Sledování změn ve struktuře třísky obráběného materiálu pomocí rentgenografické metody



Podobné dokumenty
CHARAKTERIZACE MATERIÁLU POMOCÍ DIFRAKČNÍ METODY DEBYEOVA-SCHERREROVA NA ZPĚTNÝ ODRAZ

Transfer inovácií 20/


Střední průmyslová škola strojnická Olomouc, tř.17. listopadu 49

1 Teoretický úvod. 1.2 Braggova rovnice. 1.3 Laueho experiment

RTG difraktometrie 1.

Práce s tabulkami, efektivní využití v praxi

Teorie třískového obrábění

1 Výpočty řezných podmínek při soustružení

EMCO Sinumerik 810 M - frézování

6. Geometrie břitu, řezné podmínky. Abychom mohli určit na nástroji jednoznačně jeho geometrii, zavádíme souřadnicový systém tvořený třemi rovinami:

Chemie a fyzika pevných látek p2

EXPERIMENTÁLNÍ METODY V OBRÁBĚNÍ

Metody využívající rentgenové záření. Rentgenovo záření. Vznik rentgenova záření. Metody využívající RTG záření

Základy obrábění. Obrábění se uskutečňuje v soustavě stroj nástroj obrobek

Základní konvenční technologie obrábění SOUSTRUŽENÍ

ODBORNÝ VÝCVIK VE 3. TISÍCILETÍ

PROTAHOVÁNÍ A PROTLAČOVÁNÍ

Rentgenografické difrakční určení mřížového parametru známé kubické látky

MODELOVÁNÍ A MĚŘENÍ DEFORMACE V TAHOKOVU

Kvantitativní fázová analýza

OPOTŘEBENÍ A TRVANLIVOST NÁSTROJE

TECHNOLOGIE SOUSTRUŽENÍ

Krystalografie a strukturní analýza

Možnosti rtg difrakce. Jan Drahokoupil (FZÚ) Zdeněk Pala (ÚFP) Jiří Čapek (FJFI)

Vyměnitelné břitové destičky

Metody využívající rentgenové záření. Rentgenografie, RTG prášková difrakce

VLIV ZPŮSOBŮ OHŘEVU NA TEPLOTNÍ DEGRADACI TENKÝCH OTĚRUVZDORNÝCH PVD VRSTEV ZJIŠŤOVANÝCH POMOCÍ VYBRANÝCH METOD

Projekt: Inovace oboru Mechatronik pro Zlínský kraj Registrační číslo: CZ.1.07/1.1.08/ Teorie frézování

Výpočet strojního času soustružení

Soustružení. Použití: pro soustružení rotačních ploch vnějších i vnitřních, k zarovnání čela, řezání závitů, tvarové soustružení.

ZÁKLA L DY Y OB O RÁBĚNÍ Te T o e r o ie e ob o r b áb á ě b n ě í n, z ák á lad a n d í n d r d uh u y h třísko k v o éh é o h o obrábění

STRUKTURNÍ A FÁZOVÁ ANALÝZA OCELI T23 STRUCTURE AND PHASE ANALYSIS OF T23 STEEL

KOMPLEXNÍ VZDĚLÁVÁNÍ KATEDRA STROJNÍ SPŠSE a VOŠ LIBEREC

(02) Soustružení I. Obr. 1 Součást se závitem.

Srovnávací studie cementovaných a nitridovaných vzorků pomocí analýzy Barkhausenova šumu a RTG difrakce

HOBLOVÁNÍ A OBRÁŽENÍ

Předmět: Ročník: Vytvořil: Datum: Počítačem řízené stroje. Název zpracovaného celku: CAM obrábění

Trvanlivost,obrobitelnost,opotřebení břitu

Princip práškové metody Prášková metoda slouží k určení hodnot mřížkových parametrů krystalické mřížky dané krystalické látky.

