Структура поверхностного слоя после электроэрозионной обработки

 

Поверхностный слой формируется за счёт:

- части расплавленного металла, оставшегося на поверхности лунки;

- прилегающего к ней слоя металла, подвергнутого структурным изменениям от быстрого нагрева и охлаждения материала.

Рис.4.12. Структура поверхностного слоя (пояснения в тексте)

Поверхностный слой (рис.4.12) состоит из так называемого белого слоя 1, в котором наблюдаются химико-термические превращения; переходного слоя 2, в котором произошли только термические изменения и под которым находится неизменённый металл 3 заготовки. Изменённая зона, образуемая слоем 1, содержит продукты диэлектрической среды, в частности углерод, и элементы, входящие в состав ЭИ. У стальных заготовок в этой зоне образуются карбиды железа, которые способствуют упрочнению поверхности.

Если металл обрабатывают импульсами высокой энергии, то в начале разряда нагревается и плавится металл на поверхности. Затем теплота проникает вглубь. Для нагрева внутренних слоёв требуется какое-то время. Поскольку время разряда невелико, а мощность его значительна, то возникает большая разница температур по глубине. Наружные слои, как более нагретые, расширяются больше, внутренние – меньше. Однако металл в зоне лунки в начале разряда не обладает достаточной пластичностью. Поэтому в нём возникают значительные внутренние напряжения, вызывающие разрыв. В конце импульса под действием резкого охлаждения нагретого металла жидкой рабочей средой вновь возникает большой перепад температур под лункой. Появляются внутренние напряжения, которые тоже вызывают трещинообразование. Особенно склонны к растрескиванию хрупкие материалы, например, твёрдые сплавы. Толщина изменённого слоя после серии импульсов значительно превышает высоту неровностей. Она зависит от теплофизических свойств материала заготовки, температуры, при которой происходят фазовые превращения обрабатываемого металла, и других причин.

С учётом граничной температуры по методике в разделе 5.6 можно расчётным путём определить толщину Н изменённого слоя. Она определяется через глубину h₁ одиночной лунки и расстояния h₂ от поверхности до границы, где наблюдаются изменения обрабатываемого металла. То есть где наблюдается температура начала фазовых превращений материала заготовки (см. рис. 4.11).

 

Н = h₂ – h₁.

 

Толщину изменённого слоя рассчитывают для донной части лунки. Это позволяет найти истинное значение слоя без учёта воздействия соседних импульсов.

Для расчёта толщины изменённого слоя можно использовать приближённую зависимость:

 

                                             (4.8)

 

k_T – коэффициент, зависящий от материала и режима; Р – показатель степени, характеризующий форму лунки, при расчётах принимают Р = 1/3.

При обработке в воздушной среде длительность импульсов обычно больше, чем при процессе в жидкости. Поэтому глубина изменённого слоя получается значительно больше. После электроконтактного разрезания в воздушной среде на заготовке наблюдается литая структура.

Толщина Н (´10^-3м) изменённого слоя для стальных заготовок в зависимости от вида обработки составляет:

- черновая обработка (на электроимпульсном режиме)………0,1-0,4;

- чистовая обработка (на электроискровом режиме)…….…0,004-0,1;

- шлифование в жидкости…………………………………..0,005-0,08;

- разрезание в жидкости…………………………………………0,5-0,1;

- электроконтактная обработка на воздухе ……………..………….≤5.

 

Если Н ≥ 0,1·10^-3м, то у всех сплавов, как правило, наблюдаются микротрещины. Подогрев заготовки перед обработкой позволяет снизить толщину изменённого слоя в несколько раз.

Поверхностный слой по-разному влияет на эксплуатационные характеристики деталей. Положительными являются повышение твёрдости поверхности при сохранении вязкости сердцевины, большое количество лунок на поверхности, плавное их сопряжение. К недостаткам следует отнести возможность появления трещин, растягивающих напряжений, трудность получения поверхности с малой шероховатостью.

ВОПРОСЫ к экзамену по дисциплине

"ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЭЛЕКТРООБРАБОТКИ ПОВЕРХНОСТИ ИЗДЕЛИЙ"

для бакалавриата направления ТХОМ (июнь 2017 г.)

