Как известно из специальной литературы (например, из книги: Ящерицын П. И., Зайцев А. Г., Барботько А. И. - 'Тонкие доводочные процессы обработки деталей машин и приборов'), на тонких этапах абразивной обработки закалённых сталей (в т.ч. довольно высокой твёрдости - свыше 60 HRC), значительную роль играет образование/удаление окисных плёнок, образующихся на поверхности стали при контакте с кислородом на воздухе (в других средах - тоже, но это отдельная тема и не предмет данной статьи) за доли секунды.
Различные ПАВ (в частности, олеиновая кислота), как и некоторые абразивные материалы (например, крокус - оксид железа, прошедший определённую обработку), обеспечивают прогрессию образования/удаления окисных плёнок, что способствует эффективной обработке и повышению качества её на особо тонких этапах.
Процесс образования/удаления окисных плёнок, не являющийся исключительно физическим, происходит и при обработке закалённых сталей безабразивными средствами, либо средствами, не обладающими достаточного выраженными абразивными свойствами для обработки конкретного материала преимущественным резанием/царапанием (например, обработка закалённых сталей абразивами сопоставимой или меньшей твёрдости).
Самым ярким примером безабразивного воздействия на закалённые стали могут служить чистые кожаные ремни для направки режущего инструмента или полировки деталей и заготовок, способные довольно явно менять окраску, темнея и засаливаясь продуктами истирания окисных плёнок. Всё это давно и широко известно, фигурирует в специальной литературе. Однако, дискуссионным являлся вопрос о возможности таких процессов в случае термообработанных высоколегированных и в т.ч. хромистых сталей. Основным аргументом против такой возможности, являлось указание на высокую твёрдость образующейся на поверхности таких сталей плёнки окиси хрома. Помимо этого, апеллируя к тонкости этой плёнки, высказывались сомнения в том, что на поверхности таких сталей могут образовываться прочие окисные плёнки интерференционной толщины (т.е. толщины, при которой окисная плёнка способна давать интерференционную окраску, которую можно наблюдать в металлографический микроскоп в отражённом свете).
Изучение специальной литературы и статей в разных областях, позволили мне немного прояснить для себя этот момент. Также был проведён практический эксперимент, благодаря которому удалось, я надеюсь, ответить на данные аргументы достаточно обоснованно.
В первую очередь, надо учитывать, что хорошими защитными свойствами обладают плёнки окиси хрома только тогда, когда они достаточно непрерывны и однородны. Что далеко не всегда в принципе возможно. Например, когда идёт речь о высоколегированных сталях, важно учитывать отражённый в специальной литературе момент, что образование наиболее непрерывных плёнок возможно только по достижении определённого количества хрома в твёрдом растворе. Если же значительная часть хрома присутствует в виде карбидов, то одно из условий образования таких плёнок уже будет нарушено. При том, источники отмечают, что стали с высоким содержанием хрома, но и достаточно высоким содержанием углерода - будут способны образовывать в обычных условиях менее сплошные плёнки окиси хрома, нежели стали с низким содержанием углерода. Кроме того, от множества факторов зависит и толщина и пористость и рыхлость таких плёнок, а также их адгезия к нижележащим слоям.
Неравномерность плёнок окиси хрома, без всяких проблем, особенно если поверхность стали обработана не очень качественно и однородно, имеет отдельные паразитные риски или лунки от вырывов карбидов, позволяет образовываться и прочим окисным плёнкам, в т.ч. интерференционной толщины, что ниже будет продемонстрировано. И это также фигурирует в специальной литературе. Защитные же свойства окисных плёнок будут выражены как следует, только при достаточной их сплошности, которая является необходимым, но не единственным требованием.
Также известно, что при определённой нагрузке и без участия абразива, целостность плёнок может нарушаться, в т.ч. плёнок окиси хрома. Трение и адгезивное воздействие - здесь играют довольно существенную роль, равно как и участие химической составляющей. Отмечается, что фрагменты плёнок окиси хрома, в силу довольно высокой их твёрдости, могут сами послужить в качестве абразивных частиц в процессе обработки высоколегированных сталей.
Поразмыслив, какую бы сталь взять для нижеследующих проб, я решил взять сталь с высоким содержанием хрома, но и не самым низким содержанием углерода, чтобы было нагляднее. Итак - сталь 8Cr13MoV, обладающая достаточно равномерной структурой, не очень высокой насыщенностью карбидами и не особо крупных их размером ( Структура: https://blogger.googleusercont...ra-8cr13mov.jpg Источник: knifesteelnerds.com / zat24.com).
