Технические науки / 8. Обработка материалов в машиностроении

Доктор технических наук, Шарипов Б.У.

Борисоглебский государственный педагогический институт, Россия

Влияние энергии когезионного взаимодействия химических элементов металла на выходные параметры процесса обработки

В работе представлены результаты экспериментальных исследований влияния на выходные параметры обработки условий контактирования инструментального и обрабатываемого материалов с учетом энергии когезионного взаимодействия химических элементов обрабатываемых сплавов. Известно [1], что характер взаимодействия атомов вещества определяется величиной энергии связи, называемой энергией когезионного взаимодействия, которая характеризует, насколько прочно связан атом с соседними атомами в твердом теле. От этой энергии зависят величины модуля упругости, температура плавления и другие физико-механические характеристики материала. Считается, что при контактировании разноименных металлов чаще всего прочность адгезионных связей оказывается выше когезионной прочности слабейшего из материалов и разрушение мостиков сварки носит когезионный характер. Это обстоятельство особенно значимо проявляется в процессе резания металлов, когда происходит высокотемпературный контакт двух разнородных материалов – инструментального и обрабатываемого.

Используя значения энергии когезионного взаимодействия для всех химических элементов, которые Бакли Д. приводит в [1], введен условный коэффициент , отражающий суммарное влияние всех химических элементов, добавленных в качестве дополнительных присадок в основу сплава с учетом величины энергии когезионного взаимодействия этих элементов и их процентного содержания в сплаве. Для установления взаимосвязи выходных параметров процесса резания с величиной энергии когезионного взаимодействия вводимых в основу сплава химических элементов исследована группа жаропрочных сплавов на никелевой основе: ХН77ТЮ (ЭИ437А), ХН77ТЮР (ЭИ437БУ), ХН70ВМТЮ (ЭИ617), ХН70ВМТФЮ (ЭИ826), ХН55ВМТФКЮ (ЭИ929), ХН51ВМТЮКФР (ЭП220).

Эти материалы представляют собой отдельную группу сплавов, содержащих основные легирующие элементы и , которые формируют в сплаве интерметаллидную , упрочняющую материал и повышающую его жаропрочность. В исследуемых сплавах величина составила от 11,5% в ХН77ТЮ до 45,0% ХН51ВМТЮКФР соответственно. Точение указанных сплавов производилось резцами из твердого сплава ВК6М с геометрией: . Исследования показали, что взаимосвязь количества с величиной условного коэффициента , отражающего совместное влияние присадок титана и алюминия на величину энергии когезионного взаимодействия этих элементов с учетом их процентного содержания в сплаве, имеет линейный характер. Математическая модель этой зависимости имеет вид:

или .

Для оценки влияния энергии когезионного взаимодействия на выходные параметры процесса резания применили коэффициент , представляющего сумму , где учитывает энергию когезионного взаимодействия всех легирующих присадок без титана и алюминия. Все показатели качества обработанного поверхностного слоя детали и стойкости инструмента получены при точении на оптимальных скоростях резания.

Обработка экспериментальных данных позволила получить следующие расчетные зависимости:

или ;

или ;

или ;

или ,

где Т – стойкость режущего инструмента, мм;

- тангенциальные остаточные напряжения, МПа;

- глубина упрочнения обработанного поверхностного слоя детали, мкм;

N – степень упрочнения материала детали, %.

Исследования показали, что в логарифмической шкале показатели качества обработанного поверхностного слоя детали и логарифм стойкости инструмента T линейно зависят от величины показателя энергии когезионного взаимодействия. Следует отметить, что показатели , полученные при точении жаропрочного сплава ЭП220, точно укладываются в линейные зависимости. Однако численное значение показателя оказалось несколько ниже указанной на графике зависимости . Причиной этой аномалии является то, что при точении этого сплава температура в зоне резания оказалась значительно выше, чем при обработке остальных сплавов в группе.

Выполненные исследования показали, что для определенной группы материалов по величине коэффициента, учитывающего энергию когезионного взаимодействия, существует реальная возможность предварительно осуществлять прогнозирование ожидаемых показателей качества обработанного поверхностного слоя деталей и размерной стойкости режущего инструмента.

Литература

1. Бакли Д. Поверхностные явления при адгезии и фрикционном взаимодействии /Д. Бакли //пер. с англ. А.В.Белого, Н.К.Мышкина: Под ред. А.И.Свириденка.– М.: Машиностроение, 1986.– 360 с. ил.