WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     | 1 |   ...   | 35 | 36 || 38 | 39 |   ...   | 42 |

Образование радикалов на металлической поверхности в разработанном способе производится путем инициирования деструкции длинных молекул органических соединений при механическом и термическом воздействии: за счет механического перетирания молекул и их термического разложения. В обоих случаях наблюдается диссоциация слабейших ковалентных связей в цепочке главных валентностей, а металлическая поверхность оказывает каталитическое действие на процесс деструкции адсорбированных молекул.

Один из возможных вариантов упрочнения металлических поверхностей методом ДМА может выполняться по следующим этапам.

1. Производят холодное поверхностное пластическое деформирование обрабатываемой детали любым традиционным способом (накатка шариком, роликом, вибронакатка и т. д.) в среде радикалообразующего вещества. На этом этапе формируется благоприятная текстура, микрорельеф, происходит активация и механический наклеп поверхностного слоя, а также частичное насыщение поверхности радикалами, образованными при механической деструкции молекул радикалообразующего вещества в зоне контакта индентора (шарика, ролика) с поверхностью. Кроме того, при пластической деформации поверхностного слоя образуется большое количество дислокаций и зародышевых трещин, способствующих внедрению радикалов на следующем этапе обработки.

2. Не удаляя с поверхности слой радикалообразующего вещества, производят нагрев обрабатываемой детали до температуры, близкой к температуре химической модификации этого вещества, при которой начинается деструкция молекул и появляются активные центры – радикалы, представляющие собой отдельные фрагменты исходной молекулы с незавершенными атомными связями. Кроме того, нагрев способствует интенсивному взаимодействию радикалов с обрабатываемой поверхностью. При этом основная часть радикалов проникает в поверхностный слой, упрочняя его, а некоторая часть радикалов окисляется, образуя на поверхности лаковую пленку, или испаряется в атмосферу. Скорость и способ нагрева детали должны обеспечивать равномерный и быстрый прогрев поверхности так, чтобы не вызвать отпуска металла. После завершения упрочнения производят механическую или химическую очистку обработанной поверхности от следов лакообразования.

В результате описанного способа на поверхности образуется прочный, износостойкий, коррозионно-устойчивый слой материала детали.

Как отмечалось, в качестве радикалообразующих веществ можно использовать промышленные смазочные материалы. При ППД обрабатываемой детали они одновременно выполняют функцию смазочно-охлаждающей жидкости, а при термической деструкции являются радикалообразующим материалом. Для повышения температурной стойкости в смазочный материал рекомендуется добавить антиокислительную присадку, что предотвращает нежелательную реакцию радикалов и ювенильных участков поверхности с кислородом, растворенным в смазочном материале. С этой же целью процесс можно проводить в защитной атмосфере. В методе ДМА процесс диффузии радикалов конкурирует с окислением поверхности, поэтому следует предпринимать меры по кинетическому затормаживанию последнего, в противном случае вместо упрочнения произойдет совсем иной процесс – воронение поверхности.

В патенте [228] предлагаемый способ используется для процедуры оценки энергии активации термомеханической деструкции смазочных материалов, поскольку деструкция смазочных материалов на металлической поверхности вызывает повышение энергии активации пластической деформации материала поверхностного слоя на величину, характеризующую прочность связей в разрушаемых молекулах.

Это обусловливает близость получаемого эффекта упрочнения для разных материалов при использовании одного и того же радикалообразующего вещества, что дает возможность целенаправленно управлять свойствами поверхностных слоев.

В качестве одного из примеров применения новой методики приведем данные по обработке образцов из стали 12Х18Н10Т. Плоские образцы в количестве 10 шт. обрабатывали шлифованием на плоскошлифовальном станке, а затем для получения высококачественной плоскости контакта притирали на чугунной плите. После притирки оценивали микротвердость по Виккерсу и энергию активации пластической деформации поверхностного слоя методом склерометрии. Затем образцы подвергали пластической деформации (ППД) накатыванием шариком 10 мм, нагрузка на шарик – 100 Н в среде радикалообразующей жидкости (масло индустриальное И-40А). После ППД производили нагрев образцов в том же масле при Т=200 °С при выдержке 10 мин. Затем по той же методике оценивали энергию активации пластической деформации поверхностного слоя после упрочнения предложенным способом, способом СВС и упрочнения взрывом. Результаты оценки эффективности предлагаемого способа приведены в табл. 5.6.

Таблица 5.Сопоставление эффективности различных способов упрочнения поверхностей деталей Вид обработки Микротвердость, Энергия активации пластической кгс/мм2 деформации, кДж/моль Без обработки 366 Накатка 430 Упрочнение взрывом 825 Технология СВС 465 Новый способ 795 Для оценки антикоррозионных свойств модифицированного материала провели эксперимент, в котором провели молекулярное армирование половины поверхности плоского образца стали 40. Обработанный таким образом образец поместили в воду. По истечении 2 час на необработанной поверхности появилась коррозия (темный участок слева, рис. 5.14), модифицированный участок (справа) не имел признаков коррозии. На фотографии четко видна граница этих участков.



