Развитие химических методов
При обработке металлов — механической, химической либо электрохимической — приходится сталкиваться в первую очередь с пленками, присутствующими на поверхности металла. В зависимости от их физико-химических особенностей пленки должны мешать или содействовать процессу обработки металлов. В подтверждение этого в 1932 г. были осуществлены первые испытания полирования металлов в разных газовых средах (водородной, сероводородной, кислородной и др.).
Первые результаты были не столь действенными, как в опытах со стеклом, — химическое воздействие было малым. Изменение веса в зависимости от окружающей газовой воздуха составляло всего лишь десятые доли процента. Незначительные трансформации разъяснялись тем, что полирование проводилось в водной суспензии, где процессы окисления металла с выпихиванием водорода, без сомнений, имели место.
За тем были предприняты серии опытов, где создавались условия полной неосуществимости окисления металла либо, напротив, условия очень стремительного окисления. Это осуществлялось присоединением полируемого примера попеременно к катоду либо аноду. Соответственно было установлено замедление либо ускорение процесса полирования на порядок и более.
И. В. Гребенщиков в собственной хорошей работе «Роль химии в процессах полирования», опубликованной еще в 1934 г., но ни в коей мере не потерявшей собственного громадного значения и на данный момент, выступил с критикой главных теорий — теории пластической деформации, теории ряда и поверхностного оплавления вторых. В один момент на основании экспериментально установленных данных им была предложена новая теория процесса полирования, в которой ключевая роль отводится химическим явлениям. С данной точки зрения полирование направляться разглядывать как удаления и процесс образования окисных или вторых химических соединений, создаваемых на поверхности металла под влиянием внешней среды либо особых паст химического действия.
Новая теория самый полно растолковывает сущность процесса полирования и вместе с тем в полной мере согласуется с современными представлениями о получении ровной недеформированной поверхности, владеющей лучшим сопротивлением износу, повышенной коррозийной стойкостью, другими свойствами и прочностью, характерными для полированных поверхностей.
Бессчётные работы, совершённые в последующие годы, подтвердили несомненность главных положений так называемой химической теории. Выдержав опробование временем, она была очень плодотворной. На данный момент эта теория находит все большее развитие как у нас, так и за границей и есть базой при изучении разных процессов обработки металлов, их трения и износа.
Необходимо заметить, что независимо от указанной теории известны случаи, в то время, когда практики приходили к необходимости применения химии в обработке металлов.
В истории техники видится много веществ, которыми удачно пользуются, в то время, когда требуется достигнуть ровной зеркальной поверхности. Нашатырный спирт, лимонная кислота, стеарин, каустическая сода, зеленое мыло, говяжье сало и другие химические материалы обнаружили и применяются при чистовой отделке разных предметов из меди, других металлов и алюминия. Были и другие наблюдения.
Гальва-ностеги, к примеру, подмечали, что серебряные аноды в гальванической ванне время от времени получали в ходе растворения ровную поверхность.
Еще в 1910 г. русским инженером Е. И. Шпитальским были совершены испытания и взят патент на электролитическое полирование металлов. В 1931 г. В. Н. Гусев внес предложение подвергать обрабатываемые поверхности электрохимическому анодному растворению и этим уменьшить сверление заготовок повышенной твердости.
И по сей день появляются сообщения на эту тему. Так, сравнительно не так давно австралийские ученые установили, что уксусная кислота, присутствующая в древесине, активизирует затупление выпивал у лесорубов. Достаточно подключить пилу к отрицательному полюсу источника постоянного тока напряжением 10 в, как разъедающее воздействие уксусной кислоты закончится.
В другом случае выпивала сама заряжается от трения о древесину; подключение пилы к хорошему полюсу активизирует разрушение инструмента.
Из Польши информируют, что при резании металлов используют инструмент из териленовой нити, насыщенной особым растворителем. Нить движется по поверхности, совершая возвратно-поступательные перемещения. В конце каждого хода продукты -химической реакции удаляются, а териленовая нить опять насыщается растворителем и совершает обратный движение.
