CC BY
11ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ
ТЕХНОЛОГИЯ
(Окончание. Начало на 16 стр.)
тонкого поверхностного окисления и зоны различной тра-вимости и микротвердости. Скорость формирования диффузионных карбонитридных слоев минимальна для высоколегированной быстрорежущей стали Р6М5, на которой наблюдается светлотравящийся слой карбонитридов микротвердостью до Н05н = 1020-1040 с более резким переходом к мартенсито - карбидной основе, имеющий после никотрирования при 560°С микротвердость закаленной и отпущенной стали Н05Н=809-824.
3. Образующиеся при никотрировании в активированных древесноугольных смесях карбонитридные слои имеют высокую износостойкость при контактном и абразивном износе, а также коррозионностойки во влажной атмосфере и при контактном трении в условиях смазки различ-Нэ1ми СОЖ с присадками и без них.
4.Разработанные технологии менее энергоемки, экологически безопасны и наиболее применимы в условиях опытных, мелкосерийных и ремонтных предприятий машиностроения и приборостроения, местной промышленности.
Литература
1. Борисенок Г.В., Васильев В.А.. Ворошин Л.Г., и др. Химико-термическая обработка металлов и сплавов. М. Металлургия., 1981., 424с.
2. Геллер Ю. А. Инструментальные стали. 1935.. 584с.
3. Андреев Н. Д. Влияние исходной структуры на формирование карбонитри-рованного слоя стали 4Х5МФС// Произв. Техн. Бюлл.,1978.,Р2.,с.13-16.
4. Brik. Р. Betrachtungen zur Auswirking von Oxiddickschichten auf Wirkungintensivitat bei Nitrieren und
М|1осагЬоиегег// Z\NFI Bd 7Ь, 1983, №3 8147-148
5. Тарасов А.Н. Повышение износостойкости режущего инструмента для обработки пластмассовых изделий// Пластические массы., 1980., №9. С. 55-56.
6. Хорошайлов В. Г., Гюлихандзнов Е. Л., Флориам Э. Н. Кинетика насыщения стали углеродом и азотом при низ-котемпера-урной нитроцементации // Изв.Вузов. Черная металлургия ., 1987. №3. С 140-143.
7. Власов В. М., Зеленков В.К., Жигунов К. В. Трибо-логические свойства никотрированных конструкционных сталей // Трение и износ., Труды БАН., 2002., т. 23., №1. С. 93-99.
8. Власов В. М., Жигунов К. В.. Васин М. И. и др. Влияние режимов никотрирования на эксплуатационные свойства сталей // Вестник машиностроения., 2003., №3. С. 29-33.
9. Зинчэнко В.М. Цементация в твердом карбюризаторе // Технология металлов. 2002..№1.С.2-6.
10. Тарасов А. Н., Шалагинов С. Л., Шевчено П. Р. Нико-трирование (карбонитрирование) при упрочнении и восстановлении гильз цилиндров авто'ракторных двигателей. //Машиностроитель., 2003. №6. С. 40-43 .
11. Пат. РФ. пр. №2 205 892., Способ упрочнения режущего и формообразующего инструмента иа теплостойких сталей., М. К. И. С 23 С 8/76., БИ №16., 2003., (авт. А. Н. Тарасов к др.).
12. Пат. РФ пр. № 200213574, Способ химико-терми-ческой обработки поршневых пар трения. 10.01.03., С 23 С 3/28 (авт. А. Н. Тарасов и др.)
13. Колмыков В.И., Серебровский В.И. Упрочнение электроосзжденного железа нитроцементацией при восстановлении изношенных деталей / Технология металлов. 2003. №11, С. 28-29.
Исследование закономерностей и повышения эффективности процесса шлифования деталей из труднооОрабатываемых материалов
Ф. Ю. СВИТКОВСКИЩ профессор, доктор техн. наук, член-корр. Академии технологических наук РФ, Т. Н. ИВАНОВА, доцент, канд. техн. наук, ИжГТУ, г. Ижевск
Развитие современной экономики характеризуется усилением конкуренции на рынках, где наука стала определяющим фактором и мощной производительной силой в этой борьбе. В области промышленности такой производительной силой, определяющей конкурентоспособностьпредпри-я'ий, является технология производства. Именно прогресс технологии - разработка и внедрение новых материалов, методов и процессов, интенсификация технологических режимов предопределяют качество и количество выпускаемой продукции, её себестоимость.
