thước sau khi thấm Ni tơ Plasma;
- Xây dựng bộ thông số thí nghiệm trên bệ thử;
- Chế tạo cặp bánh răng Hypoid, sau khi tôi thể tích, tiến hành thấm Ni
tơ Plasma theo thông số đã xác định để thí nghiệm kiểm chứng hiệu suất cầu
sau ô tô tải nhẹ.



3

5. Giới hạn phạm vi nghiên cứu
- Nghiên cứu ảnh hưởng của công nghệ thấm Ni tơ Plasma tới độ cứng
tế vi, sai lệch do biến dạng nhiệt và độ nhám bề mặt tiếp xúc của bánh răng
Hypoid làm bằng thép hợp kim 18ХГT;
- Nghiên cứu ảnh hưởng của chất lượng bề mặt tiếp xúc của các cặp
bánh răng Hypoid đến hiệu suất cầu sau ô tô tải nhẹ chế tạo trong nước với
điều kiện chuyển động thẳng, ổn định trên đường bằng phẳng.
6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài luận án
- Bằng phương pháp thiết kế hiện đại, bộ thiết kế cụm cầu sau ô tô tải
nhẹ có độ tin cậy cao để gia công chính xác cặp bánh răng Hypoid và các chi
tiết trong cụm cầu, phục vụ trực tiếp cho các nội dung nghiên cứu trong Luận
án;
- Xây dựng được mô hình toán học về mối quan hệ giữa các thông số
công nghệ thấm Ni tơ đến độ cứng tế vi, sai lệch do biến biến dạng nhiệt và
độ nhám bề mặt làm việc;
- Xác định được chế độ thấm Ni tơ Plasma cặp bánh răng Hypoid để
đạt được hiệu suất truyền động cao ở các chế độ tải và vận tốc đặc trưng theo
tiêu chuẩn quốc tế;
- Xây dựng được bộ thông số thí nghiệm để đo hiệu suất cầu sau ô tô tải
nhẹ theo chất lượng bề mặt làm việc.
7. Các điểm mới của luận án
- Tìm ra được công cụ phù hợp là công nghệ đo quét quang số 3D của
hãng GOM để xây dựng bộ thí nghiệm đo kích thước hình học và sai lệch do
biến dạng nhiệt bề mặt làm việc của bánh răng Hypoid trước và sau khi nhiệt
luyện. Công cụ này có thể áp dụng để kiểm tra sai số gia công các bề mặt
cong bất kỳ;
- Chế tạo cặp bánh răng Hypoid đáp ứng được các yêu cầu kỹ thuật về
dung sai và độ bóng bề mặt trước khi nhiệt luyện. Xác định được chế độ thấm


4

Ni tơ hợp lý để không làm biến dạng bề mặt làm việc của bánh răng Hypoid,
trong khi độ cứng bề mặt đảm bảo đạt từ 55÷60 HRC, rút ngắn qui trình gia
công, bớt được nguyên công mài tinh phụ thuộc vào máy mài sườn răng;
- Thiết kế, chế tạo được bệ thử cầu sau theo nguyên lý dòng công suất
hở để nghiên cứu ảnh hưởng của công nghệ thấm Ni tơ Plasma tới hiệu suất
cụm cầu sau ô tô tải nhẹ theo phương pháp đo mô men đồng thời trên cả 3
trục quay.
8. Bố cục của luận án
Nội dung luận án được chia thành 5 chương, cụ thể gồm:
Phần mở đầu
Chương 1: Tổng quan về cụm truyền lực cầu sau ô tô
Chương 2: Công nghệ thấm Ni tơ Plasma và hiệu suất của cầu sau ô tô
tải nhẹ
Chương 3: Phân tích ảnh hưởng của bề mặt tiếp xúc bánh răng hypoid
đến hiệu suất cầu sau
Chương 4: Đánh giá ảnh hưởng của các thông số công nghệ thấm Ni tơ
Plasma đến chất lượng bề mặt bánh răng Hypoid
Chương 5: Thí nghiệm đo hiệu suất cầu sau ô tô
Kết luận chung


5

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ CỤM TRUYỀN LỰC CẦU SAU Ô TÔ
1.1 Cầu sau và cụm truyền lực chính trên ô tô
1.1.1 Cấu tạo cầu sau và cụm truyền lực chính
Cầu sau chủ động (sau đây gọi tắt là “cầu sau”) trên ô tô tải nhẹ với cơ
cấu truyền lực chính có công dụng phân phối mô men truyền từ hệ thống
truyền lực ra các bánh xe chủ động của ô tô làm cho ô tô chuyển động phù
hợp với từng tay số. Hình dáng tổng thể cầu sau ô tô tải nhẹ và cụm truyền lực
chính được giới thiệu trên Hình 1.1.

a) Hình dáng tổng thể cầu sau ô tô tải nhẹ

b)Cụm truyền lực chính

Hình 1.1. Cầu sau ô tô tải nhẹ
Trong quá trình làm việc, các cặp chi tiết chuyển động quay như: khớp
nối trục, ổ trục, các cặp bánh răng ăn khớp sẽ phát sinh ma sát ảnh hưởng trực
tiếp tới hiệu suất của bộ truyền. Cấu tạo chi tiết cầu sau và truyền lực chính
của xe tải nhẹ được trình bày trên Hình 1.2.
1.1.2 Các yêu cầu kỹ thuật của cầu sau và cụm truyền lực chính
Cầu sau ô tô có các yêu cầu sau kỹ thuật [10]:
- Đảm bảo đặc tính động lực học và tính kinh tế tối ưu cho ô tô;
- Có hiệu suất cao, làm việc êm và không ồn;
- Đảm bảo khoảng sáng gầm xe đủ lớn;
- Đảm bảo độ cứng vững của khung vỏ xe và cả xe.