В отличие от классических механических способов резки, в металле не создается остаточных напряжений и деформированного слоя. Но отрывочные замечания, каковые возможно встретить в практике, случаен предположений. Основательные экспериментальные изучения роли химии в процессах обработки металлов начаты в 30-х годах.
С целью этого в 1934 г. на Кировском заводе в Ленинграде была создана первая у нас и за границей особая лаборатория по развитию и изучению применения химии в обработке металлов. Благодаря трудам данной лаборатории был обширно внедрен способ химико-полирования и механической доводки пастами Национального оптического университета (пасты ГОИ).
Химически активные вещества, входящие в состав паст (сера, стеарин, олеиновая кислота, силикагель), и полученная особенным методом окись хрома содействуют образованию химических соединений на поверхности металла в виде узких пленок и облегчают их удаление. Толщина пленки определяет предельную точность доводки. Величина впадин и выступов не превышает сотых долей микрона.
Только чистота поверхности и большая точность чуть ли могли быть взяты каким-либо вторым, не химическим методом, где бы сам процесс не регулировал толщину снимаемых слоев. 11 — 12-е классы чистоты поверхности достигаются, в большинстве случаев, уже на первой операции — по окончании обработки неотёсанной 40-микронной пастой.
Это необыкновенное свойство паст ГОИ придавать высокую степень гладкости за одну операцию отличает их от всех других полирующих составов. Оно разрешает преодолевать в значительной мере неизбежное в механической обработке несоответствие между шероховатостью поверхности и производительностью процесса. В ходе химико-механической доводки используют притиры-полировальники из материалов, устойчивых к действию паст, исходя из этого износ подробности превалирует над износом притира, что разрешает сохранить точность притира в течение более продолжительного времени.
Пасты химического действия в сочетании с малоиз-нашиваемыми химически устойчивыми полировальниками были применимыми при механизации и полирования процессов и автоматизации доводки. Теоретически обоснованные и взявшие широкое практическое распространение пасты ГОИ явились первым шагом на пути применения нового, химико-механического способа обработки металлов.
Данный метод отыскал собственный предстоящее развитие в процессах шлифования с применением электролитов.
Работами Самарцева и др. установлено, что при шлифовании химические реакции играются еще громадную роль, чем при доводке и полировании. Они смогут не только сопутствовать процессу, но и во многих случаях появляться решающими. Одним из таких примеров есть шлифование жёстких сплавов в растворах электролитов, где процесс возможно ускорен в десятки раз.
Изучение шлифования в растворах электролитов узнало, что данный процесс коренным образом отличается от механического шлифования. При шлифовании в присутствии электролитов не отмечается соответствия между производительностью процесса и твёрдостью абразива, — шлифованная поверхность не имеет рисок и штрихов.
При химико-механическом способе в зоне контакта инструмента с обрабатываемой поверхностью не, появляется больших температур и давлений, каковые имели возможность бы привести к структурным изменениям и появлению напряжённости в поверхностных слоях подробностей.
В этих процессах химически активная среда, в которой происходит шлифование, образует при сотрудничестве с металлом жёсткие продукты реакции, покрывающие обрабатываемую поверхность узким слоем и защищающие ее от предстоящего химического разрушения. Защитный слой после этого снимается инструментом и снова возобновляется на обнаженной железной поверхности под действием электролита.
Одна из характерных изюминок химико-механического способа пребывает в том, что состав шлифуемого сплава конкретно воздействует на производительность процесса. Исходя из этого химически сплавы и устойчивые металлы (к примеру, никель, нержавеющие и жаропрочные сплавы) выяснилось нужным обрабатывать химико-механически с наложением электрического тока, т. е. электро-химико-механическим способом.
При наложении тока анодное растворение сопровождается механическим удалением продуктов реакции. С целью этого обрабатываемую заготовку присоединяют к хорошему полюсу источника постоянного тока. Между вспомогательным электродом и заготовкой, отделенным от нее слоем электролита толщиной всего в десятые доли миллиметра, создается электрическое поле, направленное так, дабы атомы металла заготовки переходили в раствор в виде ионов.