DRUHY A UTVÁŘENÍ TŘÍSEK


PODŘÍZNUTÍ PŘI BROUŠENÍ TVAROVÝCH DRÁŽEK

Určení řezných podmínek pro frézování v systému AlphaCAM

X-RAY EXAMINATION OF THE FATIGUE PROCESS RENTGENOGRAFICKÉ ZKOUMÁNÍ ÚNAVOVÉHO PROCESU

Výukový materiál zpracovaný v rámci operačního programu Vzdělávání pro konkurenceschopnost

CYKLICKÁ VRYPOVÁ ZKOUŠKA PRO HODNOCENÍ VÝVOJE PORUŠENÍ A V APROXIMACI ZKOUŠKY OPOTŘEBENÍ. Markéta Podlahová, Ivo Štěpánek, Martin Hrdý

Výroba závitů. a) Vnější závit. Druhy závitů

Minimaster Plus Minimaster Plus 398

MOŽNOSTI TVÁŘENÍ MONOKRYSTALŮ VYSOKOTAVITELNÝCH KOVŮ V OCHRANNÉM OBALU FORMING OF SINGLE CRYSTALS REFRACTORY METALS IN THE PROTECTIVE COVER

Inovace a zkvalitnění výuky prostřednictvím ICT. Obrábění. Název: Soustružení. Téma: Ing. Kubíček Miroslav. Autor: Číslo: VY_32_INOVACE_19 08 Anotace:

EFEKTIVNÍ FRÉZOVÁNÍ FERITICKO-MARTENZITICKÝCH OCELÍ VLIV MIKROGEOMETRIE NÁSTROJE NA ŘEZNÝ PROCES SVOČ FST 2013

F7030 Rentgenový rozptyl na tenkých vrstvách

Frézování. Hlavní řezný pohyb nástroj - rotační pohyb Přísuv obrobek - v podélném, příčném a svislém směru. Nástroje - frézy.

Fyzikální sekce přírodovědecké fakulty Masarykovy univerzity v Brně FYZIKÁLNÍ PRAKTIKUM. Praktikum z pevných látek (F6390)

technologie (z řeckého základu techné dovednost, logus - nauka) Speciální technologie Příklad: kolo Příklad: dioda obrábění břit, řezný klín

Antonín Kříž a) Miloslav Chlan b)

Výroba závitů - shrnutí

SMĚROVÁ KRYSTALIZACE EUTEKTIK SYSTÉMU Ti-Al-Si DIRECTIONAL CRYSTALLIZATION OF Ti-Al-Si EUTECTICS

Základní pojmy obrábění, Rozdělení metod obrábění, Pohyby při obrábění, Geometrie břitu nástroje - nástrojové roviny, nástrojové úhly.

Výpočet silové a energetické náročnosti při obrábění

ANALYTICKÝ PRŮZKUM / 1 CHEMICKÉ ANALÝZY ZLATÝCH A STŘÍBRNÝCH KELTSKÝCH MINCÍ Z BRATISLAVSKÉHO HRADU METODOU SEM-EDX. ZPRACOVAL Martin Hložek

Jakost povrchu při frézování kulovou frézou na nakloněných plochách. Bc. Lukáš Matula

Karbidové technické frézy

Podstata frézování Zhotoveno ve školním roce: 2011/2012. Princip a podstata frézování. Geometrie břitu frézy

HODNOCENÍ STAVU OBROBENÉHO POVRCHU PO VÍCEOSÉM FRÉZOVÁNÍ

Řezná keramika. Moderní a produktivní způsob obrábění žárovzdorných slitin

Difrakce elektronů v krystalech, zobrazení atomů

Evropský sociální fond Praha & EU: INVESTUJEME DO VAŠÍ BUDOUCNOSTI. VÝROBNÍ KONSTRUKCE, 4. ročník - CVIČENÍ

KONVENČNÍ FRÉZOVÁNÍ Zdeněk Zelinka

Teorie frézování Geometrie břitu frézy zub frézy má tvar klínu ostřejší klín snadněji vniká do materiálu vzájemná poloha ploch břitu nástroje a

Střední průmyslová škola strojnická Olomouc, tř.17. listopadu 49

Ing. Petra Cihlářová. Odborný garant: Doc. Ing. Miroslav Píška, CSc.


