 |
Ученые ПНИПУ выяснили, как остатки смазочной жидкости влияют на прочность металла
Исследование представлено на конференции «Инновационные технологии в материаловедении и машиностроении (ИТММ-2023)».
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.
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 трубопроводной промышленности: задвижки, переводники и др., поступившие 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% 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.
Контактное лицо: Дарья Биянова (написать письмо автору)
Компания: ПНИПУ (все новости этой организации)
Добавлен: 08:02, 19.03.2024
Количество просмотров: 177
Страна: Россия
| Разработка ученых Пермского Политеха позволит легче управлять двигателями насосов, станков, генераторов, ПНИПУ, 14:39, 28.03.2025, Россия |
183 |
| Синхронные двигатели незаменимы в промышленности. Их традиционное управление требует датчиков, уязвимых к вибрациям, помехам и высоким температурам, что приводит к неточным показаниям или поломкам. Ученые ПНИПУ предложили метод бездатчикового управления, который обеспечивает широкий диапазон скоростей, а статистические ошибки не превышают 1%. |
 |
| Взгляд из космоса: ученые Пермского Политеха рассказали, как работают спутники, ПНИПУ, 19:54, 27.03.2025, Россия |
114 |
| Эксперты Пермского Политеха рассказали о том, сколько их на орбите, в чем их преимущество перед наземными системами, как космические аппараты расширяют наши знания о Вселенной и дарят нам бесперебойный доступ в интернет, как человечество собирается справляться с растущей угрозой космического мусора и создается ли в России аналог «Starlink». |
|
| Ученые Пермского Политеха выяснили, как морозы влияют на свойства дорожных материалов, ПНИПУ, 19:42, 27.03.2025, Россия |
86 |
| Геосинтетики более 30 лет применяют в дорожном строительстве для повышения прочности и снижения затрат. Однако на морозе их свойства могут ухудшаться. Ученые Пермского Политеха выяснили, что после циклов заморозки и оттаивания многие геосинтетические материалы не теряют, а усиливают прочность (111,8–174,4% от исходной), повышая морозостойкость. |
 |
| Ученые Пермского Политеха выяснили, как уменьшить токсичные выбросы авиационных двигателей, ПНИПУ, 17:00, 19.03.2025, Россия |
130 |
| Газотурбинные двигатели работают от сжигания топлива, которое нужно хорошо смешать с воздухом. В этом помогает подогрев, особенно важный для смесей с меньшим количеством топлива. Но в процессе выделяются токсичные газы. Ученые ПНИПУ выяснили, что, если подогревать топливо перед камерой сгорания двигателя, то выбросы угарного газа снизятся на 24%. |
 |
| Молодой ученый Алтайского ГАУ отмечен грамотой Президента России, ФГБОУ ВО "Алтайский государственный аграрный университет", 12:35, 16.03.2025, Россия |
253 |
| На заседании коллегии управления по молодежной политике и реализации программ общественного развития Алтайского края состоялось награждение организаторов Всемирного фестиваля молодежи 2024 года, среди которых оказался магистрант Алтайского государственного аграрного университета Иван Лопатин |
|
|
|
