Применение электролитического наводораживания заготовки для изменения типа стружки при резании

Тип работы:
Реферат
Предмет:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

Н. И. Егоров, О. А. Курсин, М. Ю. Полянчикова
ПРИМЕНЕНИЕ ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКОГО НАВОДОРАЖИВАНИЯ ЗАГОТОВКИ ДЛЯ ИЗМЕНЕНИЯ ТИПА СТРУЖКИ ПРИ РЕЗАНИИ
Волгоградский государственный технический университет
(e-mail: egorov ni@mail. ru)
Проведены исследования режима электролитического наводораживания заготовок на заданную глубину проникновения диффузионного водорода. Результаты исследований предложено использовать для изменения типа стружки при резании металла.
Ключевые слова: диффузия, водород, твердость, хрупкость, стружка, резание.
The investigations of electrolytic hydrogenation treatment of work pieces to a predetermined depth of penetration to the diffusive hydrogen are conducted. The results of the investigations can be used to change the shavings type in metal cutting.
Keywords: diffusion, hydrogen, hardness, brittleness, shaving, cutting.
В машиностроении существует проблема хранения, транспортирования и утилизации вьющейся стружки. Транспортирование вьющейся металлической стружки от станков, вывоз из металлообрабатывающих цехов, хранение для сдачи на переплавку неэкономичны, так как полезный объем транспортных средств используется не в полной мере. Для решения этой проблемы создаются специальные подразделения по измельчению вьющейся стружки с целью уменьшения объема металлома при складировании и транспортировке металлических отходов перед переплавкой на металлургических заводах.
При резании металлов с разными физикомеханическими свойствами образуются три вида стружки: сливная, скалывания и надлома. Сливная стружка образуется при резании пластичных металлов. Стружка скалывания (элементная) образуется при обработке металлов средней твердости. Эта стружка вьется и имеет зазубрины. Стружка надлома образуется при обработке хрупких металлов и состоит из отдельных элементов, не связанных между собой.
Для перевода вьющейся стружки в стружку надлома необходимо поверхностный слой припуска заготовки перевести в хрупкое состояние путем насыщения его диффузионным водоро-
дом. Водородное охрупчивание поверхностного слоя заготовки можно осуществить путем электролитического насыщения диффузионным водородом [1]. Повышение твердости при на-водораживании сопровождается снижением ударной вязкости, пластических и прочностных свойств металлов. Водород значительно понижает пластичность стали, если его содержание в металле превышает 2 см3/100 г. Для исключения вредного влияния водорода на эксплуатационные свойства детали после обработки не-
обходимо, чтобы водородное охрупчивание проявлялось в пределах припуска на обработку. Для определения глубины проникновения водорода в металл необходимо определить коэффициент диффузии водорода для различных сталей.
Определение. Он производили по методу десорбции в вакуум [2]. Перед испытанием образцы насыщали водородом в специальной электролитической ячейке с платиновым анодом (рис. 1, а).
а б
Рис. 1. График зависимости концентрации водорода от времени: а — электролитическое наводораживание и схема электролитической установки- б — измерение кинетики десорбции водорода- [Н] - концентрация растворенного в образце водорода- Н — количество выделившегося из образца газообразного водорода- t — время- Но — начальное количество водорода в образце: Н1 — оставшееся количество водорода в образце ко времени t1- 1 — образец- 2 — электролит- 3 — платиновый анод
В качестве электролита использовали 0,1 н. р-р Н2Б04 + 0,5г/литр тиомочевины. Плотность тока наводораживания составляла 0,75мЛ/см2. Измерение кинетики десорбции водорода в вакуум, производили в вакуумной установке (рис. 1, б). Для исследования параметров выхода растворенного водорода из металла использовалась вакуумная установка для газового анализа при различных температурах (рис. 2) [3]. При создании установки использовались узлы эксхолографа швейцарской фирмы «Баль-церс». В верхней части установки располагается капсульная печь 1. Графитовая капсула 2 выполняет функции тигля и нагревается проходящим электрическим током.
