Исследование влияния йодсодержащих сотс на процессы резания металлов быстрорежущим инструментом


Скачать 81,75 Kb.
PDF просмотр
НазваниеИсследование влияния йодсодержащих сотс на процессы резания металлов быстрорежущим инструментом
ТИМАКОВ Алексей Сергеевич
Дата конвертации08.09.2012
Размер81,75 Kb.
ТипАвтореферат
СпециальностьТехнологии и оборудование механической и физико-технической обработки
Год2009
На соискание ученой степениКандидат технических наук
 
На правах рукописи 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
ТИМАКОВ Алексей Сергеевич 
 
 
 
 
 
 
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ЙОДСОДЕРЖАЩИХ СОТС НА 
ПРОЦЕССЫ РЕЗАНИЯ МЕТАЛЛОВ 
БЫСТРОРЕЖУЩИМ ИНСТРУМЕНТОМ 
 
 
 

Специальность 05.03.01 – Технологии и оборудование 
механической и физико-технической обработки 
 
 
 
 
 
 
Автореферат 
диссертации на соискание ученой степени 
кандидата технических наук 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Москва – 2009 г. 
 

 
Работа выполнена в Ивановском государственном университете  
 
Н а у ч н ы й   р у к о в о д и т е л ь :  
Член-корр. 
Академии 
технологических 
наук 
РФ, 
заслуженный  деятель  науки  и 
техники  РФ,  доктор  технических 
наук, 
профессор 
ЛАТЫШЕВ 
Владимир Николаевич 
 
О ф и ц и а л ь н ы е          
о п п о н е н т ы :                                          доктор технических наук, 
профессор 
КУЛИКОВ Михаил Юрьевич 
 
кандидат технических наук, доцент 
ЕГОРОВ Сергей Анатольевич 
 
 
В е д у щ а я   о р г а н и з а ц и я :  
Ивановская государственная 
текстильная академия (ИГТА) 
 
 
 
 
Защита  диссертации  состоится  «____»_____________  2009 г.  в  ___  часов 
на заседании  диссертационного  совета                                                    Российском 
университете  дружбы  народов  по  адресу:    113090,  г.  Москва,  Подольское 
шоссе, д.8/5, ауд. 104. 
 
С  диссертацией  можно  ознакомиться  в  Научной  библиотеке  Российского 
университета дружбы народов  (117198, г. Москва ул. Миклухо-Маклая, д.6). 
 
Автореферат разослан «____»__________ 200   г. 
 
 
 
 
 
 
Ученый секретарь 
СОЛОВЬЕВ 
диссертационного совета 
  
Виктор 
Викторович 
 
 


 
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ 
 
Актуальность  работы.  В  современном  машиностроении  самую 
большую долю обработки занимают металлы и их сплавы. К деталям машин 
предъявляются  все  более  и  более  жесткие  требования  по  прочности, 
твердости, 
износостойкости, 
поэтому 
растет 
число 
новых 
труднообрабатываемых  сплавов.  Трудность  в  обработке  сплавов  на  основе 
титана,  молибдена,  нержавеющих  сталей  состоит  в  повышенном  износе 
обрабатывающего инструмента, малых скоростях обработки, и как следствие 
низком  качестве  поверхности.  Хорошо  известна  эффективность  СОТС  в 
состав которых входят присадки высокого давления, в первую очередь хлор, 
фтор,  бром,  сера,  но  их  использование  ограничено,  так  как  они  оказывают 
вредное  влияние  на  человека.  Из  всего  ряда  галогенов  больший  интерес 
представляют  хлор  и  йод.  Первый  достаточно  хорошо  изучен  и  широко 
применяется  в  разработке  и    производстве  СОТС,  но  зачастую 
эффективность  смазочных  композиций  с  хлором,  возрастает  вместе  с 
вредностью, поэтому альтернативой ему может быть йод, механизм действия 
которого представляет большой научный интерес. 
 
Цель  работы:    Исследование  влияния  йодсодержащих  СОТС  на 
процессы лезвийной обработки металлов быстрорежущим инструментом. 
 
 Методы исследования. Работа выполнена на основе фундаментальных 
положений  теории  резания  металлов,  законов  физики  и  химии  с 
применением  методов  математической  обработки  экспериментальных 
данных.  Изучение  механизмов  действия  СОТС  на  процессы  контактного 
взаимодействия  и  трибологическое  состояние  зоны  контакта  в  процессах 
лезвийной  обработки  металлов  осуществлялось  на  основе  современных 
методов  электронной  и  металлографической  микроскопии,  компьютерной 
обработки результатов. 
 
