RU2721967C1 - Method for increasing service life and reliability of magnetic fluid sealers - Google Patents

Abstract

FIELD: technological processes.SUBSTANCE: invention relates to instrument-making and machine building and can be used in making sealers with nanodispersed magnetic fluid. Method of processing surfaces of magnetically conductive parts of sealers made from steel 40X13 and contacting nanodispersed magnetic fluid involves polishing surfaces of magnetically conductive parts by mechanical or galvanic method, plastic surface deformation. Prior to polishing of surfaces of magnetically conductive parts they are subjected to quenching with heating to temperature of 1050–1180 °C and subsequent tempering in oil, and plastic surface deformation is carried out using a lubricant-cooling technical agent in form of a paste, which includes high-dispersion copper particles.EFFECT: higher wear resistance of surface layer of magnetically conductive parts in contact with nanodispersed magnetic fluid.3 cl, 6 dwg

Description

Изобретение относится к области приборостроения и машиностроения и может применяться при создании герметизаторов с нанодисперсной магнитной жидкостью.The invention relates to the field of instrumentation and mechanical engineering and can be used to create sealants with nanodispersed magnetic fluid.

В большинстве случаев магнитожидкостные герметизаторы электродвигателей и других машин выходят из строя вследствие износа деталей (валов, втулок и т.д.) в результате отрицательного воздействия на поверхностный слой частиц пыли, внешних абразивных и других материалов при попадании их в зазор с магнитной жидкостью магнитожидкостных герметизаторов, работающих в тяжелых и загрязненных условиях. При этом в магнитожидкостных герметизаторах разрушается только рабочая поверхность деталей (втулки, валы), изготавливаемых, например, из стали 40X13, которая контактирует с магнитной жидкостью.In most cases, magneto-liquid sealants of electric motors and other machines fail due to wear of parts (shafts, bushings, etc.) as a result of negative effects of dust particles, external abrasive and other materials on the surface layer when they get into the gap with magnetic fluid magnetically liquid sealants working in harsh and dirty conditions. At the same time, only the working surface of parts (bushings, shafts) made, for example, of 40X13 steel, which is in contact with magnetic fluid, is destroyed in magneto-liquid sealants.

Известен способ повышения ресурса и надежности устройств с нанодисперсной магнитной жидкостью (патент на изобретение РФ №2413321., МПК H01F 3/10, H01F 41/00, 2011 г.), в котором поверхности магнитопроводящих деталей устройств, предназначенные для контакта с нанодисперсной магнитной жидкостью, обрабатывают механическим, гальваническим или другим способом, понижая высоту и шаг неровностей шероховатой поверхности, покрывают защитным слоем из немагнитного материала толщиной Δ=n×Rz, где n≥0,3 - коэффициент пропорциональности, a Rz - высота неровностей профиля шероховатой поверхности, на которую наносят немагнитное покрытие, после чего создают магнитное поле в устройстве и вводят нанодисперсную магнитную жидкость.There is a method of increasing the resource and reliability of devices with nanodispersed magnetic fluid (patent for the invention of the Russian Federation No. 2413321., IPC H01F 3/10, H01F 41/00, 2011), in which the surfaces of the magnetically conductive parts of devices designed to contact with nanodispersed magnetic fluid , they are treated mechanically, galvanically or in another way, lowering the height and pitch of the roughness of the rough surface, cover with a protective layer of non-magnetic material of thickness Δ = n × Rz, where n≥0.3 is the proportionality coefficient, and Rz is the height of the roughness of the rough surface profile, on which is applied with a non-magnetic coating, after which a magnetic field is created in the device and nanodispersed magnetic fluid is introduced.

Недостатком данного способа является необходимость нанесения немагнитного покрытия на магнитопроводящую поверхность, контактирующую с нанодисперсной магнитной жидкостью. Нанесение немагнитного покрытия на магнитопроводяшую поверхность усложняет технологию производства магнитожидкостных устройств, увеличивает их себестоимость. Кроме этого, слой немагнитного покрытия уменьшает величину рабочего зазора, что приводит к увеличению габаритов магнитных систем магнитожидкостных устройств.The disadvantage of this method is the necessity of applying a non-magnetic coating on a magnetically conductive surface in contact with nanodispersed magnetic fluid. The application of a non-magnetic coating on a magnetically conductive surface complicates the technology for the production of magneto-liquid devices, and increases their cost. In addition, the non-magnetic coating layer reduces the size of the working gap, which leads to an increase in the size of the magnetic systems of magneto-liquid devices.