6

a) Cấu tạo chi tiết cầu sau

b) Cặp bánh răng Hypoid

Hình 1.2. Cấu tạo chi tiết truyền lực chính của xe tải nhẹ
1 - Bu lông và đai ốc
2 - Đai ốc ngoài ổ bi
3 - Các nửa gối đỡ ổ b

5 - Cụm vi sai
7 - Phớt làm kín
4 - Bu lông điều chỉnh
8 - Ổ bi
6 - Cụm bánh răng quả dứa

Theo số lượng bánh răng truyền lực chính có hai dạng: truyền lực đơn
(một cặp bánh răng) và truyền lực kép (hai cặp bánh răng). Truyền lực đơn
thường dùng trên xe tải nhẹ và nó có thể được phân loại theo dạng bánh răng:
truyền lực chính bánh răng côn răng thẳng, răng cong; răng dạng Hypoid;
dạng bánh răng trụ; dạng trục vít. Truyền lực kép được chia thành hai loại:
truyền lực chính với cả hai cặp bánh răng được bố trí trong cùng một cụm
nằm giữa hai bánh xe chủ động và truyền lực chính có cặp bánh răng thứ hai
được bố trí tại các bánh xe chủ động, Hình 1.3.

Hình 1.3. Một số sơ đồ truyền lực chính đơn trong cầu sau ô tô tải nhẹ


7

Truyền lực chính dạng Hypoid (Hình 1.3 b) được sử dụng rộng rãi trên
các loại ô tô do có những ưu điểm: khả năng chịu tải lớn, làm việc êm, không
ồn và có khả năng nâng cao khoảng sáng gầm xe.
1.1.3 Cụm bánh răng truyền lực chính Hypoid
Các bánh răng Hypoid có hình dạng bên ngoài giống như các bánh răng
côn xoắn răng cong thông thường, nhưng rất khác nhau về mặt hình học, Hình
1.4. Truyền động Hypoid có những điểm khác biệt:

E

Hình 1.4. Cặp bánh răng Hypoid truyền lực chính trong cầu sau ô tô
- Trục của các bánh răng không cắt nhau mà chéo nhau với độ lệch E
(gọi là độ lệch Hypoid);
- Góc xoắn trung bình của bánh răng chủ động và bánh răng bị động
không bằng nhau (1 > 2);
- Mô đun tiếp tuyến của bánh răng chủ động lớn hơn mô đun tiếp tuyến
của bánh răng bị động.
- Lực pháp tuyến tại vết tiếp xúc tác động lên các bánh răng chủ động
và bánh răng bị động bằng nhau, nhưng các lực tiếp tuyến không bằng nhau.


8

Khi có cùng một tỷ số truyền, cùng đường kính của bánh răng quả dứa
thì bộ truyền Hypoid có đường kính vành răng của bánh răng vành chậu nhỏ
hơn bộ truyền côn xoắn thông thường nên kích thước truyền lực chính giảm.
- Khi có cùng một tỷ số truyền, nếu đường kính vành răng của bánh
răng vành chậu không thay đổi thì ở bộ truyền Hypoid có thể tăng đường kính
vành răng của bánh răng quả dứa làm cho khả năng truyền tải và độ bền của
truyền lực chính cao hơn.
1.2 Đánh giá chất lượng cầu sau ô tô
1.2.1 Các chỉ tiêu đánh giá chất lượng cầu sau ô tô
Hiệu suất cầu sau, độ ồn rung, độ bền uốn, độ bền tiếp xúc và độ bền
mỏi (bền lâu) của cầu sau là các chỉ tiêu để đánh giá chất lượng cầu sau ô tô.
Trong đó, hiệu suất cầu sau là một trong những chỉ tiêu quan trọng nhất,
[10,19].
a) Chỉ tiêu ồn rung của cầu sau
Khi xe hoạt động, hệ thống truyền lực và cầu sau làm việc, do những
nguyên nhân mất cân bằng trong hệ thống truyền lực, do lỗi bánh răng và
trục… sẽ gây ra ồn rung trong hệ thống truyền lực. Ồn rung cầu sau xuất hiện
nguyên nhân chủ yếu do chế độ lắp ghép không đúng yêu cầu kỹ thuật tạo ra
các khe hở giữa các răng, các ổ trục hoặc do các bánh răng mòn không đều, bị
tróc rỗ. Hiện nay trong nước chưa có chỉ tiêu đánh giá hoặc kiểm tra ồn rung
cầu sau ô tô, trên xe thường được đánh giá trên tổng thể xe và dùng phương
pháp loại trừ để xác định chất lượng cụm chi tiết tổng thành trên xe.
b) Chỉ tiêu về độ bền uốn của cầu sau
Xác định chỉ tiêu độ bền uốn là sự phá hủy gây ra các vết nứt, gãy răng
hoặc cong vênh làm cho cầu sau không còn khả năng làm việc nữa. Trong đó,
cặp bánh răng chịu ma sát do biến dạng uốn ảnh hưởng đến hiệu suất cầu sau
ô tô. Phương pháp xác định chỉ tiêu bền uốn là tập trung vào xác định lực tác
dụng trên các bánh răng cầu sau.


9

c) Chỉ tiêu về độ bền mỏi (bền lâu) của cầu sau
Độ bền mỏi của chi tiết là hiện tượng xảy ra hỏng hóc của chi tiết khi
chi tiết chịu tác động của lực tác động thay đổi theo thời gian. Hiện tượng
hỏng như vậy gọi là hỏng do mỏi. Để đánh giá mỏi của chi tiết là một quá
trình phức tạp và khó khăn. Chủ yếu dựa theo yếu tố kinh nghiệm và các thí
nghiệm thực nghiệm, từ đó dự đoán trước được thời điểm hỏng do mỏi.
d) Chỉ tiêu về độ bền tiếp xúc của cầu sau
Một dạng hỏng hóc của bánh răng ảnh hưởng đến hiệu suất cầu sau là
hỏng hóc do tróc rỗ. Khi bị tróc rỗ, bề mặt các răng bị dính và bóc đi một
mảng kim loại và sẽ gây ra ồn rung lớn cho cầu sau, hiệu suất truyền lực sẽ bị
giảm đi nhiều và cầu sau không thể làm việc được nữa, ta phải thay thế.
e) Chỉ tiêu về hiệu suất cầu sau
Hiệu suất cầu sau ô tô là chỉ tiêu đặc trưng cho mức độ sử dụng công
suất hữu ích của cầu sau. Hiệu suất cầu sau ô tô được đánh giá thông qua hiệu
suất của bộ truyền bánh răng trong cầu.
1.2.2 Hiệu suất cầu sau ô tô tải nhẹ
Hiệu suất cầu sau ô tô được xác định bởi công thức (1.1).
P
P
  2  1 r
P1