Научная новизна работы:  
1) На примере присадок йода к СОТС в пределах  0,005-0,1% показано 
положительное  действие  на  характеристики  процесса  резания,  процессы 
фрикционного 
взаимодействия. 
Указанный 
результат 
может 
быть 
использован  при  применении  других  присадок  ВД  при  обработке  металлов. 
Эффективность  йода  в  микродозах  проявляется,  благодаря  тому,  что 
смазочные  пленки  образуются  только  в  условиях  контактной  зоны,  где 
имеются  для  их  реализации  необходимые  условия  (температуры,  наличие 
ювенильной  поверхности,  химическая  восприимчивость  металла  к  данному 
галогену).  
2)  Установлена  взаимосвязь  между  эффективностью  и  концентрацией 
йода в составах СОТС при обработке титановых и нержавеющих сплавов 
3)  Предложен  механизм  действия  химически-активных  присадок, 
состоящих из трех процессов (или стадий): 
 


 
•адсорбции (и/или хемосорбции) присадок на поверхности трения; 
•химических 
превращений 
(или 
разложения) 
присадок 
при 
повышенных  температурах  в  местах  контакта  (радикало-образующая 
функция  йода,  связанная  с  химическими  свойствами  йода  -  малая  энергия 
разрыва молекулы, сильные окислительные свойства); 
•химического 
взаимодействия 
наиболее 
активных 
продуктов 
превращения  (или  разложения)  присадок  с  металлом  поверхностей  трения 
(образование  йодидов,  модифицирующих  контактную  зону  при  резании  или  
поверхности трения). 
 
Практическая ценность работы: 
 
Полученные 
результаты 
теоретических 
и 
экспериментальных 
исследований позволили: 
1. 
Определить  оптимальные  концентрации  присадок  йода  для 
повышения стойкость быстрорежущего инструмента при наружном точении, 
уменьшении  коэффициента  трения    в  паре  инструмент  –  заготовка  и 
снижении шероховатости обработанной поверхности титанового сплава ВТ5-
1, сплава 12Х18Н10Т и стали 45;  
2. 
Получить  технологию  и  рекомендации  по  использованию 
присадок йода в составах СОТС со свойствами оптимально подходящими для 
обработки титановых сплавов, нержавеющих сталей.  
 
Научные  и  практические  результаты  работы  реализуются  в 
госбюджетных  научно-исследовательских  работах,  выполняемых  на  базе 
трибологического центра ИвГУ. 
 
Рекомендации  по  использованию  результатов  работы  переданы 
на государственное предприятие завод " ИВХИМПРОМ " 
 Апробация  работы.  Основные  положения  диссертации  докладывались 
на  научной  конференции  «Научно-исследовательская  деятельность  в 
классическом  университете»  (Иваново,  2007),  научных  конференциях 
студентов,  аспирантов  и  молодых  ученых  «Молодая  наука  в  классическом 
университете»  (Иваново,  2007  и  2008),  межвузовских  семинарах  «Физика, 
химия и механика трибосистем» (Иваново 2006, 2007, 2008), 
 
Публикации.  Основные  теоретические  положения  и  результаты 
исследований опубликованы в 5 статьях и 2 тезисах докладов.  
 
Структура и объем работы. Работа состоит из введения, 4 глав, общих 
выводов, 
списка 
использованной 
литературы 
(129 
источников) 
и 
приложений,  содержит    128  страниц  печатного  текста,  13  таблиц,  40  
рисунков и фотографий.   
 
 
 
 
 

 