Известен способ повышения ресурса и надежности устройств с нанодисперсной магнитной жидкостью (патент на изобретение РФ №2536863, МПК H01F 1/44, H01F 41/30, 2014 г.), принятый за прототип, включающий обработку поверхностей магнитопроводящих деталей, контактирующих с нанодисперсной магнитной жидкостью, механическим или гальваническим способом для понижения высоты и шага неровностей шероховатой поверхности. Поверхности магнитопроводящих деталей, контактирующих с нанодисперсной магнитной жидкостью, дополнительно подвергают пластическому поверхностному деформированию, после чего в устройстве создают магнитное поле и вводят нанодисперсную магнитную жидкость.There is a method of increasing the resource and reliability of devices with nanodispersed magnetic fluid (patent for invention of the Russian Federation No. 2536863, IPC H01F 1/44, H01F 41/30, 2014), adopted as a prototype, including surface treatment of magnetically conductive parts in contact with nanodispersed magnetic fluid mechanically or galvanically in order to lower the height and pitch of the roughness of the rough surface. The surfaces of the magnetically conductive parts in contact with the nanodispersed magnetic fluid are further subjected to plastic surface deformation, after which a magnetic field is created in the device and nanodispersed magnetic fluid is introduced.

Недостатком данного способа является невысокая износостойкость поверхностей магнитопроводящих деталей, контактирующих с нанодисперсной магнитной жидкостью, и работающих в тяжелых и загрязненных условиях отрицательного воздействия на поверхностный слой частиц пыли, внешних абразивных и других материалов при попадании их в зазор с нанодисперсной магнитной жидкостью и снижения, вследствие этого, надежности и ресурса электродвигателей и других машин, содержащих магнитожидкостные герметизаторы.The disadvantage of this method is the low wear resistance of the surfaces of magnetically conductive parts in contact with nanodispersed magnetic fluid, and working in difficult and dirty conditions to adversely affect the surface layer of dust particles, external abrasive and other materials when they fall into the gap with nanodispersed magnetic fluid and reduce, as a result , reliability and service life of electric motors and other machines containing magneto-liquid sealants.

Технический результат состоит в повышении износостойкости поверхностного слоя магнитопроводящих деталей, контактирующих с нанодисперсной магнитной жидкостью.The technical result consists in increasing the wear resistance of the surface layer of magnetically conductive parts in contact with nanodispersed magnetic fluid.

Технический результат достигается тем, что в способе повышения ресурса и надежности магнитожидкостных герметизаторов, включающем обработку поверхностей магнитопроводящих деталей, контактирующих с нанодисперсной магнитной жидкостью, механическим или гальваническим способом для понижения высоты и шага неровностей шероховатой поверхности, затем обработку пластическим поверхностным деформированием, после чего в герметизаторе создают магнитное поле и вводят нанодисперснуто магнитную жидкость, предварительно поверхности магнитопроводящих деталей, контактирующих с нанодисперсной магнитной жидкостью, подвергают закалке с последующим отпуском, а пластическое поверхностное деформирование осуществляют с применением смазочно-охлаждающего средства в виде пасты, в состав которого входит компонент из ряда высокодисперсных цветных металлов. Закалку производят с нагревом до температуры 1050-1180°С и последующим отпуском в масле. Пластическое поверхностное деформирование осуществляют выглаживанием алмазным кристаллом. Применяют смазочно-охлаждающее технологическое средство содержащее хлорид меди и воду, триэтаноламин, полиэтиленгликоль, уксусную кислоту, высокодисперсную медь при следующем соотношении компонентов, мас. %:The technical result is achieved in that in a method of increasing the life and reliability of magnetically liquid sealants, including treating the surfaces of magnetically conductive parts in contact with nanodispersed magnetic fluid, mechanically or galvanically to lower the height and pitch of roughness of a rough surface, then processing with plastic surface deformation, and then in the sealant create a magnetic field and introduce nanodispersed magnetic fluid, previously the surfaces of the magnetically conductive parts in contact with the nanodispersed magnetic fluid are quenched, followed by tempering, and plastic surface deformation is carried out using a cutting lubricant in the form of a paste, which includes a component from a number of highly dispersed colored metals. Hardening is carried out with heating to a temperature of 1050-1180 ° C and subsequent tempering in oil. Plastic surface deformation is carried out by smoothing with a diamond crystal. Apply a lubricating-cooling technological agent containing copper chloride and water, triethanolamine, polyethylene glycol, acetic acid, highly dispersed copper in the following ratio of components, wt. %:

хлорид медиcopper chloride 4-104-10 триэтаноламинtriethanolamine 9-159-15 полиэтиленгликольpolyethylene glycol 36-4536-45 уксусная кислотаacetic acid 18-3018-30 водаwater 1-31-3 высокодисперсная медьfine copper 3-63-6

На фиг. 1.а. приведены фотографии структуры стали 40X13 до термообработки; на фиг. 1.б. приведены фотографии структуры стали 40X13 после термообработки.In FIG. 1.a. photographs of the structure of 40X13 steel before heat treatment are given; in FIG. 1.b. Photos of the structure of 40X13 steel after heat treatment are shown.

На фиг. 2 представлена гистограмма изменения микротвердости HV в зависимости от метода обработки деталей из стали 40X13: 1 - при обработке точение без термообработки; 2 - при обработке точением и алмазным выглаживанием без термообработки; 3 - при термообработке; 4 - при термообработке, обработке точением и алмазным выглаживанием с применением СОТС в виде пасты, заявленного состава.In FIG. Figure 2 shows a histogram of changes in the microhardness HV depending on the method of processing parts made of steel 40X13: 1 - during processing, turning without heat treatment; 2 - when machining by turning and diamond smoothing without heat treatment; 3 - during heat treatment; 4 - during heat treatment, turning and diamond smoothing using COTS in the form of a paste, the claimed composition.

На фиг. 3 приведена гистограмма изменения величины шероховатости R_a в зависимости от метода отделочной обработки для детали из стали 40X13: 1 - при обработке точением без термообработки; 2 - без термообработки при обработке точением и алмазным выглаживанием; 3 - при термообработке, обработке точением и алмазным выглаживанием с применением СОТС в виде пасты, заявленного состава.In FIG. Figure 3 shows a histogram of the change in roughness value R _a depending on the finishing method for a part made of steel 40X13: 1 - when machining by turning without heat treatment; 2 - without heat treatment during machining by turning and diamond smoothing; 3 - during heat treatment, turning and diamond smoothing using COTS in the form of a paste, the claimed composition.

На фиг. 4 представлены профилограммы шероховатости R_a в зависимости от метода обработки для детали из стали 40X13: фиг. 4.а. - при обработке точением без термообработки; фиг. 4.б. - без термообработки, при обработке точением и алмазным выглаживанием; фиг. 4.в. - при термообработке, обработке точением и алмазным выглаживанием с применением СОТС в виде пасты, заявленного состава.In FIG. 4 shows profilograms of roughness R _a depending on the processing method for a part made of 40X13 steel: FIG. 4.a. - when machining by turning without heat treatment; FIG. 4.b. - without heat treatment, during turning and diamond smoothing; FIG. 4.c. - during heat treatment, turning and diamond smoothing using COTS in the form of a paste, the claimed composition.

На фиг. 5 приведены фотографии поверхности стали 40X13 (ув.× 2500): 1 - при обработке точением без термообработки; 2 - без термообработки, при обработке точением и алмазным выглаживанием; 3 - при термообработке, обработке точением и алмазным выглаживанием с применением СОТС в виде пасты, заявленного состава.In FIG. 5 shows photographs of the surface of steel 40X13 (enlarged × 2500): 1 - during turning by turning without heat treatment; 2 - without heat treatment, during machining by turning and diamond smoothing; 3 - during heat treatment, turning and diamond smoothing using COTS in the form of a paste, the claimed composition.