По мере растворения материала заготовки вспомогательный электрод машинально продвигается так, дабы толщина слоя электролита в межэлектродном зазоре оставалась постоянной.
При высоких плотностях тока (много ампер на квадратный сантиметр) и недорогостоящих электролитах (слабоконцентрированные растворы солей) производительность процесса обработки достигает огромных размеров (тысячи кубических миллиметров в 60 секунд).
Для удаления продуктов электролиза электролит пропускают через пространство между электродами под давлением. Направляя и регулируя электрохимические реакции таким методом, возможно воспроизводить контур запасного электрода, приобретая полые поверхности с высокой степенью чистоты (11-го класса). Продукты электролиза смогут удаляться протоком электролита и абразивным кругом либо брусками, совершающими возвратно-пбступательное перемещение.
В качестве абразива используют алмазные и корундовые круги либо бруски на железной либо графитовой электропроводной связке.
Из-за неустановившейся терминологии электро-химико-механическая обработка взяла различные заглавия— электрохимическая, электролитическая, анодно-механическая. Но, независимо от заглавия, развитие техники изготовления подробностей из труднообрабатываемых сплавов, все больше используемых Сейчас, пошло по пути электро-химико-механическому.
Громадное развитие взяли эти работы не только у нас, но и за границей. Во многих государствах исследуют , создают и совершенствуют оборудование и процессы в данной области.
На базе работ советских исследователей созданы особые станки в Польше и Чехословакии. Исследуют процессы химико-механической и электро-химико-механической обработки в Чехословакии. В ГДР созданы станки для электро-химико-механического шлифования.
Согласно данным компаний, машинное время обработки если сравнивать с классическим механическим шлифованием в отдельных случаях уменьшается в 20 раз.
В Соединенных Штатах выпущено больше десяти моделей разных станков называющиеся «для электролитического шлифования». В том месте же продолжают работы по созданию особого оборудования для электро-химико-механической обработки турбинных лопаток, формообразования полостей штампов, нарезания пазов и сверления заготовок из высоколегированных сплавов.
Лаборатории больших компаний («Дженерал Электрик», «Энокат», «Риан Аэронавтик» и др.) заняты разработкой оборудования с применением электропроводных алмазных кругов с целью экономии процессов и ускорения обработки алмазов. Заслуживает внимания использование станков с источниками постоянного тока силой до 100 000 а, что разрешает достигнуть производительности 5000 мм3/мин.
Электрохимическую обработку обширно исследуют и в Японии, в частности на технологическом факультете университета Мэйдзи и в исследовательской лаборатории электрокорпорации Митцубиси.
Развитие химико-механического способа стало причиной новым разновидностям сглаживающей химико-механической обработки подробностей в барабанах, электрохимическому хонингованию и суперфинишу.
За последние десятилетия в значительной мере трудами советских ученых П. А. Ребиндера, П. Е. Дьяченко, И. Е. Крагельского, Б. И. Костецкого и многих производства и других работников науки химическое направление взяло предстоящее развитие.
Об этом свидетельствует все более широкое использование химических смазочно-охлаждающих жидкостей при резании, обработке и шлифовании давлением, химически активных смазок для предотвращения схватывания и уменьшения износа трущихся поверхностей, в особенности действующий при повышенных температурах.
Резание. Экспериментально установлено, что в ходе резания при снятии стружки в следствии больших температур и давлений вскрываются химически чистые поверхности металлов. Наличие неокисленных, химически чистых поверхностей формирует условия для инструмента материалов и сваривания заготовки.
Мокрый воздушное пространство либо смазочно-охлаждающая жидкость, действуя на свежие поверхности металлов, предотвращает их сваривание. Действенная смазочно-охлаждающая жидкость образует жёсткую поверхностную пленку с малым сопротивлением срезу, которая предотвращает контакт между обрабатываемым инструментом и металлом.
