Адсорбция низкомолекулярных продуктов деструкции полимерной компоненты СОТС на поверхности обрабатываемого металла

Резание стали и сплавов принято считать процессом превалирующего пластического деформирования [119]. От пла­стической деформации зависят тепловой режим и контактные нагрузки на рабочих поверхностях инструмента, а следователь­но, интенсивность и характер его износа. От характера проте­кания пластической деформации и механизма деформационного упрочнения зависят точность обработки, шероховатость и каче­ство поверхностного слоя обрабатываемой детали. Поэтому, для существенного снижения энергосиловых затрат на механиче­скую обработку металла необходимы такие СОТС, которые бы помимо смазывающих и охлаждающих функций оказывали бы влияние на величину энергетических затрат, т.е. на работу пластической деформации. Но главные принципы, положенные в настоящее время в основу разрабатываемых отечественных и зарубежных СОТС направлены, в основном, на решение задачи повышения их антифрикционных свойств, обеспечения с их помощью снижения температуры в зоне механической обработ­ки. Такие показатели свойств технологических жидкостей хотя и важны, но не нацелены на главное - снижение энергосиловых затрат при пластическом деформировании. Следует отметить, что определенное влияние на облегчение процесса разрушения современные СОТС оказывают за счет обратимых эффектов в результате адсорбции низкомолекулярных компонентов. Одна­ко, комплексное воздействие этих компонентов, входящих в со­став современных СОТС, на процесс механической обработки твердых тел все же оказывается не существенным и не обеспе­чивает высокого уровня требований к таким жидкостям. Дан­ные, представленные в предыдущем параграфе свидетельствуют о том, что низкомолекулярные продукты, образующиеся в ре­зультате деполимеризации макромолекулярной цепи полимера в зоне механической обработки в основном углеводородного со­става. Поэтому, можно утверждать, что именно такие среды наиболее существенно оказывают влияние на процесс пластиче­ского деформирования, значительно снижая энергетические за­траты (глава 5).

Влияние низкомолекулярных углеводородных сред на процесс пластического деформирования металла осуществляет­ся через его поверхность, путем физической или химической адсорбции.

Эти продукты, хемосорбируясь на поверхности обрабатываемо­го металла, способствуют снижению его поверхностной энер­гии, облегчая, согласно эффекту Ребиндера, процессы дефор­мирования и разрушения, а также образованию на поверхности материала "ворса" состоящего из фрагмента макроцепи поли­мера, вызывающих снижение коэффициента трения. Кроме то­го, за счет более прочной связи "металл-макрорадикал" растет вероятность попадания макрорадикалов непосредственно в зону контакта "деталь-инструмент".

Деполимеризация макроцепей с образованием газооб­разных, жидких и твердых низкомолекулярных продуктов вы­зывает:

1. Снижение концентрации кислорода в зоне резания при точении или в зоне деформирования при обработке метал­лов давлением, т.е. обуславливает работу режущего или фор­мирующего инструмента в восстановительной атмосфере, что повышает его стойкость в работе.

2. Адсорбцию НС1, образующейся в результате взаимо­действия водорода и хлора, и воздействие кислоты на стальную поверхность с образованием неорганической соли FeCl₂, а при ее окислении и FeCl₃. Температура плавления этих солей низ­кая и на превышает 672°С и 309°С для FeCl₂ и FeCl₃ соответ­ственно. Поэтому, при механической обработке, при которой температура в зоне резания значительно превышает температу­ру плавления неорганических солей, они плавятся и образуют пленки с низким сопротивлением сдвигу, что снижает коэффи­циент трения.

3. Адсорбцию атомарного водорода, образующегося в ре­зультате полимеризации макроцепи полимеры и после взаимо­действия с обрабатываемой поверхностью по реакции Fe + 2НС1 = FeCl₂ + H₂. Действие на металл адсорбированного на его по­верхности водорода чрезвычайно разнообразно [103] и меха­низм его влияния до конца на ясен. Но во всех рассматривае­мых случаях он облегчает процессы деформации и разрушения.

4. Адсорбцию других химических элементов, которые входят и могут быть специально введены (например, путем мо­дификации) в состав макромолекул и, в первую очередь, С, N, Р, S и другие. Эти адсорбированные вещества могут выполнять различные функции. Например, непосредственно разделять трущиеся поверхности (углерод), разделять трущиеся поверх­ности после образования химических соединений с железом.

5. Диффузию всех химических элементов, адсорбиро­ванных на поверхности обрабатываемого материала, с измене­нием его физико-механических свойств.

Таким образом, механическая обработка стали и сплавов резанием или давлением (ОМД) в полимерной СОТС осуществ­ляется при комплексном и многообразном влиянии различных химических элементов и соединений, комбинация которых оп­ределена химсоставом макроцепи полимера, условиями депо­лимеризации, каталитической активностью поверхности обра­батываемого материала и его свойствами. Многообразие воз­можного проявления явлений и процессов приводит к сущест­венному отличию механизма обработки металлов резанием и давлением в средах на основе полимера, от составов на основе низкомолекулярных компонентов.

Дата добавления: 2014-01-11