19
Chơng II
đánh giá hao mòn một số chi tiết cơ bản trên đầu máy diezel 2.1. Các dạng h hỏng của chi tiết trên đầu máy diezel
Trên đầu máy có rất nhiều loại chi tiết khác nhau, do đó trong quá trình vận dụng, các
chi tiết của đầu máy có thể gặp nhiều loại h hỏng khác nhau, và nguyên nhân của các loại h
hỏng đó cũng hết sức đa dạng. Tuy nhiên, chung quy lại các dạng h hỏng có thể quy về 3
nhóm chính nh sau:
- Nhóm thứ nhất: các h hỏng do hao mòn;
- Nhóm thứ hai: các h hỏng do tác động cơ giới;
- Nhóm thứ ba: các h hỏng do tác dụng hóa nhiệt.
2.1.1. Các dạng h hỏng do hao mòn
Hao mòn là qúa trình tất yếu xảy ra, là không thể tránh khỏi đối với các chi tiết làm
việc ở chế độ ma sát kể cả trong trờng hợp tuân thủ đầy đủ các quy định về quy trình khai
thác và bảo dỡng sửa chữa.
Trong hao mòn lại chia ra:
- Hao mòn bình thờng (hao mòn dần dần): thông thờng có quy luật và có thể xác
định đợc quy luật đó.
- Hao mòn không bình thờng (hao mòn đột biến nh xớc, kẹt, xây sát, v.v):
thờng xảy ra do không tuân thủ các quy trình kỹ thuật về khai thác, bảo dỡng, sửa chữa, do
không đảm bảo chế độ bôi trơn, do quá tải về nhiệt và các nguyên nhân khác nh mòn vẹt,
tróc, hao mòn với cờng độ quá lớn. Nói chung dạng hao mòn này không có quy luật hoặc rất
khó xác định các quy luật đó.
1. Mài mòn cơ học
Là kết quả của sự ma sát giữa các bề mặt lắp ghép của chi tiết (pittông cùng xécmăng
và ống lót xylanh, cổ trục khuỷu và các ổ đỡ của nó, cổ trục cặp bánh xe và ổ đỡ động cơ điện
kéo, v.v...). Do bị mòn nên các kích thớc ban đầu của các bề mặt lắp ghép của chi tiết bị thay
đổi, còn hình dạng hình học thì bị biến dạng nếu quá trình mài mòn xảy ra không đồng đều.

ở giai đoạn đầu, sự ôxy hóa xảy ra ở những thể tích không lớn của kim loại nằm ở bề
mặt trợt khi ma sát. ở giai đoạn sau, sự ôxy hóa xâm nhập vào những thể tích lớn hơn của
các lớp bề mặt. Chiều sâu ôxy hóa tơng ứng với chiều sâu biến dạng dẻo, ở giai đoạn hao
mòn ban đầu, sự ôxy hóa sẽ tạo ra trên bề mặt chi tiết công tác một lớp dung dịch ôxy, ở giai
đoạn thứ hai sẽ tạo ra các hợp chất hóa học của ôxy với kim loại và nhờ đó mà cấu trúc của
các lớp bề mặt bị thay đổi. Quá trình khuếch tán (xâm nhập) của ôxy và quá trình biến dạng
dẻo, tăng cờng, hỗ trợ lẫn nhau. Điều đó có nghĩa rằng, khi có biến dạng thì trên bề mặt ma
sát của chi tiết sẽ tạo ra một số mặt phẳng trợt và nó tạo điều kiện cho ôxy xâm nhập vào kim
loại. Ngợc lại, khi trên bề mặt trợt có một số lợng lớn các nguyên tử ôxy chuyển động làm
tăng độ di động của cấu trúc lớp bề mặt thì sự biến dạng dẻo lại đợc tăng cờng. ở thời kỳ
đầu của quá trình mài mòn ôxy hóa, xảy ra sự phá hủy các màng di động của dung dịch ôxy
rắn đợc tạo ra một cách liên tục và biến chúng thành các phần tử rất nhỏ. Giai đoạn thứ hai
đặc trng bởi sự tạo thành một cách có chu kỳ các màng ôxy ròn, không biến dạng và bởi sự
tróc vỡ của chúng. Độ chống mòn của chi tiết khi mòn ôxy hóa phụ thuộc vào độ dẻo của kim
loại, tốc độ ôxy hóa và tính chất của các ôxyt.