1.Основные принципы кинетических закономерностей электролитического осаждения металлов.

2. Равновесие на границе "металлический электрод-раствор электролита". Условие равновесия. Уравнение Нернста.

3. Равновесие на границе "металлический электрод-раствор электролита" в условиях комплексообразования.

4. Квазиравновесие на границе электрод - раствор. Природа бестокового потенциала.

5. Измерение Э.Д.С. и электродных потенциалов. 6. Возникновение двойного электрического слоя.

7. Строение двойного электрического слоя. 8. Емкость двойного электрического слоя.

9. Основные закономерности восстановления ионов и растворения металлов. 10. Перенапряжение диффузии.

11. Влияние на перенапряжение диффузии миграции и конвекции.

12. Перенапряжение реакции переноса электрона. Ток обмена. Уравнение Тафеля.

13. Перенапряжение реакции переноса электрона. Частные и полная поляризационные кривые.

14. Электроосаждение металлов из комплексных электролитов с предшествующими разряду химическими реакциями.

15. Анодное растворение и пассивация металлов. Обобщенная анодная поляризационная кривая растворения металла.

16. Анодное растворение и пассивация металлов. Использование нерастворимых анодов при электроосаждении металлов.

17. Анодное растворение и пассивация металлов. Использование растворимых анодов при электроосаждении металлов.

18. Анодное растворение и пассивация металлов при анодном и химическом оксидировании.

19. Стадии процесса электрокристаллизации металлов.

20. Образование кристаллических зародышей. Виды электрокристаллизации металлов.

21. Теория процесса образования зародышей. Зависимость процесса кристаллизации от потенциала. Перенапряжение кристаллизации. 22. Теория процесса образования зародышей. Размеры и скорость образования зародышей.

23. Теория процесса образования зародышей. Зависимость числа зародышей и их распределения по поверхности от внешних условий. 24. Рост кристаллических образований. Слоистый тип роста.

25. Рост кристаллических образований. Блочная структура. Складчатый тип образований. Пирамидальный и спиральный рост. 26. Рост кристаллических образований в виде усов и дендритов.

27. Последовательность формирования поликристаллических осадков.

28. Крупно- и мелкокристаллические поликристаллические осадки. 29. Блестящие поликристаллические осадки.

30. Основные закономерности выделения водорода на поверхности катода при электроосаждении осаждении металлов.

31. Катодный выход по току при электроосаждении металлов.

32. Влияние рН прикатодного слоя на процесс электроосаждения металлов.

33. Влияние образующихся пузырьков водорода на процесс электроосаждения металлов.

34. Способы улучшения удаления пузырьков водорода с поверхности катода при электроосаждении металлов.

35. Микроструктура электроосажденных металлов. 36. Структура границ зерен электроосажденных металлов.

37. Текстура электроосажденных металлов. 38. Связь структуры электроосажденных металлов с их свойствами.

39. Внутренние напряжения в электроосажденных металлах. Влияние различных факторов на внутренние напряжения.

40. Внутренние напряжения в электроосажденных металлах. Величина и знак внутренних напряжений.

41. Электроосаждение сплавов. Условия электроосаждения сплавов.

42. Физико-механические свойства электролитических сплавов.

43. Распределение тока и металла на макропрофиле катода. Общие сведения

44. Распределение тока и металла на макропрофиле катода. Рассеивающая и кроющая способность электролита.

45. Распределение тока и металла на макропрофиле катода. Первичное и вторичное распределение тока.

46. Природа рассеивающей способности электролитов и механизм перераспределения тока в них.

47. Влияние профиля электродов на распределение тока и металла на катодной поверхности.

48. Критерий электрохимического подобия.

49. Влияние поляризуемости электрода на распределение тока на поверхности электрода.

50. Влияние электропроводности раствора электролита и анодной поляризации на распределение тока на катодной поверхности. 51. Влияние выхода по току на распределение тока на поверхности электрода.

52. Влияние условий электролиза на распределение тока на поверхности электрода.

53. Искусственные приемы для получения равномерных гальванических покрытий.

54. Методы исследования рассеивающей способности электролитов. Ячейки Херинга-Блюма и Фильда.