P1

(1.1)

Trong đó:
P1, P2 - Công suất trên trục vào và trục ra cụm cầu sau;
Pr - Công suất mất mát trên cụm cầu sau, trong đó:
Pr = Ps + P0 + Pd
Ps - Công suất mất mát do ma sát của các cặp bánh răng ăn khớp ;
Po - Công suất mất mát trong ổ bi;
Pd - Công suất mất mát do khấy dầu bôi trơn.
Do mất mát công suất trong từng cụm rất phức tạp nên trong thực tế chỉ
đo mất mát (hiệu suất) trong bộ truyền.


10

Trong phòng thí nghiệm, có thể thực hiện đo hiệu suất cầu sau ô tô theo
nguyên lý dòng công suất hở hoặc theo nguyên lý dòng công suất kín [1,2].
Bệ thử dòng công suất kín có ưu điểm là sử dụng động cơ tạo nguồn động lực
dẫn động nhỏ nhưng nhược điểm là khó kiểm soát được tải trọng trên bệ thử
nên độ chính xác của phép đo không cao. Bệ thử dòng công suất hở khắc phục
được nhược điểm trên nhưng động cơ dẫn động cần công suất lớn hơn.
1.3 Thiết kế, chế tạo bộ truyền lực chính Hypoid
Bánh răng côn răng cong nói chung và bánh răng Hypoid nói riêng có ba
hệ chính dựa vào dạng đường cong của răng. Bánh răng côn hệ Gleason (của
Mỹ): bánh răng côn răng cong có sườn răng dạng cung tròn; bánh răng côn hệ
Klingelberg: bánh răng côn răng cong có sườn răng là đường thân khai hoặc
Palloid; bánh răng côn hệ Oerlikon: bánh răng côn răng cong có sườn răng là
đường cong Epicycloid hoặc Hypozykloid [27,34,84].
Bánh răng Hypoid là những chi tiết có kết cấu phức tạp, rất khó trong
việc thiết kế tạo hình bề mặt và gia công. Vật liệu chế tạo bánh răng Hypoid
thường là thép hợp kim Crom-Niken hay Crom-Mangan-Titan, như: 20XH,
20XHM, SCr420H, 18XГT, 30XГT...
1.3.1 Thiết bộ truyền lực chính Hypoid
Cơ sở thiết kế các bánh răng Hypoid được trình bày trong các tài liệu
[41], [83-87]. Thiết kế bộ truyền bánh răng Hypoid dựa trên việc ứng dụng
thuật toán tổng hợp vị trí và việc phân tích vùng tiếp xúc răng TCA (Tooth
Contact Analysis) để đạt được một đường tiếp xúc có hướng phù hợp.
a) Thiết kế theo yêu cầu nâng cao khả năng tải, tăng vết tiếp xúc ăn khớp
Nhờ ứng dụng sự phát triển của máy tính (hardware) và các phần mềm
thiết kế mạnh (software), việc tính toán thiết kế bánh răng có nhiều thuận lợi.
Phần mềm chuyên dùng trong tính toán thiết kế bánh răng phổ biến trên thế
giới có khá nhiều, trong đó có hãng FVA-Worksbench- GbmH [38]. Sử dụng


11

phần mềm này, tác giả Michael Otto, Karsten Stahl và Di Maximilian Zimmer
đã thiết kế bánh răng theo khả năng tăng tải và giảm ồn của bánh răng, [39].
b) Thiết kế bộ bánh răng Hypoid nhờ sự hỗ trợ của máy tính (CAD/CAE)
Ngoài phần mềm FVA-Worksbench-GbmH, trên thế giới hiện còn có
nhiều phần mềm khác, như HyGears của hãng Gleason, KISSsoft... Tuy nhiên
những phần mềm này thường đi kèm với máy và giá thành rất cao. Ở Việt
Nam, đến nay việc thiết kế bánh răng Hypoid vẫn phải thực hiện bằng phương
pháp tính toán thông thường, ngoại trừ công bố của nhóm tác giả trên Tạp chí
Cơ khí Việt Nam số 6/2015 [15].
c) Thiết kế ngược bằng công nghệ quang số
Một trong những ứng dụng sự phát triển của kỹ thuật ngược (Reverse
Engineering) là sử dụng công nghệ quang số, [25,83]. Đây là phương pháp
thiết kế mới nhất hiện nay. Phương pháp này sử dụng các tia sáng xanh hay
tia laser để thu thập dữ liệu, dữ liệu nhận được không phải là các tọa độ 3
chiều mà là các vùng dữ liệu (đám mây điểm) với độ chính xác phụ thuộc vào
thiết bị quét và phần mềm xử lý. Mỗi lần chiếu quét được hàng nghìn
điểm/1giây. Không có hạn chế về số lần cũng như các vùng chiếu quét với
mỗi vật.
Chức năng của phần mềm theo máy bao gồm xử lý đám mây điểm với
tốc độ cao, tạo ra các mẫu đa giác, tái tạo bề mặt, sắp xếp để thiết kế bằng
máy tính và cho báo cáo về biểu màu, nhập dữ liệu cho bất kì hệ thống CAD
nào.
Trong đề tài luận án, nghiên cứu sinh đã áp dụng kỹ thuật thiết kế ngược
bằng công nghệ quang số để thiết kế cặp bánh chính Hypoid và các chi tiết
trong cụm cầu sau ô tô tải nhẹ phục vụ cho nghiên cứu, Hình 1.1, Hình 1.2
với thông số cơ bản như trình bày trong Bảng 1.1.
1.3.2 Chế tạo bộ truyền lực chính dạng Hypoid


12

Hệ bánh răng hệ Klingelnberg và Oerlikon có ưu điểm độ chính xác
cao, cho phép làm việc ở tốc độ cao. Hệ bánh răng côn răng cong hệ Gleason
có quy trình chế tạo và dụng cụ gia công sẽ đơn giản hơn và có năng suất gia
công cao hơn, khả năng truyền tải lớn, độ ồn thấp so với hai hệ trên [5].
Ở trong nước, các thiết bị gia công bánh răng côn răng cong của Liên
Xô và Cộng hòa dân chủ Đức (cũ) đều thuộc hệ Gleason [1,27].