Mòn ôxy hóa xuất hiện khi có ma sát trợt và ma sát lăn. Khi có ma sát trợt, nó là
dạng hao mòn cơ bản, còn khi có ma sát lăn nó xảy ra đồng thời với mòn rỗ. Khác với mòn
nhiệt xảy ra ở tốc độ trợt lớn và tải trọng đơn vị cao, mòn ôxy hóa xuất hiện ở những chi tiết
làm việc ở những điều kiện dễ dàng hơn. Mòn ôxy hóa có thể xảy ra ở cổ trục khuỷu, xylanh,
chốt píttông và các chi tiết khác.
4. Mòn do hạt mài
Mòn do hạt mài (hay gọi tắt là mòn hạt mài) xuất hiện do có biến dạng dẻo tế vi và do
kim loại của những lớp bề mặt chi tiết bị cắt bởi những hạt mài (hạt căn bản) nằm giữa các bề
mặt ma sát. Sự tiến triển của qúa trình hao mòn không phụ thuộc vào sự xâm nhập của các hạt
mài lên bề mặt ma sát. Dù các hạt mài đó từ bên ngoài xâm nhập vào, hoặc là chúng tồn tại ở
một trong các vật làm việc, chẳng hạn nh trong các chi tiết bằng gang hoặc cuối cùng có thể
tạo ra ngay trong quá trình ma sát nh ở giai đoạn thứ hai của mòn ỗy hoá, thì đặc tính mài
mòn vẫn không thay đổi.
Sự thay đổi kích thớc của các chi tiết khi mài mòn do hạt mài phụ thuộc vào nhiều
yếu tố nh vật liệu và cơ tính của chi tiết, tính chất cắt của các hạt mài, áp lực đơn vị và vận

d, làm cho chi tiết bị cong, xoắn, dập, tróc, thủng, v.v... Bên cạnh đó, các loại h hỏng này
còn có thể xuất hiện do không tuân thủ quy trình công nghệ sửa chữa, lắp ráp, do biến dạng và
ứng suất đột biến trong quá trình làm việc.
Hiện tợng mỏi của kim loại và ảnh hởng tơng hỗ của sự hao mòn với độ bền mỏi, là
một trong những nguyên nhân làm h hỏng các chi tiết.
Hiện tợng mỏi của kim loại là quá trình phá hủy kim loại dần dần và lâu dài trong
điều kiện có ứng suất thay đổi theo chu kỳ. Sự phá huỷ kim loại do tải trọng đổi hớng xảy ra
không những ở những tải trọng có trị số nhỏ hơn giới hạn bền, mà cả ở những tải trọng có trị
số nhỏ hơn giới hạn chảy. Sự xuất hiện các vết nứt mỏi có liên quan tới các đặc điểm cấu trúc
tinh thể của kim loại. Những kim loại đa tinh thể đợc cấu tạo bởi một khối lợng lớn các tinh
thể có hớng khác nhau, các tinh thể đó phân cách với nhau bởi các đờng biên, các lô nhỏ và
các tạp chất không kim loại. Các tinh thể này định hớng khác nhau do điều kiện kết tinh,
điều kiện gia công gây nên do đó chúng không phải là đồng nhất. Do tính không đồng hớng
đó, nên các tinh thể có độ chống tải trọng bên ngoài khác nhau, hay nói khác có độ bền khác
nhau.
Trong các tinh thể nằm không cùng hớng với tác dụng của tải trọng bên ngoài sẽ xuất
hiện các ứng suất lớn và trong các tinh thể đó xuất hiện biến dạng dẻo ở dạng trợt (cắt).
