Главная →  →

Качество поверхности

Специфика процесса электрохимической обработки (ЭХО) определяет особенности качества обработанной поверхности. Формирование микрорельефа поверхности при ЭХО в отличие от обработки резанием в значительной мере определяется химическим составом и структурой обрабатываемого материала, а также химическим составом, концентрацией, температурой и скоростью движения электролита. Силовой и тепловой факторы практически не участвуют в образовании поверхностного слоя. Поверхностный слой формируется в результате электрохимического анодного растворения материала и химического воздействия среды. Шероховатость обработанной поверхности, являющаяся наиболее важной геометрической характеристикой усталостной прочности, в зависимости от условий и параметров режима микросекундной ЭХО (ЕТ-технология) изменяется в широком диапазоне от Rz 40 мкм до Ra 0,002 мкм. Таким образом, современный уровень развития ЭХО превосходит или, по крайней мере, сравним с большинством известных методов финишной обработки по достижимым выходным показателям.

 

Внешний вид оптически гладкой поверхности диаметром 20 мм (слева), полученной методом импульсной биполярной ЭХО, и её микропрофилограмма (справа), полученная на сканирующем зондовом микроскопе (Ra 0,0025 мкм, Rz 0,05 мкм)

Шероховатость поверхности не является единственной и главной оценкой её работоспособности. В частности при циклических нагрузках наибольший интерес представляют такие показатели, как форма микронеровностей, степень однородности шероховатости. Микроимпульсная электрохимическая обработка (ЭХО) сталей создаёт микрорельеф с более плавным контуром неровностей, чем шлифование или фрезерование. При отсутствии наследственной шероховатости и макродефектов типа "струйности" значения параметров шероховатости после ЭХО практически не зависят от принятого направления измерения, что существенно отличает ЭХО от методов обработки резанием, для которых характерна определённая направленность рисок от лезвия инструмента.

Электрохимическая гетерогенность основы зерна и его границ, обусловленная различиями в химическом составе, структуре и напряжённости материала, является причиной межкристаллитного растравливания. Уменьшение растравливания по границам зёрен при низкой температуре электролита и высокой плотности тока (характерной для микросекундной ЭХО) объясняется затормаживанием диффузионных процессов в прианодном слое из-за увеличения вязкости электролита, и, как следствие, уменьшением разности потенциалов и скоростей растворения различных участков поверхности сплава. Отметим, что существует некоторая критическая плотность тока, выше которой растравливание не наблюдается, например, для никелевых сплавов она лежит в пределах 20…60 А/см² (в зависимости от марки сплава).

В процессе ЭХО на катоде выделяется водород, образующийся как в результате реакции восстановления, так и разложения молекул воды. Наводораживание титана и некоторых других металлов (Ti, V, Nb, Zr, Th, Ta, Pd, La, Ce) и их сплавов вызвано способностью экзотермически адсорбировать атомарный водород. Наводораживание зависит от плотности тока, водородного показателя рН и температуры раствора. Например, с увеличением плотности и скважности тока, повышением рН до 10... 12 наводораживание титановых сплавов снижается. При высоких плотностях амплитудного тока ( j>200А/см²) и микросекундных (50-500мкс) импульсах наводораживания технически чистого титана экспериментально не обнаружено.

Растворение водорода в стали и никелевых сплавах носит эндотермический характер, поэтому при нормальной температуре и давлении водород выделяется из стали. Таким образом, наводораживание сталей и никелевых сплавов в процессе ЭХО ничтожно.

Поверхностный наклёп, практически неизбежный при механической обработке деталей, является результатом пластических деформаций и тепловыделения в зоне обработки. Одной из особенностей процесса ЭХО является минимальное температурно-силовое воздействие на обрабатываемую поверхность, что создаёт предпосылки к отсутствию поверхностного наклёпа, что подтверждается результатами рентгеноструктурного анализа и измерения микротвёрдости.

Оценивая влияние ЭХО на усталостную прочность при гармонических нагрузках, следует отметить свойственное этому методу понижение рассеяния результатов испытаний. Поскольку при расчётах обычно ориентируются на минимальные значения долговечности, эта особенность должна рассматриваться как одно из преимуществ метода ЭХО. Объяснением этому может служить однородность шероховатости обработанной поверхности и отсутствие остаточных напряжений в поверхностном слое. Для обработанных механическими методами поверхностей характерны такие важные для усталостной прочности факторы, как отдельные дефекты микропрофиля в виде царапин, задиров и поверхностные остаточные напряжения. Известно, что специальные режимы микроимпульсной биполярной ЭХО позволяют создавать поверхностные слои на обрабатываемых поверхностях деталей из химических элементов, входящих в качестве легирующих в состав обрабатываемого материала. Таким образом, можно, например, повысить содержание хрома в поверхностном слое, при ЭХО хромсодержащих сталей и сплавов.

Увеличение количества хрома на обработанной поверхности после биполярной микросекундной электрохимической обработки хромсодержащих сталей подтверждают результаты определения химического состава поверхностного слоя, проведенные с использованием различных методов.

Результаты измерений показывают, что обогащенный хромом поверхностный слой имеет более сглаженный микрорельеф и меньшую шероховатость.

При использовании хромсодержащих поверхностей в сопряженных парах трения, формообразующей оснастки (пуансоны, матрицы) и др. снижается коэффициент трения и повышается усталостная прочность, износостойкость и коррозионная стойкость. Например, стойкость изготовленных на станках серии «ЕТ» пуансонов из инструментальной стали, используемых при изготовлении крепежных изделий, повышается в 10…30 раз по сравнению с аналогичными пуансонами, выполненными по традиционной технологии.