Я сделал снимки одного и того же участка спуска клинка. Для начала, тщательно очищенный, отмытый и высушенный участок спуска - в отражённом свете прекрасно заметны оксидные плёнки интерференционной толщины (все фото кликабельны):
Слева на снимке виден фрагмент пятна от точечного травления (не затронувшего остальную поверхность), которое служило ориентиром для обработки и съёмки одного и того же фрагмента. Все микрофото сделаны с объективом SO Optics LU Plan Fluor 50x0.80 WD 2mm Semi-Apo с Raynox DCR-150 в качестве тубусной линзы на штативе микроскопа МББ-1А с установленным на него переделанным осветителем отражённого света ОИ-21. Для публикации фото был сделан ресайз до 2500 пикселей по длинной стороне.
Как можно видеть, несмотря на то, что это хромистая сталь с довольно большим количеством хрома в твёрдом растворе, присутствуют и окисные плёнки, дающие интерференционную окраску. Причём их характер и расположение, опровергают возможность того, что интерферирует исключительно специфика шероховатости поверхности - хватает совершенно гладких участков, гладких даже для объектива с разрешающей способностью до 340 нанометров, которые покрыты интерферирующими плёнками.
Далее этот участок спуска клинка был в течение 1 минуты и 30 секунд обработан гладкой стороной кусочка лошадиной кожи с олеиновой кислотой.
Вот так выглядел кусочек кожи после этой процедуры:
А теперь микрофото обработанного участка после, опять-таки, очистки - как можно видеть, характерная прерывистая косая риска слева на фото стала бледнее, плёнок с интерференционной окраской меньше и она менее выражена, но присутствует. При том, сопоставив с предыдущим снимком, можно убедиться, что "пятна" интерференционных плёнок изменились - т.е. это снова образованные плёнки, а не прежние. При том не образовалось никаких новых рисок, хотя работа велась перпендикулярно рискам, имеющимся на клинке, что говорит о достаточной чистоте кусочка кожи, который был применён. При том общая шероховатость еле-еле стала тоньше по наиболее гладким участкам - разумеется, что такая тонкая обработка неспособна за такое время заметно повысить качество поверхности, но "по вершинам рельефа" некоторое сглаживание, т.е. некоторый полирующий эффект произошёл:
Далее, тот же участок клинка я обработал другим кусочком той же кожи, добавив к олеиновой кислоте меловую пудру - т.е. материал, который для закалённых сталей абразивом не является в силу своей низкой твёрдости, и применяется в качестве полирующего средства только к материалам более мягким - например, к некоторым цветным металлам. Работа велась также перпендикулярно рискам, имеющимся на данном фрагменте клинка и столько же времени - 1 минута 30 секунд.
Вот такой получился результат:
А вот теперь, когда химическому воздействию олеиновой кислоты помогало ещё и трение, пусть и достаточно мягких, но всё-таки более твёрдых, нежели кожа, частиц, изменения стали более заметными - в основном, на участке слева, где фрагмент пятна от травления. Однако, произошло и более заметное выглаживание поверхности и, благодаря, я считаю, этому, снижение появления интерференционных плёнок. Если все три кадра просматривать, перещёлкивая быстро и подряд, то разность в гладкости поверхности становится заметной. При том, косую прерывистую риску слева на снимке, все проводимые процедуры так и не выработали, что вполне ожидаемо - съём тут исчисляется нанометрами. Однако, есть ещё более важный и показательный момент - в нижней части последнего снимка стали заметны риски от последней операции - они удивительно сходны по ширине, и, видимо, глубине, однако, учитывая в т.ч. то, что они только на одном участке появились, и что мел по закалённой стали не работает резанием/царапанием, единственным объяснением их появления я считаю упоминавшийся мною выше момент, фигурирующий в специальной литературе, о том, что сорванные трением, адгезивным воздействием и пр., частицы невидимой в силу её тонкости плёнки окиси хрома, сработали в качестве абразивных частиц на этом участке. Скорее всего, раз прочертив несколько рисок - далее они просто увязли в коже глубоко и/или распадались на более мелкие фрагменты, и далее никаких больше царапин не создали. Ширина этих царапин - около 300 нанометров и тоньше. То, что их ширина меньше линейного разрешения использовавшейся оптики - не мешает их наблюдать, поскольку достаточно изолированные (в данном случае - редкие, на фоне участков гладкой поверхности) объекты, можно наблюдать и за пределами разрешающей способности, если оптическая система построена корректно.