 
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ 
 
Во  введении  обоснована  актуальность  темы,  обозначена  цель 
исследования, содержится краткое изложение вопросов, решаемых в работе и 
основные положения, выносимые на защиту. 
В  первой  главе  содержится  аналитический  обзор  литературы, 
посвященной вопросам изнашивания быстрорежущего инструмента, а так же 
повышения  работоспособности  этого  инструмента  путем  применения 
галогеносодержащих  СОТС  (присадки  высокого  давления).  Приводится 
анализ 
работ, 
связанных 
с 
проблемой 
обработки 
некоторых 
труднообрабатываемых металлов и их сплавов, а также с методами решения 
этой проблемы. 
Рассмотрены  работы  российских  ученых  Латышева  В.Н.,  Семенова 
В.В.,  Виноградова  Г.В.,  Наумова  А.Г.,  а  также  иностранных  Брейтуэйта, 
Ланкастера,  Ф'юри  и  др.  Анализ  этих  работ  позволил  сделать  следующие 
выводы: 
1.  Наряду со многими функциональными предназначениями внешних 
СОТС,  одной  из  главных  функций  является  смазочная.  Для  улучшения 
смазочного  эффекта  внешних  СОТС,  в  их  состав  в  качестве  присадок 
вводится  трибоактивные  элементы:  сера,  фосфор,  галогены,  лучшим  из 
которых  является  йод.  Действие  этих  элементов,  вводимых  в  состав  СОТС, 
осуществляется  посредством  химического  взаимодействия  с  ювенильными 
поверхностями  и  протеканием  радикально-цепных  реакций  с  образованием 
вторичных структур. 
2.  Сульфиды,  йодиды,  фосфиды,  хлориды  и  другие  соединения,  при 
образовании  которых  имеет  место  сильное  тепловыделение,  являются 
эффективными  смазками  именно  при  работе  в  тяжелых  условиях  резания  и 
обработки давлением. 
3.  Замена  явно  токсичных  компонентов  СОТС  на  безвредные 
вещества  сходного  действия  представляет  собой  многогранную  задачу, 
включающую  в  себя  вместе  с  изучением  технологических  характеристик 
СОТС, комплексные токсикологические характеристики СОТС, комплексные 
токсикологические  исследования  продуктов  деструкции  их  компонентов  и 
возможных соединений, образующихся при резании. 
4.  Высокая  эффективность  смазочных  композиций,  содержащих  йод, 
многие  авторы  связывают  с  образованием  свободных  химически-активных 
радикалов,  способных  образововать  химические  соединения,  снижающие 
адгезионные  взаимодействия  режущего  и  обрабатываемого  материала,  в 
результате деструкции йодсодержащих соединений в зоне высоких давлений 
и  температур.  Особый  интерес  представляет  случай,  когда  в  качестве 
обрабатываемого  материала  выступает  титан  и  его  сплавы,  так  как  СОТС  с 
присадками йода здесь наиболее эффективны. 
На 
основании 
изложенного 
и 
результатов 
предварительных 
исследований  была  сформулирована  цель  работы,  достижение  которой 
связывалось с решением следующих задач: 
 


 
1.  Исследование  проявление  смазочной  способности  йодсодержащих 
СОТС с различных концентрациями; 
2.  Проведение  экспериментов  по  резанию  на  операция  наружного 
точения  и  трению  труднообрабатываемых  металлов  (ВТ5,  нержавеющая 
сталь  12Х18Н10Т)  и  стали  45  с  целью  выяснения  влияния  йодсодержащих 
составов  на  шероховатость  поверхности,  стойкость  инструмента,  глубину 
микродерфомированного  слоя,  коэффициент  трения,  температуру  в  зоне 
контакта. 
3.  Теоретическое  обоснование  использование  йода  как  компонента 
СОТС;  определить  физическую  сущность  механизмов,  происходящих  в 
контактной зоне при использовании йодсодержащих СОТС. 
Вторая  глава  посвящена  проведению  эксперимента  по  влиянию 
концентрации  компонентов  СОТС  на  смазочную  способность  СОТС, 
имеющие  в  составе  йод.  При  исследованиях  в  качестве  исследуемых 
материалов 
применялись 
конструкционная 
сталь 
45; 
аустенитная 
нержавеющая сталь 12Х18Н10Т, титановый сплав ВТ5-1. 
Моделирование  динамического  контакта  осуществлялось  с  помощью 
минитрибометра  с  обработкой  фиксируемых  результатов  на  ПЭВМ.  Была 
проведена  серия  экспериментов,  в  которых  исследовалось  минимальное 
количество  присадки  йода  в  дистиллированной  воде  и  индустриальном 
масле, а  также влияние способа растворения йода в СОТС на последующую 
эффективность при трении. Трение осуществлялось по схеме диск-диск, один 
из  которых  из  стали  45,  закаленной  до  твердости  HRC  59-60.  В  качестве 
присадок  нами  были  выбраны  кристаллический  йод,  5%-раствор  йода  в 
этиловом спирте, соль KI. Полученные результаты по коэффициентам трения 
сведены в гистограммы на рисунке 1 и 2. 
Для  сравнения  изучались  смазочные  свойства  йодсодержащих  СОТС 
при  трении  на  машине  трения  СМЦ-2  по  схеме  трения  диск  -  колодка. 
Материал  диска  -  сталь  45  с  термообработкой  (закаливание)  HRC=55-60. 
Скорость  трения  составляла  7,5  м/мин.  В  эксперименте  изучалось  влияние 
присадок  в  виде  5%  спиртового  раствора  йода  с  различной  концентрацией 
йода  в  СОЖ.  В  качестве  основы  для  СОЖ  были  выбраны  индустриальное 
минеральное  масло  И-20А.  Эксперименты  проводились  следующими 
концентрациями  йода  в  СОТС:  0,005%,  0,01%,  0,02%,  0,05%,  0,1%,  0,2%, 
0,5%.  В  процессе  эксперимента  наблюдалось  образование  устойчивых 
пленок  при  концентрациях  йода  больше  0,01%.  Результаты  коэффициентов 
трения на машине СМЦ-2 представлены на рисунке 3. 
 