Особое место в технологии производства занимает металлообрабатывающая технология, где её совершенствование достигается засчёт новых схем формообразования, режимов резания, применения более эффективных смазочно-охлаждающих технологических средств, инстру-
ментов, станков с числовым программным управлением.
Современный уровень требований к производительности и качеству обработки приводит к необходимости применения инструментов с повышенной работоспособностью и износостойкостью. Наиболее полно этим требованиям удовлетворяет алмазное шлифование. Уникальные свойства синтетических алмазов: наивысший модуль упругости и твёрдости, высокая теплопроводность, низкий коэффициент тренля, высокая режущая способность и химическая инертность создаёт предпосылки для дальнейшего на-учно-технического прогресса при обработке материалов шлифованием. Однако условия эксплуатации алмазного инструмента в большинстве случаев такие, что не позволяют полностью использовать потенциальные возможности алмазов.
ТЕХНОЛОГИЯ
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ
Одним из препятствий на пути повышения эффективности использования алмазного инструмента являются сложные по своей физической природе механические, тепловые, адгезионные, диффузионные, электрические и другие явления, сопровождающие процесс резания при шлифовании. В частности, нагрев алмазов до температуры 700-800° С и выдержка при этой температуре приводит к потере алмазом своих режущих свойств. Температурные неоднородности, неизбежные при высокопроизводительном шлифсвании, приводят к появлению напряжений, превышающих предел прочности алмазов. Поэтому выполненные исследования теплового режима работы зерна позволили решить задачу о распределении тепла в системе деталь-зерно-связка и провести анализ температурного поля зерна, включающего расчет температуры и скорость её изменения, доли тепловой энергии, поступающей в деталь и зерно и отводимой от зерна в связку [1]. Теоретически обосновано и экспериментально проверено слияние нестационарного температурного поля на характер разрушения алмазных зёрен и стойкость круга, оценено влияние материала покрытия на тепловой режим работы зёрен и стойкость круга [2]. Определены рациональные условия подачи СОТС при различных способах шлифования. Предложены рекомендации ю технологическому управлению процессом шлифования, исходя из оптимальных теплофизических условий работы алмазных зёрен.
Выполненные исследования позволили совместно с. Институтом сверхтвердых материалов разработать основы технологии алмазного доводочного шлифования круглых деталей большого диаметра и создать предпосылки для широкого внедрения его в производство. Наиболее массовое и эффективное внедрение было осуществлено в бумагоделательном машиностроении при обработке каландровых валов, сушильных цилиндров, трубчатых валиков и т.д.
В связи с выпуском новых облегченных трубчатых валов для бумагоделательных и полиграфических машин малой жесткости был разработан новый способ двухстороннего ленточного шлифования бесконечной лентой, позволивший повысить производительность труда в 2-3 раза и улучшить качество обработанных поверхностей [3]. На основе комплексного изучения динамики, работы абразивного зерна с учётом его упругого закрепления, тепловых процессов и других явлений, сопровождающих ленточное шлифование, было создано устройство для ротационного ленточного абразивного шлифования [4]. Применение такого устройства для обрабшки бунговой проволоки позволило увеличить производительность обработки в 3-4 раза. На базе результатов исследований разработаны практические и инженерные рекомендации, позволяющие управлять теплонапряжённостью процесса и качеством обработанной поверхности.
Для расширения технологических возможностей ленточного шлифования в условиях мелкосерийного и ремонтного производств был создан специальный абразивный инструмент - диск с быстро заменяемой лентой, расположенной на его периферии, с автоматическим устройством для натяжения в процессе обработки. При выполнении исследований с таким инструментом установлены основные закономерности формообразования поверхностей деталей типа тел вращения при прерывистом шлифовании, позволяющие определять оптимальные геометрические характеристики инструмента и выбирать рациональные режимы
резания с учётом управления температурным полем в зоне резания за счёт подачи охлаждённого воздуха [5].