На фиг. 6 представлена гистограмма влияния метода обработки на износ поверхности детали из стали 40X13: 1 - при обработке точением без термообработки; 2 - без термообработки, при обработке точением и алмазным выглаживанием; 3 - при термообработке, обработке точением; 4 - при термообработке, обработке точением и алмазным выглаживанием с применением СОТС в виде пасты, заявленного состава.In FIG. Figure 6 shows a histogram of the influence of the processing method on the wear of the surface of a part made of 40X13 steel: 1 - when machining by turning without heat treatment; 2 - without heat treatment, during machining by turning and diamond smoothing; 3 - during heat treatment, turning processing; 4 - during heat treatment, turning and diamond smoothing using COTS in the form of a paste, the claimed composition.

Предлагаемый способ реализуется следующим образом.The proposed method is implemented as follows.

Поверхности магнитопроводящих деталей, например из стали 40X13, через которые замыкается магнитное поле и которые контактирует с нанодисперсной магнитной жидкостью в герметизаторе подвергают термической обработке, а именно закалке, включающей нагрев до температуры 1050-1180°С для полной растворимости карбидов и отпуск в масле для снятия напряжений. Это обеспечивает повышение износостойкости поверхностного слоя магнитопроводящих деталей, например, ступенчатых валов и осей, работающих преимущественно в средах с повышенной влажностью, а также в условиях коррозионно-механического износа. Термическая обработка является важнейшей операцией в значительной степени определяющей уровень магнитных и механических свойств материалов. Результатом этого процесса является изменение размеров и формы зерна (фиг. 1). Характерной особенностью рассматриваемой стали 40X13 является крупнозернистость (фиг. 1а). При увеличении размеров зерна магнитная проницаемость и потери па вихревые токи возрастают, потери на гистерезис и коэрцитивная сила уменьшаются, а величина микротвердости HV (фиг. 2) и износостойкость уменьшаются (фиг. 4). Кроме того в процессе термической обработки дислокационная структура изменяется. Плотность дислокаций увеличивается. Перестройка дислокационной структуры и обусловленные ею магнитные свойства магнитомягких материалов зависят от скорости нагревания, температуры, времени выдержки и скорости охлаждения в процессе термической обработки. Затем шероховатую поверхность магнитопроводящей детали, через которую замыкается магнитное поле и которая контактирует с нанодисперсной магнитной жидкостью, до сборки узла обрабатывают одним из известных способов: механическим (чистовой токарной обработкой, шлифованием) или гальваническим (электрохимическим, химическим) полированием, уменьшая высоту и шаг неровностей шероховатой поверхности. Равномерное магнитное поле рабочего зазора устройства вблизи магнитопроводящей поверхности перераспределяется, что обусловлено наличием выступов и впадин на шероховатой магнитопроводящей поверхности. Около вершин выступов напряженность магнитного поля повышенная, в районах впадин -пониженная. Чем выше шероховатость, тем значительнее высота и площадь основания каждого выступа, тем с большей площади собирается магнитный поток и концентрируется на вершину одного выступа, соответственно, тем выше степень перераспределения напряженности магнитного поля около поверхности. Чем меньше по размеру выступы, тем ниже степень перераспределения напряженности магнитного поля, тем ниже отклонение экстремальных значений напряженности около магнитопроводящей поверхности от средней напряженности поля в зазоре, и на меньшем расстоянии от поверхности наблюдаются следы перераспределения поля. После механической или гальваническим обработки поверхность подвергают пластическому поверхностному деформированию. Это делается выглаживанием алмазным кристаллом, зажатым в оправке. При алмазном выглаживании сминаются все выступы шероховатой поверхности, которые в магнитном поле являются концентраторами напряженности магнитного поля. Магнитное поле около магнитопроводящей поверхности становится однородным, исчезают зоны повышенной напряженности магнитного поля, являющиеся очагами разрушения и расслоения магнитной жидкости. Пластическое поверхностное деформирование осуществляют с применением смазочно-охлаждающего средства (СОТС) в виде пасты. СОТС, содержащую хлорид меди, воду, триэтаноламин, полиэтиленгликоль, уксусную кислоту, высокодисперсную медь, в виде пасты наносят на поверхность обрабатываемой детали перед обработкой алмазным выглаживателем. Использование СОТС позволяет осаждать медьсодержащее