Современные представления о влиянии ПАВ на процессы деформации и разрушения твердых тел

Поскольку ПАВ, как правило, выполняет главную роль в составе первой группы СОТС, снижая энергосиловые пара­метры механической обработки, повышая стойкость режущего инструмента и улучшая качество обработанной поверхности, ниже приводится краткий анализ существующих представле­ний о влиянии ПАВ на процесс резания металлов.

В соответствии с представлениями П.А.Ребиндера и его школы, при механической обработке металлов в условиях вы­соких удельных нагрузок молекулы ПАВ адсорбируются на поверхностях, проникают в микротрещины и оказывают рас­клинивающее действие, облегчая деформирование кристалличе­ской решетки. Пластическая деформация металла в условиях адсорбционного воздействия среды происходит при значительно меньшем напряжении или в более короткое время при данном напряжении.

При изучении влияния различных поверхностно-активных сред на физико-механические свойства металлов было установлено, что вследствие снижения по­верхностной энергии в результате адсорбции облегчается выход на поверхность и разрядка дислокаций, что приводит к пла­стификации материала, снижению предела текучести и коэф­фициента упрочнения, увеличения числа пачек скольжения и их измельчению. Следует отметить, что эффект адсорбци­онного понижения прочности может возрасти, когда активные компоненты среды образуют хемосорбционные связи с поверх­ностью деформируемого материала или с элементами, входя­щими в его состав. Это, вероятно, связано с тем, что уро­вень энергии хемосорбционной связи более, чем на порядок превышает энергию связи физической адсорбции.

Анализ приведенных литературных источников позво­ляет сделать вывод, о том, что понижение поверхностной энер­гии твердого тела на границе со средой - лишь необходимое, но недостаточное условие для проявления указанного эффекта, поскольку для этого требуется еще реализация ряда других процессов. Существенную роль при этом играет уровень механических напряжений и характер напряженного состоя­ния, а также кинетический фактор, обуславливающий запас жидкой фазы, условия ее течения и возможность быстрого проникновения ПАВ в дефекты кристаллической решетки ме­талла. Аналогичное действие по мнению Гороховского Г.А. могут оказывать радикалы, которые образуются при деструкции высокомолекулярных соединений, используемых в качестве компонентов СОТС.

В результате проведенных исследований установле­но, что существуют предельные случаи проявления облегчения процесса деформации и разрушения твердых тел - "внешний" и "внутренний". Внешний эффект вызывается адсорбцией на внешней поверхности деформируемого тела или внутри его на поверхности развитых дефектов, а "внутренний" - при проник­новении активных компонентов среды внутрь материала. Эти эффекты, однако, могут проявляться и в смешанном виде.

Согласно теории каталитического распада СОТС, пред­ложенной Г.Н.Епифановым, молекулы внешней среды под действием силового поля ювенильных поверхностей, образую­щихся при резании, разрушаются с образованием активных элементов, диффундирующих в деформируемый металл. В ре­зультате этого металл в зоне деформации быстрее достигает предела прочности и разрушается при меньших затратах энер­гии. В этой же работе утверждается, что при разрушении ме­таллов в процессе резания впереди резца утрачивается связь между соседними атомами, а значит эти атомы становятся пре­дельно активными в химическом отношении.

Розенберг А.М., Виноградов Ю.М., Сапин Н.Н., Кузне­цов В.Д. и др. объясняют влияние поверхностно-активных компонентов СОТС чисто физическими причинами - уменьше­нием внешнего трения, отвергая возможность проявления эф­фекта Ребиндера. По мнению этих авторов поверхност­но-активные жидкости наряду с охлаждением и смачиванием, уменьшают внешнее трение между обрабатываемыми материа­лом и режущей кромкой инструмента благодаря образованию на ее поверхности прочных смазочных пленок с низким коэф­фициентом трения. Этой же точки зрения придерживаются и некоторые зарубежные авторы Драйвер, Тейбор, Шмидт, Бис-со, Мерчемт, Патрис и др.

Более поздние исследования показали, что превалирую­щим по сравнению с остальными действиями является механо-химическое действие. Сущность его состоит в том, что под действием высоких температур и давлений, возникающих в зоне резания а также активирующего влияния ювенильных поверхностей стружки и заготовки компоненты СОТС разру­шаются с образованием реакционных частиц - атомов и ради­калов, вступающих в химические реакции с контактными площадками инструмента и стружки, образуя твердые пленки.

Таким образом, в настоящее время нет единой точки зрения на механизм влияния ПАВ, являющихся основным компонентом СОТС, на процесс резания. Вместе с тем, следует полагать, что влияние ПАВ на процесс резания металлов имеет физико-химическую природу и проявляется на следующих по­следовательно протекающих стадиях. В начале имеет место физическая адсорбция поверхностно-активных компонентов СОТС на пластически деформируемом материале, потом воз­можно разрушение ПАВ под действием высоких локальных температур и контактных давлений (зона резания) с образова­нием химически активных частиц. Их влияние на процесс ре­зания может быть реализовано по механизму каталитического распада СОТС Г.Н. Епифанова.

В заключение следует отметить, что в настоящее время предельная эффективность СОТС достигается поверхностно-активными добавками. Поэтому один из основных путей даль­нейшего улучшения действующих и создания новых эффектив­ных СОТС заключается в разработке и применении новых ком­понентов СОТС, позволяющих в широких пределах изменять их технологические свойства.

Дата добавления: 2014-01-11