Шоль Н.Р., Коптяева Г.Б., Коптяев А.В. (УГТУ, г. Ухта, РФ)
The application of aqueous solutions on the basis of monoleach allows to improve properties of steel - to increase hardness and uniformity of its distribution on cross-section of a part, to decrease speed corrosions of the wood-working equipment.
Для деревообрабатывающего инструмента, а также для деталей машин лесоперерабатывающего производства, актуальной проблемой наряду с высокой износостойкостью в настоящее время является проблема коррозии, связанная с образованием микротрещин в структуре металла в процессе его эксплуатации. Как показали последние исследования механизма протекания коррозии деревоперерабатывающего оборудования, эти процессы связаны с активностью сульфатредуприцирующих бактерий (СРБ), то есть с процессами биологической коррозии. В зависимости от породы обрабатываемого материала условия для протекания коррозии инструмента и деталей конструкций различны и зависят от количественного соотношения содержащихся в древесине СРБ, сероводородосодержащих продуктов, а также особенностей технологического процесса переработки древесины.
В процессе технологической переработки древесины происходит насыщения поверхности металла водородом, который необходим клеткам СРБ для сульфатредукции. Концентрация водорода в приповерхностных слоях металла, его химический состав могут существенно влиять на скорость протекания коррозии. В настоящее время ведется поиск эффективных методов борьбы с коррозией металла под воздействием СРБ.
Одним из методов борьбы с коррозией металла является создание новых охлаждающих сред инструмента, которые способны пассивировать поверхностные слои металла и предотвращать процессы коррозии инструмента в процессе его эксплуатации. Доказано, что химические редкоземельные элементы, а также Si, Ca, Al, Тi, введенные в поверхностные слои металла при термической обработке способны пассивировать металл. Известно, что введение бора в количестве 0, 0035% в металл заметно измельчает зерно стали и повышает износостойкость материала, но вопрос, как влияет бор, введенный в таком количестве в сталь на процессы коррозии металла, в настоящее время не изучен. Для исследования скорости коррозии были разработаны различные составы охлаждающих сред инструмента на основе водного раствора монощелока и различных антисептических добавок, которые при термической обработке способны диффундировать в поверхностные слои.
Для проведения эксперимента были изготовлены образцы как из инструментальной стали У10, так и из конструкционной стали 40Х, которые обрабатывали в исследуемых охлаждающих средах. Скорость протекания коррозии определяли как электрохимическим методом, так и гравиметрическим методом через определенные временные промежутки после окончания операций резания древесины различных пород. Образцы из стали 40Х после термической обработки подвергались воздействию агрессивных сред и через определенные временные промежутки также испытывались на коррозионную стойкость (табл.1).
|
Состав закалочной среды |
Скорость коррозии, г/м2∙сут. |
Износостойкость |
|
|
Твердость, НRCэ |
Интенсивность изнашивания, мг/г |
||
|
Водный раствор МСЩ с добавками борогидрита |
0,009 – 0,019
|
55 – 59 |
50,0 – 58 |
|
Масло МЗМ –16 |
0,029 – 0,045 |
53 – 58 |
68,41 – 69 |
|
Водный раствор МСЩ с добавками CаО |
0,027 – 0,038 |
54 – 58 |
59,9 – 66,4 |
На износостойкость и работоспособность конструкций и инструмента влияет прокаливаемость стали, которую определяли методом торцевой закалки.
Таблица 2 - Прокаливаемость сталей У10, 9ХС, стали 40Х в исследуемой жидкости
|
Марка стали |
Расстояние от поверхности образца, мм |
|||||||
|
2 |
4 |
6 |
8 |
10 |
12 |
14 |
16 |
|
|
У10 |
60,50 |
59,55 |
55,5 |
50,05 |
38,60 |
37,25 |
36,75 |
26,85 |
|
9ХС |
60,55 |
59,25 |
57,50 |
52.75 |
48,00 |
39,00 |
38,75 |
27,75 |
|
40Х |
60,50 |
35,25 |
56,00 |
55,75 |
46,00 |
39,50 |
38,75 |
33,75 |
Интенсивность исследуемой охлаждающей среды на основе водного раствора монощелока с добавками борогидрита натрия превышают не только интенсивность аналогичной охлаждающей среды с добавками СаО, но и интенсивность охлаждения масла. Закалочные деформации определяли по расстоянию L между «губками» С – образных образцов, до закалки и после закалки. Образцы изготавливали из стали У10, стали 9ХС и стали Х, типа колец Френча упрощенной конфигурации. В результате эксперимента обнаружено, что после закалки в растворе МСЩ деформация С- образных образцов гораздо меньше, чем в масле. Результаты эксперимента приведены в табл. 3.
Склонность к образованию трещин после закалки определяли как при помощи рентгеноструктурного анализа, так и магнитным методом, который позволяет обнаружить трещины в поверхностном слое.
Обобщая результаты проведенных исследований можно рекомендовать к производственным испытаниям технологию термической обработки, использующую при закалке инструментальной стали, вместо масла, водные растворы на основе МСЩ с добавками борогидрита натрия. Исследуемая жидкость на основе водного раствора МСЩ с добавками борогидрита натрия может быть эффективно использована также и для охлаждения инструмента при резании древесины.
Таблица 3- Изменение размера ∆L (мм) образцов из сталей У10, 9ХС, 40Х после закалки и низкого отпуска
|
Закалка в масле, сталь У10 |
Закалка в растворе МСЩ, сталь У10 |
Закалка в масле сталь 9ХС |
Закалка в МСЩ, сталь 9ХС |
Закалка в масле, сталь 40Х
|
Закалка в МСЩ, сталь 40Х |
|
0,068 |
0,043 |
0,181 |
0,178 |
0,174 |
0,165 |
Наличие трещин в исследуемых образцах не обнаружено |
|||||
Применение водных растворов на основе МСЩ позволяет улучшить свойства стали: повысить твердость и равномерность её распределения по сечению детали, уменьшить скорость коррозии деревообрабатывающего оборудования.