TT
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12

Bảng 1.1. Thông số cơ bản của bộ truyền lực chính Hypoid xe tải
LIFAN 3070G1
Bánh răng

Đơn
Tên thông số
hiệu
vị
Chủ động Bị động
Số răng
Z
6
41
Tỷ số truyền
i0
6,83
Hướng xoắn của răng
Trái
Phải
Mô đun pháp tuyến
mn
7,000
Mô đun mặt đầu
ms
9,42
o
Nửa góc côn chia
độ
11.5
78.5o


Góc xoắn răng
độ
42o
25,49o
Hệ số dịch chỉnh
mm
-0,682
0,682

Góc ăn khớp danh nghĩa
độ
20o
20o

Chiều rộng bánh răng
b
mm
63.3
58
Chiều dài tạo bởi hình côn chia
L
mm
210.93
210.93
Độ lệch tâm
E
mm
38
Để sử dụng cho các thí nghiệm của Luận án, nghiên cứu sinh đã chế tạo

ba cặp bánh răng Hypoid bằng vật liệu 18XГT trên máy Phay bánh răng côn
răng cong 525 hệ Gleason, Hình 1.5.

Hình 1.5. Gia công các cặp bánh răng Hypoid


13

1.4 Nhiệt luyện bánh răng Hypoid trong cụm cầu sau ô tô
Các bánh răng trong cầu sau ô tô tải nói chung, cặp bánh răng Hypoid
nói riêng khi làm việc chịu tải lớn và chịu mài mòn cao. Bánh răng Hypoid
không những có yêu cầu cao về thiết kế, chất lượng và độ chính xác gia công
cơ khí mà nhiệt luyện cũng có yêu cầu rất cao và khắt khe để đảm bảo có độ
biến dạng thấp, đặc biệt là biến dạng bề mặt làm việc của các răng bánh răng.
1.4.1 Nhiệt luyện
Thường hóa, tôi, ram được sử dụng rất phổ biến trong công nghệ nhiệt
luyện bánh răng Hypoid cụm cầu sau ô tô. Chế độ và quy trình nhiệt luyện
bánh răng được xác định bằng thực nghiệm và được cho trong các sổ tay nhiệt
luyện. Nhiệt luyện cải thiện rất nhiều cơ tính của thép, song nếu thực hiện
không đúng sẽ gây ra các dạng hư hỏng khác nhau, vì ứng suất nhiệt và tổ
chức tạo thành sau khi tôi khá lớn, thường dẫn đến biến dạng quá mức cho
phép. Các hư hỏng khi nhiệt luyện sẽ gây ra lãng phí rất lớn [7,8].
1.4.2 Hoá nhiệt luyện
Để bảo đảm bề mặt làm việc có độ cứng cao (58-62 HRC), lõi bền và
có độ cứng vừa phải (30-45 HRC), bánh răng Hypoid cần phải được hóa bền
bề mặt bằng các phương pháp hoá nhiệt luyện khác nhau, như: thấm Các bon ,
thấm Ni tơ, thấm Xianua… Chế độ và quy trình hóa nhiệt luyện bánh răng
được xác định bằng thực nghiệm và được cho trong các sổ tay nhiệt luyện
[7,8,12]. Hiện nay, nhờ sử dụng các thép hợp kim và công nghệ hoá nhiệt
luyện, nhiệt luyện hợp lý mà tuổi thọ sử dụng bánh răng đã được nâng cao.
Đề tài luận án này sẽ nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian, nhiệt độ và
lưu lượng khí thấm trong công nghệ thấm Ni tơ Plasma tới chất lượng bề mặt
làm việc của bánh răng Hypoid của cầu sau xe ô tô tải nhẹ. Đây là công nghệ
hóa bền bề mặt mới nhất hiện nay. Công nghệ này có nhiều ưu điểm nổi trội,
hơn hẳn các phương pháp hóa nhiệt luyện truyền thống [3], [21-24], [77-80].


14

1.5 Tình hình nghiên cứu hiệu suất cầu sau ô tô
1.5.1 Tình hình nghiên cứu hiệu suất cầu sau ô tô ở nước ngoài
Nghiên cứu chế tạo cụm cầu sau ô tô ở những nước có ngành công
nghiệp phát triển như Mỹ, Nga, Nhật Bản, Đức... việc tập trung nghiên cứu
thiết kế và nghiên cứu công nghệ chế tạo bánh răng đến nay cũng luôn là vấn
đề mới.
Các công trình nghiên cứu về cầu sau ô tô thường tập trung tại các hãng
sản xuất, các nhà máy, xí nghiệp chế tạo. Do vậy việc công bố kết quả của các
công trình nghiên cứu này thường bị hạn chế bởi liên quan đến bí quyết công
nghệ, bản quyền và tính cạnh tranh [1,2,44].
Phần lớn các nghiên cứu đã được công bố về hiệu suất của các truyền
động bánh răng tập trung vào đo lường tổn thất công suất trực tiếp của cặp
bánh răng [44-50]. Một số khác thì đo hệ số ma sát bằng cách sử dụng đĩa kép
trong điều kiện mô phỏng một cặp bánh răng để hệ số ma sát có thể được sử
dụng để dự báo hiệu suất của một cặp bánh răng [44-45,54-57]. Một số
nghiên cứu [43-47] thiết lập công thức thực nghiệm cho hệ số ma sát được sử
dụng khá rộng rãi. Những công thức thực nghiệm này cho thấy hệ số ma sát là
một hàm của một danh sách các tham số, như tốc độ trượt và lăn, bán kính
cong của bề mặt tiếp xúc, tải hay lực tiếp xúc, độ nhám bề mặt, và độ nhớt
của dầu bôi trơn…
Nhóm nghiên cứu khác [44], dựa trên công thức thử nghiệm hệ số ma
sát được công bố như các tham khảo [56-57]. Các mô hình trong nhóm nghiên
cứu này xem xét các cặp bánh răng trụ răng thẳng [44], xoắn và tính toán các
thông số cần thiết để xác định hệ số ma sát theo công thức thực nghiệm cụ thể
thích ứng. Các nghiên cứu này có sức thuyết phục mạnh hơn so với mô hình
hệ số ma sát không đổi, độ chính xác của các mô hình bị hạn chế về độ chính
xác của các hệ số ma sát công thức kinh nghiệm sử dụng. Mỗi công thức hệ
số ma sát thực nghiệm điển hình đại diện cho một loại nhất định của vật liệu,


