Підвищення ефективності механічної обробки деталей з використанням полімервмісних МОТЗ (стр. 5 из 8)

Дослідження структури сталей різної твердості, до й після обробки в різних МОТЗ показали, що при точінні сталі різної твердості в полимервмісної МОТЗ, у відмінність від МОТЗ без полімеру, у поверхневому шарі зразків утворюються зміцнені шари на різній глибині.

Так на зразках сорбитній (160…180 НВ) і трооститній структури (180…200 НВ) глибина зміцненого шару досягає 35…40 мкм, і в мікроструктурі спостерігаються пластично деформовані шари більш високої мікротвердості в порівнянні із серцевиною зразка. На зразках зі сталі мартенситної структури (220…240 НВ) на глибині 10 мкм утворюються білі шари, які не витравлюються травником. Причому зі збільшенням подачі (S) глибина зміцнених шарів зростає від 3 до 10 мкм. Ці шари являють собою дисперсні карбіди, залишковий аустеніт, розмір часток якого на порядок менше в порівнянні зі звичайним гартуванням, і сильно дисперсний мартенсит.

У той же час наявність на глибині пластичних деформацій при точінні сталі сорбитній і трооститній структур після обробки в полімервмісних МОТЗ можна пояснити впливом активних низькомолекулярних вуглеводних продуктів, і головним чином, водню, на процес пластичного деформування.

Рис. 3. Епюра залишкових напруг першого роду після шліфування зразків зі сталі 1Х18Н9Т (220…240 НВ): 1 – із використанням полімервмісної МОТЗ; 2 – із використанням МОТЗ без полімеру.

Поєднання високих температур і тиску в зоні взаємодії леза інструменту, або абразивного зерна зі сталлю, а також наявність пластичної деформації приводять до істотних змін структури, фізичних і механічних властивостей металу. У деяких випадках може виявитися технологічна спадковість від попередніх механічних операцій особливо при малих припусках обробки та на доводочних процесах (шліфування, хонінгування, суперфінішні операції).

Використовуючи рентгенографічний аналіз, визначали величину блоків мозаїк, зміну викривлення другого роду й вміст залишкового аустеніту. При шліфуванні сталі трооститної або трооститно-мартенситної структури виникають залишкові напруги стиску, як у МОТЗ з полімером, так і без нього. У першому випадку напруги, що виникають, помітно більші по величині (рис. 3). Це можна пояснити тим, що в даному випадку має місце зміна фазового складу, за рахунок можливого перетворення залишкового аустеніту в мартенсит, виділення з нього вуглецю, дифузії вуглецю ззовні в оброблюваний метал, а в багатьох випадках і вторинному загартуванні поверхневого шару сталі. Усе це збільшує питомий обсяг металу й залишкові напруги стиску, що повинні підвищувати працездатність виробів в експлуатації.

Шліфування у МОТЗ без полімеру супроводжується більш значними температурами й тиском в зоні контакту „абразивний інструмент-деталь” в порівнянні з МОТЗ з полімером, при цьому росте структурна неоднорідність, збільшується кількість залишкового аустеніту, що утворюється в результаті вторинного загартування.

Збільшення блоків мозаїк у поверхневих шарах зразків після шліфування у МОТЗ без полімеру викликано відпуском сталі. Однак наявність тут великих викривлень другого роду й блоків мозаїки пояснюється тим, що на ріст блоку у даному випадку переважний вплив чинить температура, у той час як на викривлення другого роду – температура й тиск, що підсилює деформацію металу.

При механічній обробці в МОТЗ з полімером відбувається зниження вмісту вуглецю у твердому розчині заліза (мартенсит) приводить до зменшення викривлення другого роду, а пластична й пружна деформація, які виникають під час обробки в процесі шліфування сприяє утворенню дрібнодисперсної структури із зменшенням розміру блоків мозаїк (табл. 2).

Таблиця 2

Результати оцінки тонкої кристалічної структури сталі після шліфування

Сталь	МОТЗ	Величинаблоків, нм.	Викривлення другого роду, Дa/a∙108	Кількість залишкового аустеніту, %
9ХС 220-240 НВ	без полімеру	26,67	3,7	5
	з полімером	16,40	1,05	Не виявлено

Таким чином, водень, що утворюється при термомеханодеструкції полімерної компоненти МОТЗ в зоні різання може дифундувати по границям зерен і субзерен, де відбувається зменшення міцності металу в наслідку утворення твердих розчинів і гідридів (у гідрідоутворюючих металах), що сприяє руйнуванню металу в зоні різання при менших зусиллях, створює сприятливі структурно-пружні стани поверхні виробів (виникнення залишкових напруг стиску, підвищення твердості, утворення на загартованих сталях специфічних структур, поліпшення мікрогеометрії поверхні та ін.). Такий структурно-пружний стан підвищує працездатність виробів під час їх експлуатації.