Trong các tinh thể khác, biến dạng mang đặc tính đàn hồi. Trong kim loại có tạp chất và các lỗ
rỗng sẽ tạo ra tập trung ứng suất. Khi bị biến dạng đàn hồi, khoảng cách giữa các nguyên tử và
sự biến dạng không đáng kể của mạng tinh thể sẽ đợc hồi phục sau khi thoát tải. Khi bị biến
dạng dẻo, mối liên hệ giữa các nguyên tử của mạng tinh thể bị phá hoại theo các mặt phẳng
cắt hoặc theo các mặt phẳng trợt.
ở những chu trình đầu tiên của ứng suất thay đổi, kết quả biến dạng dẻo là gia cờng
mặt phẳng trợt trong các phần tử khác nhau và làm cho kim loại đợc bền hóa. Tuy nhiên,
khi các chu trình ứng suất thay đổi tăng lên thì quá trình biến dạng dẻo của các phần tử yếu có
thể mất đi, còn mức độ biến dạng của mạng tinh thể có thể làm xuất hiện những vùng mà ở đó
liên kết nguyên tử sẽ bị phá hủy và những liên kết mới không xuất hiện. Do đó độ kín mịn của
kim loại bị phá hủy và bắt đầu xuất hiện những vết nứt tế vi.
Giai đoạn bắt đầu phá hủy do mỏi là kết quả tác dụng của các ứng suất tiếp tuyến gây
nên biến dạng dẻo lặp đi lặp lại nhiều lần. Sự xuất hiện và tiếp tục lớn lên của các vết nứt tế vi

Mặt khác, khi các lớp bề mặt chi tiết đợc bền hóa bằng phơng pháp gia công đặc
biệt thì các vùng vết nứt mỏi thờng xuất hiện dới lớp bền hóa đó. Qua đây ta thấy sự xuất
hiện vết nứt ở những chi tiết phục hồi bằng phủ đắp kim loại có thể xảy ra trên bề mặt kim loại
cơ bản do có các tập trung ứng suất do mòn hoặc do phơng pháp chuẩn bị bề mặt không kỹ
lỡng, cũng nh trên bề mặt của lớp kim loại do đặc tính không đồng nhất về cấu trúc của
chúng. Nguyên nhân làm giảm độ bền mỏi của các chi tiết phục hồi là:
1. Do trạng thái bề mặt chi tiết;
2. Do phủ đắp kim loại hoặc lắp thêm chi tiết phụ;
3. Do gia công cơ cho các chi tiết phục hồi.
Sở dĩ độ bền mỏi của kim loại giảm xuống khi trạng thái bề mặt thay đổi là vì lúc đó
lớp bề mặt đ mang những khuyết tật do chi tiết bị mòn nh vết xớc, xây sát, vết nứt tế vi
hoặc do bề mặt chịu ảnh hởng của các nguyên công chuẩn bị chi tiết để phủ đắp nh cắt bằng
ren, gia công cơ-dơng cực, v.v...
Nhóm nguyên nhân thứ hai có liên quan tới các hiện tợng xảy ra trong quá trình phủ
đắp, tới đặc tính không đồng nhất về cấu trúc của chúng và ứng suất d bên trong.
Nhóm nguyên nhân thứ ba có liên quan tới lợng d gia công, tới trị số và sự đồng đều
của nó trong quá trình gia công cơ cho các chi tiết phục hồi. Việc cắt gọt làm kim loại phủ đắp
có chứa ôxy và các tạp chất khác một cách gián đoạn sẽ làm cho bề mặt bị rạch, bị lõm sâu và
nhiều khi mài cũng không hết, do đó độ bền mỏi giảm xuống.
ở một mức độ nào đó, các nguyên nhân kể trên cộng thêm với ứng suất d bao giờ
cũng là đặc trng của các phơng pháp phục hồi chi tiết bằng phủ đắp kim loại. Sự xuất hiện
vết nứt làm giảm độ bền mỏi của đầu máy phụ thuộc vào bản chất của các liên kết lý - hóa của
lớp phủ với kim loại cơ bản. Các phơng pháp điện phân và tất cả các phơng pháp phủ bằng
hàn đắp không đòi hỏi phải có bề mặt thô để phục hồi cho tốt, trong khi đó khi phun kim loại
điều đó lại rất cần thiết để tăng độ bền bám của lớp phủ với kim loại chi tiết. Các lớp phủ điện
phân và hàn đắp đều làm việc đồng thời với kim loại cơ bản ở mọi tải trọng. Do đó các khuyết
tật của lớp bề mặt chi tiết bị mòn, các đặc điểm của cấu trúc lớp phủ và ứng suất d trong lớp
bề mặt đó, ở mức độ nào đó, đều ảnh hởng tới độ bền mỏi của chi tiết đợc phục hồi. Các lớp
phun kim loại thờng có độ bền bám nhỏ (1,2 - 2,5 kG/cm
2

còn bị tác dụng ăn mòn của chất khí và chịu ảnh hởng tác động hóa học của nớc làm mát và
dầu bôi trơn. Trên bề mặt của các chi tiết đó có thể xuất hiện các vết rỗ, bị ăn mòn và nhiều
chi tiết còn bị cong, vênh do nhiệt độ quá cao. Chẳng hạn nh phần phía trên của xylanh bị
mòn nhiều không những là do sự cọ sát của xécmăng phía trên mà còn do ảnh hởng của nhiệt
độ cao tới điều kiện bôi trơn kém và của sự ăn mòn của chất khí với thành xylanh. Để khắc
phục hiện tợng ăn mòn phải sử dụng các chất phụ gia chống ăn mòn cho nớc làm mát và
dùng các chất bôi trơn có chất lợng tốt.
Nhìn chung, ta thấy phần lớn các h hỏng của chi tiết đầu máy đều xảy ra do quá trình
mài mòn tự nhiên của chúng. Còn lại, các h hỏng có tính chất đột xuất thờng xảy ra ít hơn
và nguyên nhân của chúng phần lớn là do hậu quả của việc không tuân thủ đầy đủ và triệt để
các quy trình, quy tắc. Để ngăn ngừa những h hỏng đột xuất, ngời ta thiết lập một hệ thống
bảo dỡng và sửa chữa đầu máy theo kế hoạch định trớc và hệ thống đó có một vai trò rất
quan trọng.
Hao mòn là kết quả không tránh khỏi của các chi tiết máy khi chúng làm việc và nó là
một trong những yếu tố làm giảm thời gian vận dụng hay tuổi thọ của đầu máy. Để tiến hành
bảo dỡng cũng nh sửa chữa đầu máy một cách khoa học và đúng kỹ thuật phải tiến hành
nghiên cứu và nắm đợc những yếu tố có ảnh hởng trực tiếp tới tuổi thọ của đầu máy.
Việc phân tích các nguyên nhân h hỏng của các chi tiết trên đầu máy cho thấy rằng,
thời gian đầu tiên phát hiện ra các h hỏng có liên quan tới chất lợng chế tạo ở nhà máy, còn
sau đó các h hỏng sinh ra do sửa chữa không kịp thời, chất lợng sửa chữa kém và do bảo
dỡng không chu đáo. Từ kinh nghiệm sử dụng đầu máy và tổ chức sửa chữa có thể thấy rằng,
tay nghề của ban lái máy không chỉ đánh giá ở chỗ sử dụng hết công suất đầu máy mà còn ở
chỗ biết phát hiện một cách nhanh chóng các trục trặc và khắc phục chúng một cách có hiệu
quả. Do đó phải thờng xuyên kiểm tra và bồi dỡng kiến thức về nguyên lý, đặc tính của các
cụm máy, sự tác động tơng hỗ của chúng và về vấn đề công nghệ sửa chữa. Đồng thời để
ngăn ngừa sự hao mòn quá lớn làm giảm tuổi thọ của đầu máy cần phải hiểu rõ sự diễn biến
của nó theo thời gian và các hiện tợng xuất hiện trên lớp bề mặt chi tiết trong quá trình đó.
2.1.4. Vấn đề phân tích và đánh giá quá trình hao mòn các cụm chi tiết chính trên
đầu máy diezel
Tuổi thọ của đầu máy quyết định bởi tuổi thọ của các cụm máy chính nh động cơ, bộ