Алмаз vs сталь

[SegaD]

Так сложилось, что в один день пришлось испытывать штамп для вытяжки мелкой стальной детали и готовить образец для  хим анализа стали 40х.

Во время вытяжки в очередной раз обратил внмание на значительный нагрев детали после пластической деформации. А во время подготовки образцов заметил, что шлифовщик делал образец без охлаждения и попросил второй сделать с сож. Оба образца были отрезаны резцом от одной заготовки.  После анализа в первом образце углерода оказалось на 0.05% меньше, чем в шлифованном с сож. И вот чего подумалось: раз уж при вытяжке (пластической деформации) мелкая деталь нагревается выше 36.6°С, при шлифовке применение сож так влияет на выгорание углерода с поверхности, какое же влияние на состав стали оказывает заточка РК с эффективным снятием металла (чем любят гордиться камерады использующие алмаз при заточке).

Когда учился, нам чётко вдолбили, что из-за "сродства алмаза углероду" сталь шлифуют не алмазом (КК или ЭБ). Скажете, шлифовка кругами и заточка бруском - разные скорости резания, разные температуры, не влияет ни на что. Но при вытяжке больших деталей тоже не чувствуешь нагрева, т.к. масса детали большая и тепло рассеивается. А мелкая деталька весьма ощутимо нагрелась. Ведь при заточке также имеет место деформация металла зерном алмаза. И температура в локальной точке за задней поверхностью зерна значительная (покурил на эту тему я другие ресурсы - 1500...1800°С в зоне), просто рассеивается тепло по клинку за счёт теплопроводности. А при таких температурах, как пишут умные люди в монографиях имеет место "взаимодействие железа с алмазом, диффузия железа в алмаз или наоборот углерода в сталь в зависимости от количества углерода и легирующих карбидообразующих элементов". Ну что то такое. 

Хотелось бы услышать мнение камерадов на эту тему. Обсудить и предложить небольшой тест (т.к. сам точу простыми абразивами, а из суперабразивов только алмазные надфили и круги).

 

[Ленинградец]

Не понял - при каких условиях, температура достигает 1500-1800°С??? Это когда что делаешь? 

[SegaD]

Заточка есть частный случай резания многочисленными разноориентированными резцами, в роли которых выступают зерна абразива. Т.е. при заточке абразивом происходят те же процессы, что и при резании резцом - каждое зерно передней поверхностью начинает деформировать решетку, затем рвёт ее, давая стружку. Если наклон зерна имеет большой передний угол, то оно просто сминает решетку, не образуя стружку. Если зерно имеет нулевой передний угол и нет давления, то зерно просто скользит по поверхности (не совершая полезной работы). И температура при пластической деформации кристаллической решётки (при её растяжении, разрыве и сминании) металла в локальной микрозоне резания каждого зерна абразива достигает этих значений. Просто за счет теплопередачи остальному металлу и рассеиванию его с большой площади поверхности заготовка нагревается неощутимо.

Так же происходит при штамповке - деформации приводят к нагреву. Когда вытягиваешь маленькие тонкостенные детали - чувствуешь нагрев. На больших толстостенных деталях не замечаешь - тепло просто рассеивается. 

Изменено 21 сентября 2019 пользователем SegaD

[SegaD]

2 часа назад, SegaD сказал:

в локальной точке за задней поверхностью зерна значительная (покурил на эту тему я другие ресурсы - 1500...1800°С в зоне)

Ну, ошибся малость: "мгновенная температура достигает 870-1200°С" , что тоже не мало, т.к. вроде при 800°С (по памяти) алмаз меняет решетку на углерод. И что-там еще при этом происходит в стали - в зависимости от дефицита углерода в стали (марки стали) или этот углерод (бывший алмазом) переходит в сталь, или железо или легир элементы из стали переходят в алмазную решетку. Какие то такие процессы по памяти - много лет прошло.

Изменено 21 сентября 2019 пользователем SegaD

[biser]

Сергей@SegaD , привет!