15

chất bôi trơn, nhiệt độ hoạt động, phạm vi tốc độ và tải, các điều kiện nhám
bề mặt của mẫu con lăn có thể khác với các cặp bánh răng đang được mô hình
hóa.
Rất ít các công trình nghiên cứu hiệu suất bộ truyền sử dụng bánh răng
cong được công bố [66-67]. Tài liệu về hiệu suất bộ truyền bánh răng Hypoid
thường là các giáo trình. Buckingham [68] đề xuất một công thức gần đúng
cho các tổn thất công suất của các bánh răng Hypoid, đó là tổng của các tổn
thất của bánh răng côn và bánh vít – trục vít. Naruse [69] đã tiến hành một số
thử nghiệm về tổn thất điểm và ma sát của bánh răng Hypoid loại
Klingelnberg. Coleman [67] sử dụng công thức đơn giản để tính toán hiệu
suất bánh răng Hypoid với hệ số ma sát không thay đổi hoặc công thức tính
hệ số ma sát với rất hạn chế các thông số. Jia [71] đã thiết lập được các công
thức EHL nhám bề mặt áp dụng cho bánh răng Hypoid.
1.5.2 Tình hình nghiên cứu trong nước
Ở Việt Nam có rất ít những công trình nghiên cứu về cụm cầu sau ô tô
nói chung và cụm cầu sau ô tô tải nói riêng. Một số nghiên cứu tập trung về
lĩnh vực tạo hình bề mặt, thiết kế [4,15,28,29], lý thuyết ăn khớp [27] và chế
tạo [1,5,17,27,28] bánh răng Hypoid trong truyền lực chính cầu sau.
a) Về nghiên cứu nhiệt luyện bánh răng côn răng cong
- Xí nghiệp cơ khí chính xác Z29, Tổng cục Công nghiệp Quốc phòng
là đơn vị chuyên sản xuất các mặt hàng cơ khí cho ngành Quốc phòng và cho
nền kinh tế, trong đó có trang bị dây chuyền nhiệt luyện (thấm than thể khí,
tôi trung tần, ủ,...). Các cặp bánh răng chế tạo của công ty này được dùng để
thay thế cho các cặp bánh răng côn cong có môđun và số răng khá lớn, dùng
cho ô tô mỏ và các thiết bị trong công nghiệp khai thác than [1,2].
- Trung tâm Kỹ thuật cơ khí chính xác - Đại học Bách Khoa Hà Nội
trang bị các thiết bị nhiệt luyện các loại bánh răng như: tôi thể tích, thấm C-N
và ram [1,2].


16

- Năm 2007, Viện Nghiên cứu Cơ khí, Bộ Công Thương thực hiện đề
tài NCKH cấp bộ “Nghiên cứu, khảo sát thiết kế tính toán và chế tạo bánh
răng côn răng cong dùng trong công nghiệp”, [20]. Ngoài việc tính toán, lập
bản vẽ thiết kế, gia công bánh răng côn răng cong theo phương pháp truyền
thống, đề tài còn lập các qui trình công nghệ nhiệt luyện và hóa nhiệt luyện
bánh răng côn răng cong.
- Năm 2008, Tổng công ty Máy động lực và Máy nông nghiệp Việt
Nam, Bộ Công Thương đã thực hiện đề tài cấp Bộ và phát triển lên đề tài cấp
nhà nước “Nghiên cứu thiết kế chế tạo cụm cầu sau xe tải nhẹ dưới 3 tấn”,
[2]. Đề tài đã nghiên cứu và tiến hành nhiệt luyện bánh răng quả dứa và bánh
răng vành chậu làm bằng vật liệu 18XГT với qui trình: thường hóa phôi sau
khi rèn, dập; thấm Các bon chi tiết sau gia công cơ; tôi, ram.
b) Về nghiên cứu thấm Ni tơ Plasma
- Đề tài NCKHCN cấp Bộ của Viện Nghiên cứu Cơ khí, Bộ Công
Thương (2007) [3] “Nghiên cứu ứng dụng công nghệ thấm Ni tơ xung Plasma
ở nhiệt độ thấp (570-600oC) trong dụng cụ cắt gọt và chi tiết máy”, đã thiết kế
chế tạo được thiết bị thấm Ni tơ Plasma đặt tại Viện Nghiên cứu Cơ khí.
- Luận án Tiến sĩ kỹ thuật “Nghiên cứu lựa chọn một số thông số công
nghệ thấm Ni tơ Plasma cho thép 40CrMo” của tác giả Hoàng Minh Thuận
(2012) [16], đã phân tích tổng quan công nghệ và cơ sở lý thuyết thấm Ni tơ
Plasma, lựa chọn vật liệu và nghiên cứu thực nghiệm thấm một số chi tiết
bánh răng để xác định thông số thấm cho thép 40CrMo.
- Luận án Tiến sĩ kỹ thuật “Nghiên cứu công nghệ để nâng cao chất
lượng bộ truyền bánh răng hành tinh trong các máy công trình” của tác giả
Phạm Văn Đông (2012) [23], đã phân tích, so sánh phương pháp thấm Ni tơ
plassma với các phương pháp xử lý bề mặt khác. Tác giả Luận án đã kết luận
“ thấm Ni tơ plassma có ưu điểm nổi trội hơn các phương pháp khác, cụ thể
có độ biến dạng nhỏ hơn, tuổi thọ cao hơn, chống mòn tốt hơn”.