Základní konvenční technologie obrábění SOUSTRUŽENÍ. Technologie III - OBRÁBĚNÍ

VLIV PŘÍPRAVY POVRCHU A NEHOMOGENIT TLOUŠŤKY VRSTEV NA CHOVÁNÍ TENKOVRSTVÝCH SYSTÉMŮ

TECHNOLOGIE VRTÁNÍ, VYHRUBOVÁNÍ, VYSTRUŽOVÁNÍ A ZAHLUBOVÁNÍ

HSC obráb ní, tepelné jevy p Definice, popis obráb Nevýhody Otá ky v etena ezné rychlosti pro HSC Strojní vybavení obráb

PLASTICKÉ VLASTNOSTI VYSOKOPEVNOSTNÍCH MATERIÁLŮ DĚLENÝCH NESTANDARDNÍMI TECHNOLOGIEMI

Teorie rentgenové difrakce

Prášková metalurgie. 1 Postup výroby slinutých materiálů. 1.1 Výroba kovových prášků. 1.2 Lisování pórovitého výlisku

Moderní metody obrábění zvyšování řezivosti nástroje

MEGA 45 Těžké hrubovací frézování

WMT Univerzální a dobře zkonstruované. Jeden systém pro zapichování, upichování, soustružení a kopírování Systém WMT

Technologický proces

Chemie a fyzika pevných látek l

Rentgenová spektrální analýza Elektromagnetické záření s vlnovou délkou 10-2 až 10 nm

INTEGRITA POVRCHU A JEJÍ VÝZNAM PRO POSOUZENÍ VHODNOSTI DANÉ PLOCHY PRO JEJÍ FUNKCI Prof. Ing. Bohumil Bumbálek, CSc

ODBORNÝ VÝCVIK VE 3. TISÍCILETÍ

KOMPLEXNÍ VZDĚLÁVÁNÍ KATEDRA STROJNÍ SPŠSE a VOŠ LIBEREC

Základy vrtání 2.část

EVALUATION OF FAILURES AND MODIFICATION OF SYSTEMS THIN FILM BASIC MATERIAL TO THE DEPTH OF MATERIAL SYSTEMS

Nikolaj Ganev, Stanislav Němeček, Ivo Černý

NÁSTROJ NEFUNGUJE, KDO ZA TO MŮŽE?

Soustružení složitých vnějších válcových ploch s osazením

Fotoelektronová spektroskopie Instrumentace. Katedra materiálů TU Liberec

LEED (Low-Energy Electron Diffraction difrakce elektronů s nízkou energií)

TECHNOLOGIE STROJNÍHO OBRÁBĚNÍ

Vliv volby nástroje na parametry řezného procesu. Lukáš Matula

Obrážečky, protahovačky a hoblovky

Transkript:

34. mezinárodní konference DEFEKTOSKOPIE 2004 Sborník příspěvků, str. 317 323, 3. 5. listopad 2004, Špindlerův Mlýn, Česká společnost pro nedestruktivní testování - ČNDT Sledování změn ve struktuře třísky obráběného materiálu pomocí rentgenografické metody Monitoring of changes in chip structure of machined material by means of an x-ray diffraction method Jan ŽIŽKA*, Jaroslav FIALA**, Michal KOLEGA**, Václav PRUKNER*** * Technická univerzita v Liberci, ** Západočeská univerzita v Plzni, *** Ústav fyziky plazmatu AV ČR Abstract It is well known that machining processes cause structural changes substantially influencing the utility properties of the produced surface. One can assume that x-ray diffraction monitoring of the structural changes in the chips obtained from machined material might be used for the estimation of the structural changes in the machined layer. These changes depend on the cutting conditions which are proposed by a technologist to be suitably adapted with the aim to achieve desired integral parameters of the surface quality. In the present contribution, some results of the use of x-ray diffraction to study the structural changes in the chips produced by machining and their correlation with the changes of some independent machining parameters are given. Keywords: x-ray diffraction, machining, chip, structure Abstrakt Během procesu obrábění dochází ke strukturním změnám, které podstatně ovlivňují užitné vlastnosti obráběním vytvořeného povrchu. Lze předpokládat, že na základě rentgenografických sledování změn, ke kterým došlo ve struktuře třísky obráběného materiálu by se dalo uvažovat i o změnách ke kterým dochází v obrobené vrstvě. Dané změny závisí na zvolených řezných podmínkách, které jsou technologem navrženy a mohou být vhodným způsobem korigovány, tak aby bylo dosaženo požadovaných integrálních parametrů kvality povrchu. V předloženém příspěvku budou uvedeny výsledky možnosti použití rentgenografické metody pro sledování změn ve struktuře třísek obráběním vzniklých v závislosti na změnách některých nezávislých parametrů. Klíčová slova: rentgenografie, obrábění, tříska, struktura