Вот нисколько (от слова никак) ни материаловед, ни спец по обработке.

Но сразу возникает вопрос: ... "скока будет в граммах"?

То бишь ... да есть микросмятие, есть микронагрев, но ... сколько Джоулей или Ватт при этом выделяется. Каков градиент температуры в зоне деформаций\обработки (по характеру, по интенсивности)? Достаточно ли этой энергии для каких-либо химических или иных реакций\превращений?

Чисто из практики - если бы эти процессы были существенны\значимы, то их бы учитывали (учили как с ними бороться) ... хотя-бы теоретически. 

А так ... ХЗ.

[SegaD]

Так в том то и дело, что во всех справочниках по шлифовке/учебниках по МРИ/справочниках по абразивным материалам напротив алмаза написано - алмазные абразивы не для обработки сталей! Даже в свежем 2017г. справочнике гаранта написано также. Т.е. так с этим и борются, не рекомендуя совместное использование.

[biser]

1 час назад, SegaD сказал:

... напротив алмаза написано - алмазные абразивы не для обработки сталей! ... Т.е. так с этим и борются, не рекомендуя совместное использование ...

А почему? ... не написано?

...

Опять же - не запрещают, а только не рекомендуют. Больше похоже на экономическую причину - невыгодно\дорого (малая производительность при высокой стоимости абразива).

???

5 часов назад, SegaD сказал:

... Обсудить и предложить небольшой тест ...

А в тесте что смотреть (изменения хим.состава, мех.свойств, крист.решетки)?

[SegaD]

Тест думаю провести следующий:

Взять 3 образца (пластинки или диски отрезанные механикой (не абразивом) от прутка): один сталь 10...45, второй У8...У10, третий хорошо легированый карбидообразующими элементами 40Х13...95Х18 или быстрорез. Довести обе стороны мокрой шлифовкой как чисто. Затем попросить кого нибудь из камерадов, увлекающихся заточкой на алмазах, снять с одной стороны каждого образца соток 5...10 сетом алмазов, которым он обычно пользуется. И провести хим анализ обеих сторон каждого образца.  Мех свойства не изменятся, т.к. воздействуем только на поверхность несколько мкм глубиной. Крист решетку мне посмотреть не на чем, да и то, что разглядишь там, надо расшифровывать специалисту металловеду. А вот изменение хим состава проверить можно. Изменение хим состава даст понятие об переносе углерода/железа с алмаза в металл и наоборот. Результат аппроксимируется с воздействием алмаза на РК, т.к. она представляет собой в идеале тонкую сведенную в ноль поверхность.

[SegaD]

5 часов назад, SegaD сказал:

в свежем 2017г. справочнике гаранта написано

 

[SegaD]

А вот об этом же в справочнике заточника для рабочих Кащука 1982г.:

 

Изменено 21 сентября 2019 пользователем SegaD

[biser]

2 часа назад, SegaD сказал:

А вот об этом же в справочнике заточника для рабочих Кащука 1982г.:

 

Интересная информация.

Но ... не объясняется - почему, какие процессы при каких условиях проходят.

М.б. в списке источников\литературы есть ссылки?

[Tili]

Сергей вечер добрый, 

Думаю проблема преувеличена

У меня в вот такой книжке:

Пишут следующее:

 

Там много где про алмазы при тонкой доводке сталей упоминают, думаю не вредны алмазы. Вот цена для промышленного применения, да не выгодна, зачем платить за алмазы если со сталями прекрасно справляются корунды, карбид кремния, керамика и т.д.