17

- Các công trình nghiên cứu [22,24] trình bày ứng dụng công nghệ
thấm Ni tơ Plasma cho các bánh răng trong các máy công trình và đánh giá độ
biến dạng của bánh răng qua xử lý bề mặt bằng các phương pháp khác nhau.
c) Về nghiên cứu hiệu suất cầu sau ô tô
Ở Việt Nam, cho tới hiện nay chỉ có đề tài NCKHCN trọng điểm cấp
Nhà nước (KC.05.22/06-10) [1] “Hoàn thiện công nghệ chế tạo cụm cầu sau
xe tải nhẹ” thực hiện đo hiệu suất cầu sau ô tô. Đề tài KC.05.22/06-10 đã công
bố kết quả đo hiệu suất cầu sau ô tô tải nhẹ LIFAN 3070G1 trên bệ thử dòng
công kín với cặp bánh răng Hypoid do Việt Nam chế tạo (hiệu suất 90,50%)
và cặp bánh răng Hypoid do Trung Quốc chế tạo (hiệu suất 92,50%).
Một trong những khó khăn cho việc nghiên cứu hiệu suất cầu sau ô tô
là phải đo mô men xoắn đồng thời trên cả 3 trục quay. Đề tài luận án này sẽ
nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số công nghệ thấm Ni tơ Plasma cặp
bánh răng Hypoid đến hiệu suất cầu sau xe tải nhẹ chế tạo trong nước.
KẾT LUẬN CHƯƠNG 1
1. Đã phân tích tổng quan những vấn đề cơ bản về bộ truyền lực chính,
hiệu suất cầu sau ô tô tải cũng như việc thiết kế, chế tạo và nhiệt luyện cặp
bánh răng Hypoid. Tác giả đã thiết kế và chế tạo các cặp bánh răng Hypoid
phục vụ cho thí nghiệm.
2. Đã phân tích tình hình nghiên cứu hiệu suất cầu sau ô tô, nhiệt luyện
bánh răng Hypoid và công nghệ thấm Ni tơ Plasma ở trong nước và thế giới.
Công nghệ thấm Ni tơ Plasma có nhiều ưu điểm nổi trội hơn hẳn các phương
pháp xử lý bề mặt khác.
3. Hiện ở Việt Nam chưa có nghiên cứu về ảnh hưởng của công nghệ
thấm Ni tơ Plasma cặp bánh răng Hypoid đến hiệu suất cầu sau ô tô tải nhẹ.
Vì vậy, vấn đề nghiên cứu của Luận án mang ý nghĩa khoa học và thực tiễn
cao.


18

Chương 2 : CÔNG NGHỆ THẤM NI TƠ PLASMA VÀ HIỆU SUẤT
CỦA CẦU SAU Ô TÔ TẢI NHẸ
Chương này trình bày những vấn đề cơ bản về thấm Ni tơ Plasma, đo
kiểm tra chất lượng bề mặt làm việc của bánh răng Hypoid, ma sát của cặp ăn
khớp Hypoid và hiệu suất cầu sau ô tô. Đây là cơ sở lý thuyết để nghiên cứu
ảnh hưởng của công nghệ thấm Ni tơ Plasma cặp bánh răng Hypoid đến hiệu
suất cầu sau ô tô tải nhẹ .
Theo tiêu chuẩn quốc tế SAE J1266 [36], thực hiện thí nghiệm đo hiệu
suất cầu sau trong hai trường hợp: trong phòng thí nghiệm và trên hiện
trường. Trên hiện trường, xét trường hợp xe chạy thẳng, ổn định trên đường
bằng phẳng. Điều đó cũng tương ứng với trường hợp khóa vi sai khi thí
nghiệm trên bệ thử. Luận án giới hạn không xem xét trường hợp xe chạy trên
đường gồ ghề cũng như khi xe quay vòng sang trái hoặc phải.
2.1 Cơ sở lý thuyết thấm Ni tơ Plasma
2.1.1 Giới thiệu chung
Thấm Ni tơ Plasma hay thấm Ni tơ ion Plasma là công nghệ nhiệt luyện
tiên tiến nhất hiện nay. Quá trình thấm được thực hiện trong lò chân không ở
áp suất thấp với hỗn hợp các khí H2, N2, CH4 và Ar. Dưới điện thế cao các khí
bị ion hoá tạo dòng Plasma. Ion Ni tơ được gia tốc trong quá trình Plasma và
va chạm với mẫu vật. Quá trình bắn phá ion này làm nung nóng, làm sạch và
tạo một lớp cứng chống mài mòn tốt, tăng giới hạn bền mỏi [3,75,76].
2.1.2 Công nghệ thấm Ni tơ Plasma
a) Quá trình thấm
Quá trình thấm Ni tơ Plasma là quá trình hợp kim hoá bề mặt bằng Ni tơ,
[3,80,88]. Chi tiết được đặt trong lò chân không và được nối với ca tốt, tường
lò được nối với anốt của mạch điện, Hình 2.1, [3].


19

Khi nguồn điện được đóng vào, dưới điện áp cao (600-1000V) và áp suất
thấp, hỗn hợp khí được biến đổi thành những ion (dòng điện dẫn Plasma). Ion
dương sẽ bắn phá bề mặt chi tiết và các electron phát ra tới anốt tạo ra một
luồng sáng xung quanh chi tiết. Với thép, quá trình này tạo nên chất rắn hoà
tan của Ni tơ (FeN) trên bề mặt thép. Sau đó là quá trình khuếch tán. Trong
suốt quá trình khuếch tán Ni tơ phần nào thay thế cácbon trong mactenxit và
tạo các nitrit Fe4N, Fe2-3N ở lớp bề mặt. Cácbon được phân phối lại trong
miền phân chia. Sự phân chia Ni tơ và phân phối lại cacbon là một hàm của
thời gian và nhiệt độ thấm.