 
 
Ри
с
 
 
.1 
f

0
0
0
0
0
0
ТР
 
,0
,0
,0
,0
,0
,0
З
0
1
2
3
4
5
6
а
вис
0,05186
и
С
Всухую
0,05796
т
м
0,0624
. 4
в
о
5
о
с
 –
д
т
0,03726
 С
еи
Вода 
0,0386
т.
 
4
п
 к
0,048
5
о
 
о
з
л
а
э
у
ф
0,02648
к.
ч
Вода+0,005 I
0,0328
е
ф
0,049
н
и
н
ц
ы
и
0,02398
1
2
е
е
Вода+0,01 I
0,0272
Х
 
н
н
0,0436
1
т
8
а
Н
 
а
7
1
м
 
0
 
0,024
т
и
Вода+0,02 I
0,0254
Т –
н
р
0,0348
 С
и
е
т
т
н
.4
и
р
0,02034
5
я
 
и
Вода+0,05 I
0,0212
з
 
а
б
о
0,0366
к.
о
т
м
 к
е
0,02276
о
т
Вода+0,1 I
0,022
н
0,0366
В
р
ц
Т
е
5
е
-
 
н
0,02364
1
 
т
Вода+0,2 I
0,0212
– С
р
0,0366
т
а
.4
ц
5
и
0,02338
 за
и
Вода+0,5 I
0,0212
к
 й
0,0366
.
о
д
 
а
 
 
в 
У
д
а
л
е
н
о


 
f
Ст. 45 – Ст.45 зак.
12Х18Н10Т – Ст.45 зак.
0,3
ВТ1-0 – Ст.45 зак.
0,25
0,2
0,15
0,1
0,05
0
ю
А
 I
 I
 I
 I
 I
 I
 I
у
0
5
1
2
5
х
0
,1
,2
,5
у
-2
,0
,0
,0
0
0
0
с
И
,0
0
0
0
+
+
+
в
0
+
+
+
+
А
А
А
А
А
А
0
0
0
А
0
0
0
0
-2
-2
-2
-2
-2
-2
-2
И
И
И
И
И
И
И
 
Рис. 3 – Зависимости коэффициента трения от концентрации йода в 
масле И20Аполученные на СМЦ-2 
  
По  результатам  испытаний  можно  сделать  вывод,  что  наличие  в  воде 
или в масле небольшого количества присадок йода (от 0,01 до 0,05%) может 
существенно  уменьшать  коэффициент  трения  (до  2  раз)  и  с  увеличением 
нагрузки  коэффициент трения остается  постоянным. Анализ поверхностных 
структур,  полученных  с  поверхностей  трения  с  помощью  электронной 
микроскопии  позволил  определить  химический  состав  веществ  на 
поверхностях    трения.  Согласно  этим  результатам  структура  может  быть 
интерпретирована 
как 
кристаллическая 
решетка 
с 
периодом, 
соответствующим  йодиду  железа  FeI2  в  случае  12Х18Н10Т  и  стали  45,  а 
также  йодиду  титана  TiI4    Образование  пленок  мы  связали  с  образованием 
йодидов металлов, образующихся в процессе трения, в диапазоне температур 
80-1200С  которые  являются  химическими  соединениями  с  кристаллической 
решеткой  подобной  графиту,  с  малым  сопротивлением  сдвиговым 
деформациям,  при  температурах  ниже  800С  действие  йода  основано  на 
высокой адсорбционной способности йода и мономолекулярным разделении 
поверхностей  трения.  Предложен  механизм  взаимодействия  компонентов 
СОТС  с  поверхностью  металла  при  трении:  в  случае  низких  скоростей  – 
образование  тонких  слоев  хемосорбированных  атомов  йода,  по  принципу 
действия  ПАВ,  при  тяжелых  режимах  и  высоких  скоростях  -    на  создании 
химически-модифицированных 
слоев 
на 
поверхности 
трения, 
представляющих  собой  пленки  йодидов  метала  и  имеющих  малый 
коэффициент трения.  
 