покрытие в месте контакта алмазного выглаживателя с поверхностью обрабатываемой детали (вытеснение ионов меди из раствора). Таким образом, медь, осажденная на поверхности стального изделия, представляет собой связующее, удерживающее остальные компоненты СОТС на поверхности изделия при трении. Входящие в состав СОТС триэтаноламин, полиэтиленгликоль, уксусная кислота сами по себе являются эффективными смазочно-диспергирующими веществами для пары трения алмаз - сталь, а применяемый в качестве СОТС раствор этих веществ, уменьшает поверхностную энергию и облегчает пластическое деформирование обрабатываемого металла, способствует удалению окисной пленки и осаждению плотного медного покрытия. В результате взаимодействия полиэтиленгликоля и триэтаноламина с уксусной кислотой выделяется вода, обладающая свойством электролита контактного меднения. Вода способствует осаждению медьсодержащего покрытия на обрабатываемую поверхность детали после нанесения СОТС. Высокодисперсная медь представляет собой порошок с дисперсностью 0,5-4,0 мкм. Частицы высокодисперсной меди, попадая на поверхность обрабатываемого металла и задерживаясь в порах осаждающегося из раствора СОТС медного покрытия, создают более развитую пористую поверхность, на которой остальные компоненты СОТС надежно удерживаются. Кроме того, взвешенные в растворе частицы высокодисперсной меди благодаря их высокой физико-химической активности являются центрами кристаллизации и способствуют формированию композиционного покрытия. Вследствие большого количества частиц, участвующих в процессе, кристаллизация носит массовый характер. Кроме того, совокупность практически безынерционного массопереноса частиц высокодисперсной меди и массовой кристаллизации обеспечивает равномерное осаждение контактной меди из раствора СОТС. В результате медь заполняет пространство между неровностями шероховатой поверхности и уменьшает их величину. Немагнитное покрытие не влияет на магнитное поле в зазоре и его распределение около шероховатой поверхности. Но зоны повышенной напряженности магнитного поля, обусловленные шероховатостью поверхности, оказываются внутри немагнитного покрытия и не оказывают отрицательного действия на нанодисперсную магнитную жидкость, а на поверхности немагнитного покрытия следы перераспределения напряженности поля практически отсутствуют. Магнитное поле около магнитопроводящей поверхности становится более однородным, исчезают зоны повышенной напряженности магнитного поля, являющиеся очагами разрушения и расслоения магнитной жидкости. После подготовки поверхностей деталей, предназначенных для контакта с нанодисперсной магнитной жидкостью вышеописанным образом, в устройстве создается магнитное поле и вводится нанодисперсная магнитная жидкость.The surfaces of magnetically conductive parts, for example, steel 40X13, through which the magnetic field is closed and which is in contact with the nanodispersed magnetic fluid in the sealant, are subjected to heat treatment, namely, quenching, including heating to a temperature of 1050-1180 ° C for complete solubility of carbides and tempering in oil to remove stresses. This provides increased wear resistance of the surface layer of magnetically conductive parts, for example, stepped shafts and axles, working mainly in environments with high humidity, as well as in conditions of corrosion-mechanical wear. Heat treatment is an important operation that largely determines the level of magnetic and mechanical properties of materials. The result of this process is a change in the size and shape of the grain (Fig. 1). A characteristic feature of the considered steel 40X13 is coarse grain (Fig. 1A). With increasing grain size, the magnetic permeability and eddy current loss increase, the hysteresis and coercive losses decrease, and the microhardness HV (Fig. 2) and wear resistance decrease (Fig. 4). In addition, during the heat treatment, the dislocation structure changes. The density of dislocations increases. The restructuring of the dislocation structure and the magnetic properties of soft magnetic materials resulting from it depend on the heating rate, temperature, holding time, and cooling rate during the heat treatment. Then, the rough surface of the magnetically conducting part, through which the magnetic field is closed and which is in contact with nanodispersed magnetic fluid, is processed before assembling the assembly using one of the known methods: mechanical (finishing turning, grinding) or galvanic (electrochemical, chemical) polishing, reducing the height and pitch of irregularities rough surface. The