1. Úvod Technologie obrábění různých součástí oddělováním třísek provází člověka již po dlouhá tisíciletí, v podstatě od doby kamenné, kdy člověk poprvé začal vyvrtávat kruhové otvory do kamenných nástrojů. Lidské snažení obrábět, bylo většinou úspěšné a to i bez hlubších teoretických znalostí, stačil pouze empirický poznatek, že materiál nástroje by měl být tvrdší než materiál obráběný. Současné moderní velmi výkonné obráběcí stroje, vybavené moderními nástroji dokáží obrábět moderní, většinou značně obtížně obrobitelné materiály. V mnohých případech úspěšného obrábění přesto dodnes chybí základní poznatky o tom, k jakým procesům vlastně dochází v obráběné vrstvě. Odřezávaná vrstva opouští obráběný materiál v podobě třísky, kterou málokdo v průmyslové praxi považuje za hodnou předmětu cíleného vědeckého bádání. Přesto tříska, která je mnohdy považována za pouhý odpad, nese informace o dějích, které proces jejího utváření doprovázely. V tělese třísky je zakonzervována detailní informace o jejím vzniku. A protože tříska byla součástí polotovaru a byla oddělena od nově vzniklého povrchu, měla by zároveň nést více, či méně komplexní informaci o stavu povrchu nově vzniklého oddělením třísky. Během procesu obrábění dochází ke strukturním změnám, které podstatně ovlivňují užitné vlastnosti obráběním vytvořeného povrchu. Tyto strukturální změny můžou být sledovány rentgenografickou metodou. Sledování změn, ke kterým došlo ve struktuře třísky obráběného materiálu by se dalo uvažovat i o změnách ke kterým dochází v obrobené vrstvě. Dané změny závisí na zvolených řezných podmínkách, které jsou technologem navrženy a mohou být vhodným způsobem ovlivňovány, tak aby bylo dosaženo požadovaných integrálních parametrů kvality povrchu. Předložený příspěvek podává informaci týkající se první části problému, a to jak je stav třísky ovlivněn stavem řezného nástroje (velikostí opotřebení) a řeznou rychlostí. Změny ve struktuře třísky, které závisí především na stavu řezného nástroje byly zjišťovány rentgenovou difrakcí Struktura třísek byla zkoumána na jejich hladké konvexní straně, která byla během procesu obrábění v kontaktu s čelem nástroje, rentgenografickou difrakcí pomocí difraktometru D8-Discover, a to na pracovišti Katedry materiálu a strojírenské metalurgie Západočeské univerzity v Plzni. 2. Rentgenová difrakce Rentgenové záření po dopadu na polykrystalický vzorek difraktuje a vytváří soustavu kuželových ploch, jež mají společnou osu primární dopadající paprsek. Promítneme-li tyto kuželové plochy do roviny (s filmem) kolmé k primárnímu paprsku, získáme tzv. difraktogram (obr. 1). Difraktogram je dvourozměrná mapa směrové distribuce intenzity I rentgenového záření difraktovaného na vzorku V a zaregistrovaného na filmu F ve formě difrakčních čar d 1 a d 2, nese informaci o reálné struktuře materiálu vzorku. Závislost I=I(a) nazýváme radiální profil příslušné difrakční linie, zatímco I=I(b) je její azimutální laterální profil.