 
В  третьей  главе  представлены  результаты  исследований  по  влиянию 
состава  йодсодержащих  СОТС  на  стойкость  быстрорежущего  инструмента, 
шероховатость  обработанной  поверхности,  распределение  температурного 
поля  по  длине  контакта.  В  качестве  СОТС  использовались:  масляные  и 
водные составы с различной концентрацией йода, а подача технологических 
сред  в  зону  резания  осуществлялась  в  направлении  передней  поверхности 
инструмента капельным методом со средним расходом 5 мл/мин. Как следует 
из  представленных  результатов  на  рисунке  4,  на  стойкость  инструментов 
большое влияние оказывает наличие и количество йода в составе СОТС. Уже 
при  малых  концентрациях  йода  наблюдается  повышение  стойкости.  В  этих 
случаях,  в  экспериментах  отмечается  повышение  стойкости  инструментов  и 
увеличение  концентрации  до  0,01-0,05%  дает  максимальную  стойкость  на 
всех металлах.  
0,7
ÂÒ 5-1
υ=0,3 ì /ñ
s=0,1ì ì /î á
0,6
t=0,5ì ì
0,5
0,4
ì
, ì
ñ
î 0,3
í
 âñóõóþ
ç
 
È
Превышение  определенного  значения  концентрации  йода  не  дает 
повышение  стойкости,  что,  по-видимому,  связано  с  высокой  окислительной 
способностью  йода  по  отношению  к  инструментальному  материалу  и 
превышение  определенного  значения  концентрации  йода  в  СОТС  для 
быстрорежущей  стали,  ведет  за  собой  сильный  химический  износ,  который 
может  превалировать  над  другими  видами  износа,  тем  самым  растворяя 
структуры входящие в состав быстрорежущей стали, поэтому целесообразно 
использовать концентрации ниже 0,05%. 
 
 
 


 
Всухую
Вода
Вода+0,01%I
Вода+0,1%I
Вода+0,5%I
80
70
60
н 50
и
м
я 40
м
е
р
В 30
20
10
0
ВТ 5-1
Сталь 45
12Х18Н10Т
 
Материал
Рис. 5 – Стойкость быстрорежущего инструмента при наружном 
точении в различных средах 
5
ВТ 5-1
4,5
12Х18Н10Т
V=30 м/мин
Сталь 45
s=0,1 мм/ об
4
t=0,5 мм
м 3,5
к
м
a
3
 R
сть 2,5
то
а
в
о
2
х
о
р
е 1,5
Ш
1
0,5
0
ю
а
I
I
I
I
I
А
I
I
I
I
I
д
%
%
%
%
%
%
0
%
%
%
%
%
%
ху
о
5
5
0
1
2
5
,1
,5
2
0
1
2
5
,1
,5
су
В
,0
,0
,0
,0
0
0
И
,0
,0
,0
,0
 0
 0
В
0
0
0
0
0
 0
 0
 0
Вода
И20А
 
Рис. 6 – Результаты исследования шероховатости обработанных 
 
поверхностей 
 
 
10

 
По  результатам  исследования  шероховатости  было  выявлено  менее 
заметное  влияние  йода  в  СОТС  в  зоне  низких  скоростей,  и  увеличение 
эффективности  при  обработке  с  предельными  скоростями,  при  которых 
активность йода повышается, что инициирует большое количество активных 
атомов  и  радикалов.  В  случае  использования  в  качестве  основы  СОТС 
дистиллированной воды добавление йода дает эффект как при точении ВТ 5-
1,  так  и  нержавеющей  стали  12Х18Н10Т  и  стали  45,  но  в  меньшей  степени, 
что связано с избирательным действием йода по отношению к металлам.  
В  работе  также  исследовались  влияние  СОТС  с  присадками  йода  на 
температуру в контактной зоне (Рис. 7). Измерения температуры с помощью 
микротермопары позволили сделать следующие выводы: 
 -  минимальные  температуры    в  процессе  резания  всех  материалов 
было  зафиксировано  на  СОТС,  в  составе  которых  присутствовали  присадки 
йода в виде соли KI; 
-  при  резании  ВТ  5-1  и  12Х18Н10Т  обнаружено  аномальные 
распределения  температуры  по  длине  контакта,  минимум  которой 
установлен  на  расстоянии  0,2  –  0,3  мм  от  вершины  резца,  что  связано  с 
наростообразованием  на  вершине  резца,  удаляющим  реальную  вершину 
резца на некоторое расстояние; 
-  данные  температурных  исследований  хорошо  коррелируются  с 
результатами стойкостных испытаний.  
 
550
 б/о
400
 H O
2
2
 б/о
500
 H O+KI
2
350
 H O
450
2
 H O+KI
2
400
С
0
300
 H O+ПАВ+KI
,
С
2
а
0 ,
350
р
а
ту 250
300
а
тур
р
а
е
р
250
п 200
е
м
п
е
м
200
Т
е
150
Т
150
100
100
50
50
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
Расстояние от вершины резца, мм
Расстояние от вершины резца, мм
 
Рис.7  Распределение  температуры  по  режущей  кромки  при  резании 
резцом  из  Р6М5:слева  –стали  45(υ=  25  м/мин,  s=0,1  мм/об);  справа  – 
ВТ5 (υ= 10 м/мин, s=0,1 мм/об
 
В  четвертой  главе  содержится  объяснение  механизма  действия 
йодсодержащих  СОТС  на  основе  физико-химических  исследований 
контактных поверхностей после обработки 
В  данном  исследовании  изучались  структуры,  образующиеся  в 
процессе резания и трения, на поверхности стружки 12Х18Н10Т (при υрез=20 
м/мин), а также титановом сплаве ВТ 5-1 (при υрез=10 м/мин). 
 
 
11



 
 
Рис. 7 Дифракция поверхности стружки
и 2 - 12Х18Н10Т вода+0,05%I и И20+0,05%I 
и 4 - ВТ5-1 вода+0,05%I и И20+0,05%I. 
 
 
Рис. 8 – Фотографии поверхностей стружек
и 2 - ВТ5-1 вода+0,05%I и И20+0,05%I (×6500), 
и 4 - 12Х18Н10Т вода+0,05%I и И20+0,05%I (×6500). 
 
Для  подтверждения  данной  гипотезы  об  образовании  химических 
соединений,  так  называемых  галогенидов,  выполняющих  в  случае  трения 
роль 
твердой  смазки, 
так  как  имеют 
гексагональную 
структуру 
кристаллической решетки с малым сопротивлением сдвиговой деформации и 
малым  коэффициентом  трения,  были  сняты  дифракции  с  поверхности 
 
12

 
стружки и поверхности трения (рис. 7). Соответствующие электронограммы, 
представлены  на  рисунке  8.  Расшифровка  дифракций,  полученных  со 
стружки 
позволила 
определить 
экспериментальные 
межплоскостные 
расстояния  для  веществ,  образующихся  на  поверхности  и  провести 
сравнительный  анализ  с  теоретическими  для  веществ,  наиболее  вероятно 
образующихся.  Сравнивая  экспериментальные  и  эталонные  данные 
некоторых веществ из литературных данных, можно заметить, что для ВТ5 в 
среде  воды  с  присадкой  йода  наиболее  вероятным  будет  образование  на 
поверхности ВТ 5-1 - TiI4 и, а для 12Х18Н10Т йодида железа FeI2. 
 б/о
320
 б/о
480
 вода
 вода
300
 вода+0,01%йод
 вода+0,01%йод
440
 вода+0,01%йод+0,2%ДНСА
 вода+0,01%йод+0,2%ДНСА
280
400
260
12Х18Н10Т
2
2
СТАЛЬ 45
360
м
υ=0,5 м/с
м 240
υ=0,5 м/с


s=0,1 мм/об
320
s=0,1 мм/об
, Н
220
, Н
V
t=0,5 мм
V
t=0,5 мм
H 280
H 200
240
180
200
160
160
140
50
100
150
200
50
100
150
200
h,мкм
 
h,мкм
500
 б/о
 вода
450
 вода+0,05%йод
 вода+0,05%йод+0,2%ДНСА
400
ВТ5-1
2 м 350
υ=0,5 м/с

s=0,1 мм/об
, Н
t=0,5 мм
V 300
H
250
200
50
100
150
200
250
h,мкм
 
Рис. 9 – Зависимости микротвердости от расстояние до поверхности 
 
Изучение  микротвердости  приповерхностных  слоев  заготовки  после 
обработки  дает  величину  деформированного  слоя.  По  глубине  этого  слоя 
можно  определять  эффективность  среды,  так  как  причиной  возникновения 
такого  слоя  является  упрочнение  поверхности,  из-за  изменения  структуры 
металла,  вследствие  адгезионных  взаимодействий  с  инструментальным 
материалом. На рисунке 9 представлены некоторые результаты исследования 
микротвердости.  СОТС,  имеющие  в  своем  составе  йод  значительно 
уменьшает зону деформированного слоя.  
Как  видно  из,  представленных  на  рис.10,  фотографий,  наиболее 
значительные  зоны  вторичных  деформаций  наблюдаются  при  резании 
всухую,  и  использование  йод  содержащих  СОТС  позволяет  значительно 
сократить  величину  этой  зоны.  Максимальное  снижение  зоны  было 
обнаружено при растворении йодистого калия в воде.  
 