Рис. 5.14. Участок поверхности образца после испытания на коррозионную стойкость Разработка технологических основ упрочнения материалов методом диффузионного молекулярного армирования Технологическая реализация метода молекулярного армирования может выполняться различными способами, в т. ч. и бездиффузионным путем, например, в процессе наращивания покрытий. Для каждого случая требуется проведение отдельных поисковых исследований для выбора оптимальных технологических режимов обработки.

В данном разделе проводится оценка технологического регламента для диффузионного армирования новых изделий – роликовых подшипников, прошедших полный цикл штатной технологии обработки на заводе ОАО «Самарский подшипниковый завод». Для этого будут рассмотрены такие задачи, как выбор метода подготовки поверхностного слоя, выбор рабочей жидкости, выбор способа и режимов активации рабочей жидкости, а также выбор длительности обработки.

Выбор метода подготовки поверхностного слоя. Поскольку процесс армирования происходит самопроизвольно за счет собственной свободной энергии поверхностного слоя и энергии радикалов, то качество армированных поверхностей существенно зависит от количества активных центров – ядер выходящих на поверхность дислокаций. Поэтому подготовка поверхности требует выполнения следующих операций: очистка поверхности от механических загрязнений и масляных пленок (обезжиривание), механическая, химическая и термическая активация поверхности. Химическая активация поверхности может выполняться путем слабого травления для снятия моноатомного слоя металла и облегчения выхода дислокаций и вскрытия микропор. Механическая активация может осуществляться путем создания условий для генерирования и выхода на поверхность новых дислокаций, что происходит при любых видах поверхностной пластической деформации: обработке щеткой, накатке шариком или роликом, выглаживании, приработке поверхностей и др. Термическая активация выхода подповерхностных дислокаций наружу заключается в умеренном нагреве поверхности. Эксперименты показали, что для этого достаточен нагрев до 80…100 °С.

Следует также учитывать, что армирование может проходить в самом процессе активации поверхности. Поэтому активацию следует проводить в присутствии рабочей жидкости. Исследования показали, что оптимальные результаты получаются при наличии подготовительных операций – мойки, обезжиривания и сушки – и объединении операций активации поверхностного слоя и деструкции рабочей жидкости, в ходе которых и осуществляется диффузионное армирование.

Выбор рабочей среды. Поскольку размеры дефектов, по которым происходит проникание радикалов вглубь поверхностного слоя, малы, в качестве основного критерия выбора рабочей среды можно выделить наличие линейной структуры ее молекул либо возможность разложения (деструкции) молекул со сложной структурой на множественные фрагменты с линейными участками.

К веществам с линейной структурой молекул можно отнести: углекислый газ, дициан, полиэтилен, полиэтиленгликоль, крахмал, кремнийорганические жидкости, целлюлозу, парафины, оксистеариновую кислоту и др. Среди перечисленных веществ интерес представляет оксистеариновая кислота, поскольку ее присутствие в процессе армирования позволяет одновременно осуществлять химическую модификацию поверхностного слоя.

Возможно также применение в качестве рабочей среды минеральных смазочных масел, молекулы которых, представляющие собой длинные углеводородные цепочки, при деструкции распадаются на множество активных фрагментов. Предварительные испытания показали, что хороший эффект дают масла И-40, И-12А, ТАД-17И, М63/12Г, дающие приращение энергии активации пластической деформации поверхностных слоев соответственно на 49, 58, 45 и 34 кДж/моль.

Выбор способа деструкции молекул рабочей жидкости. При выборе способа активации рабочей среды были рассмотрены следующие виды: термодеструкция, трибодеструкция, электродеструкция и активация взрывом. Трибодеструкция происходит при механическом перетирании молекул смазочного материала в ходе приработки поверхностей трения. Электродеструкция происходит при электрических разрядах, проходящих через слой смазочного материала при электроискровом упрочнении. Термодеструкция происходит при термическом разложении молекул и для большинства минеральных смазочных материалов активизируется при температуре 150 °С. Термодеструкция может применяться как самостоятельная операция, а также сочетаться с приработкой поверхностей. Деструкция взрывом осуществляется при механотермическом воздействии на молекулы смазочного материала (подрыве навески взрывчатого вещества).

Как показали эксперименты, наилучшие результаты дают термо-, трибо- и электродеструкция. Причем, как отмечалось выше, данные методы позволяют производить одновременную активацию поверхности металла и рабочей среды.

Выбор температурного режима обработки. Температурный режим обработки зависит от способа активации поверхности и рабочей среды. Так, термическая активация при использовании минеральных смазочных материалов происходит при температурах 150 ±20 °С, активация при приработке узлов трения – до 80 °С, активация при электроискровой обработке – при комнатной температуре.





Основным критерием выбора температурного режима процесса диффузионного молекулярного армирования является отсутствие фазовых, структурных и др. превращений металла готовых изделий. Так, например, во избежание снижения прочности недопустимым является нагрев подшипниковой стали ШХ-15 выше 150 °С. Поэтому при наличии строгих требований к допустимым температурам термодеструкции следует предпочесть, например, армирование в процессе приработки (обкатки) готовых изделий. При этом температуры могут быть снижены до температуры саморазогрева смазочных материалов при трении.

