Ефективність використання мор на вторинній сировині при механічний обробці сталі

 

Ефективність використання МОР в технології механообробки безпосередньо пов’язана з інтенсифікацією процесу різання і підвищенням стійкості різального інструмента. Дія МОР залежить від її складу, присутності протикорозійних, протиокислювальних та ін. присадок, а також від особливостей конкретного технологічного процесу і оброблюваного матеріалу [24]. Це зумовлює необхідність використання узагальнюючих методів оцінки ефективності дії МОР та узагальненої функції корисності протикорозійних присадок в складі МОР. До диференційованих властивостей інгібованих МОР можна віднести:

1. Охолоджуючі та мастильні властивості. Вони безпосередньо впливають на продуктивність та економічність механообробки, стійкість різального інструменту, яка залежить від температури в зоні різання і розподілу тепла в системі інструмент - стружка - МОР - деталь. МОР знижують загальну теплову потужність різання, інтенсифікують теплообмін в зоні різання.

Охолоджуюча властивість МОР обумовлює зміну температурного поля в зоні різання, зниження температурних деформацій, підвищення точності, обробки і стійкості різального інструмента. Від охолоджуючої здатності МОР залежать допустима швидкість різання, подача, теплостійкість різального інструменту. Термічна здатність МОР відводити тепло визначається її теплопровідністю, питомою теплоємністю, теплотою випаровування, змочуваністю.

Остання обумовлює ефективну площу теплопереносу при охолодженні. Зниження поверхневого натягу МОР сприяє кращому розтіканню по металу. Основний показник, який характеризує теплообмін - коефіцієнт тепловіддачі, який визначається комплексом К [8]:

 

К= l ^0,65 (С_р/ n) ^{ 35} ( 1.21),

l   теплопровідність, С_р - ізобарна теплоємність. Величина К залежить від теплофізичних властивостей МОР і тому може бути мірою її охолоджуючої здатності. Беруть до уваги також зв’язок між стійкістю інструмента Т і температурою в зоні різання t:

 

Т= (1/t) ^{n (}1.22),

 

n=0,35…0,38, C-const. Суттєвий вплив на l  С_р МОР мають ПАР, які додаються як поліфункціональні присадки. Про якісні мастильні властивості судять по зниженню енергосилових параметрів різання P_x, P_y, P_z, а також М_кр.

2. Характеристики оптимальних параметрів стану поверхневого шару деталей: геометричні (шорсткість) та фізико-механічні (мікротвердість, внутрішні залишкові напруження) [6].

Шорсткість поверхні, крім параметрів R_a, R_z, характеризується безрозмірним комплексом D [5]:

 

D = (100/t_m) ^1/v × (R_p / r) ( 1.23)

 

t_m - відносна опорна довжина профілю на рівні середньої лінії, %.

v - параметр початкової ділянки кривої опорної поверхні,

R_p - відстань від лінії виступів до середньої лінії

r  середній радіус локальних виступів.

Для оцінки характеру деформації мікронерівностей запропоновано параметр g  пластичності [2]:

 

 (1.24)

 

Цінність цього параметру полягає в тому, що він містить як геометричні характеристики поверхні (R_а, r), так і фізико-механічні властивості (Е і НВ - модуль пружності, твердість).

Контакт вважають пластичним, коли цей параметр більше одиниці. Із збільшенням навантаження відбуваються структурні зміни, які різко змінюють структурно чутливі механічні та фізичні властивості. Особливо сильно збільшується границя текучості: для низьковуглецевої сталі (e =7  ), s _T зростає в 2,2 рази, для аустенітної - в 4,2 рази. Шорсткість значно впливає на коефіцієнт тертя f. Зменшення її в 30 разів, зменшує f в 2 рази [5]. Товщина масляної плівки також на 35% визначається шорсткістю поверхні зразка. Процес тертя зумовлює певну зносостійкість деталей.

3. Експлуатаційні властивості сталі після механообробки із МОР. Це, по-перше, визначення хімічного опору обробленої поверхні металу корозії та КМР. Перспективним є аналіз кореляційних залежностей кінетичних та термодинамічних параметрів корозії від шорсткості, мікротвердості, залишкових внутрішніх напруг. Так, при згині теоретичний коефіцієнт концентрації напружень a₀, що характеризує вплив шорсткості на границю витривалості, становить:

 

, (1.25)

 

g  =    t - висота нерівностей, r - радіус западин.

За Одінгом [2] можна оцінити зміну опору втомі в залежності від шорсткості поверхні емпіричним коефіцієнтом

Т=1+ a×s _{ }  26

 

при шліфуванні a =4 при чистовому точінні a =6  при чорновому a = s _{ } - границя витривалості при згині. Нерівності - це концентратори напружень, які є однією з причин зниження границі витривалості. Показано [5], що зменшення Ra від 0,74 до 0,22 мкм збільшує s _{ } на 14%, а строк служби більш ніж в 2 рази. Крім того, опір втомі залежить від величини і знаку внутрішніх залишкових напружень [4]. Корозійна тривкість сталі в середовищах з рН 0…14 залежить, як від геометричних (шорсткості), так і більшою мірою - від фізико-механічних параметрів стану поверхневого шару [18], на які впливає також склад МОР.

4. Фізико-хімічні, адсорбційно-хемосорбційні, захисні, адгезійно-когезійні властивості МОР та їх складових. Продуктивним тут є проведення кореляційного аналізу “Хімічна будова основних складових відходів, електронна структура, термодинамічні характеристики (MNDO-PM3) молекул Ін - захисні властивості". Ефективність дії МОР може бути підвищена за рахунок синергічних добавок з високою поверхневою активністю, бо швидкість розчинення (ШР) залежить від величини поверхневого натягу g, що входить в одну із констант К [2]:

 

К= (2pg) ^1/2 (1.27)

 

При різкому зниженні g в результаті адсорбції ПАР на гідрофільній поверхні d - металів спостерігається зменшення ШР. Для ефективного інгібування позитивним є збільшення молярної маси Ін, підвищена донорно-акцепторна активність гетероатомів молекул ПАР, пасивація поверхні металу металохелатними комплексами з низькою розчинністю (високим хімічним опором) та великими константами тривкості. Має важливе значення бактерицидна стійкість МОР в залежності від добавок ПАР. В процесі термо-механічної деформації збільшується концентрація дислокацій, вакансій в кристалах металу, тому стає обґрунтованим використання полідентатних Ін, з декількома електронодонорними та електроноакцепторними реакційними центрами.

5. Екологічні властивості МОР та їх складових. На етапі їх розробки дуже важливою є прогнозна екологічна та токсикологічна оцінка МОР, яка дає можливість визначити клас небезпеки, основні підконтрольні санітарно-гігієнічні параметри, екологічні збитки довкіллю та їх попередження. Нарешті, розрахунок техніко-екологічної, еколого - і соціально-економічної ефективності протикоро-зійної активності синергічних МОР на вторинній сировині визначає корисність їх застосування при різанні сталі для підвищення її хімічного опору корозії і КМР в процесі експлуатації ще на стадії формоутворення деталей.