Hình 2.1. Sơ đồ cấu tạo lò thấm Ni tơ Plasma
Quá trình phân ly dựa trên năng lượng tự nhiên mạnh mẽ của luồng điện
phát sáng tác động xung quanh bề mặt chi tiết. Đó còn gọi là năng lượng
Plasma. Nguồn Plasma Ni tơ gồm có các ion, các electron gốc và hoạt hoá. Sự
tương tác giữa Plasma và bề mặt rắn là sự kích thích, ion hoá, phân ly và gia
tốc.
Trong quá trình thấm Ni tơ Plasma có hyđrô và Ni tơ nhưng không có
xúc tác cho việc tạo thành NH3 như trong thấm N2 thể khí thông thường. Các
phần tử N2 cũng có thể được biến đổi trong quá trình hoạt hoá.


20

b) Xung Plasma
Trong trạng thái Plasma các khí sẽ trở nên dẫn điện do sự ion hoá của
các nguyên tử khí [80,88]. Để đưa đến trạng thái ion hoá của các khí cần phải
có một nguồn năng lượng thích hợp.
Khi áp suất khối khí lớn hơn 0,1 bar thì trạng thái Plasma chỉ xuất hiện
khi nhiệt độ > 8000oK. Nếu áp suất khối khí giảm xuống còn khoảng 1 mbar
thì Plasma có thể được tạo thành ở nhiệt độ thấp hơn nhiều. Chính vì thế trong
môi trường chân không Plasma có thể được phát ra ở nhiệt độ thấp. Trong
công nghệ thấm Ni tơ Plasma thì Plasma được sinh ra trong buồng chân
không giữa khoảng không gian của catốt (chi tiết) và anốt (tường lò). Dưới
điện áp cao khoảng vài trăm vôn khí được ion hoá trở thành dòng khí dẫn điện
(Plasma). Mật độ dòng tăng khi điện áp tăng.
Thời gian tồn tại xung khoảng 50-100s. Chu kì xung khoảng 100300s, Hình 2.2, [3].

Hình 2.2. Mô tả xung Plasma
Tất cả các lò thấm công nghiệp hiện nay đều sử dụng xung Plasma.
Nhưng chỉ có hãng ELTROPUL sử dụng nguồn xung Plasma được tạo từ
trước. Nó có nhiều ưu điểm như:
- Tạo Plasma ổn định trong mọi trường hợp;
- Thấm được những chi tiết có hình dạng hình học phức tạp;
- Giảm nhiệt độ cung cấp cho quá trình thấm xuống thấp nhất;
- Bề mặt được xử lý nhiều nhất.
c) Sự phân lớp
Lớp bề mặt được nitrit hoá sau khi thấm Ni tơ ion là sự kết hợp của các
miền [72,73]. Một lớp trắng mỏng, chắc chắn bên ngoài và miền khuếch tán


21

bên trong. Phạm vi cấu trúc và độ đồng nhất của lớp trắng và miền khuếch tán
được điều chỉnh độc lập với nhau.
Lớp trắng mỏng là lớp liên kết của sắt và Ni tơ tạo các nitrit: Fe4N, Fe2-3N.
Độ dày lớp này lớn nhất là 20 m.
Miền khuếch tán độ dày tới 0,8 mm. Trong đó Ni tơ xâm nhập vào mạng
tinh thể của sắt và kết hợp với các nguyên tố hợp kim Cr, Mo, Ti, Al, V…để
tạo thành các nitrit đặc biệt. Những nitrit đặc biệt này là những phần tử quan
trọng để làm tăng độ cứng và chống mài mòn của thép hợp kim, Hình 2.3.
d) Quá trình ELTROPUL
Quá trình ELTROPUL có các thông số được vi điều chỉnh và đánh giá
trong suốt quá trình nhiệt luyện để cho sản phẩm có tính chất tốt nhất
[77,78,79]. Chi tiết được nung nóng trong thời gian ngắn nhất, bởi sự bức xạ
hay khí trơ trong chân không, với dòng đối lưu tự nhiên hoặc cưỡng bức. Sau
khi được nung nóng đến nhiệt độ cần thiết và thấm Ni tơ, chi tiết được làm
nguội một cách tự động trong môi trường tự nhiên của buồng lò.

a) Quá trình khuếch tán
b) Giản đồ cấu trúc bề mặtlớp thấm
Hình 2.3. Quá trình thấm Ni tơ Plasma
Lớp thấm gồm có lớp hỗn hợp (lớp trắng) và miền phân chia. Lớp trắng
có thể có tổ chứcNitrit(Fe4N) hoặc Nitrit (Fe2-3N). Lớp  chiều dày từ 28 m, có tính mềm dễ uốn, chống mài mòn tốt, chịu được ứng suất lớn do đó


22

áp dụng cho những chi tiết chịu tải trọng động lớn. Lớp  dày tới 20 m có
khả năng chống mài mòn, ăn mòn tốt, Hình 2.3, [77,78,79].
2.1.3 Các thông số công nghệ thấm
Các tính chất của lớp bề mặt (độ cứng, độ nhám, độ sạch), chiều sâu lớp
thấm, tính chất lớp thấm, độ cứng tế vi của vật liệu… chịu ảnh hưởng của các
thông số đầu vào như điện áp - mật độ dòng, thời gian thấm, nhiệt độ thấm,
thành phần hỗn hợp khí và áp suất khí.
a) Điện áp, mật độ dòng ion
Điện áp cao (khoảng vài trăm vôn) là điều kiện để Plasma được sinh ra
trong buồng chân không giữa khoảng anốt và catốt [3,76].

Hình 2.4. Mối quan hệ giữa điện áp và mật độ dòng ion khí
1 - Vùng phóng điện phát sáng bình thường;
2 - Vùng phóng điện phát sáng không bình thường;
3 - Vùng chuyển đổi;
4 - Hồ quang.
Vùng làm việc là vùng xảy ra quá trình thấm Ni tơ Plasma chính là vùng
2 trên đồ thị. Đó là vùng làm việc không bình thường. Khi điện áp tăng thì
mật độ dòng ion khí cũng tăng. Đồng thời điện áp và mật độ dòng cũng phụ
thuộc vào các yếu tố như nhiệt độ của quá trình, áp suất môi trường thấm và
thành phần khí Ni tơ trong hỗn hợp khí, Hình 2.4.
b) Thời gian
Thời gian là thông số quan trọng ảnh hưởng quyết định tới chất lượng
sản phẩm sau khi thấm.