 

Изменено 21 сентября 2019 пользователем Tili

[SegaD]

@Tili Андрей, так это выжимка из учебника Ящерицина в методичку для доводки в приборостроении причём для доводки СВОБОДНЫМ зерном. Чего жалеть свободное зерно - нанес, полирнул (хоть сталь хоть чего), смыл и в топку. Разовое применение. Даже если алмаз подвергнется деструкции в процессе , то свою задачу незакрепленное зерно уже выполнило, и можно его не жалеть. А ты почитай полный учебник Ящерицына - найдешь там то, о чём я говорю про шлифовку (а стало быть заточку) ЗАКРЕПЛЕННЫМ ЗЕРНОМ. Нет у меня его под рукой сейчас. Вот например из того, что есть:

 

 

Опять алмаз только для доводки и полировки, т.е. свободное зерно. Для силовой шлифовки/заточки закрепленным зерном(чем занимаемся мы тут на форуме, правда на малых скоростях резания) алмаза нет !

Тестом я и хочу проверить, возникают ли при НАШИХ скоростях резания мгновенные температуры в зонах резания, приводящие к деструкции алмаза и миграции углерода в сталь, а железа в алмаз при разных видах сталей.

Изменено 22 сентября 2019 пользователем SegaD

[Viktor Demidov]

22.09.2019 в 07:24, SegaD сказал:

@Tili Андрей, так это выжимка из учебника Ящерицина в методичку для доводки в приборостроении причём для доводки СВОБОДНЫМ зерном. Чего жалеть свободное зерно - нанес, полирнул (хоть сталь хоть чего), смыл и в топку. Разовое применение. Даже если алмаз подвергнется деструкции в процессе , то свою задачу незакрепленное зерно уже выполнило, и можно его не жалеть. А ты почитай полный учебник Ящерицына - найдешь там то, о чём я говорю про шлифовку (а стало быть заточку) ЗАКРЕПЛЕННЫМ ЗЕРНОМ. Нет у меня его под рукой сейчас. Вот например из того, что есть:

 

 

Опять алмаз только для доводки и полировки, т.е. свободное зерно. Для силовой шлифовки/заточки закрепленным зерном(чем занимаемся мы тут на форуме, правда на малых скоростях резания) алмаза нет !

Тестом я и хочу проверить, возникают ли при НАШИХ скоростях резания мгновенные температуры в зонах резания, приводящие к деструкции алмаза и миграции углерода в сталь, а железа в алмаз при разных видах сталей.

Сережа, мне по чему то кажется, что при заточке ножевых изделий на ручных заточных станках не возникает "мгновенных температур в зонах резания, приводящие к деструкции алмаза и миграции углерода в сталь, а железа в алмаз при разных видах сталей."

В этом как раз и состоит главное достоинство подобных методов заточки.

Острый нож получается при минимальном съеме металла при заточке.

В отличии от заточки клинков на нождаке либо гриндере.

[SegaD]

Виктор, если обработка ведется с удалением или деформацией металла (без разницы бруском или кругом), значит в момент разрушения/нарушения крист.решетки при разрыве/изменении межатомных связей должна выделяться энергия. А куда же ей деваться, как не нагревать зону процесса (резания/деформации)? Просто при работе кругом это происходит на порядок бОльшим количеством зёрен абразива в 1времени, что быстрее нагревает заготовку. А при заточке бруском меньшее количество зерен участвует в 1времени, и выделяемая меньшая на порядок энергия успевает рассеивается за счет теплопередачи по заготовке и не ощущается руками. Но процесс в обоих случаях одинаковый на микроуровне - есть разрыв связей=есть выделение энергии=есть выделение такой же мгновенной температуры. Физика, однако. Если нет разрыва связей - значит брусок просто скользит по заготовке и работы не совершает (если пренебречь трением). Работа=энергия=температура.

[SegaD]

Зерно алмаза имеет меньшие радиусы и бОльшую твердость, тем самым совершая бОльшую мгновенную работу по сравнению с зерном синтетических абразивов, а значит и давая бОльшую мгновенную температуру в зоне резания. В добавок у алмаза при мгновенных температурах 700-800°С имеет место деструкция его в углерод и миграция углерода в дефицитные зоны стали, а железа в дефицитные зоны алмаза. Как то оно так описано умниками-металловедами.

[biser]

1 час назад, SegaD сказал:

... в момент разрушения/нарушения крист.решетки при разрыве/изменении межатомных связей должна выделяться энергия ...

Вот жеж ... блин! Прям ЯДРЁНАЯ реакция. ... Надо про защиту подумать.

Изменено 26 сентября 2019 пользователем biser

[SegaD]

Для скептиков рекомендую погуглить по запросу "выделение энергии при нарушении кристаллической решётки". Или хотя бы учебник по ФТТ Морозова по первой ссылке оттуда http://journals.ioffe.ru/articles/viewPDF/44834&ved=2ahUKEwi0su_Kk-7kAhW2xMQBHe5HAtYQFjAAegQIBBAB&usg=AOvVaw2IvqRAbVgIuYbsK-s0yjNV

Узнаете много нового интересного. Про крист решетки - со с.3. Про алмаз и углерод в картинках - с.56. Про модуль упругости металлов и энергию кристаллической решетки металлов и диэлектриков (электроны и фононы) - ближе к концу методички😆

 

Изменено 26 сентября 2019 пользователем SegaD

[SegaD]

Сори, ссылка на учебник Морозова вот https://mipt.ru/upload/medialibrary/10c/sol.st.phys.1.pdf&ved=2ahUKEwiwpPf9mu7kAhUDcZoKHbWxCY0QFjAIegQICBAB&usg=AOvVaw1tbSmBIvIuSOVbRx9bkyDk

Но по ссылке в предыдущем посте  аннотация статьи и первые пара абзацев тоже в тему.

[biser]

1 час назад, SegaD сказал:

... Для скептиков рекомендую погуглить по запросу "выделение энергии при нарушении кристаллической решётки" ...

Что-ж ... зачетно ... послал.

По букварику\учебнику - много формул ... ещё больше умных слов. 

Осилю ли ?
Плохо понимаю как он\оно ("Предназначено  для  бакалавров  направлений  подготовки  210100.62 «Электроника  и  наноэлектроника»  и  222900.62  «Нанотехнологии  и микросистемная    техника»,    изучающих    дисциплину    «Физика конденсированного состояния».") соотносится к металлообработке, но всё-равно почитаю ... как будет время и ... настроение.
За ссылку - спасибо.

По гугле:
Читаю - "Энергия кристаллической решетки представляет собой работу, которую нужно затратить для разрушения решетки".
Перечитываю ещё раз - "затратить".
Вспоминаю - выделение энергии происходит при разрушении\распаде радиоактивных материалов, если инициировать облучением (т.е. подвести энергию)

... или при горении (бензина, древесины и т.д.), если поджесть (опять же подвести энергию).

Или ...
Х-м-м.

8 часов назад, SegaD сказал:

... в момент разрушения/нарушения крист.решетки при разрыве/изменении межатомных связей должна выделяться энергия ...

Может всё-таки поглощаться???
Ну да ладно.

Практика - мерило истины.
Ждем результатов опытов. Надеюсь всё сложится и получится.

 

[SegaD]

Насколько я по рабоче-крестьянски понимаю ФТТ:

При деформации крист решетки изменяется расстояние между атомами и соответственно орбитами электронами элементов. Изменение расстояния приводит к изменению силы взаимодействия между электронами (атомами). Решетку сдеформировали, приложив энергию из вне (зерном абразива). Чтобы решетка прочно  держалась, электроны металла должны вернуться к стабильному состоянию, т.е. к прежним расстояниям между ними. Электроны - своего рода клей между атомами крист решетки (за счет ЭМ сил взаимодействия).  При движении электронов на прежние (стабильные) орбиты и выделяется энергия.

В металлах клей - это электроны. В диэлектриках это фононы. В Морозове подробно написано. 

В гугле по тем же ключевым словам есть еще статья из Науки и жизни про взрыв крист решетки. В ней понимание процесса описано тоже хорошо применительно к снарядам из ОУ.

Изменено 26 сентября 2019 пользователем SegaD