Выбор длительности обработки материалов. Как и в других методах диффузионного упрочнения, длительность обработки является существенным фактором обеспечения качества покрытий.

Исследования различных конструкционных материалов показали, что качественное армирование происходит при термической обработке в течение 1…2 часов; при приработке – в течение 30…60 минут; при электроискровом воздействии – в течение времени, необходимого для упрочнения рабочих поверхностей деталей.

Разработка и исследование технологии молекулярного армирования для прецизионных роликовых подшипников Оценка эффективности метода молекулярного армирования для подшипников проводилась на примере обработки прецизионных роликовых подшипников. Обработка подшипников выполнялась по нескольким вариантам для возможности проведения сравнительных испытаний. Для экспериментов ОАО «Самарский подшипниковый завод» предоставил 15 пронумерованных прецизионных радиальноупорных подшипников, прошедших выходной контроль качества.

После обработки подшипники были возвращены на завод для проведения независимых испытаний и сравнения показателей качества для всех армированных подшипников.

Вариант 1. По первому варианту обрабатывались подшипники с заводской маркировкой 10 и 17.

Обработка производилась по следующей технологии. Подшипники промывали от консервирующего состава в щелочном растворе гашеной извести, после чего остатки щелочи удалялись в проточной воде. Далее производили химическую активацию поверхностного слоя подшипников путем травления в оксистеариновой кислоте в течение 30 мин при температуре 100 °С. Потом подшипники укладывали в ванну со смазочным маслом И-40, разогретым до температуры 70 °С, где производили их химическую модификацию в течение 1 час при температуре 140 °С. После армирования подшипники вынимали и охлаждали на воздухе. Результаты испытаний подшипников на шум и вибрацию представлены в табл. 5.7.

Таблица 5.Результаты испытаний по 1-му варианту обработки № подшипника Параметры до обработки Параметры после обработки Шум, Дб Вибрация, Дб Шум, Дб Вибрация, Дб 10 60 80 60 17 64 93 63 Вариант 2. По второму варианту обрабатывались подшипники с заводской маркировкой 7 и 14.

Технология обработки имела следующие операции. Подшипник промывали от консервирующей смазки, затем обезжиривали в щелочном растворе гашеной извести, остатки которой после обезжиривания смывали проточной водой. Производили активацию поверхностного слоя травлением подшипника в оксистеариновой кислоте в течение 30 мин при температуре 100 °С. Потом подшипники вынимали, помещали в ванну с маслом И-40, разогретым до температуры 70 °С, и выдерживали там в течение 90 мин при температуре 140 °С. После армирования подшипники вынимали и охлаждали на воздухе. Результаты испытаний подшипников приведены в табл. 5.8.

Таблица 5.Результаты испытаний по 2-му варианту обработки № подшипника Параметры до обработки Параметры после обработки Шум, Дб Вибрация, Дб Шум, Дб Вибрация, Дб 7 70 93 68 14 65 88 63 Вариант 3. По третьему варианту обрабатывали подшипник, имеющий заводскую маркировку 5.

Обработку производили по следующей технологии. Подшипник промывали от консервирующей смазки в спирте, затем производили осушку сжатым воздухом и активировали поверхность погружением в ванну с оксистеариновой кислотой, где производили травление в течение 30 мин при температуре 100 °С. Далее подшипник помещали в ванну с маслом И-40, разогретым до 70 °С, где производили армирование в течение 60 мин при температуре масла 140 °С. После армирования подшипник вынимали из ванны и охлаждали на воздухе.

Результаты испытаний подшипника приведены в табл. 5.9.

Таблица 5.Результаты испытаний по 3-му варианту обработки № подшипника Параметры до обработки Параметры после обработки Шум, Дб Вибрация, Дб Шум, Дб Вибрация, Дб 5 63 92 64 Вариант 4. Четвертому варианту обработки был подвергнут подшипник №15. Армирование выполняли путем приработки подшипника в обкаточном растворе. Для этого изготавливали обкаточную жидкость на базе «керосин – масло». При приготовлении жидкости вначале готовили присадку, содержащую карбонофторид в соотношении: карбонофторида – 40 г, масла 36/1 КУА (ПАВ) – 20 г. Смесь тщательно перетирали, после чего порциями добавляли керосин. Активация поверхностного слоя выполнялась в водном 10%-ном травильном растворе серной кислоты в воде.

Обработка подшипника производилась в следующей последовательности. Промытый подшипник помещали в ванночку с обкаточной карбонофторидсодержащей жидкостью. В течение 30 мин производили обкатку подшипника при частоте вращения 180 мин-1 и осевой нагрузке 4,5 кг. После обкатки подшипник просушивали и смазывали маслом И-40А. Результаты испытаний подшипника №15 приведены в табл. 5.10.

Pages:     | 1 |   ...   | 35 | 36 || 38 | 39 |   ...   | 42 |










© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.