55. Методы исследования рассеивающей способности электролитов. Ячейки Кудрявцева и Никифоровой, Молера.

56. Требования к микрогеометрическим характеристикам поверхности электрических осадков. Микрораспределение металла на микрорельефе поверхности.

57. Изменение микрорельефа поверхности при равномерном микрораспределении скорости осаждения.

58. Влияние особенностей электрокристаллизации на формирование микрорельефа поверхности.

59. Природа микрорассеивающей и выравнивающей способности электролита. Влияние диффузии.

60. Природа микрорассеивающей и выравнивающей способности электролита. Влияние выравнивающих агентов.

61. Природа микрорассеивающей и выравнивающей способности эл-та. Влияние нестационарных режимов электролиза.

62. Оценка выравнивающей и микрорассеивающей способности электролита по толщине слоя.

63. Выравнивающая способность электролита.

64. История развития процесса электроэрозионной обработки металлов. Электроискровой и электроимпульсный режимы электроэрозионной обработки. 65. Общее описание процесса электроэрозионной обработки металлов.

66. Полярность включения электродов при электроэрозионной обработке металлов. Относительный износ.

67. Электроконтактный метод электроэрозионной обработки металлов. 68. Стадии протекания электроэрозионного процесса.

69. Основные закономерности процесса электроэрозионной обработки металлов. 70. Тепловые процессы на электродах при электроэрозионной обработке металлов. 71. Формы и размер лунок в процессе электроэрозионной обработки металлов.

72. Особенности протекания процесса ЭЭО в воздушной среде. 73. Структура поверхностного слоя после ЭЭО.

 

[1] Адсорбция – (от лат. ad – на, при и sorbeo – поглощаю), изменение (обычно повышение) концентрации вещества вблизи поверхности раздела фаз. В общем случае причина адсорбции – нескомпенсированность межмолекулярных сил вблизи этой поверхности, т.е. наличие адсорбционного силового поля. Тело, создающее такое поле, называется адсорбентом, вещество, молекулы которого могут адсорбироваться, – адсорбтивом, уже адсорбированное вещество – адсорбатом. Процесс, обратный адсорбции, наз. десорбцией.

Природа адсорбционных сил весьма различна. Если это ван-дер-ваальсовы силы, то адсорбция наз. физической, если валентные (т.е. адсорбция сопровождается образованием поверхностных химических соединений), – химической, или хемосорбцией.

[2] Электрохимический ряд активности металлов (ряд напряжений, ряд стандартных электродных потенциалов) – последовательность, в которой металлы расположены в порядке увеличения их стандартных электрохимических потенциалов φ₀, отвечающих полуреакции восстановления катиона металла Meⁿ⁺ + nē → Me

Ряд напряжений характеризует сравнительную активность металлов в окислительно-восстановительных реакциях в водных растворах. Восстановительная активность металлов (свойство отдавать электроны) уменьшается, а окислительная способность их катионов (свойство присоединять электроны) увеличивается в указанном ряду слева направо.

Li+

Cs+

K+

Ba2+

Ca2+

Na+

Mg2+

Al3+

Zn2+

Fe2+

Co2+

Ni2+

Sn2+

Pb2+

H2

Cu2+

Ag+

Hg2+

Pt2+

Au3+

-3,04

-3,01

-2,92

-2,90

-2,87

-2,71

-2,36

-1,66

-0,76

-0,44

-0,28

-0,25

-0,14

-0,13

0

+0,34

+0,80

+0,85

+1,28

+1,5

 

[3] Интерметаллид (интерметаллическое соединение) – химическое соединение двух или более металлов. Интерметаллиды, как и другие химические соединения, имеют фиксированное соотношение между компонентами. Интерметаллиды обладают, как правило, высокой твёрдостью и высокой химической стойкостью. Очень часто интерметаллиды имеют более высокую температуру плавления, чем исходные металлы. Почти все интерметаллиды хрупки, так как связь между атомами в решётке становится ковалентной или ионной (например, в ауриде цезия CsAu), а не металлической. Некоторые из них имеют полупроводниковые свойства, причём, чем ближе к стехиометрии соотношение элементов, тем выше электрическое сопротивление.

⇐ Предыдущая45678910111213

Поделиться: