В ПНИПУ выяснили, как остатки смазочной жидкости влияют на прочность металла

4.3

Важнейший этап производства деталей — обработка для повышения прочности и устойчивости к коррозии. Одна из часто применяемых технологий — ионное азотирование, когда стальную поверхность насыщают азотом. Такой способ увеличивает эксплуатационный ресурс деталей более чем в два раза. Однако перед началом этого процесса детали должны иметь чистые поверхности, без следов коррозии, мазута, грязи и смазочно-охлаждающих жидкостей. Последние из них повсеместно применяют при механической обработке. В результате детали загрязняются разными примесями, и это приводит к появлению серьезных дефектов при азотировании. Ученые ПНИПУ выяснили и описали влияние смазочно-механических жидкостей на процесс обработки. Результаты исследования помогут доказать важность очистки и избежать негативных последствий после азотирования.

ПНИПУ

# жидкость

# ионы

# металлы

# ПАВ

# смазка

В ПНИПУ выяснили, как остатки смазочной жидкости влияют на прочность металла / © Getty images

Исследование представлено на конференции «Инновационные технологии в материаловедении и машиностроении (ИТММ-2023)». Способов упрочнения поверхности существует достаточно много, например цементация, хромирование, обработка токами высокой частоты. Но такие методы имеют ряд ограничений и менее эффективны в массовом использовании. Ионное азотирование – универсальный процесс, позволяющий упрочнять детали любой конфигурации массой от нескольких грамм до тонн.

Сейчас эта технология изучается в Германии, Австрии, Белоруссии, Болгарии и других странах. Она нашла применение во всех отраслях промышленности, в том числе нефтегазовой, трубопроводной, машиностроительной. Однако исследование ученых Пермского Политеха позволило создать обширную базу производственных данных и выявить практическое влияние смазочно-охлаждающих жидкостей на процесс упрочнения. Так были обнаружены и зафиксированы дефекты, которые ранее не были описаны.

Пермские политехники взяли две партии деталей, поступивших на производство со следами смазочно-охлаждающих жидкостей после механической обработки. При визуальном осмотре на поверхности деталей ученые ПНИПУ сразу заметили белые разводы, пятна и въевшуюся технологическую грязь. Наиболее загрязненными местами оказались отверстия и резьба.

Каждую деталь, в том числе внешний и внутренний диаметр, мелкие отверстия и резьбу вручную промыли бензином, ацетоном, поверхностно активными веществами (ПАВ) с теплой водой и раствором холодного химического обезжиривания. Затем протерли насухо белой ветошью, чтобы отследить чистоту поверхности. В результате на первой партии деталей после применения бензина и ПАВ поверхности были чистыми. На остальных деталях даже после применения всех средств устранить полностью следы смазочно-охлаждающей жидкости не удалось.

Затем на всех деталях провели ионное азотирование и повторный осмотр. Ученые зафиксировали дефекты и измерили поверхностную твердость деталей при помощи специального устройства – ультразвукового твердомера.

«В процессе ионной обработки остатки смазочно-охлаждающей жидкости и примеси выгорали, искрились и загрязнили камеру установки и вакуумную систему. Мы наблюдали неравномерное свечение плазмы на деталях во время температурной выдержки. Обычно после упрочнения поверхность металла становится равномерно матово-серой или черной, а у нас цвет был неравномерным на всех деталях. На второй партии появились ярко выраженные радужные пятна, поскольку в процессе закалки частицы смазочно-охлаждающих жидкостей образуют тонкие полимерные пленки, которые тормозят проникновение азота вглубь металла», – рассказывает аспирант кафедры механики композиционных материалов и конструкций ПНИПУ Ирина Соколова.

«Результаты измерений поверхностной твердости, которые были проведены, доказывают неравномерность и дефектность полученного упрочнения. Твердость таких деталей оказалась либо на 20-40 процентов ниже, чем на однородной поверхности, либо не изменилась в сравнении с незакаленным металлом», – подводит итог профессор кафедры механики композиционных материалов и конструкций ПНИПУ Светлана Порозова.

Так ученые Пермского Политеха выяснили, что различные жидкости влияют на образование азотированного слоя по-разному. Например, в одной из рассмотренных жидкостей оказались трудноудаляемые тяжелые фракции органических веществ, температура выгорания которых может достигать 1000 °C. Полностью очистить поверхность деталей от смазочно-охлаждающих жидкостей можно с использованием специальных химических растворов, но их необходимо подбирать исходя из анализа состава.

Благодаря исследованиям пермских политехников стало ясно, что перед ионным азотированием детали необходимо очищать от смазочно-охлаждающих жидкостей, поскольку их остатки замедляют процесс проникновения азота и становятся причиной возникновения внешних дефектов. Проведенная работа позволит усовершенствовать технологические процессы, чтобы повысить производительность и качество изделий, сократить количество бракованных деталей, например, для строительства автомобилей. Результаты исследований уже нашли свое применение на практике – их учитывают при приеме деталей для азотирования специалисты компании ООО «Ионные технологии», которые занимаются химико-термической обработкой деталей, инструмента, узлов механизмов из сталей, чугуна, титана и сплавов.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.

Пермский национальный исследовательский политехнический университет (национальный исследовательский, прошлые названия: Пермский политехнический институт, Пермский государственный технический университет) — технический ВУЗ Российской Федерации. Основан в 1960 году как Пермский политехнический институт (ППИ), в результате объединения Пермского горного института (организованного в 1953 году) с Вечерним машиностроительным институтом. В 1992 году ППИ в числе первых политехнических вузов России получил статус технического университета.