13





 
 
 
 
Рис. 10 Фотографии корней стружек стали 45(300х), 
полученных при резании:1-без СОТС, 2-с водой, 3-с 
йодсодержащим маслом, 4- с йодсодержащей водой   
Для  выяснения  механизма  действия  химически-активных  присадок 
проводился  термодинамический  анализ  интенсивности  химических  и 
физико-химических  взаимодействий  на  межфазных  границах  по  данным 
других  авторов,  так  как  в  случае  соизмеримости  стандартной  энтальпия  об-
разования  моноиодидов  титана  и  железа,  а  также  других  моногалогенидов  с 
величиной свободной поверхностной энергии этих металлов, то выполняется 
термодинамическое  условие,  при  котором  возможно  эффективное  действие 
среды.  Таким  образом,  эффективность  действия  йода  во  многих  случаях 
зависит  от  вида  обрабатываемого  материала  и  возможности  равенства 
энергии  образования  монойодида  и  свободной  поверхностной  энергии 
металла.  
 
14


 
 
Рис.11  Термограмма  химических  реакций,  полученные  при 
совместном нагревании титанового сплава ВТи йода 
 
Также  приводятся  данные  по  анализу  кривых  ДТА  и  ДТГ.  Был 
проведен  анализ  термограмм  совместного  нагревания  некоторых  металлов в 
среде йода (сталь 45, сталью 12X18Н9Т, титановым сплавом ВТ-5, никелем и 
магнием).  Опытами  установлено,  что  йод  действительно  реагирует  с 
перечисленными  металлами 
с  образованием 
йодистых 
комплексов. 
Температурный интервал реакции и абсолютная величина теплового эффекта 
зависят от свойств металла и размера его частиц. Термограмма чистого йода 
характеризуется двумя эндотермическими пиками, связанными с плавлением 
(113  °С)  и  кипением  (184°С)  йода.  На  совместной  термограмме  йода  и 
титанового  сплава  (рис.11),  что  химическая  реакция  между  йодом  и 
металлом начинается только после достижения температур кипения йода, т.е. 
после термической диссоциации молекулы йода. Максимальная температура, 
развивающаяся  при  этой  реакции  составляет  280°С,  а  экзотермический 
эффект  соизмерим  с  теплотой,  образующейся  при  взаимодействии  серы  с 
железом. 
Аналогичные реакции установлены также при взаимодействии йода со 
сталью 45, сталью 12Х18Н9Т, никелем  и магнием.  Температурный  интервал 
реакции  составляет  200-300°С,  т.е.  реакция  происходит  также  выше 
температуры кипения кристаллического йода. Отметим, что тепловой эффект 
химической  реакции  этих  сплавов  в  3-4  раза  меньше,  чем  при 
взаимодействии йода с титаном. 
Из  всего  выше  приведенного  следует,  что  йодсодержащие  СОТС 
оказывают  эффективное  влияние  на  характеристики  процессов  резания 
быстрорежущим инструментом. 
 
 
 
 
 