Вот такой получился обзор и довольно интересные результаты.
Основные выводы:
1. невидимые плёнки оксида хрома, которые в любом случае, даже при комнатной температуре и в воздушной среде, образуются на поверхности нержавеющих сталей, по крайней мере при неаккуратно обработанной (хотя и довольно тонко) поверхности, совершенно не отменяют образования окисных плёнок интерференционной толщины, явно видных под микроскопом.
2. безабразивное воздействие по таким сталям, по крайней мере при наличии хотя бы ПАВ в виде олеиновой кислоты - также работает, как и работает оно на сталях углеродистых и низколегированных.
3. добавление мягкого полирующего материала, обладающего твёрдостью заведомо значительно более низкой, нежели обрабатываемая сталь, способствует прогрессии обработки, но не настолько, чтобы быть заметным на этапах, когда следует ещё немалый припуск удалять настоящими абразивными материалами, адекватными по твёрдости обрабатываемому материалу
4. косвенное подтверждение информации о том, что фрагменты плёнки окиси хрома, сорвавшиеся/отслоившиеся с поверхности нержавеющей стали могут оставлять следы, сходные со следами очень тонкого абразива, субмикронных фракций, т.е. определённым образом добавлять некую "абразивную составляющую" в работу безабразивных полировальников, но на исчезающе мелком уровне, критичном для особо прецизионного инструмента или, скажем, подготовки металлографических шлифов.
Но:
"плёнки оксида хрома, которые в любом случае, __даже__ при комнатной температуре и в воздушной среде, образуются на поверхности нержавеющих сталей, по крайней мере при неаккуратно обработанной (хотя и довольно тонко) поверхности"
не вполне верно. Пленки оксида хрома образуются как раз на воздухе, в окислительной среде. Чем больше кислорода и прочих окислителей, тем более стойка хромистая сталь (в отличие от обычной чёрной). При малом количестве кислорода она может даже начать усиленно корродировать.
То же верно для алюминия, титана, вольфрама, тантала, ниобия, циркония...
Например тех, что были вскрыты окисью железа, оторвались слабозакрепелнные и поработали вместе с кожей, до возможно их полного погружения в структуру мягкого материала перестав в следствии царапать поверхность.
Буквально до десятка таких частиц, после эти риски под выгладил мел с кожей. Просто странно их неравномерное появление.
psnsergey
Спасибо!
..
На здоровье!
"даже" я добавил для читателей "совсем не в теме". И только в этой фразе. Так-то да, конечно, вы абсолютно правы.
Emiliokazanova
Ярослав, а не могут ли ново-образованные риски, быть результатом захвата кожей карбидов(их отрыва)..
Наверное могут, но мне кажется, что это было бы реальным в случае другой стали по структуре и предварительно обработанной так, что карбиды были бы проявлены и выступали явно из матрицы.
А тут такое невозможно - судя по описаниям в сети и по микрофото структуры этой стали, на которое я даю ссылку - у неё средний размер карбидов хрома около 10мкм. - сопоставь с масштабной шкалой на моих снимках и попробуй найти хоть что-то напоминающее проявленный карбид или след от выпавшего. И поверхность шлифована так, что они вообще никак не проявлены, т.е. не торчат.
Так что по крайней мере захват карбидов хрома или их фрагментов, полагаю, можно исключить.
Что тогда? Цементит? Значительно более мелкий? Вот несколько каверн от, предположительно, чего-то "вынесенного" я пожалуй вижу, по крайней мере они запросто могут быть следствием этого, но большинство из них были ещё до работы чистой кожи с олеинкой.
Кроме того, рассматривая шлиф, на который я ссылаюсь, хотя там и картинка маловата, но мне кажется, что всё-таки наиболее мелкие зёрна структуры всё-таки сильно крупнее тех, которые могли бы оставить такие риски - а чем мельче карбид, тем его сложнее раскрошить, тем более кожей - он скорее был бы вынесен целиком и царапины бы оставлял крупнее. Ну и потом, всё-таки захватить совершенно не обнажившиеся "зёрна" из поверхности - это вряд ли.
Да они и выглядели бы в поверхности иначе - т.е. например, если за них принять тёмные точечки на поверхности, то это не они - в отражённом свете цементит выглядит, как и карбиды хрома - ярким и блестящим, когда проявлен.