Obr. 1. Schéma ilustrující vznik dvourozměrné mapy směrové distribuce intenzity rentgenového záření - difraktogramu 3. Použité vzorky třísek Třísky použité pro rentgenografické sledování změn struktury v závislosti na řezných podmínkách byly vytvořeny během soustružení materiálu ČSN 12 050.1 nožem ze slinutého karbidu, povlakovaného nitridem titanu (běžná břitová destička P20). Hloubka úběru a p = 1 [mm] byla po celou dobu soustružení konstantní, řezná rychlost v c, posuv f, opotřebení břitové destičky VB a průměr obrobku D jsou uvedeny v Tab. 1. Předpokládáno bylo, že by změna struktury materiálu třísky měla být v závislosti na řezné rychlosti pozvolná. Výrazněji by se měl projevit vliv opotřebení. V pozdějších plánovaných výzkumech by se dalo uvažovat i o hledání vzájemném vlivu změny struktury třísky a změny integrálních parametrů povrchové vrstvy obrobeného materiálu. Tab. 1. Označení vzorků zkoumaných třísek a řezné podmínky jejich vzniku Vzorek Otáčky [ot/min] Opotřebení VB [mm] Řezná rychlost Posuv [mm/ot] Průměr obrobku [mm] [m/min] A1 1120 0,12 380 0,12 108 B1 900 0,12 305 0,12 108 C1 710 0,12 241 0,12 108 D1 560 0,12 190 0,12 108 E1 450 0,12 153 0,12 108 F1 355 0,12 120 0,12 108 A2 1120 0,3 380 0,12 108 B2 900 0,3 305 0,12 108 C2 710 0,3 241 0,12 108 D2 560 0,3 190 0,12 108 E2 450 0,3 153 0,12 108 F2 355 0,3 120 0,12 108

4. Strukturální analýza Struktura třísek byla zkoumána na jejich hladké konvexní straně, která byla během procesu obrábění v kontaktu s čelem nástroje, rentgenografickou difrakcí pomocí difraktometru D8-Discover firmy AXS Bruker, vybaveného polykapilárním kolimátorem a plošným posičně citlivým detektorem GADDS s plynovou náplní. Jako zdroj byla použita rentgenka s kobaltovou anodou a beta filtrem. Kromě toho byla provedena korekce na spektrální dublet. Obr. 2 a 3 ilustrují vzhled dvojrozměrných difraktogramů. Obr. 4 a 5 představují radiální profil difrakční linie (211) feritu [1] pro třísky A1 F1 a A2 F2. Změřené výsledky jsou shrnuty v tabulce 2 pro všech šest řezných rychlostí (A, B, C, D, E a F) a ostrý (1) i tupý (2) nástroj. Z uvedených hodnot je patrné, že rozdíly v řezné rychlosti nezpůsobují žádný zřetelný trend sledovaných difrakčních charakteristik. Na rozdíl od toho se zde významně uplatňuje opotřebení použitého nástroje. Difraktogramy třísek získaných tupým nástrojem vykazují soustavně menší odleskový úhel 2ϑ a také menší šířku FWHM reflexe (211) než difraktogramy třísek získaných ostrým nástrojem. Dále bylo zjištěno, že integrální intensita I (211) a reflexe (211) je v poměru k integrální intensitě I (200) reflexe (200) soustavně menší při použití nástroje, který je více opotřeben než při použití nástroje neopotřebeného. Z rozdílnosti odleskových úhlů vyplývá, že na hladké konvexní straně třísek vzniká obrobením pnutí (tzv. pnutí 1. druhu, čili makropnutí), které je při použití tupého nástroje o 400 ± 100 [MPa] menší než při použití nástroje ostrého. Také mikropnutí (tzv. pnutí 2. řádu, které se mění od zrna k zrnu, takže v makroskopických oblastech je vykompenzováno), které v třískách po obrobení tupým nástrojem zůstane, je o 200 ± 30 [MPa] menší než mikropnutí, které v třískách nalézáme po obrobení nástrojem ostrým. To vyplývá z rozdílnosti šířek reflexe (211). Posléze ze snížení hodnoty poměru I(211)/I(200) při použití tupého nástroje proti případu, že byl použit nástroj ostrý vyplývá, že textura, která se projevuje v obou případech přednostní orientací krystalitů rovinou (211) do roviny (konvexního povrchu) třísky je v případě tupého nástroje méně výrazná, vyjádřeno kvantitativně 2 ± 0, 4 -krát než při použití ostrého nástroje [2-4]. 5. Diskuse Rozdíly makropnutí, mikropnutí a textury, které byly zjištěny v třískách po obrábění ostrým a tupým nástrojem, lze připsat vlivu zvýšení teploty (obrobku i třísky), jež je při obrábění tupým nástrojem větší než při obrábění nástrojem ostrým. Vyšší teplota, která vznikne při použití tupého nástroje, způsobí odrelaxování obou druhů napětí a směrové rozuspořádání krystalitů, neboť entropická náročnost textury zvyšuje hodnoty Gibbonovy (i Helmholtzovy) funkce úměrně s (absolutní) teplotou. 6. Závěr Výsledky uvedené v předloženém příspěvku potvrzují změnu struktury třísky v závislosti na podmínkách obrábění. Lze rozlišit třísku vzniklou při obrábění opotřebeným nástrojem od třísky vzniklé při použití nástroje ostrého. Bohužel se však nepotvrdil vliv řezné rychlosti na strukturální změny v třísce. Přesto zjištěné výsledky jsou optimistické a ve výzkumech orientovaných na určení změn ve struktuře materiálu vzniklých obráběním by se mělo pokračovat.

