123645 (717249), страница 4

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 4)

Результати оцінки тонкої кристалічної структури сталі після шліфування

Сталь	МОТЗ	Величина блоків, 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.
	ПЕ емульсія,	МОТЗ без полімеру	ПЕ емульсія	МОТЗ без полімеру
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.

Рентгенівські й мікроструктурні досліди титанових зразків проводилися після їх точіння в різних МОТЗ. В цьому випадку у зв’язку з короткотерміновим перебуванням шару металу – перед лезом інструменту (10³-10⁶ с^-1) здійснюється найбільш „невигідні” умови для відтворення впливу водню, який створюється при розкладі полімерної складової МОТЗ.

На дифрактограмах поверхневого шару титанового зразка, обробленого точінням в МОТЗ з добавкою полімеру, виявлені включення, які розміщені у міжзеренних областях. Якісний аналіз включень у титан (Ті) свідчить про те, що міжплоскосні відстані включень відповідають гідриду титану (ТіН₂). Величина цих включень досягає більше 1 мкм. Характер мікроструктури поверхневого шару (електронний мікроскоп при збільшенні репліки в 15000 раз) свідчить про те, що деформація ковзання захоплює весь об’єм кристалу. Крім цього, на межі окремих кристалітів видно зони деформації, які складаються з великої кількості і пакунків ковзання. Слід відмітити, що у зразках титану, які механічно оброблялися в МОТЗ без полімеру, структурних змін (характерні для обробки титану в МОТЗ з полімером, не зафіксовано.

Таким чином, результати проведених досліджень показали, що при різанні в полімервмісних складах МОТЗ відбуваються сильні структурні перетворення приповерхніх і поверхневих шарів обробленого матеріалу, що варто зв'язувати із впливом атомарного водню й утворенням по границях зерен гідриду титану. Очевидно, атомарний водень утворюється, не тільки безпосередньо в процесі термомеханодеструкції й деполімерізації полімерного компоненту МОТЗ, але й при дисоціації водневмісних продуктів реакції на хімічно чистих оброблюваних поверхнях металу.

Для виявлення водню в обробленому матеріалі було розроблено метод температурно-програмного нагрівання (ТПН) зразку, який розташовується у вакуумній камері, з одночасною мас-спектрометричною реєстрацією водню, що при цьому виділяється. Одержані експериментальні криві (рис.4) являють собою залежності швидкості виділення водню, від температури зразку, що, підіймалася зі швидкістю 0,5 К/сек.

Показано, що пластична деформація, як при тиску, так і при різанні металу в середовищі, яке в результаті механохімічних процесів утворює водень, прискорює його транспорт в метал. При чому, якщо при пластичній деформації в середовищах без полімеру водень концентрується біля поверхні металу, то в середовищах з полімером дифундує на більш значні глибини.

Рентгеноструктурними дослідженнями було встановлено, що загальна концентрація вуглецю в приповерхньому шарі різального інструменту збільшується з часом, а глибина дифузійного насичення залежить від інтенсивності й тривалості роботи інструменту й досягає, приблизно 40-60 мкм. Тому можна вважати, що однієї з причин високої стійкості інструмента при точінні в МОТЗ із полімерною присадкою є збагачення поверхневих шарів леза активним вуглецем з наступним утворенням хімічних сполук – твердих карбідних фаз.

Методом скануючої ожеспектроскопії, вивчався хімічний склад поверхневих шарів матеріалу після точіння в МОТЗ.

Рис. 4. Залежність інтенсивності виділення водню від температури нагріву зразку після свердління у воді. Заміри проводилися через: 1-0,5 год; 2-1год; 3-23 год; 4 – 300 год

Встановлено (рис. 5), що на поверхні матеріалу спостерігається збільшення концентрації вуглецю після механічної обробки з МОТЗ, у складі якого є полімер і практично відсутні сигнали кисню і заліза. Відсутність на обробленій поверхні кисню говорить про те, що поверхня вільна від окісних плівок у зв'язку з тим, що водень і вуглеводневі з'єднання «зв'язують» кисень, тобто відновлює поверхню.

Отже, в основі механічної обробки в полімерної МОТЗ лежать складні фізико-хімічні процеси перетворення полімерної присадки. Фактично перетворення полімерної присадки досягають виникнення в зоні різання низькотемпературної плазми (іонізований водень), що взаємодіє з поверхнею й приповерхневим шаром оброблюваного металу й інструменту, і приводить до поліпшення практично всіх технологічних показників процесу механічної обробки. У цьому випадку процес механічної обробки фактично є механохімічним.

Рис. 5. ОЖЕ – спектри поверхні обробленої сталі в МОТЗ із полімерною присадкою

У шостому розділі надані рекомендації машинобудівним підприємствам по створенню водних МОТЗ та МОТЗ на основі мастила з добавками високомолекулярних сполук для поліпшення обробки сталей на операціях точіння, свердління, фрезерування, різьбонарізання, різьбонакатування, протягування, долбіння, хонінгування.

На основі аналізу результатів лабораторних дослідів й примінення полімерних МОТЗ на підприємствах сільгоспмашинобудування рекомендовані поправочні коефіцієнти до технологічних параметрів механічної обробки сталевих деталей (швидкості та глибини різання, подачі). Надано також обґрунтування економічного ефекту, який створюється від впровадження полімервмісних МОТЗ. Очікуваний річний економічний ефект від впровадження результатів роботи на підприємствах сільгоспмашинобудування складає 3600 гривень на одиницю обладнання.

Характеристики

Список файлов реферата