23

Ở nhiệt độ nhất định, thời gian khuếch tán càng dài thì chiều sâu lớp
thấm càng tăng. Quan hệ giữa chúng tuân theo quy luật parabol, theo công
thức (2.1), Hình 2.5, [72,73,76].










= K



(2.1)

Trong đó:

-Chiều dày lớp khuếch tán;
K -Hệ số tỷ lệ phụ thuộc vào hệ số khuếch tán D;
-Thời gian.

Hình 2.5. Mối quan hệ giữa  và 
Từ hình 2.4 cho thấy thời gian thấm càng dài thì chiều sâu lớp thấm càng
tăng nhưng tỷ lệ tăng chiều sâu lớp thấm càng giảm. Nếu với mục đích nhiệt
luyện để có chi tiết có chiều sâu lớp thấm lớn thì biện pháp có hiệu quả là
tăng nhiệt độ chứ không phải thời gian.
c) Nhiệt độ
Chiều dày lớp thấm phụ thuộc vào tốc độ khuếch tán. Khi nhiệt độ càng
cao, sự chuyển động nhiệt của nguyên tử càng mạnh tốc độ khuếch tán càng
nhanh [3,72,76].
Hệ số khuếch tán D tăng lên theo nhiệt độ theo biểu thức (2.2):
D = A.e-Q/RT
Trong đó:
D - Hệ số khuếch tán;
A - Hệ số phụ thuộc mạng tinh thể;
Q - Năng lượng hoạt hoá;

(2.2)
e - Cơ số logarit tự nhiên;
R - Hằng số khí;
T - Nhiệt độ thấm (0K).


24

Với hệ thống kim loại nhất định, các trị số A; Q cũng cố định nên D phụ
thuộc vào nhiệt độ. Nhiệt độ càng cao thì D tăng càng nhanh, Hình 2.6.

Hình 2.6. Mối quan hệ giữa D và T
d) Thành phần hỗn hợp khí
Hỗn hợp khí thấm Ni tơ Plasma chủ yếu được sử dụng là Ni tơ (N 2) và
Hydro (H2), [3,72,73]. Hydro ảnh hưởng đến sự hình thành của lớp nitrit,
ngoài ra nó có tác dụng làm giảm tạp chất trên bề mặt mẫu, bổ sung một
lượng hỗn hơp khí H2 sẽ làm gia tăng nhiệt độ và năng lượng động trong
Plasma. Ni tơ khuếch tán vào chi tiết thấm chỉ khi nồng độ H 2 cao với khí N2
tinh khiết. Sử dụng khí Ni tơ tinh khiết sẽ hình thành một lớp dày hơn của các
hợp chất do áp suất riêng phần nitrogen cao hơn. Do đó lựa chọn thích hợp
hỗn hợp khí, có thể sẽ tạo được các pha trong lớp thấm, Hình 2.7.
Bằng cách thay đổi thành phần hỗn hợp khí, tính chất luyện kim của lớp
trắng và lớp nitrit có thể được điều chỉnh trong quá trình thấm Ni tơ Plasma.

Hình 2.7. Sự phân lớp từ lõi đến bề mặt vật liệu phụ thuộc vào thành phần khí
Lõi

Lớp trắng

Phần còn lại

Trường hợp 1: Thành phần Ni tơ trong hỗn hợp khí của quá trình từ 15%, không có lớp trắng;


25

Trường hợp 2: Thành phần Ni tơ trong hỗn hợp khí nạp vào từ 15-30%,
có lớp trắng với tổ chức hoàn toàn là 
Trường hợp 3: Thành phần Ni tơ từ 60-70%, mêtan từ 1-3%, có lớp
trắng với tổ chức hoàn toàn là 
Lớp trắng mỏng có thể có tổ chức  hoặc tổ chức Hình 2.3
Lớp trắng có tổ chức  mềm hơn và mỏng hơn lớp trắng với tổ chức .
Độ dày từ 0,1-0,4 m. Do rất mỏng nên khi chi tiết chịu lực lớn và va chạm
mạnh lớp trắng đó sẽ không bị gãy vụn. Hơn nữa nó sẽ dễ dàng mất đi để mạ,
phủ sau khi thấm.
Lớp  không mềm như lớp  nhưng có khả năng chống mài mòn tốt hơn,
có hệ số ma sát nhỏ hơn. Độ dày lớp  lớn hơn khoảng 0,2-0,4 m và tăng khi
thời gian thấm tăng. Do đó khả năng chống ăn mòn tăng và có bị “xốp hơn”
lớp có tổ chức .
Độ dày lớp trắng có tổ chức  và  đều tăng khi tăng nhiệt độ thấm.Tuỳ
theo mục đích sử dụng vật liệu mà điều chỉnh thành phần của hỗn hợp khí cho
thích hợp để lớp trắng của bề mặt chi tiết sau khi thấm có tổ chức hay . Nếu
chi tiết làm việc trong điều kiện chịu lực lớn, va chạm mạnh hoặc được mạ,
phủ sau khi thấm thì thành phần khí khi thấm có khoảng 15-30% N2 để lớp
trắng có tổ chức . Còn sử dụng hỗn hợp khí với tỷ lệ 60-70 % N2, 1-3 % CH4
để lớp trắng có tổ chức  cho những chi tiết làm việc trong điều kiện bị ăn
mòn lớn.
Bề mặt làm việc của bánh răng Hypoid cầu sau cần có độ cứng lớn, hệ
số ma sát nhỏ và khả năng chống mài mòn tốt nên tỉ lệ hỗn hợp khí thấm phù
hợp sẽ là: 60-70% N2, 20-23% H2 còn lại là các khí khác.
2.1.4 Ưu nhược điểm của phương pháp thấm Ni tơ Plasma
a) Ưu điểm của phương pháp thấm Ni tơ Plasma, [3,23,80,82,87]


Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Tải bản đầy đủ ngay

×