Tabulka 1. Změřené difrakční údaje byly získány pomocí záření CoKα. 2 ϑ je odleskový (Braggův) úhel reflexe (211), FWHM je šířka difrakční linie (211) v polovině její výšky po korekci na spektrální dublet a I(211)/I(200) je poměr integrální intensity reflexí (211) a (200). Třísky A1, B1,, F1 byly získány soustružením ostrým nástrojem (opotřebení nepřesáhlo hodnotu VB = 0,12 [mm], zatímco třísky A2, B2,, F2 byly odebrány při soustružení nástrojem otupeným (opotřebení VB = 0,3 [mm]). V posledním sloupci jsou uvedeny řezné rychlosti, které byly pro porovnání třísek při použití ostrého i opotřebeného nástroje stejné. Údaje 2 ϑ [() o ] FWHM [() o ] I(211)/I(200) [1] řezná rychlost v c [m/s] Vzorek 1 2 1 2 1 2 1 i 2 A 99,461 99,331 0,54 0,45 710 270 6,3 B 99,391 99,284 0,53 0,46 1000 310 5,1 C 99,444 99,389 0,56 0,43 840 320 4,0 D 99,466 99,428 0,67 0,46 570 420 3,2 E 99,453 99,428 0,59 0,45 640 590 2,6 F 99,462 99,376 0,58 0,42 360 340 2,0 Obr. 2. Dvojrozměrný difraktogram třísky A1. Difrakční linie (110) a (200) feritu

Obr. 3. Dvojrozměrný difraktogram třísky B1. Difrakční linie (110) a (200) feritu A1 B1 C1 D1 E1 F1 Obr. 4. Profily difrakčních linií (211) pro třísky vyrobených při použití ostrého nástroje

A2 B2 C2 D2 E2 F2 Obr. 5. Profily difrakčních linií (211) pro třísky vyrobených při použití tupého nástroje Literatura: [1] FIALA, J. SCHINDLER, I. FORET, R. - NĚMEČEK, S.: Sledování struktury konstrukčních materiálů a její degradace rtg difrakcí. Strojnícky časopis. 53, 2002. č. 1, s. 1-23. [2] PEISER, H. P. ROOKSBY, H. P. WILSON, A. J. C.: Diffraction by Polycrystaline Materiále. London Chapman and Hall 1960. [3] GUINIER, A.: Théorie et technique de la radiocristallographie, Paris Dunod. 1956. [4] KAČANOC, N. N. MIRKIN, L. I.: Rentgenostrukturnyj analýz (polikristallov). Moskva MAŠGIZ, 1960.