Спосіб обробки металів

Спосіб обробки металів, що складається з обробки тиском і ХІМІЧНОГО впливу на поверхню заготівки у вигляді наводнювання в процесі обробки який відрізняється тим, що наводнювання здійснюють шляхом введення в зону обробки аодневмісного середовища, як таке використовують розчин високомолекулярної полімерної речовини з заданою концентрацією в мінеральному маслі, наприклад, поліетилену низького тиску в маслі И-12А з концентрацією, за масою, 0,75 - 1,25 % Винахід належить до області технологи машинобудування зокрема, до способу оздоблювально-зміцнюючої обробки металів поверхневим пластичним деформуванням твердим інструментом Відомо, ЩО існує спосіб обробки металів (Патент Великобританії № 1270642 В З Q 1965 р ), при якому з метою полегшення умов деформування обробку тиском виконують після попереднього ХІМІЧНОГО впливу на поверхню обробки Перед деформуванням заготівки на п поверхні утворюють покриття у вигляді суцільної органічної плівки Після чого, на плівку наносять реагент що призначається для перетворення плівки в напіврідкий стан без руйнування хемосорбційного зв'язку між плівкою і металом В якості органічною покриття застосовують акрилові полімери або сополімери, ВІНІЛОВІ полімери, целулоїдні полімери, полюлефіни поліаміди та ж В якості реагенту для розм'якшення плівки використовують мінеральне масло, кетони, спирти, ефіри Однак, такий спосіб обробки має основний недолік що складається в нерівномірному впливі реагенту за часом і по площі на створене покриття в результаті неодночасного нанесення реагенту на поверхню заготівки, неоднаковій товщині плівки і концентрацій реагенту, що призводить до повного руйнування плівки в деяких місцях заготівки, а в деяких навпаки, реагент взагалі не встигає перевести плівку в напіврідкий стан Така обставина обумовлює зниження якості поверхні після обробки тиском Відомий спосіб обробки металів по А с СССР №564052, який прийнято за прототип, що складається з обробки тиском і ХІМІЧНОГО впливу на поверхню металу, в якому для поліпшення якості поверхні ХІМІЧНИЙ вплив здійснюють шляхом наводнювання поверхні заготівки в процесі обробки тиском у розчині електроліту при катодній поляризації з густістю струму 1 -5 А/дм2 за проміжок часу 5-20 хвилин Після ЧОГО проводять зневоднювання Але і цей спосіб має недоліки, що проявляється в диференціації процесів наводнювання і механічної обробки Така технологія ХІМІЧНОГО впливу сприяє мобілізації водню на поверхні обробки і перенасиченню поверхневого шару деталі більшою часткою молекулярним воднем що призводить до знеміцнення поверхневого шару металу і тому потребує додаткових операцій щодо його зневоднювання В основу винаходу покладено задачу створення способу обробки металів, що передбачає такі умови обробки, як» забезпечували б підвищений ступінь і глибину зміцнення поверхневого шару деталей не знижуючи якості їх поверхні Це досягається тим, що спосіб обробки металів складається з обробки тиском і ХІМІЧНОГО впливу на поверхню у вигляді наводнювання в процесі обробки При цьому наводнювання здійснюють шляхом введення в зону обробки водневмісного середовища, в якості якого використовують розчин високомолекулярної полімерної речовини з заданою концентрацією в мінеральному маслі, наприклад, поліетилену низького тиску в масл» И-12А На відміну від прототипу, в якому наводнювання оброблюваного матеріалу відбувається з докладанням електричного струму до електроліту, CM CM ю со оГ 35422 рияє зниженню вільної поверхневої енергії металу і полегшує деформування, а відповідно підвищується і якість обробленої поверхні. На відміну від аналогічних технічних рішень (Патент Великобританії № 1270642, В З Q, 1965 р. ) хемосорбція полімеру на поверхню обробки відбувається під час механічної обробки із розчину високомолекулярної речовини в мінеральному маслі, що потрапляє в зону металообробки, а не твердого органічного покриття сформованого на попередніх операціях Акт хемосорбції активних молекул в осередку пластичного контакту супроводжується їх деполімеризацією і розкладанням з утворенням активного атомарного водню і неактивних продуктів. Для поліетилену, наприклад, найбільш імовірний механізм таких перетворень має вигляд: запропонована технологія застосування високомолекулярних полімерних сполук, як постачальника водню в поверхню обробки, забезпечується тільки енергією механічної обробки. Згідно винаходу, розчин полімерної речовини в мінеральному маслі, потрапляючи в зону контакту Інструменту і заготівки, має хімічні перетворення, якими є деструкція полімерної речовини під впливом значних механічних напруг і локальних температур, що діють в зоні металообробки. Руйнування полімерного ланцюга проходить з відриванням атому водню і виникненням активних вільних макрорадикалів з ненасиченими кінцевими групами, які прищеплюються до ювенільних поверхонь заготівки в процесі обробки. Хемосорбційний зв'язок "активні фрагменти молекул - деформований метал" сп- СН, - СН, - СН, > -СН = СН ~ СН, - +Н», - с н =сн - сн,- -» -сн = сн - сн - + н , - СН» - С Н , - СНі -сга-снг-сн - + н , й + -сн» - сн, - сн, > - сн = сн - сн - +н,, - сн = сн - сн - сн = сн - сн -сн,-сн»-сн -СНІ-СНЇ-СН-, - сн,-сн - сн, - сн, - сн,-сн, - сн, - сн, Керування хімічним впливом на металеву поверхню обробки, за запропонованою технологією, здійснюють вибором необхідної концентрації і типу полімерних сполук у мастильному розчині згідно з їх фізико-хімічними властивостями, головним чином зі схильністю полімеру до деструкції. Висока дифузійна здатність атомів водню і інтенсивний рух дислокацій та утворення вакансій активованих поверхневою пружною і пластичною деформацією, викликає масолеренесення атомів водню, що виникли в результаті механодеструкції полімерної речовини, яку містить розчин, в глибину оброблюваного металу. В наслідок об'ємної дифузії водню під час механічної обробки тиском, створюються підвищені локальні напруження в тілі зерен металу, локалізуються концентрації напружень і подальші зміни структури металу відбуваються в полі цих напружень Водень гальмує подальший рух дислокацій, підвищує їх густість, сприяє утворенню хмар Котрела, що підвищує твердість приповерхневих об'ємів металу. Запропонований спосіб обробки металів було реалізовано на операціях оздоблювально-зміцнюючої обробки шляхом обкатуванням роликом. Обкатування циліндричного валу діаметром Од=58 мм зі сталі 45. твердістю 174 НВ, проводили за токарною схемою з повздовжньою подачею полірованого ролика з загартованої сталі ШХ15 діаметром Dp=35 мм, в оправі з пружним корпусом, - сн,-сн - сн, - сн, - сн,-сн - сн, - сн, н який був закріплений в різцетримачі верстату. Умови контакту ролика та деталі мали краплевидну форму з радіусом округлення R=l мм та заднім кутом 2°30'. Зусилля обкатування складало Роб=2700 Н. Подача та швидкість обкатування приймалися, відповідно, So6=0,245 мм/об, Vo6-11.84 м/хв. Деталь підлягала попередньому точінню в повітрі гостро заточеним різцем з пластиною із твердого сплаву Т15К6 і геометрією ріжучої частини фі=ф=45°; у=8" з режимами: t=0,5 мм; Snp=0,335 мм/об; Vpi3=96,38 м/хв. В якості мастильного середовища при обкатуванні застосовували розчин поліетилену низького тиску (ПЕ н.т.) марки 273-83-ТЗ по ГОСТ 1633-85 в мінеральному маслі И-12А. В результаті випробувань виявлено, що добавка поліетилену до масла И-12А з концентрацією, за масою, у межах 0.75-1.25% забезпечує зниження жорсткості до Rz 6 3 мкм, проти максимально досяжного при обробці в маслі без домішок — Rz 10 мкм. Після обробки вимірювалася мікротвердість поверхневих шарів за Мартенсом на зразках, які були вирізані у вісевому перерізі оброблених деталей. Результати визначення ступеню зміцнення по глибині поверхневого шару при різній концентрації ПЕ н.т. подано в таблиці 3 таблиці видно, що в інтервалі концентрацій ПЕ н т. 0.75 - 1 25%, отримані найкращі результати 35422 Зміцнення поверхні пласких зразків із заліза Армко на фрезерному верстаті після 8-ми проходів роликом в полімервмісному середовищі зростає більш ніж на 100% порівняно із вихідною мікротвердістю. Тоді як при обробці в чистому маслі И12А, зміцнення поверхні заліза Армко не перевищувало 20%. Методом растрової електронної мікроскопії на поперечних шліфах зразків заліза Армко оброблених у розчині полімеру в маслі, виявлено формування стабільної об'ємної фази у поверхневому шарі глибиною h до 50 мкм, що відрізняється специфічним емісійним контрастом (фіг. 1 поз. а) від основного металу серцевини обробленого зразка (фіг. 1 поз. б). Дана фаза є модифікацією заліза в системі Fe-H, що виникає в наслідок наводнювання поверхні обробки з полімервмісного мастильного середовища ї має підвищене значення мікротвердості Нцго. яке досягає 2,3 - 3,0 ГПа. Запропонований спосіб обробки металів дозволяє використовувати глибоко абсорбований водень не тільки в якості дисперсно розташованого в макро- і мікродефектах металу локалізатора деформацій, але і як речовини, що дає можливість реалізувати фазовий наклеп завдяки ініційованому воднем поліморфізму, навіть в тих металах, які фазових перетворень в чистому виді не мають. Крім того, по завершенню обробки, наявність воденьвмісної фази в кінцевій наклепаніи структурі металевого сплаву не є обов'язковою умовою. Тобто кінцева зміцнена структура може, як містити гідридні фази (наприклад, як у випадку заліза Армко - поліфазонаклепаний стан), так і не містити їх (наприклад, як у випадку після обробки сталі 45 монофазонаклепаний стан). Таким чином, як свідчать результати досліджень, запропонований спосіб обробки металів дозволяє значно підвищити глибину і ступінь поверхневого зміцнення металів з забезпеченням поліпшеної мікрогеометрії оброблених поверхонь. При цьому спосіб технологічно простий, універсальний та абсолютно керований, що обумовлює його широке промислове застосування при верстатній обробці різноманітних поверхонь. Ступінь зміцнення Н ц виміряне Глибина поверхневого шару, мкм Н ц вихідне масло И-12А + %ПЕн.т. 0 0.5 0.75 1.0 1.25 1.5 5 2.7 2.65 2.6 2.5 2.55 2.7 10 2.4 2.35 2.3 2.0 2.3 2.4 15 1.6 1.6 1.58 1.55 1.59 1.6 20 1.0 1.3 1.37 1.4 1.35 1.2 25 1.0 1.1 1.2 1.2 1.15 1.0 ЗО 1.0 1.0 1.0 1.0 1.01 1.0 40 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 Відносне підвищення зміцнення на глибині 20 мкм порівняно з обробкою в маслі И12А без добавок, % 0 ЗО 37 40 35 20 35422 Тираж 50 екз Відкрите акціонерне товариство «Патент» Україна, 88000, м Ужгород, вул Гагаріна, 101 (03122) 3 - 7 2 - 8 9 (03122) 2 - 5 7 - 0 3