Вот, к примеру (правда сталь тут либо углеродка, либо низколегированная инструменталка, но тем контрастнее) - вот цементит в отражённом, тоже, свете, и при наличии окисных плёнок:
Т.е. и при меньшей контрастности за счёт более высокого разрешения и более чем в два раза большего масштаба в сегодняшних снимках, полагаю, если бы цементит был проявлен в той степени, в какой его можно было бы выхватить не чем-то твёрдым, а лишь кожей - был бы виден не сильно хуже...
Ну и в любом случае, при такой количестве хрома, перехватывающего инициативу в роли карбидообразующего, доля цементита в 8Cr13MoV должна быть ничтожна или вовсе стремиться к нулю.
Думаю, как-то так..
..Далее, тот же участок клинка я обработал другим кусочком той же кожи, добавив к олеиновой кислоте меловую пудру..
Так что обязательная очистка, мытьё, потом протирка нежно начисто и насухо безворсовым чистым материалом (чаще всего чистый кусочек микрофибровой салфетки).
Вообще, можно сказать, что очистка объекта перед съёмкой (а часто и перед просто наблюдением даже в процессе оперативного контроля, когда нужен частый и при серьёзном увеличении и разрешении) - это отдельная вечная "головная боль" и времязатраты.
Красными кружками отметил, малую часть, того что исчезло на следующем снимке
Фиолетовыми обозначал, лунки, где на предыдущем снимакки были очевидно крупные торчащие карбиды.
Опять же, рисунок риски, не обязан быть 1к1 к размеру карбида, так как карбид погруженный в слой кожи, работает лишь вершиной, направленной к шлифуемой поверхности, эта вершину можно относительно пикселей измерить, но я не буду этого делать, как по мне такой вариант явнее может быть, чем царапина от оксидной пленки.
Вполне еще может быть, что в меле находилась какие-то включения.
Но я снова вернусь к указанию на размеры карбидов в этой стали и тому, что они не были проявлены, напомню про масштабную шкалу на своих снимках, которая с размерами того, что ты указываешь как лунки от карбидов или карбиды - ну никак не вяжется.
Я не представляю, как можно выдрать из стали с помощью кожи объект, который погружён в матрицу настолько, что даже никак не проявлен. Извини, но я не могу определить ни на одном снимке на поверхности ничего "выступающим карбидом", который потом исчез.
Но и упираться в то, что царапинки - следствие именно отошедших фрагментов плёнки окиси хрома я тоже не хочу, так как это, как я писал ранее - "косвенный" момент.
Я скорее готов предположить, что царапины оставили мелкие чешуйки поверхностного слоя собственно матрицы (не суть, насколько покрытые или нет плёнкой окиси хрома, которую нам не видно, в отличие от прочих плёнок), сорвавшиеся с краёв старых рисок, так как края окраски окисных плёнок видимых - дают основания говорить о меняющейся картине нарушений поверхностного слоя, подвергающегося и пластической деформации и разрывам этих самых плёнок на нём.
Но вот ни малейших характерных следов, которые оставляют выпавшие карбиды или их обломки - я здесь не вижу, а я их перевидал в подобном разрешении очень много.
Я же наблюдаю их лишь на небольшом участке кадра множественные и ещё пару тройку в другой. И без характерных следов, которые такие засорения обычно оставляют.
И чем больше я думаю над этим всем и рассматриваю снимки и сравниваю с другими, тем больше я склонен полагать, что велика вероятность, что эти рисочки оставлены сорванными фрагментами матрицы, а не чисто фрагментами окисных плёнок. Но и не карбидами или их обломками. Даже на много раз приводившимися в разделе моими снимками в таком освещении после полировальника с субмикронным зерном, применённого после притира, и при среднем размере карбидов отнюдь не 10мкм., а 2-3мкм., следы от выпавших карбидов куда как более явные, хаотичные из-за специфики перемещения карбидов по поверхности под полировальником, более глубокие, широкие и выраженные. Лунки от карбидов при том, при их выпадении, имеют выраженный "хвост кометы", как я это называю, больше чем у половины, и чётче очерчены. А также должны присутствовать и застрявшие в неровностях поверхности видимые карбиды,, нередко со следом переменной ширины от его "протаскивания" по рельефу.
Например, как тут:
cpm s90v steel Пробы доводки на притире с проявкой структур
А на сегодняшних снимках ничего этого я не наблюдаю.