15

 
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ 
 
1. На примере присадок йода к СОТС в пределах  0,005-0,1% показано 
положительное  действие  на  характеристики  процесса  резания,  процессы 
фрикционного 
взаимодействия. 
Указанный 
результат 
может 
быть 
использован  при  применении  других  присадок  ВД  при  обработке  металлов. 
Эффективность  йода  в  микродозах  проявляется,  благодаря  тому,  что 
смазочные  пленки  образуются  только  в  условиях  контактной  зоны,  где 
имеются  для  их  реализации  необходимые  условия  (температуры,  наличие 
ювенильной  поверхности,  химическая  восприимчивость  металла  к  данному 
галогену  и  др.).  Следовательно,  для  инициирования  смазочного  эффекта 
вполне достаточно лишь небольшого количества внешней среды.  
2. Механизм действия химически-активных присадок  слагается из трех 
процессов (или стадий): 
• адсорбции (и/или хемосорбции) присадок на поверхности трения; 
•  химических 
превращений  (или  разложения)  присадок  при 
повышенных  температурах  в  местах  контакта  (радикало-образующая 
функция  йода,  связанная  с  химическими  свойствами  йода-малая  энергия 
разрыва молекулы, сильные окислительные свойства) 
•  химического 
взаимодействия  наиболее  активных  продуктов 
превращения  (или  разложения)  присадок  с  металлом  поверхностей  трения 
(образование  йодидов,  модифицирующих  контактную  зону  при  резании  или  
поверхности трения ). 
3.  Исследования  показали,  что  СОТС  с  присадками  йода  в  несколько 
раз 1,5 – 2 раза  уменьшают  температуру резания в  зависимости  от скорости 
резания. Характер распределения температуры по длине  контакта стружки с 
резцом  при  резании  титановых  сплавов  имеет  максимум  в  середине  длины 
контакта,  что  объясняется  действием  нароста.  Этим  подтверждается 
предрасположенность йода к повышении химической активности титановых 
сплавов,  благодаря  чему  увеличивается  вероятность  возникновения  в 
контактной  зоне  химических  соединений  титана  с  йодом,  уменьшающих 
трение  в  зоне,  за  счет  этого  охлаждающие  свойства  СОТС  с  присадками 
йода, значительно выше других. 
4.  При  введении  йода  и  его  соединений  в  СОТС  изменяется 
электрические свойства среды, что связано с образованием в них комплексов 
с  переносом  заряда.  В  частности  резко  увеличивается  потенциал  ионизации 
масла, изменяется электрическое сопротивление, поверхностное натяжение и 
др.  показатели,  что  подтверждается  экспериментами.  Этим  изменениями 
можно  объяснить  электростатическое  действие  присадок  йода  при  трении 
неметаллов, химически-инертных металлов, т.к. в данном случае отсутствует 
возможность  образования  йодидов.  Эти  свойства  требуют  более  детального 
физико-химического исследования. 
 
 
 
16

 
Основные 
положения 
диссертации 
изложены 
в 
следующих 
публикациях: 
 
1.   Тимаков  А.С.,  Латышев    В.Н.,  Раднюк  В.С.,  О  механизме  действия 
йодсодержащих  СОЖ  //Физика,  химия  и  механика  трибосистем  Вып.  5. 
Иваново: Иван. гос. ун-т, 2006. 0,02 п.л. 
2.  Тимаков  А.С.,  Латышев    В.Н.,  Раднюк  В.С.,  О  механизме  действия 
йодсодержащих  СОЖ  //Физика,  химия  и  механика  трибосистем  Вып.  6. 
Иваново: Иван. гос. ун-т, 2006. 0,02 п.л. 
3. 
Тимаков  А.С.,  Латышев    В.Н.  Влияние  йодсодержащих  СОЖ  на 
коэффицент  трения  //Физика,  химия  и  механика  трибосистем  Вып.  7. 
Иваново: Иван. гос. ун-т, 2006. 0,05 п.л. 
4. 
Исследование  смазочных  свойств  йода  при  трении  металлов  //Физика, 
химия  и  механика  трибосистем  Вып.  7.  Иваново:  Иван.  гос.  ун-т,  2006.  0,07 
п.л. 
5. 
Тимаков  А.С  ,  Латышев    В.Н.Смазочная  способность  присадок  йода 
при трении резании металлов.// Молодая наука в классическом университете. 
Тезисы  докладов  науч.  конференции,  Иваново:  Иван.  гос.  ун-т,  2008  –  Ч.  1. 
0,02 п.л. 
6.  Тимаков А.С., Латышев  В.Н., Раднюк В.С., Наумов А.Г., Корчагин А.В. 
Применение  йода  как  компонента  СОТС  при  резании  металлов 
//Металлообработка №3, 2008 
7.  Тимаков А.С., Латышев В.Н., В.Н., Раднюк В.С., Наумов А.Г. 
Облегчение 
процесса 
резания 
материалов 
микро- 
и 
нанодозами 
СОТС//Металлообработка №4, 2008  
 
17

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
ТИМАКОВ Алексей Сергеевич 
 
 
 
 
 
 
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ЙОДСОДЕРЖАЩИХ СОТС НА 
ПРОЦЕССЫ РЕЗАНИЯ МЕТАЛЛОВ 
БЫСТРОРЕЖУЩИМ ИНСТРУМЕНТОМ 
 
 
 
 
 
 
 
Автореферат 
диссертации на соискание ученой степени 
кандидата технических наук 
 
 
 
 
 
Подписано в печать            .    Формат 60х84  1/16.  Бумага писчая. Печать 
плоская. Усл. печ. л.      . Уч.-изд. л. 0.8. Тираж     . Заказ         
Типография Издательства РУДН 
117923, ГСП-1, г. Москва, ул. Орджоникидзе, д. 3 
 
 
 
18


Разместите кнопку на своём сайте:
поделись


База данных защищена авторским правом ©dis.podelise.ru 2012
обратиться к администрации
АвтоРефераты
Главная страница