У п’ятому розділі надані результати дослідження механохімічних процесів і явищ, що спостерігаються у зоні різання сталей у присутності МОТЗ.

Продукти, що утворюються при піролізу й механічної деструкції полімерної присадки до МОТЗ (поліетиленова емульсія ОКСАЛЕН-30 або полівінілхлоридна емульсія), збиралися у кварцові ампули, а відбір досліджуваних газів при механічній обробки (свердління, точіння) здійснювався за допомогою каліброваного натекателя (об’єм 1 л.) протягом 1,5 хв. Усі летючі продукти збирали при температурі рідкого азоту (-196 ^oC).

Відпрацьовану фракцію конденсували (час конденсації 30 хв.), переморожуючи її в малий об’єм (10 см³) з наступним заповненням ампул гелієм для проведення хроматографічного аналізу. Газоподібна фракція, що не конденсується при температурі рідкого азоту, не аналізувалася.

Свердління сталі 10Х18Н9Т у МОТЗ проводили свердлом Р18 (d = 5 мм) при швидкості обертання свердла 1500 об/хв. На дно сталевого зразку тонким шаром наносили поліетиленову емульсію й герметично закривали кришкою, яка мала два отвори: для уведення свердла й відбору газоподібних продуктів, що утворюються при свердлінні. Аналіз газової фази проводили на газовому хроматографі СНRОМ-5.

У табл. 3 наведені результати хроматографічного аналізу газоподібних продуктів після термічного й механохімічного розкладання поліетиленової емульсії (ПЕ), які свідчать про те, що склад газових сумішей, що утворюються при піролізі й при свердлінні значно розрізнюється.

Таблиця 3

№	Піроліз		Свердління		Час утримання індивідуальних речовин, сек.
	ПЕемульсія,	МОТЗ без полімеру	ПЕемульсія	МОТЗ безполімеру
Дані представлено в умовних одиницях
1	17	16	16	17	17	Метан
2	-	29	28	-	30	Етилен
3	30	33	33	34	34	Етан
4	99	100	96	105	96	Пропилен
5	145	-	-	-	105	Пропан
6	263	260	257	264	-	-
7	400	400	400	410	400	Ізобутан
8	575	-	-	-	-	-
9	1260	-	1280	1200	1290	Ацетон
10	1650	1620	-	-	1620	Пентан
11	4380	4350	-	-	4350	Гексан
12	-	6690	-	-	6630	Гексан

У продуктах після свердління відсутні фракції 10, 11, 12, що можна пояснити їх більш активним розкладанням і поглинанням ювенільною поверхнею сталі.

Представлені результати показують, що деякі гази, що виділяються при піролізу полімерної присадки до МОТЗ демонструють трибологічну активність. Ця активність проявляється в зниженні крутного моменту, в порівнянні з свердлінням в атмосфері повітря.

Оскільки ланцюг піролітичних перетворень полімерної присадки на кінцевому етапі приводить до утворення вуглецю й водню в атомарній або іншій активній формі (радикали, іони, іон-радикали), була висунута гіпотеза про перманентну карбонізацію різальної крайки інструменту та наводнювання зразку і стружки, з одного боку, й активній участі водню в механохімічному процесі при механообробці в середовищі полімерної МОТЗ, з другого боку. Експериментальне підтвердження цієї гіпотези має велике практичне значення, тому що звідси випливають безпосередні рекомендації про те, як шукати ефективні присадки до МОТЗ серед полімерних з'єднань, які б давали у ланцюзі термомеханічних перетворень активні форми вуглецю й водню.

Відсутність якої-небудь помітної залежності крутного моменту від природи вуглеводного газу вказує на єдність природи елементарних актів, що лежать в основі трибохімічного процесу. Можна, наприклад, допустити, що в зоні різання поблизу різального леза в умовах високих температур, зсувних навантажень і наявності екзоелектронної емісії кожен з досліджуваних газів деструктує до стану хімічної плазми з істотною перевагою активних форм водню й вуглецю.

Для встановлення факту перебування водню у зоні пластичної деформації та його дифундування в область сильно деформованого матеріалу досліджувалося два матеріали: титан, що має високу хімічну активність стосовно водню й утворює із ним гідриди, та залізо (низьковуглецева сталь), що не утворює із воднем хімічних сполук. Якщо в першому випадку буде з'являтися водень у зоні різання титану в полімервмісних МОТЗ, то він повинен утворювати гідрид цього металу, що можливо реєструвати й аналізувати.