Нам нехватает разрешающей способности(
Мне кажется, нагляднее было, если бы интервал шлифовки был меньше, не 1.5м а допустим 20 секунд, до появления ярко-выраженных эффектов полирования и истирания, они тоже, достаточно быстро маскируют полученные артефакты, полученных в момент работы с кожей.
Но с этим разобраться у меня не хватит ни оборудования, ни разрешающей способности световой оптики - тут нужна лаборатория и СЭМ.
Но, процитирую одного микрофотографа с форума photomacrography.net:
"моя жена сказала, что в ближайшее время СЭМ у нас дома не появится"(с) )
По поводу интервала шлифовки - я его взял чисто практически из того, что следы на коже чистой, только с олеинкой, стали достаточно заметны через 1,5 минуты, а это надо было для наглядного снимка. При добавлении мела, решил придерживаться такого же времени работы, только и всего.
В реальной практике и без олеинки, а только с чистой кожей, пропитанной костным маслом, такие следы появятся при обработке нержавеек значительно медленнее - не один инструмент успеешь направить. Олеинка, разумеется, этот процесс ускорила.
И при том всё-таки на поверхности стали появилась некоторая видимая применёнными средствами разница даже за такое время.
При уменьшении времени работы, я не думаю, что по настолько грубой изначально поверхности, эффект будет сколько-нибудь явно заметен.
Может я и повторю потом как-нибудь с поверхностью изначально подготовленной лучше - на уровне того, как я финиширую, например, резчицкий инструмент из хромистой стали. Но - посмотрим. Я пока что вполне удовлетворён полученным результатом, по крайней мере по 3-м выводам из 4-х.
oldTorСпасибо, понял. Вопрос о чистоте эксперимента был. Подробностей не помню, керосином-спиртом-моющим удалил с у-шки что-то масляное после вашиты х/б тканью и какое-то локальное изменение цветового оттенка получилось. Не знаю что повлияло. Даже фотографировать пытался. Оптика советская, думаю ошибка, обман зрения исключены.
Разумеется, удалял ...
это отдельная вечная "головная боль" и времязатраты.
Вон многие жалуются и на ножи из нержи, что типа "помыл моющим средством, а он весь покрылся окислами". Иногда можно, конечно, грешить и на воду в кране, но в первую очередь стоит обратить внимание на моющее средство.
Куча всего может повлиять на характер оксидных плёнок на стали, тем более на сталях типа У-шек, так что я бы на этот счёт особо не заморачивался - избежать этого всё равно не получится на них.
P.S.
Кстати, может быть в тему будет небезынтересно многим - мне, по крайней мере, очень интересна вот эта книга - в ракурсе в т.ч. неметаллических включений в быстрорежущих сталях, в подготовке шлифов и возможных ошибках при изготовлении, там же есть про очистку, а также про разные методы контрастирования при наблюдении структур и пр.
Книга сравнительно современная, и даже в таком виде, иллюстрации достаточно информативные в ней:
А. Г. Анисович, И. Н. Румянцева. Практика металлографического изучения материалов. 2013.
Оксидные пленки на лезвии бритвы 'Спутник' с тефлоновым покрытием. Микрофото с объективом M Plan S-Apo 100x0.90 DIC wd 1mm с Raynox DCR-150 в качестве тубусной линзы на штативе микроскопа МББ-1А. Освещение через объектив с осветителем ОИ-17. Масштаб съёмки 119:1, небольшое кадрирование, стэкинг 51 кадр. По горизонтали снимка ~170мкм.
Oxide films on the blade of the Sputnik razor with a Teflon
Эти лезвия фабричным образом затачиваются на три фаски, в кадре крайняя и, частично, средняя. И контрастно заметна прикромочная зона, в данном случае, шириной около 1мкм. Поскольку фаски, разумеется, на разный угол, прикромочная зона тоже имеет чуть другой (фаской она при том не является, её повышение угла следствие не установки абразива под бОльшим углом, а следствие специфики поведения прикромочной зоны при таком тонком упругом материале и специфике заточки), пришлось делать стэк из такого количества кадров.
Надо сказать, кромка не самая однородная.
Для лучшего понимания масштаба, сделал ещё кроп и прикрепил фрагмент масштабной шкалы - перейдя по клику на фотохостинг, можно раскрыть в оригинальный размер, в 100%:
------
"Теория без практики мертва и бесплодна, а практика без теории бесполезна и пагубна" П.Л. Чебышев.