uniform magnetic field of the working gap of the device near the magnetically conductive surface is redistributed, due to the presence of protrusions and depressions on the rough magnetically conductive surface. Near the peaks of the protrusions, the magnetic field is increased, in the areas of the depressions it is reduced. The higher the roughness, the greater the height and base area of each protrusion, the greater the magnetic flux collected and concentrated on the top of one protrusion, respectively, the higher the degree of redistribution of the magnetic field near the surface. The smaller the protrusions, the lower the degree of redistribution of the magnetic field strength, the lower the deviation of the extreme values of the intensity near the magnetically conductive surface from the average field strength in the gap, and traces of field redistribution are observed at a shorter distance from the surface. After mechanical or galvanic treatment, the surface is subjected to plastic surface deformation. This is done by smoothing with a diamond crystal clamped in a mandrel. When diamond smoothing, all the protrusions of the rough surface are crushed, which in a magnetic field are concentrators of the magnetic field strength. The magnetic field near the magnetically conducting surface becomes homogeneous, zones of increased magnetic field strength, which are the centers of destruction and separation of the magnetic fluid, disappear. Plastic surface deformation is carried out using a cutting lubricant (COTS) in the form of a paste. SOTS containing copper chloride, water, triethanolamine, polyethylene glycol, acetic acid, fine copper, in the form of a paste is applied to the surface of the workpiece before processing with a diamond smoother. The use of COTS allows one to deposit a copper-containing coating at the place of contact of the diamond smoother with the surface of the workpiece (displacement of copper ions from the solution). Thus, the copper deposited on the surface of the steel product is a binder that holds the remaining components of COTS on the surface of the product during friction. The triethanolamine, polyethylene glycol, and acetic acid that are part of COTS are themselves effective lubricating and dispersing substances for the diamond-steel friction pair, and the solution of these substances used as COTS reduces surface energy and facilitates plastic deformation of the metal being treated, helps to remove the oxide film and the deposition of a dense copper coating. As a result of the interaction of polyethylene glycol and triethanolamine with acetic acid, water is released that has the property of contact copper plating electrolyte. Water contributes to the deposition of a copper-containing coating on the workpiece surface after application of SOTS. Fine copper is a powder with a fineness of 0.5-4.0 microns. Particles of finely dispersed copper, falling on the surface of the metal being treated and staying in the pores of the copper coating deposited from the SOTS solution, create a more developed porous surface on which the remaining components of the SOTS are firmly held. In addition, particles of finely dispersed copper suspended in solution, due to their high physicochemical activity, are crystallization centers and contribute to the formation of a composite coating. Due to the large number of particles involved in the process, crystallization is massive. In addition, the combination of practically inertialess mass transfer of highly dispersed copper particles and mass crystallization ensures uniform deposition of contact copper from the SOTS solution. As a result, copper fills the space between the roughnesses of the rough surface and reduces their size. A non-magnetic coating does not affect the magnetic field in the gap and its distribution near a rough surface. But zones of increased magnetic field strength, due to surface roughness, are inside a non-magnetic coating and do not have a negative effect on nanodispersed magnetic fluid, and there are practically no traces of redistribution of field strength on the surface of a non-magnetic coating. The magnetic field near the magnetically conducting surface becomes more uniform, the zones of increased magnetic field strength, which are the centers of destruction and separation of the magnetic fluid, disappear. After preparing the surfaces of parts intended for contact with nanodispersed magnetic fluid in the manner described above, a magnetic field is created in the device and nanodispersed magnetic fluid is introduced.

Эффективность заявляемого способа подтверждена экспериментально, результаты приведены на фиг. 1-6.The effectiveness of the proposed method is confirmed experimentally, the results are shown in FIG. 1-6.

Обработка поверхностей деталей алмазным выглаживанием проводилась на токарном станке типа ИЖ 250 ИТВМФ1.The surface treatment of parts with diamond smoothing was carried out on a lathe type IZH 250 ITVMF1.

Величины микротвердости HV из стали 40X13 после точения и последующего алмазного выглаживания составляют соответственно 275 ед. и 320 ед. HV, а после закалки и последующего алмазного выглаживания -соответственно 545 и 630 ед HV (фиг. 2). Для измерений микротвердости использовался прибор микротвердомер ПМТ-3 (ГОСТ 1156).The microhardness values of HV from steel 40X13 after turning and subsequent diamond smoothing are 275 units, respectively. and 320 units. HV, and after quenching and subsequent diamond smoothing, respectively 545 and 630 units of HV (Fig. 2). For microhardness measurements, the PMT-3 microhardness tester (GOST 1156) was used.

Исходная величина шероховатости R_a поверхности втулок из стали 40X13 после точения составляет 0,803 мкм, а после алмазного выглаживания - 0,502 мкм. После термообработки, точения и алмазного выглаживания с применением СОТС в виде пасты, заявленного состава, величина шероховатости R_a поверхности составляет 0,482 мкм (фиг. 3).The initial roughness value R _{a of the} surface of the sleeves of steel 40X13 after turning is 0.803 μm, and after diamond smoothing - 0.502 μm. After heat treatment, turning and diamond smoothing using COTS in the form of a paste of the claimed composition, the surface roughness R _{a of the} surface is 0.482 μm (Fig. 3).

Профилограммы шероховатости R_a в зависимости от применяемой обработки для детали из стали 40X13 (фиг. 4) получены на профилографе - профилометре БВ-7669.Roughness profilograms R _a depending on the processing used for the part made of steel 40X13 (Fig. 4) were obtained on a profilograph - profilometer BV-7669.

Для испытания на износ поверхностей деталей использовалась установка, включающая образец детали, шпиндель станка, державку, стрелочный индикатор, динамометр, резцедержатель станка, контртело.To test the wear of the surfaces of the parts, a setup was used that included a sample of the part, the machine spindle, holder, dial indicator, dynamometer, tool holder, counterbody.

Образец детали из стали 40X13 закреплялся в шпиндель токарного станка 16К20. Державка с закрепленным в ней контртелом, устанавливалась в динамометр с индуктивными датчиками, смонтированном вместо резцедержателя на токарном станке 16К20. Контртело (пруток сечением 10×10) изготовливалось из серого чугуна. Контактирующая с деталью поверхность контртела выполнена вогнутой цилиндрической в зависимости от диаметра исследуемой детали.A sample of 40X13 steel parts was fixed to the 16K20 lathe spindle. A holder with a counterbody fixed in it was installed in a dynamometer with inductive sensors mounted instead of a tool holder on a 16K20 lathe. The counterbody (bar section 10 × 10) was made of gray cast iron. The counterbody surface in contact with the part is concave cylindrical depending on the diameter of the part under investigation.

Скорость вращения детали 100-200 об/мин. Нагрузка на зону контакта составляла 50-300Н и измерялась проторированным индикатором. Во время испытаний измерялось усилие трения при помощи показывающего прибора и количество циклов контакта (количество оборотов детали).The rotation speed of the part is 100-200 rpm. The load on the contact zone was 50–300 N and was measured by a propelled indicator. During the tests, the friction force was measured using an indicating device and the number of contact cycles (number of revolutions of the part).

Через заданные промежутки времени (1, 2, 3, 4, 5, 10, 15, 20 мин) и после износа изнашиваемые детали снимались с экспериментальной установки и поверхности износа фотографировались на модернизированном металлографическом микроскопе МИМ-8 цифровой камерой. Взвешивание деталей для определения величины съема металла выполнялось на весах модели METTLER TOLEDO с точностью измерения 0,000001 г; класс точности - по ГОСТ 24104-МПМ03М762/1. Испытания на износ покрытий и поверхностей деталей проводились до достижения критического числа N циклов (оборотов) деталей, требовавшегося для катастрофического разрушения поверхностей деталей. Критическое число N циклов называется стойкостью поверхности.At predetermined time intervals (1, 2, 3, 4, 5, 10, 15, 20 min) and after wear, the wearing parts were removed from the experimental setup and the wear surfaces were photographed using a modern MIM-8 metallographic microscope with a digital camera. The weighing of parts for determining the amount of metal removal was carried out on a METTLER TOLEDO model with a measurement accuracy of 0.000001 g; accuracy class - in accordance with GOST 24104-MPM03M762 / 1. Tests for wear of coatings and surfaces of parts were carried out until a critical number N of cycles (revolutions) of parts was achieved, which was required for catastrophic destruction of the surfaces of parts. The critical number of N cycles is called surface durability.

Термообработка и последующее алмазное выглаживание существенно увеличивают износостойкость поверхностного слоя (фиг. 6).Heat treatment and subsequent diamond smoothing significantly increase the wear resistance of the surface layer (Fig. 6).

Таким образом, предлагаемый способ позволяет повысить износостойкость поверхностного слоя магнитопроводящих деталей, контактирующих с нанодисперсной магнитной жидкостью магнитожидкостных герметизаторов, уменьшить отрицательное воздействие на поверхностный слой частиц пыли, внешних абразивных и других материалов при попадании их в зазор с нанодисперсной магнитной жидкостью магнитожидкостных герметизаторов, работающих в тяжелых и загрязненных условиях, и повысить надежность и ресурс электродвигателей и других машин, содержащих магнитожидкостные герметизаторы.Thus, the proposed method allows to increase the wear resistance of the surface layer of magnetically conductive parts in contact with nanodispersed magnetic fluid of magneto-liquid sealants, to reduce the negative impact on the surface layer of dust particles, external abrasive and other materials when they enter the gap with nanodispersed magnetic fluid of magnetofluidic sealants operating in heavy and contaminated conditions, and increase the reliability and service life of electric motors and other machines containing magneto-liquid sealants.

Claims (4)

1. Способ обработки поверхностей магнитопроводящих деталей герметизаторов, выполненных из стали 40X13 и контактирующих с нанодисперсной магнитной жидкостью, включающий полировку поверхностей магнитопроводящих деталей механическим или гальваническим методом, пластическое поверхностное деформирование, отличающийся тем, что перед полировкой поверхностей магнитопроводящих деталей их подвергают закалке с нагревом до температуры 1050-1180°С и последующему отпуску в масле, а пластическое поверхностное деформирование осуществляют с применением смазочно-охлаждающего технического средства в виде пасты, в состав которого входят частицы высокодисперсной меди.1. A method of treating surfaces of magnetically conductive parts of sealants made of 40X13 steel and in contact with nanodispersed magnetic fluid, comprising polishing the surfaces of magnetically conductive parts with a mechanical or galvanic method, plastic surface deformation, characterized in that they are hardened before polishing the surfaces of the magnetically conductive parts to a temperature 1050-1180 ° C and subsequent tempering in oil, and plastic surface deformation is carried out using a cutting lubricant in the form of a paste, which includes fine copper particles. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что пластическое поверхностное деформирование осуществляют выглаживанием алмазным кристаллом.2. The method according to p. 1, characterized in that the plastic surface deformation is carried out by smoothing with a diamond crystal. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что применяют смазочно-охлаждающее технологическое средство, содержащее хлорид меди и воду, триэтаноламин, полиэтиленгликоль, уксусную кислоту, высокодисперсную медь при следующем соотношении компонентов, мас. %:3. The method according to p. 1, characterized in that they use a lubricating-cooling technological agent containing copper chloride and water, triethanolamine, polyethylene glycol, acetic acid, highly dispersed copper in the following ratio of components, wt. %: хлорид медиcopper chloride 4-104-10 триэтаноламинtriethanolamine 9-159-15 полиэтиленгликольpolyethylene glycol 36-4536-45 уксусная кислотаacetic acid 18-3018-30 водаwater 1-31-3 высокодисперсная медьfine copper 3-6.3-6.

Images