Среди деталей бумагоделательных машин особое место занимают обрезиненные валы, которые в процессе создания бумажного полотна на начальной стадии изготовления формируют его свойства. От качества обрези-ненных валов и их износостойкости зависит качество выпускаемой бумаги по таким показателям, как равномерность и однородность, гладкость и др., а также производительность машин, определяемая скоростью схода бумаги и временем простоев, связанных с заменой обрезиненных валов. В этой связи разработка основ высокопроизводительной механической обработки обрезиненных валов на базе новых технических решений имеет важное хозяйственное значение.
В результате аналитических исследований условий стружкообразования с помощью реологической модели вязко-упругого поведения резины было усыновлено, что скорость резания должна быть больше скорости движения упругой волны в резине, что позволило установить функциональную зависимость между производительностью, режимами шлифования, физико-механическими свойствами материала и характеристиками рабочей поверхности абразивных инструментов [6].
Исследования в области глубинного шлифования - это новое научное направление в современном машиностроении, являющееся базой для дальнейшего развития науки об абразивной обработке материалов и открывающее особое направление в создании новых эффективных инструментов и высокопроизводительного оборудования. Повышение эффективности обработки засчет глубинного шлифования способствует успешному освоению в машиностроении новых более эффективных материалов, применение которых было затруднено из-за их крайне низкой обрабатываемости. Результатом исследований стал новый прогрессивный способ обработки - глубинное однопроходное шлифование, совмещающее одновременно черновую и чистовую обработку, позволяющее повысить производительность обработки в 1,5-3 раза по сравнению с другими способами шлифования и получать поверхность высокого качества [7]. Надежность и долговечность деталей машин зависят от состояния поверхностного слоя, что в свою очередь, в значительной степени определяется тепловыми процессами, сопровождающими процесс шлифования. Проведённые фундаментальные исследования теплофизики абразивной обработки и способов управления тепловыми явлениями при шлифовании позволили получить аналитические зависимости для расчёта температуры в зоне резания в зависимости от режимов обработки, теплофизических и геометрических параметров обрабатываемых деталей и абразивного инструмента [8].
В результате исследований в области высокоэффективных методов абразивной обработки материалов разработаны научные основы процесса, позволяющие управлять производительностью и качеством, учитывающие вероятностно-математическую модель шлифовального круга в зависимости от способа шлифования.
Работа по исследованию закономерностей и повышения эффективности процесса шлифования труднообрабатываемых материалов выполняется при финансировании в рамках гранта Министерства образования Российской Федерации «Возможности абразивного инструмента в со-
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ
ИССЛЕДОВАНИЯ
вершенствовании технологии производства» Т02-06.3-400.
Литература
1. Свитковский Ф.Ю., Колмогоров П.В. К вопросу о температурном поле в абразивном зерне при шлифовании. // Совершенствование процессов обработки металлов резанием. Ижевск: ИМИ, 1975. С.6-10.
2. Свитковский Ф.Ю., Колмогоров П.В., Гуськов В.Г. Выбор характеристик алмазных кругов по тепловому режиму работы зерна. // Резание и инструмент. Харьков: Высшая школа, 1986. Вып. 34. С. 18-22.
3. Патент на изобретение РФ № 2108224, В 24 В21/02. Устройство для двухстороннего шлифования абразивной бесконечной лентой. / Свитковский Ф.Ю., Мурзаханов Р.З., Кулюшин П.М., Курко В И. (РФ). Заявл. 26.12.95, опубл. 10.04.98. Бюл. № 10.
4. Свидетельство на полезную модель № 11503, 5В 24
В 21/02. Устройство для ленточного шлифования / Свитковский Ф.Ю., Шиляев С.А., Иванова Т.Н. (Россия). Заявл. 05.04.99, опубл. 16.10.99, бюл. № 11.
5. Патент на изобретение РФ № 2098262, 6 В 24 D 9/00 Прерывистый шлифовальный круг.' Свитковский Ф.Ю., Гла-зырин В.А., Курко В.И. (Россия). Заявл. 08.04.96, опубл. 10.12.97, бюл. № 34.
