Влияние загрязнения поверхности металла смазочно-охлаждающими жидкостями на образование азотированного слоя

В процессе современной механической обработки деталей часто применяют смазочно-охлаждающие жидкости (СОЖ). При последующей поверхностной обработке ионным азотированием возникают проблемы и дефекты из-за присутствия СОЖ на поверхности деталей. В статье описано влияние СОЖ на процесс ионного азотирования, представлены примеры дефектов.

Современную механическую обработку сложно представить без использования смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ). Механизмы влияния СОЖ на характеристики процесса резания и его результаты изучены достаточно подробно [1-3]. Однако в процессе ионного азотирования присутствие СОЖ на поверхности детали превращается в серьезную проблему.

Согласно требованиям, перед упрочнением ионным азотированием детали должны иметь чистые поверхности, без следов коррозии, мазута, грязи и, в том числе, СОЖ [4]. К сожалению, на практике не редко на ионное азотирование поступают детали сразу после механической обработки, где использовались СОЖ. Кроме того, в процессе шлифования СОЖ, загрязняются механическими примесями [5].

Цель проведенного исследования – описать влияние загрязнения поверхности металла СОЖ на образование азотированного слоя.

Объектом исследования были две партии детали (табл. 1), поступившие на производство ООО «Ионные технологии» со следами СОЖ после механической обработки. На партии № 1 применялись СОЖ «Автокат Ф-40», на партии № 2 «Bechem Avantin 361 I-N». Оба вида СОЖ являются полусинтетическими универсальными жидкостями. При визуальном осмотре на поверхности деталей наблюдаются белые разводы, пятна и въевшаяся технологическая грязь (рис. 1). Необходимо отметить, что наиболее загрязненные места являются отверстия и резьба.

Каждую деталь, в том числе внешний и внутренний диаметр, мелкие отверстия, резьбу и т.д., вручную промывали Бензином Б70, ацетоном, поверхностно активными веществами (ПАВ) с теплой водой, раствором холодного химического обезжиривания ТУ-2499-015-96636381-2011. После протирали насухо белой ветошью, чтобы отследить чистоту поверхности. На партии деталей №1 после применения Б-70 и ПАВ поверхности были чистыми. На остальных деталях даже после применения всех средств устранить полностью следы СОЖ не удалось.

Таблица 1. Информация о СОЖ

На всех деталях было проведено ионное азотирование с последующим оксидированием. Параметры процесса азотирования: 520 °C, изотермическая выдержка 1 ч, давление 4 мбар, смесь газов 40/60:N₂/H₂. После упрочнения был проведен визуальный осмотр, фиксация дефектов и замер поверхностной твердости ультразвуковым твердомером ТКМ-459 при нагрузке HV1.

В процессе ионной химико-термической обработки остатки СОЖ и примеси начинали выгорать, искриться, тем самым загрязняли камеру установки и вакуумную систему. На рисунке 2 наблюдается неравномерное свечение плазмы на деталях во время изотермической выдержки.

После комбинированного упрочнения обычно поверхность металла становится равномерно темно-синей или черной. В нашем же случае наблюдается иная ситуация. Выявлены внешние дефекты (рис. 3) – неравномерность цвета на всех деталях в разной степени. На партии № 2, где применялось СОЖ «Bechem Avantin 361 I-N» на поверхности ярко выраженные синие, желтые цвета побежалости (радужные), что свидетельствует о наличии оксидных пленок на поверхности детали.

Появление дефектов объясняется тем, что в процессе упрочнения частицы СОЖ образуют тонкие полимерные пленки, которые тормозят диффузию азота вглубь металла, препятствуют образованию новых фаз, что приводит к неравномерному упрочнению и дефектам. Доказательство тому, является результаты измерений поверхностной твердости в области дефектов. Твердость на 20 – 40 % ниже, чем на матовой поверхности. Так же были показатели твёрдости равные твердости неупрочненного металла.

Рисунок 1. Вид поступивших после механической обработки с СОЖ: а – партия деталей №1; б – партия деталей №2

Рисунок 2. Вид деталей в установке в момент проведения режима упрочнения: а – партия деталей №1; б – партия деталей №2

Рисунок 3. Вид деталей после ионного азотирования: а – партия деталей №1; б – партия деталей №2

Таким образцом, базируясь на результатах можно считать, что СОЖ «Автокад Ф 40» оказывает меньшее влияние на образование азотированного слоя, чем «Bechem Avantin 361 I-N». Во втором случае в СОЖ содержатся тяжелые фракции органических веществ, удаление которых затруднительно. Температура выгорания таких веществ может достигать до 1000 °C. Полностью отчистить поверхность деталей от СОЖ можно с использованием специальных химических растворов, но необходимо подбирать средства исходя из анализа состава.

Заключение

Описано влияние загрязнения поверхности металла СОЖ на образование азотированного слоя. Приведены примеры возникающих внешних дефектов.

Перед ионным азотированием детали необходимо очищать от СОЖ, так как остатки СОЖ замедляют процесс диффузии и являются причиной возникновения внешних дефектов.

Список литературы

1. Ларина А. И., Постникова И. В.Механизмы действия смазочно-охлаждающих жидкостей // Современные наукоемкие технологии. Региональное приложение.2022. №3 (71).С. 59 – 66.
2. Кирейнов А. В., Есов В. Б. Современные тенденции применения смазочно-охлаждающих технологических средств при лезвийной обработке труднообрабатываемых материалов // Инженерный журнал: наука и инновации. 2017. №2 (62).
3. Кисель А. Г., Макашин Д. С.Влияние СОЖ и режимов обработки на шероховатость поверхности при торцевом фрезеровании заготовок из алюминиевых сплавов // ОНВ. 2022. №3 (183).
4. СТО ИНТИ S.70.2-2022. Упрочнение поверхности ионным химико-термическим методом. Общие технические требования: АНО «ИНТИ»: дата введения: 2022-08-29 // электронная версия. 2022. 44 с.
5. Полянсков Ю. В., Евсеев А. Н., Поройков В. А. Влияние диффузионного движения мелких примесей на оценку их дисперсного состава в СОЖ // Известия вузов. Машиностроение. 2007. №4. С. 55 – 60.

Скачать статью в PDF: Влияние загрязнения поверхности металла смазочно-охлаждающими жидкостями на образование азотированного слоя.

Почитать подробнее о наших возможностях

•  ЗАКАЗАТЬ АЗОТИРОВАНИЕ
  ×

  Заказать ионное азотирование
  * Узнать можно ли упрочнить вашу деталь?