Пока печь открыта, работает форвакуумный насос 3 (рис. 2) и в системе создается предварительный вакуум. Когда печь закрывается, автоматически включатся газосборочный насос 4 и в печи создается вакуум 8−10"3мм. рт. ст. По истечению времени предварительной откачки (60
с) электромагнитный клапан У2 закрывается, включается нагрев печи, и образец нагревается до исследуемой температуры. Электрической схемой предусмотрено как плавное, так и ступенчатое регулирование тока в пределах 3−30 А, что соответствует нагреву тигля до температуры 100−2000 °С. Выделившиеся газы отсасываются газосборочным насосом 4 и транспортируются в газосборник 5. После окончания нагрева клапаны У1 и ?8 закрываются и открываются клапаны ?4 и ?7. Газоноситель (Лг) из баллона через редуктор, захватывая собранную газовую смесь, транспортирует ее на хроматограф 6 (ЛХМ-8МД), где измеряется количество водорода. Клапан ?8 служит для выравнивания потоков газа через рабочую и сравнительную колонки хроматографа в период экстракции газа из образца. Клапан ?3 служит для нарушения вакуума после анализа, когда открывается крышка печи для загрузки следующего образца.
Рис. 2. Принципиальная схема вакуумной установки для анализа экстрагированного газа:
1 — образец- 2 — вакуумная печь- 3 — насос форвакуумный насос- 4 — газосборочный- 5 — газосборник- 6 — газовый хроматограф-
7 — калиброванный объем
По данным скорости выхода водорода вычислялся коэффициент диффузии водорода ОН по формулам [3]:
а) для цилиндрических образцов:
Он =
1п-Л ^ Н1
(1)
где Я — радиус образца- |д2 = 5,78- Н0 — начальное количество водорода в образце- Н — оставшееся количество водорода ко времени.
б) для плоских образцов:
О = 4^11п_8Н0_
н 2, АИ 2т
(2)
п ^ п Н1 где 2Н — толщина образца.
Произведены исследования ОН для сталей различного химического состава. Исследовались, стали Ст3, 14Х2Н3МА, 18Х2Н3МА, 18Х2Н4МА, 08Х15Н5Д2Т, АК45, 40ХН и Х16Н25М6АФ (рис. 3). Исследуемые стали относятся к ферри-то-перлитному, перлитному, бейнитному, мартенситостареющему и аустенитному структурным классам.
Ниже 100 °C отмечен перегиб, связанный с несовершенствами структуры. В области а-структуры отмечено резкое изменение характера зависимости от химического состава стали. Можно отметить существенное различие ОН при температуре 400 и 200 °C. В зависимости от химического состава стали изменяется и общий характер зависимости. С увеличением общего количества легирующих элементов зна-
Рис. 3. Температурная зависимость коэффициента диффузии водорода для сталей:
1 — Ст-3- 2 — 18Х2Н3МА- 3 — 18Х2Н4МА- 4 — 142Н3МА- 5 — АК 45-
6 — 08Х15Н5Д2Т- 7 — 40ХН- 8 — Х16Н25М6АФ
чение ОН уменьшается для соответствующих
температур.
Коэффициент диффузии для исследованных сталей бейнитного класса, который при комнатной температуре находится на одном уровне, приведен в таблице.
Для сталей бейнитного класса различного химического состава в а-области температурная зависимость ОН имеет различный характер. Причем характер зависимости отличается от аналогичной зависимости у сталей ферритоперлитного и бейнитного класса. Это, по-видимому, можно объяснить закалочными явлениями в области ниже полиморфного превращения, которые не доходят до завершения, что приводит к смешанной бейнитной структуре при комнатной температуре.