6. Свитковский Ф.Ю. Глубинное шлифование каландровых валов. // Машиностроитель, 1972. № 4. С. 10-11.
7. Свитковский Ф.Ю., Алиханян Э.С. Прерывистые круги с равномерноизнашиваемым профилем. // Тр. межд. Семинар Сверхтвердые материалы. АН СССР. Киев, 1981. С. 179-182.
8. Свитковский Ф.Ю. Тепловой режим абразивного зерна при однопроходном и многопроходном шлифовании./ Сб. науч. тр. Управление качеством финишных методов обработки. Пермь: ПГТУ, 1996. С. 66-73.
Фазовый состав и зоны локализации карбидных частиц в длительно работающем металле паропровода
А. Н. СМИРНОВ, доцент, канд. техн. наук, КузГТУ, Э. В. КОЗЛОВ, профессор, доктор физ.-мат. наук. Н. А. КОНЕВА, профессор, доктор физ.-мат. наук, Н. А. ПОПОВА, с. н. е., Н. Р. СИЗОНЕНКО, с. н. е., Г АСУ,
г. Томск
Надежная и безопасная эксплуатация технических устройств опасных производственных объектов в значительной степени определяется фазовым составом, размерами, типом и характером распределения карбидных частиц ь сталях из которых они изготовлены. При длительной эксплуатации оборудования в металле происходят сложные оизико - химические процессы, происходит разупрочнение стали. Физико - механические характеристики снижаются, «-то в конечном итоге может привести к аварийному разрушению технического устройства. Поэтому изучение характера изменение фазового состава длительно-работающих материалов весьма актуальная задача.
В настоящей работе был исследован поврежденный гиб (гнутый участок паропровода), изготовленный из стали 12X1МФ диаметром 273 мм с толщиной стенки 32 мм после 160537 часов эксплуатации при давлении 14,0 МПа и температуре 550°С. Разрушение произошло на растянутой поверхности гиба. Из разрушенной трубы было вырезано три «кольцевых» участка шириной по 100 мм - из зоны максимального раскрытия гиба и из двух зон окончания разрыва (устья видимого распространения трещины). Образцы для исследований изготовлены из различных участков паропровода.
Фазовый состав стали 12X1 МФ был изучен методом рентгеноструктурного анализа и методом дифракционной электронной микроскопии.
Основной составляющей фазой, полученной после обработки рентгенограмм и проведения качественного фазового анализа, является а-фаза, которая представляет собой твердый раствор на основе железа, имеющего ОЦК решетку. Независимо о~ места исследования на образце
матрицей стали 12Х1МФ является а-фаза, которая представляет собой ОЦК твердый раствор атомов внедрения (углерода, азота и др.) и замещения (хрома, молибдена, ванадия) на основе Fe«. Эта фаза всегда составляет основную часть материала. Морфологически а-фаза в различных участках образца присутствует в виде феррито-карбидной смеси.
Кроме этой фазы обнаружено наличие различных карбидов: VC, V2C, Мо2С, М23С6, Fe3C.
Количественный фазовый анализ позволил определить объемную долю содержания каждой фазовой составляющей. Величина объемной доли а-фазы - основная и составляет 98-99%.
Обнаружены следующие карбиды: VC, V2C, Мо2С, У-МоС, М23С6, Fe3C. Наличие карбидных фаз в процентном соотношении невелико, число составляет от 1% до 2%. Исследования, проведенные методом электронной микроскопии, дали следующую величину среднего значения объемной доли карбидов в стали: она оказалась равной (2,3 ± 1,2)%. Это значение тесно связано с количеством углерода в стали и типом образовавшихся в стали карбидов. Оно означает что, если оснозным карбидом в стали является карбид М23С6, то весь углерод должен находиться исключительно в карбидах. Распределение карбидов в исследуемой стали не является однородным. Проведенные исследования, показали, что, как на различных участках поверхности трубы паропровода, так и на различных расстояниях до ее поверхности и зоны разрыва, фазовый состав стали практически остается неизменным. Меняется лишь объемная доля фаз, форма карбидных частиц, их размеры и плотность распределения.
