Д.т.н. Сошко А.И., к.т.н. Сошко В.А.

Херсонский национальный технический университет

Некоторые процессы и явления в происходящие в зоне резания при обработке стали в полимерсодержащей СОТС.

Непрерывные обновления технологий, новые задачи, которые ставит перед наукой мировое сообщество и которые постоянно усложняются, требуют не только системной работы над получением новых материалов с необходимыми свойствами, но и разработке в связи с этим новых подходов к созданию технологий их обработки. Среди таких подходов в первую очередь выделим способ термомеханохимической обработки металлов (ТМХО)
[1-3], который отличается большой эффективностью и получил высокую оценку металлообрабатывающих предприятий. [1,4].

Таким образом для реализации способа ТМХО, комплекс разнообразных физических процессов и явлений сопровождающих разрушение материала, сначала выполняют роль спускового механизма, дающего старт химическим реакциям, а затем, на завершающем этапе, ускоряют реакции, обеспечивающие образование радикально активного продукта − водородной плазмы. А затем, в результате взаимодействия электрически заряженных частиц водорода с металлом происходит существенное облегчение перестройки и разрыва сил связей атомов деформируемого материала.

В рамках данной работы была выделена задача, связанная с выявлением, электрических процессов и явлений, являющихся постоянными спутниками разрушения металла.

Анализ современных представлений о механизмах проявляется в зоне резания различных физических процессов, способных радикально изменить состав и свойства жидкости с различными добавками, позволяют выделить те, которые следует учитывать при решении сформулированной задачи. К ним следует отнести: протекание электрического тока в технологической цепочке «инструмент – обрабатываемый материал – станок – земля»; наличие на поверхностях плоскостей трещин электрического слоя высокой плотности на уровне нескольких межатомных расстояний от поверхности; гетерогенность разрушающихся поверхностей, в которых имеются участки, существенно различающимися по величине электрохимического потенциала; структурными дефектами доформируемого материала, многие из которых (дислокации, границы зерен и др.) можно моделировать, как микрощели, обладающие электрическим зарядом.

Рассмотрим роль каждого из отмеченных факторов в процессах образования, переноса и взаимодействия электрически заряженных частиц водорода с реальной поверхностью деформируемого материала.

Термоэлектродвижущая сила

В результате контакта двух разнородных металлов (инструмент и обрабатываемый материал) при условии различных температур контактирующих тел возникает термоэлектродвижущая сила и в замкнутой цепи начинает протекать электрический ток. Кроме этого в процессе пластической деформации и трения некоторые электроны на контактных поверхностях в зоне стружкообразования приобретают кинетическую энергию, достаточную для преодоления потенциального барьера их отделения от границы металла, что приводит к возникновению термотока и экзоэлектронной эмиссии (При разрушении металла излучается поток электронов достигаемый 6*10³ импульс/мин, а их энергия 10² эв. [5]).

Возникающий в зоне стружкообразования общий ток разделяется на две составляющие: постоянную, обусловленную наличием замкнутой цепи из неоднородных металлов, и переменную, создаваемую термоэлектронными процессами. Поскольку основные носители тока – электроны, диффундируют из нагретой области (лезвие инструмента) в холодную (обрабатываемый металл), то обрабатываемый металл будет обогащаться носителями заряда – электронами и приобретать отрицательный объемный заряд, а инструмент, обедняясь электронами, заряжается положительно. Этот процесс в системе «станок – инструмент – обрабатываемый материал – земля» протекает непрерывно, и непрерывно происходит «перекачивание» электронов в одном направлении от инструмента в деталь, а в системе также непрерывно, будет протекать электрический ток, достигающий достаточно больших значений от 0.2 до 80 ма.

Таким образом в рассматриваемой системе происходит четкий раздел направленности потока движения заряженных частиц водорода: частица с отрицательным электрическим зарядом (Н^-) будет притягиваться инструментом и отталкиваться обрабатываемым материалом. Подобным же образом Н⁺ будет двигаться в направлении обрабатываемого материала.

Градиент электрического потенциала.

В электрическом поле, которое возникает в рассматриваемой системе, на хаотическое тепловое движение электронов накладывается направленное движение – дрейф, с которым связан направленный перенос электрического заряда, т.е. электрический ток. Средняя скорость дрейфа электронов зависит от величины приложенного электрического поля и от взаимодействия электронов с кристаллической решеткой. В электрическом поле идеального кристалла электроны движутся без рассеяния, т.е. с бесконечной длинной свободного пробега. А причиной рассеяния является нарушения периодичности – дефекты решетки и тепловые колебания атомов и ионов [6,7].

По аналогии с электронами протоны в электрическом поле также проходят свободно сквозь идеально правильную кристаллическую решетку, без рассеяния на узлах. Такая решетка не оказывает сопротивление току ионизации. Рассеяние протонных волн и связанное с ними сопротивление металла возникает, если, по аналогии с электронами в кристаллической решетке имеются центры рассеяния – искажения правильности кристаллической решетка [7,8].

Приведенные аргументы показывают, что наличие электрического тока в цепочке «инструмент - материал – станок – земля» могут являться причиной ускоренного переноса водорода в обрабатываемом металле со скоростью, превышающей скорость разрушения металла, что обеспечивает его своевременное поступление в область пластической деформации перед растущей трещиной. Кстати сказать, когда станок отключается от заземления, т.е. когда разрывается электрическая цепь, тут же практически исчезает и эффект от влияния технологической среды.

Литература:

1. Справочник. Смазочно-охлаждающие технологические средства для обработки металлов резанием, под ред. Энтелиса С.Г. изд. Машиностроение, М. 1986, - 352с.

2. Сошко А.И. Сб. полимеры в технологических процессах обработки металлов. Изд. Наук. Думка, Киев, 1977-15с.

3. Сошко А.И., Сошко В.А. Смазочно-охлаждающие средства в механической обработке металлов. Изд. Олди-плюс, Херсон, 2008, ч.1, -388с.

4. Смоляницкий Л.А., Сошко В.А., Эффективность применения полимерсодержащей СОТС при различных режимах резания и видов механической обработки. Сб. Прогрессивные технологические процессы. Краматорск, 1986, -150с.

5. Ахматов А.С. Молекулярная физика граничного трения. , 1963, -472с.

6. Блат Т.Ф. Физика электронной проводимости в твердых телах: Пер. с англ. Мир,1971, -289с.

7. Займак Дж. Электроны и фононы, М.: Мир, 1962,-277с.

8. Фикс В.Б. Ионная проводимость в металлах и полупроводниках. М., Изд. Наука, 1969,-289с.