Жёсткая пленка возможно образована в следствии химического сотрудничества намерено подобранных компонентов (химических присадок) с металлом на участке контакта с резцом. Условия для для того чтобы сотрудничества в зоне контакта только благоприятны. Свежеобразовавшаяся поверхность стружки не только химически чиста, но и очень сильно напряжена в следствии пластического течения, происходящего при отделении стружки, и скольжения ее по передней поверхности резца.
Помимо этого, скольжение стружки по резцу формирует вспышки больших местных температур в точках контакта.
Так, процесс резания облегчает прохождение химических реакций между жидкостью и металлом, а потому обязан снабжать активность химических реакций.
Это подтверждается уменьшением силы трения при резании с химически активными жидкостями, и химическим анализом продуктов реакции.
При изучении стружки алюминия, обрабатываемого с применением четыреххлористого углерода в качестве смазывающе-охлаждающей жидкости, химическим анализом найдено заметное количество ионов хлора и алюминия в воде. На процесс резания оказывают большое влияние пары и газы (к примеру, сероводород) .
Не считая отведения тепла, образующегося при резании, воздействие охлаждающе-смазывающих жидкостей содержится в создании около режущей кромки газовой атмосферы, которая способна функционировать подобно смазывающей жидкости, улучшая условия резания, и может снабжать получение поверхности хорошего качества.
В место контакта резца с металлом попадает не сама смазка, а газы либо пары, способные к стремительному сотрудничеству со свежеобнаженной поверхностью металла с образованием смазочной пленки. Громадные давления в месте контакта, без сомнений, приводят к образованию разрежения и испарению смазки в зоне резания.
В этом случае создаются благоприятные условия для стремительного проникновения активных газообразных компонентов смазки в зону резания и немедленной химической реакции с совсем чистыми и очень сильно деформированными поверхностями металлов.
С введением разных газов в зону соприкосновения обрабатываемой подробности с задней поверхностью твердосплавного резца стойкость резца или возрастает или значительно уменьшается. При резании со скоростью 120 м/мин азот повышает стойкость резца в 3 раза.
Подача кислорода, напротив, снижает стойкость. Одновременно с этим кислород, образуя на поверхностях резца и стружки окисные пленки, предотвращает схватывание металлов.
При резании в вакууме, в то время, когда какая-либо химическая реакция неосуществима, происходит схватывание поверхностей.
Все другие изучения кроме этого говорят о том, что для успешного резания принципиально важно не только механическое разрушение поверхностного слоя, но и химическое воздействие внешней среды. Это подтверждается практикой многих фабрик. Использование смазочно-охлаждающих жидкостей с химически активными присадками’ усиливает чистоту поверхностей и повышает стойкость инструмента.
Так, использование четыреххлористого углерода, отличающегося высокой адсорбционной и химической активностью, повышает стойкость протяжек в 2 раза и чистоту поверхности на один класс при обработке жаропрочных сталей.
Добавление от 4 до до 25% четыреххлористого углерода к сульфофрезолу предотвращает налипание и схватывание стружки при развертывании отверстий из сталей ЗОХГСНА и 4Х14Н14В2М и дюралюминия Д16Т. На 60—80% увеличивается стойкость развёрток и метчиков при обработке жаропрочных сталей с применением осерненного дестиллатного экстракта (55%) в смеси с дизельным горючим (45%) и 10%-ной эмульсией из осерненного эмульсола.
При сверлении сталей аустенит-ного сплавов и класса на никелевой базе удовлетворительные результаты взяты от применения смеси из 20% веретенного масла с 78% серы и гипоидного 2% масла, и смеси из 30% олеиновой кислоты и 70% касторового масла. Постоянно совершенствуются условия шлифования и чистота поверхности при шлифовании нике-лекобальтовых сплавов типа АНКО с применением эмульсии, складывающейся из трех частей керосина и одной части активированной 4%-ной серы.
На данный момент все больше фирм используют смазывающе-охлаждающие жидкости, в составе которых находятся присадки серы либо хлора. Эти присадки, взаимодействуя с поверхностью обрабатываемого металла, образуют на ней защитные пленки сульфидов либо хлоридов металла. Пленки мешают происхождению контакта между инструментом и обрабатываемым металлом, облегчают сход стружки и уменьшают трение.
Особенные трудности появляются при обработке титана. Это разъясняется не только его склонностью к наклепу, но и свойством вступать в активное химическое сотрудничество с водородом, кремнием и углеродом при повышенных температурах (400—600°С).
Скорость, соответствующая образованию наростов (критическая скорость), ниже для марок жёсткого сплава с громадным содержанием титана, чем для марок, в которых титана нет либо если он содержится в малых количествах. Пленки ТЮ2, существующие при комнатной температуре либо при низких температурах резания, не так действенно предохраняют от налипания, как при увеличении температуры резания титаносодержащими инструментами.
Оксидная пленка ТЮ2 при повышенной температуре мешает свариванию, соответственно и образованию нароста. Как ярко будет выражено это явление, зависит от содержания титана либо его карбида в жёстком сплаве. Этим возможно растолковать обстоятельство налипания стружки при резании чугуна с шаровидным графитом твердосплавными резцами, не содержащими титана либо содержащими его в том либо другом количестве.
Подобное явление было найдено и при шлифовании титановых сплавов. Известно, как затруднено шлифование их. Шлифовать титановые сплавы всухую (в воздухе воздуха) страшно, поскольку образующиеся в ходе шлифования взрывоопасная небольшая пыль и титановая стружка смогут воспламениться.
При применении воды условия шлифования ухудшаются из-за прекращения доступа воздуха к месту контакта; вода, расщепляясь, образует с металлом промежуточный продукт — гидрат титана, содействующий привариванию и налипанию частиц титана к зернам шлифовального круга. При применении керосина налипание стружки на зернах быстро значительно уменьшается благодаря высокой смачивающей и проникающей свойству керосина.
Между металлом и абразивными зёрнами образуются узкие пленки, мешающие прочному налипанию частиц металла. Но абразивный круг скоро изнашивается.
Введение в керосин активных добавок не увеличивает стойкость круга. направляться подчернуть, что шлифовать титановые сплавы с применением керосина либо масла в качестве охлаждения возможно лишь при скоростях круга не больше 15 м/сек, поскольку при громадных скоростях жидкость воспламеняется.
Исследуя обстоятельства нехорошей шлифуемости жаропрочных сплавов, было высказано предположение о вероятном химическом сотрудничестве материала шлифовального круга со шлифуемым жаропрочным сплавом. В сплав входиттитан, что при больших температурах, как было указано, очень активен и в зоне контакта с абразивным кругом вступает с ним в химические соединения, образуя TiC, TiSi, TiSi2 и TiSi3.
Низкая теплопроводность сплавов ведет к еще большему повышению температуры в зоне контакта и усилению химической активности контактирующих материалов (абразив—металл).
Опытами установлено, что при шлифовании теплостойкого сплава, содержащего титан, темперамент износа круга другой, чем при шлифовании простых сталей. Частички сплава скоро налипают на вершины абразивных зерен, а поры остаются засоренными. Поверхность абразивных зерен на участках соприкосновения с налипшим металлом имеет такой же вид, как и по окончании химического травления, но отличается от структуры поверхности, где не было налипания.
Чтобы повысить эффективность шлифования сплавов, содержащих титан, целесообразно использовать сма-зочно-охлаждающую жидкость, талантливую исключить химическую активность. самая приемлемой для указанной цели жидкостью есть водный раствор нитрата натрия с добавлением 0,5% смачивателя НБ (бутилнафталинсульфоната, по ГОСТ 6867-54), удельная производительность наряду с этим увеличивается в 8 раз.
Другие изучения продемонстрировали, что образующиеся в ходе шлифования под влиянием больших температур окислы свойственны не только для титаносодержащих сплавов. Другие марки сталей кроме этого легко реагируют с окисью алюминия. Химическая природа износа под действием нагрева при шлифовании, по-видимому, есть неспециализированным свойством абразивов.
При шлифовании происходит короткое возрастание температуры с последующим периодическим охлаждением абразивных зерен при выходе их из контакта со шлифуемым металлом. Но благодаря охлаждения и периодического нагрева абразивный круг интенсивно разрушается. Следовательно, задачей есть отыскать метод образования защитных пленок на абразивных зернах и обрабатываемой поверхности, мешающих происхождению химических реакций между ними при большой температуре в зоне контакта.
Используемые при шлифовании среды должны быть химически стабильны: не через чур щелочными и’ вместе с тем они не должны приводить к. Растворы нитрита натрия пара отвечают этим требованиям. В основном соответствуют этим требованиям жёсткие смазки типа двусернистого молибдена (MoS2), в молекулах которого атом молибдена расположен между двумя атомами серы, благодаря чего в молекулярных слоях образуются как бы два слоя серы со слоем атомов молибдена между ними.
Соприкасающиеся слои атомов легко скользят приятель по приятелю.
Использование жёстких смазок MoS2 разрешает снизить коэффициент трения и контактную температуру. Это происходит благодаря образованию в зоне шлифования защитных пленок в виде химических соединений. Эти пленки мешают контакту между абразивными зернами и шлифуемым материалом и предохраняют их от химических соединений и диффузионных процессов металла с абразивом.
Действенное воздействие жёстких смазок стало причиной созданию шлифовальных кругов с присадками теллура в качестве наполнителя круга. При нагреве до 700° С (температура в зоне контакта круга с подробностью) теллур мгновенно вступает в реакцию со шлифуемым металлом, образуя защитные пленки, предотвращающие схватывание поверхностей.
Обработка давлением. Современная техника обработки металлов давлением по сущности процесса есть одним из примеров применения химии.
При обработке металлов давлением самый действенны химические методы заедания инструмента и предотвращения схватывания с обрабатываемым материалом. Как показывают изучения, сочетание химически активных смазок с механическим упрочнением приносит огромную пользу в таких процессах, как волочение и холодная прокатка.
Как мы знаем, что при скоростях скольжения и больших нагрузках смазка возможно выдавлена с поверхности металла. Следовательно, гидродинамические условия смазывания нарушаются, и смазочная пленка перестает надежно разделять трущиеся поверхности. Тогда решающую роль начинает играться молекулярное сотрудничество масляной пленки, но благодаря развивающихся больших температур оно ослабевает и пленка теряет собственные защитные особенности.
Изучению выбора смазки и вопросов трения при обработке давлением посвящено много экспериментальных и теоретических работ и тут нет необходимости детально останавливаться на них. Отметим только, что сейчас эти вопросы изучаются с химических позиций и этот путь оказывается самоё перспективным для ответа практических задач современной техники.
Еще очень многое в этом вопросе не хватает изучено, многие объяснения противоречивы, но установленным и практически общепризнанным на данный момент есть то, что коэффициент внешнего трения, имеющий, как мы знаем, важное значение при обработке давлением, имеется функция физико-химического состояния поверхностей л в меньшей степени зависит от механических особенностей металла. Значения коэффициентов внешнего трения трущихся металлов разны, в зависимости от наличия окислов или вторых химических соединений на поверхности трения.
Изучения по определению коэффициентов внешнего трения при деформации намерено окисленных поверхностей металлов, а также в вакууме и при наличии химически деятельных газов говорят о том, что глубокое окисление поверхности повышает внешнее трение; трение же в вакууме ведет к схватыванию поверхностей, а введение некоторых химически деятельных газов может быстро снизить либо, напротив, в отдельных случаях расширить коэффициент трения.
Изучая зависимость упрочнения при волочении металлов от толщины пленок окислов, исследователи определили, что с момента образования окисных пленок упрочнение при волочении остается неизменным при толщине пленок приблизительно 20 А. С повышением толщин пленок методом нагревания образцов либо химическим методом отмечается рост упрочнения. При повышении толщины пленок до 0,2 мк тянущее упрочнение волочения возрастает в 3 раза, продолжая расти и дальше, и достигает громаднейшего значения при толщине пленок 1 мк.
Заметное увеличение коэффициента трения отмечается на пленках бромидов меди, приобретаемых обработкой образцов в броме. В следствии обработки поверхностей в спиртовом растворе йода коэффициент трения возрастает больше чем в 2 раза.
Существенно улучшается чистота поверхности и значительно уменьшается упрочнение волочения при добавлении 1—5% олеиновой кислоты в керосин. Согласно данным П. А. Ребиндера, добавление 0,2% стеариновой кислоты к вазелиновому маслу сокращает время течения меди, свинца и олова до разрыва в 4—10 раз, а при добавке к вазелиновому маслу 0,001% церотиновой кислоты — в 30— 60 раз.
Так, смазочное воздействие либо уровень качества смазки при обработке давлением в значительной мере зависит от химической природы смазочного слоя. При разумном применении химических смазок удачно решаются главные задачи — понижение до минимума работы внешнего трения при пластическом течении металла, получение однородных физико-механических особенностей деформируемого изделия с нужным качеством поверхности, и уменьшение износа инструмента, используемого при обработке давлением.
Износостойкость. Увеличение износостойкости и срока работы автомобилей есть одной из наиболее значимых задач современной техники.
предотвращению процессов износа и Исследованию трения трущихся поверхностей посвящено большое количество работ. Как показывают изучения, сопротивление металлов износу при трении в значительной мере зависит от окисных и прочности и адсорбционных свойств плёнок их сцепления с главным металлом.
Окисные и адсорбционные пленки, образующиеся при сотрудничестве трущихся поверхностей, приводят к образованию связей менее прочных, чем железные.
При относительно малых давлениях (10—20 кг/см2) продукты износа состоят в основном из окислов железа, т. е. при маленьких нагрузках изнашиваются только окисные пленки. При больших скоростях и чрезмерных нагрузках протекают в один момент два процесса: пластическое деформирование и окисление металла с отделением продуктов износа.
диффузия кислорода и Пластические деформации (из воздуха) в металл происходят непрерывно, причем эти процессы взаимно усиливают друг друга.
Изучениями Б. И. Костецкого установлено, что кислород воздуха, являясь главным элементом, что попадает в металл в ходе износа, содействует повышению пластических деформаций.
Узкие поверхностные слои упруго и пластически деформируются на глубину сотых либо десятых долей микрона. В один момент пластически деформированные количества металла насыщаются кислородом смазки и воздуха и частично углеродом смазки, образуя более жёсткие и более хрупкие вторичные структуры.
На поверхностях трения как бы непрерывно происходит химико-механический процесс: образование химических соединений и унос их в смеси с жёсткими частицами абразива и металла, находящегося в смазке. Для предотвращения заеданий нужно, дабы появившаяся пленка окислов имела малую прочность.
Разная свойство металлов к схватыванию разъясняется разными особенностями окисных пленок. Посредством микродифракционных изучений установлено, что при комнатной температуре образуются аморфные пленки, в то время как при высокотемпературном окислении они в основном кристаллического строения. Аморфные окисные пленки владеют лучшими про-тивозадирными особенностями, чем кристаллические.
Этим разъясняется меньшая стойкость металлов к схватыванию при больших температурах, чем при комнатной.
Металлографическими изучениями установлено, что при трении задиры появляются прежде всего по границам зерен. Установлена связь износа материала с толщиной окисной пленки, наряду с этим распознано, что с повышением времени окисления нагрузка разрушения возрастает.
С повышением содержания кислорода происходит качественное изменение характера износа — переход от задирания к истиранию трущихся поверхностей. С одной стороны, кислород тут играется хорошую роль, предотвращая задирание металлических поверхностей, а с другой — его роль отрицательна, потому, что износ при истирании возрастает с повышением концентрации кислорода.
Газовый химический анализ металла узких поверхностных слоев подшипников качения говорит об повышении содержания кислорода в металле трудящихся подшипников в 100—200 раз если сравнивать с металлом неработающих подшипников.
Для удовлетворительной работы современных автомобилей потребовалось создать новые смазки с добавками химических присадок, владеющие высокими противозадирными и противоизносными особенностями.
При трении железных поверхностей в следствии сотрудничества с присадками появляется слой химических соединений, мешающих схватыванию и уменьшающих износ поверхности. В данной связи полагали, что углеводные смазочные жидкости типа цикло-гексана, цетана, фурфурола, динонилнафталина и других углеводородов с низким молекулярным весом не оказывают химического влияния на трущиеся поверхности.
Изучения, выполненные сейчас, говорят о том, что и эти смазки не были за бортом химически действующих смазок. При опытах с циклогексаном и бензолом темперамент продуктов износа зависел от концентрации кислорода в смазочном материале. При низкой концентрации кислорода, в то время, когда имеет место интенсивный износ, продукты износа являются тёмный ферромагнитный порошок FeC.
При высокой концентрации кислорода, в то время, когда кроме этого отмечается интенсивный износ, продукты износа являются по большей части Fe203 с примесью Рез04, причем количество Fe304 возрастает с уменьшением концентрации кислорода.
Испытания были совершены с углеводородами в двух фазах: в жидкой и в фазе пара. Результаты опытов (длительностью 1 час при нагрузке 50 кг и температуре 25 °С) поняли, что при действии жидкого цикло-гексана на трущихся поверхностях появляются неотёсанные риски, причем концентрация циклогексана не имеет значения.
Бензол снижает износ при больших концентрациях кислорода. В фазе пара бензол образует еще громадные риски при всех концентрациях кислорода. Цик-логексан в фазе пара лишь при высокой концентрации кислорода образует риски.
При низких концентрациях (в пределах от 5 • 10 6 до 5,2-10“3) кислорода наблюдался незначительный износ.
Так, оба испытанных углеводорода снижают износ. Жирные кислоты, так же как и чистые углеводороды, быстро увеличивают коэффициенты трения соответственно температурам плавления жирных кислот.
При опытах в сухом воздухе возрастает коэффициент трения при температуре плавления не стеариновой кислоты, а стеарата меди. Стеарат меди образуется в следствии реакции стеарина с окисью меди. Осмотр образцов подтверждает тот факт, что вместо белой пленки стеариновой кислоты появляется синевато-зеленая — цвет, характерный для стеарата меди.
При опытах во мокром воздухе коэффициент трения в любых ситуациях (при всех температурах до 200 °С) сохраняет низкое значение (0,045). При отсутствии кислорода и воды при трении не происходит химических реакций. Это подтверждают испытания по трению в воздухе инертного гелия и особенно в вакууме.
Испытания говорят о том, что только одна выдержка в вакууме, сколь бы долгой она ни была, не оказывает заметного влияния на коэффициент трения. Прогревание в вакууме, при котором удаляются с поверхностей все адсорбированные пленки, содействует при скольжении свариванию поверхностей, а коэффициент трения увеличивается до высоких значений, ни при каких обстоятельствах не замечаемых в простых условиях (ц = 6 и больше) при наличии разделительных пленок.
Так, оксидные либо иные неметаллические пленки, в особенности если они достаточно прочны, являются надежной защитой от схватывания, заедания, наволакивания трущихся поверхностей и, следовательно, мешают происхождению больших, а время от времени и катастрофических повреждений поверхностей при трении.
Стойкие против схватывания трущиеся пары приобретают не только в следствии выбора соответствующих смазок или материалов, Владеющих низкой свойством к схватыванию, но и химической, термохимической и электрохимической обработкой поверхностей трения.
