Obrabotka Metallov 2019 Vol. 21 No. 2

OBRABOTKAMETALLOV Vol. 21 No. 2 2019 137 MATERIAL SCIENCE 250…1000 ºС в контакте деталь/образец [1–4]. Знание этих температур и распределение темпе- ратуры в окрестности контакта могут быть по- лезны для оптимизации режима обработки дета- ли. Распределение температур в обрабатываемой детали и в обрабатывающем инструменте может быть найдено контактными (например термопа- рами [5–7]) или бесконтактными (например те- пловизором [8–11]) способами. В общем случае показания тепловизора зависят от температуры объекта, его излучательных и отражательных свойств, температуры посторонних излучателей, прозрачности атмосферы. Иногда это затрудняет интерпретацию результатов съемки в терминах температуры. Измеряемая температура зависит также от коэффициента излучения (степени чер- ноты) ε. Поверхностные флуктуации ε и его низ- кие значения (ε < 0,7) могут вызвать появление ложных сигналов. Эти сигналы могут возник- нуть также от царапин, окислов, грязи, краски и т. п. Рекомендуют измерять температуру ме- таллов после нанесения на их поверхность хо- рошо излучающих покрытий: черной краски, сажи и т. п. Коэффициент ε зависит от тол- щины покрытия [11]. Видно, что эти факторы могут вызвать погрешность значений темпера- туры, измеряемой тепловизором. Инфракрас- ная термография является удобным способом для наблюдения тепловых полей объектов по сравнению с применением термопар. Поэтому представляет научный интерес изучение веро- ятных искажений поля температур в обрабаты- ваемых деталях при применении тепловизора. Скольжение стального стержня по цилиндри- ческой стальной поверхности может служить приближением к скольжению шара, выглажи- вающего поверхности металлических деталей [2, 3]. Кроме того, представляет интерес воз- действие на поверхность детали не высоким давлением [2] и не вибрацией шара [3] в кон- такте, а электрическим током. Температура об- разца и температура его поверхности контакта может быть изменена с помощью электриче- ского тока. Целью настоящей работы является изуче- ние особенностей распределения температуры по оси стального стержня и изменения средней температуры контакта стального модельного об- разца при скольжении по стальному контртелу под воздействием электрического тока. Методика исследований Моделью инструмента служил стержень из стали Ст3 (Fe–0,2 %C) твердостью НВ = = 2740 МПа. Площадь сечения образцов состав- ляла 10 мм 2 (2,5 мм × 4 мм). Скользящий элек- троконтакт выполнен на машине трения СМТ - 1 без смазки по схеме скольжения «pin-on-ring» при давлении р = 0,13 МПа и скорости скольже- ния v = 5 м/с (рис. 1). Сталь 45 (50 HRC) служи- ла контртелом. Контактная плотность тока была рассчитана как j = i/А а , где i – ток, протекающий через номинальную площадь контакта А а . Распределение температуры вдоль оси об- разца было определено с помощью тепловизора FLIRA655 sc. Показания тепловизора были кали- брованы по одной термопаре, расположенной на расстоянии 3 мм от поверхности контакта и при- крепленной к образцу точечной сваркой. Была принята во внимание рекомендация избегать термографирования неокрашенных металличе- ских поверхностей [11]. Боковая поверхность об- разца, назначенного для ИК-термографии, была покрыта суспензией состава лак + порошковый графит. Максимум в распределении температу- ры наблюдался на поверхности скольжения об- разца и являлся средней температурой поверх- ности образца T S . Контактный метод определения температур был осуществлен с помощью пяти термопар, ко- торые были прикреплены к оси образца точеч- ной сваркой на разных расстояниях у от поверх- ности контакта (см. рис. 1). Это позволило найти распределение температуры Т 2 ( у ) вдоль оси у образцов. Температуры поверхности трения T S для каждой плотности тока j определены путем линейной экстраполяции на поверхность сколь- жения (расстояние от держателя образца до по- верхности контакта у max = 0,85 см, рис. 1 и 2). Результаты и их обсуждение Температуры на оси стального стержня, най- денные с применением пяти термопар, линейно увеличивались при увеличении расстояния у от держателя образца H (рис. 2, [12]). Видно также, что ( T S – T 2 ) < 100 ºС при любой плотности тока ( Т 2 – температура любой точки на оси у образца). Зависимость температуры Т 2 ( y ) вдоль оси ана- логичного образца, полученное с применением