По приведенным результатам температурной зависимости коэффициента диффузии для сталей различных структурных классов можно рассчитать необходимое время выдержки tН электролитического наводораживания на глубину операционного припуска по формуле:
7 2
^ & gt- 0,280----- с,
НО
Н
где 7 — номинальный (расчетный) операционный припуск, см- ОН — коэффициент диффузии водорода при температуре наводораживания, см2/с.
Параметры температурной зависимости коэффициента диффузии водорода DH = D0 • exp-Qj, где Т — термодинамическая температура, К
Марка стали Т& gt- 200−100 °С Т& lt- 200−100 °С
D0 Q D0 Q
Ст3 1,07 -10−4 990 3,51 -10−2 3080
18Х2Н3МА 6,13 -10−5 1110 8,67 -10−4 2220
18Х2Н4МА 1,11 •Ю-3 2720 5,28 •Ю-5 1150
14Х2Н3МА 5,53 -10−4 2430 4,54 -10−5 1230
АК-45 5,63 •Ю-3 3750 8,72 •Ю-6 730
08Х15Н5Д2T 5,06 •Ю-4 3590 1,01 -10−4 1980
40ХН 6,44 -10−5 1070 6,34 •Ю-2 3750
Х16Н25М6АФ 5,26 •Ю-4 3370 5,26 •Ю-4 3370
Например, для стальной детали 050 мм из стали 40ХН при температуре Т = 80 °C коэффициент диффузии водорода равен Dн =
= 3,83 -10−6 см2/с.гда необходимое время на-водораживания при номинальном операционном припуске Z = 2 мм будет равно.
0 22
trr & gt- 0,280-- --- = 2924 с, или 49 мин.
н 3,83 • 10−6
Методика электролитического наводоражи-вания и схема установки приведены выше (рис. 1, а).
Приведенные результаты [4] можно использовать для технологических рекомендаций по получению стружки надлома для уменьшения затрат на хранение и транспортировку металлолома от металлообрабатывающих цехов без отрицательного воздействия водорода.
Выводы
1. Для получения стружки надлома при резании сталей, и снижения себестоимости хранения и транспортировки стружки предложено вместо дорогостоящего механического измельчения вьющейся стружки применять электролитическое наводораживание заготовок.
2. Для исключения вредного влияния водорода на эксплуатационные свойства детали электролитическое наводораживание заготовок проводить на глубину операционного припуска на обработку.
3. Для определения глубины наводоражива-ния проведено измерение коэффициента диффузии водорода для различных сталей.
4. Приведена формула, методика и пример расчета времени электролитического наводора-живания на глубину операционного припуска для получения стружки надлома при резании сталей.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Егоров, Н. И. Определение времени катодного наводо-раживания для снижения высоты неровностей обрабатываемой поверхности / Н. И. Егоров // Известия ВолгГГУ: межвуз. сб. науч. ст. / Волг^У. — Волгоград, 2011. -(Серия «Прогрессивные технологии в машиностроении» — вып. 7). — С. 12−15.
2. Егоров, Н. И. Исследование эффективного коэффициента диффузии водорода в условиях термического цикла сварки / Н. И. Егоров, А. А. Емельяненко // Сварочное производство. — 2011. — № 8. — С. 12−17.
3. Егоров, Н. И. Исследование параметров процесса перехода остаточного водорода в диффузионный на стадии нагрева термического цикла сварки / Н. Н. Егоров // Известия ВолгГГУ: межвуз. сб. науч. ст. № 4 / ВолгГГУ. -Волгоград, 2010. — (Серия «Проблемы материаловедения, сварки и прочности в машиностроении» — вып. 3). -С. 144−146.
4. Полянчиков, Ю. Н. Особенности получения однокомпонентного абразивного инструмента при послойном смешивании исходных составляющих / Ю. Н. Полянчи-ков, А. Л. Плотников, М. Ю. Полянчикова, О. А. Курсин // Известия Волг^У: межвуз. сб. науч. ст. / Волг^У. -Волгоград. 2011. — (Серия «Прогрессивные технологии в машиностроении» — вып. 7). — С. 42−44.

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой